Nanotecnologia

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La nanotecnologia è un ramo della scienza applicata e della tecnologia che si occupa del controllo della materia su scala dimensionale inferiore al micrometro, normalmente tra 1 e 100 nanometri, e della progettazione e realizzazione di dispositivi in tale scala.

Il termine indica genericamente la manipolazione della materia a livello atomic  e molecolare, dove il nanometro è la comune unità di lunghezza ed è a volte usato per descrivere in generale altre tecnologie microscopiche. Tuttavia la nanotecnologia in senso stretto è quella correlata a lunghezze dell'ordine di pochi passi reticolari (un passo reticolare è la distanza che separa i nuclei atomici in un solido).

Approcci

La Nanotecnologia costituisce un ambito d'investigazione altamente multidisciplinare, coinvolgendo molteplici indirizzi di ricerca che vanno dalla biologia molecolare alla chimica, scienza dei materiali e ovviamente fisica, sia applicata che di base, fino all'ingegneria meccanica ed elettronica. Può essere vista sia come un'estensione delle scienze esistenti sulla scala nanometrica, che come un loro riarrangiamento, usando un termine moderno. Due sono gli approcci principali perseguiti attualmente in questo ambito: uno è detto approccio "bottom-up" poiché i materiali e i dispositivi sono realizzati partendo da componenti molecolari che si auto-assemblano tramite legami chimici, sfruttando principi di riconoscimento molecolare (chimic supramolecolare); l'altro è detto approccio "top-down", dal momento che i dispositivi sono fabbricati da materiali macroscopici attraverso un attento controllo dei processi di miniaturizzazione con precisione a livello atomico.

Storia della nanotecnologia Il primo riferimento alla nanotecnologia fu fatto (non utilizzando ancora questo nome) nel discorso tenuto da Richard Feynman nel 1959, intitolato There's plenty of room at the bottom.
Feynman suggerì un modo per sviluppare l'abilità di manipolare atomi e molecole direttamente, sviluppando una serie di macchine utensili in scala uno a dieci analoghe a quelle che si trovano in ogni negozio di meccanica. Questi piccoli strumenti, quindi, sarebbero stati utilizzati per sviluppare e controllare la generazione successiva di utensili in scala uno a cento, e così via. Mano a mano che le dimensione diventava minore, sarebbe stato necessario ridisegnare alcuni utensili a causa del fatto che il rapporto tra le varie forze sarebbe cambiato. La gravità sarebbe diventata meno importante, la tensione superficiale sarebbe diventata più importante, così come la forza di van der Waals, etc. Feynman menzionò tutti questi problemi di scala durante il suo discorso; la fattibilità della sua proposta non è mai stata efficacemente confutata.

Il termine nanotecnologia fu utilizzato per primo da Kim Eric Drexler nel suo libro del 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Nel quarto capitolo, Drexler introduce l'autoreplicazione (vedi anche la macchina di von Neumann, o macchina autoreplicante), un'altra potente promessa della nanotecnologia. Le cellule costruiscono copie di se stesse per riprodursi ed i robot molecolari progettati dall'uomo potrebbero fare la stessa cosa. Questo dovrebbe significare che, dopo le enormi spese di ricerca sulla progettazione e costruzione del primo robot molecolare capace di auto-replicazione, il successivo trilione di robot costerebbe l'equivalente di una massa equivalente di verdura. Questi stessi robot con capacità generiche, chiamati assemblatori, potrebbero quindi costruire oggetti più specializzati che sarebbero direttamente utili agli esseri umani, potendo assemblare case, utensili da cucina, automobili, arredi, strumenti medici, navi spaziali, etc. Come gli assemblatori stessi, questi stessi prodotti sarebbero estremamente a buon mercato, comparandoli a quelli fabbricati oggi. In particolar modo, i materiali necessari per questi processi di produzione sarebbero quelli grezzi: atomi, energia, il progetto software, e il tempo.

Ralph Merkle ha comparato la chimica contemporanea al tentativo di costruire interessanti costruzioni con i mattoncini Lego mentre si indossano guanti da boxe: infatti, dato che fino a poco tempo fa non avevamo strumenti che ci permettessero di posizionare un particolare atomo in un determinato luogo (così che si leghi in modo prevedibile con un altro particolare atomo), dovevamo lavorare con numeri di atomi statisticamente grandi. Come risultato, quando producevamo una particolare reazione chimica, frequentemente ottenevamo parecchie specie di prodotti atomici diversi. La reazione era perciò spesso seguita da un processo di filtraggio fisico per estrarre le specie a cui eravamo realmente interessati, separandole dalle altre specie scartate a priori. La nanotecnologia può, quindi, offrire processi produttivi molto più puliti e selettivi rispetto a quelli che erano disponibili ieri con questa tecnologia grezza. La tecnica che ha reso possibile un tale sviluppo concettuale e pratico è la scansione ad effetto di sonda, originariamente sviluppata come forma di microscopia avanzata, sotto il nome di microscopio ad effetto tunnel, e successivamente affinata fino a produrre una gran varietà di strumenti che oggigiorno sono in grado di sondare la materia con risoluzioni superiori al miliardesimo di metro e con la possibilità di interagire con un singolo atomo, spostarlo a piacere su di una superficie, fissarlo ad essa, ecc.

Anche se sono stati compiuti progressi nella produzione di computer e circuiti sempre più piccoli e nella manipolazione di singoli atomi, la costruzione di nanomacchine è per ora allo stadio embrionale. Molti dubitano che un nanorobot ad autoreplicazione controllata sia possibile, e citano la possibilità di mutazioni che rimuovano ogni controllo e che favoriscano lo sviluppo di mutazioni patogeniche. I sostenitori ribattono che i batteri, esempi già funzionanti di nanomacchine, sono progettati appunto per mutare velocemente, e che la mutazione può comunque essere controllata con tecniche di correzione degli errori già utilizzate nei computer moderni. Le ricerche in questo campo hanno portato allo sviluppo di software di simulazione come NanoCAD.

Nanomacchine realizzate

Il motore molecolare a luce più veloce esistente "Sunny", capace di 60.000 giri al minuto, è stato progettato all'Università di Bologna dall'equipe del prof. Vincenzo Balzani, pubblicato sulla rivista USA Proceedings of the National Academy of Sciences. Il motore è composto da una molecola filiforme di circa 6 nanometri che funziona da asse di scorrimento per la molecola circolare del diametro di 1,3 nanometri. Alla messa a punto di Sunny hanno partecipato Alberto Credi, Margherita Venturi e lo staff di Fraser Stoddart dell'Università della California a Los Angeles. Più o meno lo stesso gruppo, insomma, che già nella primavera del 2004 aveva annunciato un'altra nanomacchina, un ascensore chiamato "Nanospider" per la sua forma ad aracnide.

Approcci

La Nanotecnologia costituisce un ambito d'investigazione altamente multidisciplinare, coinvolgendo molteplici indirizzi di ricerca che vanno dalla biologia molecolare alla chimica, scienza dei materiali e ovviamente fisica, sia applicata che di base, fino all'ingegneria meccanica ed elettronica. Può essere vista sia come un'estensione delle scienze esistenti sulla scala nanometrica, che come un loro riarrangiamento, usando un termine moderno. Due sono gli approcci principali perseguiti attualmente in questo ambito: uno è detto approccio "bottom-up" poiché i materiali e i dispositivi sono realizzati partendo da componenti molecolari che si auto-assemblano tramite legami chimici, sfruttando principi di riconoscimento molecolare (chimica supramolecolare); l'altro è detto approccio "top-down", dal momento che i dispositivi sono fabbricati da materiali macroscopici attraverso un attento controllo dei processi di miniaturizzazione con precisione a livello atomico.

Possibili impatti

Nonostante sia per ora impossibile sul piano pratico, l'impatto della nanotecnologia sull'economia e sulla legge è stato ampiamente dibattuto. Alcuni pensano che il denaro non verrà più utilizzato, e che la tassazione diventerà impraticabile. Altri ipotizzano che la nanotecnologia farebbe nascere una forte opposizione popolare, com'è successo recentemente per le piante geneticamente modificate e le prospettiva di clonazione umana. Qualunque siano gli effetti precisi, è probabile che la nanotecnologia cambi radicalmente le strutture economiche esistenti, perché tenderà a ridurre la scarsità di manufatti e renderà possibile la produzione diretta di molte cose attualmente difficili da produrre (come il cibo e le medicine).

Le nanotecnologie presentano inoltre dei grossi rischi. Non solo permetterebbero di costruire armi convenzionali più distruttive ad un costo ridotto, ma anche armi di distruzione di massa che si auto-replicano, come fanno i virus e le cellule cancerose quando attaccano il corpo umano. Il consenso generale è che l'auto-replicazione dovrebbe essere permessa solo sotto condizioni strettamente controllate, o vietata del tutto.

Un'altra applicazione delle nanotecnologie è la utility fog, nella quale una nuvola di microscopici robot connessi (più semplici degli assemblatori) cambierebbe la propria forma e le sue proprietà per formare oggetti o strumenti macroscopici diversi, rispondendo a comandi inviati da un software. Invece di modificare le attuali pratiche di consumare beni materiali in forme differenti, la utility fog sostituirebbe semplicemente la maggior parte degli oggetti fisici.

È anche nata la paura che robot nanomeccanici (nanobot), se lasciati liberi di autoreplicarsi, possano consumare l'intero pianeta nella loro ricerca di materie prime, o semplicemente possano competere (e vincere) con le forme di vita naturali per l'energia disponibile, come è successo storicamente quando le alghe blu-verdi sono apparse e hanno cancellato le forme di vita precedenti. Questa situazione è a volte chiamata "grey goo" o scenario dell'ecofagia. È considerata uno dei possibili risultati di una singolarità tecnologica (assieme ad altri risultati molto più rosei).

Visti questi pericoli, il Foresight Institute (fondato da Drexler per preparare l'arrivo delle future tecnologie) ha realizzato una serie di principi  per lo sviluppo etico della nanotecnologia. Essi includono la proibizione di pseudo-organismi autoreplicanti perlomeno sulla superficie della Terra, e forse anche in altri ambienti.

 

Narrativa

Drexler e altri hanno contribuito alle idee della nanotecnologia con altri due libri Unbounding the Future: the Nanotechnology Revolution  (Liberare il futuro: la rivoluzione nanotecnologica) e Nanosystems: molecular machinery, manufacturing, and computation  (Nanosistemi: macchine, fabbriche e computazioni molecolari). Il primo è un libro (di agevole lettura) che introduce alle idee della nanotecnologia, in un modo non troppo tecnico. Il secondo è invece un'analisi dettagliata di numerosi possibili meccanismi nanotecnologici, con un'analisi scientifica della possibilità di costruirli e delle loro capacità. Un altro libro da segnalare nello stesso filone è Nanomedicine di Robert Freitas.

La nanotecnologia è anche diventata un tema prominente nella fantascienza , per esempio con i Borg di Star Trek, la nanomacchina a difesa di un tesoro nel film anime Lupin III - Dead or Alive, il romanzo di Neal Stephenson L'era del diamante(The Diamond Age), quello di Wil McCarthy Microgenesi (Bloom) e infine il Romanzo di Michael Crichton Preda. Essi trattano di vari pericoli potenziali dell'ingegneria molecolare, ma in modo più o meno rassicurante; ad esempio, persino l'ecofagia è considerata un evento a cui si può sopravvivere. Alcuni hanno comparato questi libri a quelli della cosiddetta fantascienza post apocalittica, che supponeva possibile o perfino desiderabile la sopravvivenza dopo una guerra nucleare globale.

 

Note

^ Trad. "C'è moltissimo spazio in basso" - dove il termine "in basso" è inteso come il mondo al di sotto delle dimensioni molecolari.
Qualche anno dopo Jean-Marie Lehn parafraserà Feynman con l'espressione There's even more room at the top indicando la strada al di sopra delle dimensioni molecolari verso la chimica supramolecolare

 

Bibliografia e riferimenti

Feynman, R., There's plenty of room at the tom, 1bot959

• Drexler, K. E., Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology, Anchor Books, ISBN 978-0385199735 1986
• Waldner, Jean-Baptiste Nanocomputers and Swarm Intelligence, ISTE - John Wiley & Sons, ISBN 1847040020 2008
• Hari Singh Nalwa Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology (10-Volume Set), American Scientific Publishers, ISBN 1-58883-001-2 2004
• Mark R. Wiesner and Jean-Yves Bottero, Environmental Nanotechnology : Applications and Impacts of Nanomaterials, Mc Graw Hill, New York, ISBN 9780071477505 2007
• Kurzweil, Ray, Promise and Peril - The Deeply Intertwined Poles of 21st Century Technology, Communications of the ACM, 2006

Voci correlate

• Chimica supramolecolare
• Claytronica
• Miniaturizzazione
• Nanoarte
• Nanofotonica
• Nanotubi di carbonio
• Singolarità tecnologica
• Spintronica
• Transumanesimo

 

Nanotecnología

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La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas. Lo más habitual es que tal manipulación se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros. Para hacerse una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot, más o menos un nanobot de 50 nm tiene el tamaño de 5 capas de moléculas o átomos (depende de qué esté hecho el nanobot).

nano- es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.

Definición

Las nanotecnologías prometen beneficios de todo tipo, desde aplicaciones médicas nuevas o más eficientes a soluciones de problemas ambientales y muchos otros; sin embargo, el concepto de nanotecnología aún no es muy conocido en la sociedad.

Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro (10^(-9) metros). Para comprender el potencial de esta tecnología es clave saber que las propiedades físicas y químicas de la materia cambian a escala nanométrica, lo cual se debe a efectos cuánticos. La conductividad eléctrica, el calor, la resistencia, la elasticidad, la reactividad, entre otras propiedades, se comportan de manera diferente que en los mismos elementos a mayor escala.

Aunque en las investigaciones actuales con frecuencia se hace referencia a la nanotecnología (en forma de motores moleculares, computación cuántica, etcétera), es discutible que la nanotecnología sea una realidad hoy en día. Los progresos actuales pueden calificarse más bien de nanociencia, cuerpo de conocimiento que sienta las bases para el futuro desarrollo de una tecnología basada en la manipulación detallada de las estructuras moleculares.

Historia

El ganador del premio Nobel de Física, Richard Feynman fue el primero en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología en el célebre discurso que dio en el Caltech (Instituto Tecnológico de California) el 29 de diciembre de 1959 titulado Al fondo hay espacio de sobra (There's Plenty Room at the Bottom).

Otro visionario de esta área fue Eric Drexler quien predijo que la nanotecnología podría usarse para solucionar muchos de los problemas de la humanidad, pero también podría generar armas poderosisimas. Creador del Foresight Institute y autor de libros como Máquinas de la Creación Engines of Creation muchas de sus predicciones iniciales no se cumplieron, y sus ideas parecen exageradas en la opinion de otros expertos, como Richard Smalley.

Con el comienzo del siglo XX la ciencia dio grandes pasos en el conocimiento, se empezó a conocer que toda la materia esta compuesta por las partículas diminutas llamadas átomos, aunque todo esto se conocía ya en parte, es en este siglo cuando finalmente se le empieza a dar utilidad. De tal forma tenemos que varios átomos forman moléculas, por ejemplo una molécula de oxigeno con dos de hidrógeno forman agua.

Pero estos conocimientos fueron más allá ya que con esto se pudo modificar la estructura de las moléculas como es el caso de los polímeros o plásticos que hoy en día los encontramos en todos nuestros hogares y que sin ellos no podríamos vivir. Pero hay que decir que este tipo de moléculas se les puede considerar “grandes”...

Con todos estos avances el hombre tuvo una gran fascinación por seguir investigando mas acerca de estas moléculas, ya no en el ámbito de materiales inertes, sino en la búsqueda de moléculas orgánicas que se encontrarán en nuestro organismo. Se descubrió que el cuerpo humano además de consistir como unidad fundamental: la célula, ésta tenia pequeños componentes llamadas organelas y éstas a su vez estaban compuestas por numerosas partículas o moléculas que juegan un papel importante en la regulación de los procesos fisiológicos del organismo.

No fue sino hasta principios de la década de los cincuenta cuando Watson y Crick propusieron que el DNA era la molécula principal que jugaba un papel clave en la regulación de todos los procesos del organismo y de aquí se tomo la importancia de las moléculas como determinantes en los procesos de la vida.

Hoy en día la medicina se le da más interés a la investigación en el mundo microscópico ya que en este se encuentran posiblemente las alteraciones estructurales que provocan la enfermedad, y no hay que decir de las ramas de la medicina que han salido mas beneficiadas como es la microbiología. Inmunología, fisiología, en fin casi todas las ramas de la medicina.

Con todos estos avances han surgido también nuevas ciencias como es la ingeniería genética que hoy en día todos han oído escuchar acerca de las repercusiones que puede traer la humanidad como es la clonación o la mejora de especies. Entre estas ciencias también se encuentra otras no muy conocidas como es la nanotecnología, a la cual se le puede definir como aquella que se dedica a la fabricación de la tecnología en miniatura.

La nanotecnología, a diferencia de la ingeniería genética, todavía no esta en pasos de desarrollo; Se le puede considerar como “ una ciencia teórica” ya que todavía no se le ha llevado a la practica ya que aun no es viable, pero las repercusiones que acarreara para el futuro son demasiadas.

Inversión

Algunos países en vías de desarrollo ya destinan importantes recursos a la investigación en nanotecnología. La nanomedicina es una de las áreas que más puede contribuir al avance sostenible del Tercer Mundo, proporcionando nuevos métodos de diagnóstico y cribaje de enfermedades, mejores sistemas para la administración de fármacos y herramientas para la monitorización de algunos parámetros biológicos.

Actualmente, alrededor de 40 laboratorios en todo el mundo canalizan grandes cantidades de dinero para la investigación en nanotecnología. Unas 300 empresas tienen el término “nano” en su nombre, aunque todavía hay muy pocos productos en el mercado.

Algunos gigantes del mundo informático como IBM, Hewlett-Packard (HP), NEC e Intel están invirtiendo millones de dólares al año en el tema. Los gobiernos del llamado Primer Mundo también se han tomado el tema muy en serio, con el claro liderazgo del gobierno estadounidense, que para este año ha destinado 570 millones de dólares a su National Nanotechnology Initiative.

En España, los científicos hablan de “nanopresupuestos”. Pero el interés crece, ya que ha habido algunos congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma de Madrid.

Ensamblaje interdisciplinar

La característica fundamental de la nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol no sólo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica. Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante. En medicina, el desarrollo específico dirigido a nanopartículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades. Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes disciplinas han empezado a diluirse, y es precisamente por esa razón por la que la nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.

Una posible lista de ciencias involucradas sería la siguiente:

• Química )Moleculares y computacional)
• Bioquímica
• Biología molecular
• Física
• Electrónica
• Informática

Nanotecnología avanzada

La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito (compuesto por carbono, principalmente) de la mina del lápiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado). Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.

A partir de los incontables ejemplos encontrados en la biología se sabe que miles de millones de años de retroalimentación evolucionada puede producir máquinas biológicas sofisticadas y estocásticamente optimizadas. Se tiene la esperanza que los desarrollos en nanotecnología harán posible su construcción a través de algunos significados más cortos, quizás usando principios biomiméticos. Sin embargo, K. Eric Drexler y otros investigadores han propuesto que la nanotecnología avanzada, aunque quizá inicialmente implementada a través de principios miméticos, finalmente podría estar basada en los principios de la ingeniería mecánica.

Determinar un conjunto de caminos a seguir para el desarrollo de la nanotecnología molecular es un objetivo para el proyecto sobre el mapa de la tecnología liderado por Instituto Memorial Battelle (el jefe de varios laboratorios nacionales de EEUU) y del Foresigth Institute. Ese mapa debería estar completado a finales de 2006.

Futuras aplicaciones

Según un informe de un grupo de investigadores de la Universidad de Toronto, en Canadá, las trece aplicaciones más prometedoras de la nanotecnología son:

• Almacenamiento, producción y conversión de energía.
• Armamento y sistemas de defensa.
• Producción agrícola.
• Tratamiento y remediación de aguas.
• Diagnóstico y cribaje de enfermedades.
• Sistemas de administración de fármacos.
• Procesamiento de alimentos.
• Remediación de la contaminación atmosférica.
• Construcción.
• Monitorización de la salud.
• Detección y control de plagas.
• Informática.
• Alimentos transgénicos

• Riesgos potenciales

  Sustancias viscosas

Recientemente, un nuevo estudio ha mostrado como este peligro de la “sustancia viscosa gris” es menos probable que ocurra de como originalmente se pensaba. K. Eric Drexler considera un escenario accidental con “sustancia viscosa gris” improbable y así lo declara en las últimas ediciones de Engines of Creation. El escenario “sustancia viscosa gris” clamaba la Tree Sap Answer: ¿Qué oportunidades existen de que un coche pudiera ser mutado a un coche salvaje, salir fuera de la carretera y vivir en el bosque solo de savia de árbol?. Sin embargo, se han identificado otros riesgos mayores a largo plazo para la sociedad y el entorno.

Una variante de esto es la “Sustancia viscosa verde”, un escenario en que la nanobiotecnología crea una máquina nanométrica que se autoreplica que consume todas las partículas orgánicas, vivas o muertas, creando un cieno -como una masa orgánica muerta. En ambos casos, sin embargo, sería limitado por el mismo mecanismo que limita todas las formas vivas (que generalmente ya actúan de esta manera): energía disponible.

Veneno y Toxicidad

A corto plazo, los críticos de la nanotecnología puntualizan que hay una toxicidad potencial en las nuevas clases de nanosustancias que podrían afectar de forma adversa a la estabilidad de las membranas celulares o distorsionar el sistema inmunológico cuando son inhaladas o ingeridas. Una valoración objetiva de riesgos puede sacar beneficio de la cantidad de experiencia acumulada con los materiales microscópicos bien conocidos como el hollín o las fibras de asbestos.

Hay una posibilidad que las nanopartículas en agua potable pudieran ser dañinas para los humanos y otros animales. Las células de colon expuestas a partículas de dióxido de titanio se ha encontrado que se descomponen a mayor velocidad de la normal. Las nanopartículas de dióxido de titanio se usan normalmente en pantallas de sol, haciéndolas transparentes, al contrario de las grandes partículas de dióxido de titanio, que hacen a las pantallas de sol parecer blancas.

Armas

La militarización de la nanotecnología es una aplicación potencial. Mientras los nanomateriales avanzados obviamente tienen aplicaciones para la mejora de armas existentes y el hardware militar a través de nuevas propiedades (tales como la relación fuerza-peso o modificar la reflexión de la radiación EM para aplicaciones sigilosas), y la electrónica molecular podría ser usada para construir sistemas informáticos muy útiles para misiles, no hay ninguna manera obvia de que alguna de las formas que se tienen en la actualidad o en un futuro próximo puedan ser militarizadas más allá de lo que lo hacen otras tecnologías como la ingeniería genética. Mientras conceptualmente podríamos diseñar que atacasen sistemas biológicos o los componentes de un vehículo (es decir, un nanomáquina que consumiera la goma de los neumáticos para dejar incapaz a un vehículo rápidamente), tales diseños están un poco lejos del concepto. En términos de eficacia, podrían ser comparados con conceptos de arma tales como los pertenecientes a la ingeniería genética, como virus o bacterias, que son similares en concepto y función práctica y generalmente armas tácticamente poco atractivas, aunque las aplicaciones para el terrorismo son claras.

La nanotecnología puede ser usada para crear dispositivos no detectables – micrófonos o cámaras de tamaño de una molécula, y son posibilidades que entran en el terreno de lo factible. El impacto social de tales dispositivos dependería de muchos factores, incluyendo quién ha tenido acceso a él, cómo de bien funcionan y cómo son usados. E.U.A. a aportado gran parte de estos avances al igual que los chinos y franceces. Como dato la union europea produce 29.64% de nanotecologia mundial otro 29 Estados Unidos y el resto pequenos paises. Memoria:

En un laboratorio de IBM en Zurich, uno de los que ayudaron en la invención de aquel microscopio AFM de 1986, se trabaja en la miniaturización a nivel nanómetro del registro de datos. El sistema de almacenamiento se basa en un conjunto de 1024 agujas de AFM en una matriz cuadrada que pueden escribir bits de información de no más de 50 nanómetros de diámetro. El mismo conjunto es capaz luego de leer la información e incluso reescribirla.

La capacidad de guardar información a esa escala es una noticia excitante para el mercado, pues multiplica inmensamente la cantidad de información que se puede almacenar en un área determinada. El mejor sistema actual de registro, basado en la memoria magnética, puede guardar alrededor de dos gigabits por centímetro cuadrado; los físicos creen que el límite físico de la capacidad este sistema —no alcanzado aún— es de alrededor de 12 gigabits por centímetro cuadrado. El sistema de matriz de agujas descripto más arriba, bautizado "Millipede" (Miriápodo, por tener mil patas), ofrece 35 gigabits por centímetro cuadrado (y hasta 80 gigabits si se utiliza una aguja única) y es capaz de hacerlo a la velocidad de los artefactos magnéticos actuales. Con unidades de almacenamiento provistas de matrices gigantescas, con millones de agujas, se puede lograr un almacenamiento en el orden de los terabytes, algo así como 40 veces lo que está disponible hoy comercialmente.

Nanoteknoloji

Nanoteknoloji, nanometre ölçeğindeki fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayların anlaşılması kontrolü ve üretimi amacıyla, fonksiyonel materyallerin, cihazların ve sistemlerin geliştirilmesidir. Nano ölçekteki olayların manipulasyonu ile bilim ve teknolojide yeni ufuklar açılmaya başlanmıştır.

Türkiye'de Nanoteknoloji

Yeni gelişmekte olan Nanoteknolojinin 2025 yılı itibariyle hayatımızı büyük ölçüde etkileyeceği düşünülmektedir. Türkiye de şimdiden nanoteknolojiyi üretir hale gelebilmek için uygun adımlar atmaya başlamıştır. En önemli gelişme Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi'nin (UNAM) kurulmasıdır. Bu merkezin amacını Prof. Dr. Salim Çıracı şöyle ifade etmektedir:

"Geçen yüzyılın son çeyreğinde bilişim ve iletişim teknolojilerinde başlayan hızlı gelişmeler nanoteknolojiye yönelişi tetiklemiştir. Dünya ülkeleri Nanoteknoloji araştırmalarına üniversite ve sanayi sektöründe büyük yatırımlar yaparken ülkemizde de nanobilim ve nanoteknoloji de bir mükemmeliyet merkezi oluşturmak fikri Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) tarafından benimsenmiş ve Bilkent Üniversitesinde Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezinin (UNAM) kurulmasına karar verilmiştir. Proje, Fizik, Kimya, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümlerinden ve Elektronik Mühendisliği Bölümünden çok değerli araştırmacılar tarafından yürütülmektedir. Bu araştırmacılarımızdan bazıları yıllardır nanobilimin gelişmesine katkılar yapmış ve Avrupada nanoteknoloji programlarının şekillenmesine yardımcı olmuştur. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Laboratuvarı tamamlandıktan sonra Türkiye'deki bütün araştırmacılara ve bilim adamlarına açık olacaktır. Belli zamanlarda araştırma konuları ilan edilecek ve bu araştırmalara ilgi duyan araştırıcılar projeleri ile başvuracaklar; kabul edilecek projeleri çerçevesinde laboratuvar olanaklarını yeni nanoteknoloji ürünlerini geliştirmek üzere kullabileceklerdir. Bu araştırmalarda yurt dışında çalışan bilim adamlarımızın da aktif bir şekilde yer almasını bekliyoruz. Merkez, araştırma-geliştirme işlevleri yanında ülkemizde nanobilim ve nanoteknoloji konusunda uzman yetişmesinde aktif bir rol üstlenecektir. Projede en önemli araştırma-geliştirme çalışmaları nanotekstil, fiber, nanofotonik- nanoelektronik ve spintronik aygıtlar, fiber lazerler, spektroskopi, nanodetektörler ve nanoölçeklerde ölçüm aletlerinin geliştirilmesi üzerine yoğunlaşacaktır. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezinde yapılan yüksek lisans ve doktora tezlerinin kısa zamanda ürüne dönüşmesi ve öğrencilerimizin kendi işletmelerini kurarak uluslararası nanoteknoloji pazarına girmesi en büyük arzumuzdur. Bu şekilde çok değerli beyinlerimiz dışarıya ihraç edilmek yerine ülkemizin refahına katkıda bulunacaktır, ülkemiz modern teknolojide mesafe kaydedecektir." UNAM binasının inşaatı bitmiştir ve çalışmalarına başlamıştır.

Nanoteknoloji Açısından Bilim ve Sanayi Politikamız

Artık bilim ve teknoloji politikamızda bir paradigma değişikliğine gitme zamanı gelmiştir. Teknoloji transferinden vazgeçip, ihtiyacımız olan teknolojiyi ortaya çıkaracak bilimi kendimiz, ülkemizde üretmek zorundayız. Baş döndürücü bir hızla ortaya çıkan ve gelişen yeni teknolojilere yaptığımız araştırmalarla katkı sağlamalıyız. Yakın, orta ve uzun vadede sonuçlar alabileceğimiz kritik alanlar belirlenmeli (bu alanların başında nanoteknoloji gelmektedir), kaynakların ayrılmasında bu alanlara öncelik verilerek, ihtiyacımız olan beyin gücü ve altyapı hazırlanmalıdır. Aksi takdirde, yüksek teknolojiye ödediğimiz miktar gittikçe artacak, ülkemizin kaynakları yetersiz hale gelerek gün geçtikçe daha fakir bir ülke haline geleceğiz. Üretim maliyeti 10 YTL’i geçmeyen kalp damarlarına takılan bir stent için 10000 YTL ödeyen bir çiftçimiz, 7 ton kiraz ihraç ederek bu parayı denkleştirebilecektir. Devamlı kullanmak zorunda olduğumuz bir kutu kanser ilacını almak için her seferinde 5 buzdolabı satmak zorunda kalacağız. Önümüzdeki yıllarda nanoteknolojiye yatırım yapan ülkeler ayakta kalacaklar milli birliklerini koruyabileceklerdir.

Nanoteknolojinin Kullanım alanları

• Endüstriyel Alandan

Mikrosensörlerin, mikromakinaların, optoelektronik elemanların imalatı ve uygun şekilde bir araya getirilmesi.

• Medikal Alanda: Mikro cerrahide (göz, beyin vb.), Diagnostik kitlerde, Bilimsel Araştırmalarda, Yüzey karakteriasyonu ve modifikasyonu, →Mikroorganizmaların taşınması, İlaç salınım sistemleri, DNA modifikasyonu vb.
• Hava Temizleme cihazları

ナノテクノロジー

ナノテクノロジー (nanotechnology) は、物質をナノメートル (nm、1 nm = 10^-9m)の領域において、自在に制御する技術のことである。ナノテクと略される。物質を原子レベルの大きさで制御しデバイスとして使うという考えは、リチャード・P・ファインマンが1959年におこなった講演"There's Plenty of Room at the Bottom"にすでにみられている。「ナノテクノロジー」という用語は1974年に元東京理科大学教授の谷口紀男が提唱した用語。

2001年にアメリカのクリントン大統領がナノテクを国家的戦略研究目標としたことから、日本でも多くの予算が配分されるようになり、現在最も活発な科学技術研究分野のひとつとなっている。

目的

物質をナノメートルレベルで制御する利点は幾つかある。例えば、現在コンピューターなどで利用されている電子回路のトランジスタは、だいたい数十nm程度の大きさであるが、これを1/10にすることができれば、コンピューターを現在よりもずっと小型化し、必要な電力や発熱を抑えることが可能となる。同様に、記憶装置などでも小型化・高機能化が期待される。

また、物質を数ナノメートルの大きさにすると、量子効果と呼ばれる特殊な現象が発現する。例えば、近年の電子デバイスで利用されている、電子の閉じこめによるエネルギー準位の離散化があらわれる大きさや、トンネル効果があらわれる距離は、ナノメートルの領域である。電子材料以外にも、ドラッグデリバリーシステムに代表されるような医療への展開もさかんに試みられている。

手法

ナノテクノロジーの手法は大きく2つにわけることができる。1つは、物質を原子論的にみた集団的変化の方法論を利用して、微細にこれを再編成する技術をトップダウン方式という。もう1つは、原子や分子(おおよそ 0.1 – 10 nm 程度)をひとつひとつ正確に組み合わせることで新しい機能を持った材料を作っていく方法で、これをボトムアップ方式という。トップダウン方式は主に機械・電子系の分野で、ボトムアップ方式は化学系の分野で研究が行われている。

現時点において、最も確立されたナノメートル規模での加工技術は、光を利用したリソグラフィーである。また、近年では、走査型プローブ顕微鏡 (SPM) の探針（プローブ）を利用して、原子や分子を人の意図するように動かすことが可能となっている。ナノメートルの大きさをもつ物質を「見る」手段としては、走査型および透過型の電子顕微鏡が広く用いられている。また、上記のSPMも物質の表面を観察する手段として盛んに使用されている。

トップダウン方式の研究では、目的が明確である場合が多く、研究対象もシリコンなど半導体が多い。一方、ボトムアップ方式はまだ多くが研究レベルであることから、多様な材料が使用されている。中でも、様々なユニークな性質がされているフラーレンや、導電性・機械強度に優れているカーボンナノチューブやカーボンナノホーン、全く新しい発光材料である量子ドットなどが盛んに研究されている。超分子化学との関連も深い。

危険性についての懸念

ナノテクノロジーについて未知のリスクを懸念する声もある。例えば、本来安定な物質である石綿は、その形状から循環器系に対する毒性が指摘されているが、ナノテクノロジーから同様の危険性をもつ物質が発生する可能性があるという指摘、極端に微細化した金属は生体に取り込まれ、触媒として作用して未知の毒性を発揮するのではないかといった指摘がそれである。また、これらの物質は性質上検出が難しいため、拡散しても検知できず、回収も事実上不可能ではないかとする意見もある。これらのリスク評価については現在進行中である。

関連項目

• 量子ドット
• 量子細線
• ナノマシン
• カーボンナノチューブ
• リチャード・P・ファインマン
• 飯島澄男
• K・エリック・ドレクスラー

Нанотехнология

Нанотехнология е област от приложните науки, а също така и висока технология, която покрива широк диапазон от теми, но основната обединяваща тема е контролът над веществото на микроскопично ниво, при размери по-малки от 1 микрометър, както и създаването на устройства на такова ниво, съизмерими с размера на молекулите.

Представката нано в думата нанотехнология означава “една милиардна”. Разбира се като една милиардна от метъра, т.е. нанометър. Обект на нанотехнологията е изучаването и манипулирането на различни наноразмерни материали наречени още наноматериали.

Поради простата разлика в мащаба повечето от наноматериалитe (полупроводници, метали и др.) притежават характерни физико-химични свойства, които са различни от тези на същите материали при традиционната им употреба. Точно тези различни свойства се използват в нанотехнологията за създаване на нови устройства, прибори, технологии, методи за диагностика и лечение в медицината и др. Нанотехнологията е сравнително нова област, която е все още в начален стадий на развитие.

За пръв път терминът е използван през 1959 година, когато известният американски физик Ричард Фейнман изнася станалата по-късно класическа и често цитирана лекция "Има достатъчно много място на дъното" или "На дъното има твърде много място" (There’s Plenty of Room at the Bottom). Той показва, че принципите на физиката не забраняват нещата да се управляват атом по атом.

Актуални обекти на изследвания и приложения в нанотехнологиите са квантови точки (нано-размерни полупроводници), въглеродни нанотръби, фулерени, нанокомпозитни материали за висшите технологии, метални наночастици (предимно от благородни метали - злато, сребро, платина), магнитни наночастици (за диагностика в медицината и др.), полимерни наночастици (като носители на лекарствени препарати за насочено лечение и др.), нано-структурирани керамични материали за сензори и др.

Нова интердисциплинарна научна област е бионанотехнологията (биологична нанотехнология). Тя разглежда процесите, протичащи в живите организми като един вид биологична (или природна) нанотехнология. Бионанотехнологията цели внедряване на нанотехнологични решения за изучаване и управление на биологични процеси и явления.

Ново направление е и т.нар. наномедицина. Наномедицината цели внедряване на нанотехнологията в медицината чрез разработване на ефективни методи за диагностика и лечение с използване на наноматериали и нанотехнологии.

Mahmoud Hessaby

Mahmoud Hessaby (in Persian محمود حسابی - other spellings: Mahmood Hesabi) (February 23, 1903, Tehran — September 3, 1992, Geneva) was a prominent Iranian scientist, researcher and distinguished professor of University of Tehran

Hessaby was born in Tehran to Abbas and Goharshād Hessaby. When he was seven, the family moved to Beirut where he attended school. Around this time he learnt the Qur'an by heart and started to read the canonical texts of the Persian literature. At seventeen he obtained his Bachelor's in Arts and Sciences from the American University of Beirut. Later he obtained his B.A. in civil engineering while working as a draftsman. After a short period of time, he obtained a B.A. in Mathematics and Astronomy.

He continued his studies and as a graduate of the Engineering school of Beirut was admitted to the École Superieure d'Electricité and in 1925 graduated from this school at the same time he was employed by the French Electric Railway Co. He had a scientific mind and continued his research in Physics at the Sorbonne University and obtained his Ph.D. in Physics from that University at the age of twenty-five.

In 1947, he published his classic paper on "Continuous particles". Following this, in 1957 he proposed his model of "Infinitely extended particles". The medal of the commandeur de la Légion d'honneur, France's highest scientific medal, was awarded to him for his achievements.

Mahmoud Hessaby was the only Iranian student of Albert Einstien and during his years of scientific research he had meetings with well-known scientists such as Erwin Schrödinger, Max .Born, Enrico Fermi, Paul Dirac, Aage Niels Bohr, and scholars such as Bertrand Russell and 

André Gide.

Achievements

According to the Professor Hessaby Institute, the following were some of his accomplishments:

• Founding the Highway Engineering school and teaching there from 1928
• Survey and drawing of the first coastal road-map between Persian Gulf ports
• Founding the "teachers college" and teaching there from 1928
• Construction of the first radio-set in Iran (1928)
• Construction of the first weather-station in 1931
• Installation and operation of the first radiology center in Iran in 1931
• Calculation and setting of Iranian time (1932)
• Founding the first private hospital in Iran (Goharshad Hospital) in 1933
• Writing the University carechair and founding Tehran University (1934)
• Founding the Engineering school in 1934 and acting as the dean of that school until 1936 and teaching there from then on
• Founding the faculty of science and acting as its dean from 1942 to 1948
• Commissioned for the dispossession of British Petroleum Company during the government of Dr Mossadegh and appointed as the first general manager of the National Iranian Oil Company
• Minister of Education in the cabinet of Dr. Mossadegh from 1951 to 1952
• Opposing the contract with the consortium while in the Senate of Iran in 1954
• Opposing the membership of Iran in CENTO
• Founding the Telecommunication Center of Assad-Abad in Hamedan (1959)
• Writing the standards charter for the standards Institute of Iran (1954)
• Founding the Geophysical Institute of Tehran University (1961)
• Title of distinguished professor of Tehran University from 1971
• Founding the atomic research center and atomic reactor at Tehran University
• Founding the atomic Energy center of Iran, member of the UN scientific sub-committee of peaceful use of member of the international space committee (1981)
• Establishment of Iran's space research committee and member of the international space committee (1981)
• Establishment of the Iranian music society and founding the Persian language Academy

He continued lecturing at University for three working generations, teaching seven generations of students and professors. He spoke five living languages: Persian, French, English, German and Arabic and he also knew a little of Sanskrit, Latin, Greek, Pahlavi, Avestan, Turkish and Italian which he used for his etymological studies.

During the congress on "60 years of physics in Iran" the services rendered by him were deeply appreciated and he was entitled "the father of physics in Iran".

As Hesaby wished, he was buried in his motherland, Tafresh

Key publications

• HESSABY M, MODEL OF AN INFINITE PARTICLE, JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM 18 (5): 323-326 1957
• SOUCHAY P, HESSABY A, CONFIRMATION ET NATURE DES FAIBLES ACIDITES DES ACIDES PERIODIQUE ET TELLURIQUE, BULLETIN DE LA SOCIETE CHIMIQUE DE FRANCE 20 (6): 614-621 1953
• HESSABY A, SOUCHAY P, ETUDE DES PERIODATES ET TELLURATES DE LITHIUM, BULLETIN DE LA SOCIETE CHIMIQUE DE FRANCE 20 (6): 606-614 1953
• SOUCHAY P, HESSABY A, EXISTE-T-IL DES SELS BASIQUES DARGENT, BULLETIN DE LA SOCIETE CHIMIQUE DE FRANCE 20 (6): 599-606 1953
• Hessaby M, Theoretical Evidence for the Existence of a Light-Charged Particle of Mass Greater than That of the Electron, Physical Review, Vol. 73, Issue 9, p. 1128 (1948). APS
• Hessaby M, Continuous Particles, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 33, No. 6, pp. 189-194 (1947). JSTOR
• Hessaby M, Continuous Particles, Proceedings of the American Physical Society, Minutes of the Meeting at Montreal, June 19-21, 1947, Physical Review, Vol. 72, No. 6, p. 536 (1947). APS