Kunstnerens oppfatning av en bio-nanorobot. Bildekreditt: NASA. Klikk for å forstørre
Når det gjelder å ta det neste “gigantiske spranget” innen romutforskning, tenker NASA lite - virkelig lite.
I laboratorier rundt om i landet støtter NASA den voksende vitenskapen om nanoteknologi. Den grunnleggende ideen er å lære å håndtere stoff på atomskalaen - å kunne kontrollere individuelle atomer og molekyler godt nok til å designe molekylstørrelsesmaskiner, avansert elektronikk og “smarte” materialer.
Hvis visjonære har rett, kan nanoteknologi føre til roboter du kan holde på fingertuppene, selvhelbredende romdrakter, romheiser og andre fantastiske enheter. Noen av disse tingene kan ta 20+ år å utvikle seg fullt ut; andre tar form på laboratoriet i dag.
Det å gjøre ting mindre har sine fordeler. Tenk deg for eksempel om Mars rovers Spirit og Opportunity kunne vært gjort så liten som en bille, og kunne skrike over steiner og grus som en bille kan, prøve mineraler og søke etter ledetråder til historien til vann på Mars. Hundre eller tusenvis av disse reduserende robotene kunne blitt sendt i de samme kapslene som bar de to skrivebordstørrelsene, noe som gjorde det mulig for forskere å utforske mye mer av planetens overflate - og øke sjansen for å snuble over en fossilisert Martian-bakterie!
Men nanotech handler om mer enn bare å krympe ting. Når forskere bevisst kan bestille og strukturere stoff på molekylært nivå, dukker det noen ganger opp nye nye egenskaper.
Et utmerket eksempel er den kjære av nanotekverdenen, karbon nanorør. Karbon forekommer naturlig som grafitt - det myke, svarte materialet som ofte brukes i blyantledninger - og som diamant. Den eneste forskjellen mellom de to er arrangementet av karbonatomene. Når forskere ordner de samme karbonatomer i et "kyllingtråd" -mønster og ruller dem opp i små kulerør bare 10 atomer på tvers, får de resulterende "nanorørene" noen ganske ekstraordinære egenskaper. nanorør:
- ha 100 ganger strekkfastheten til stål, men bare 1/6 vekten;
- er 40 ganger sterkere enn grafittfibre;
- lede strøm bedre enn kobber;
- kan være enten ledere eller halvledere (som databrikker), avhengig av atomenet er anordnet;
- og er utmerkede varmeledere.
Mye av dagens nanoteknologiforskning over hele verden fokuserer på disse nanorørene. Forskere har foreslått å bruke dem til en lang rekke bruksområder: i den høye styrken, lav vekt kabelen som trengs for en romheis; som molekylære ledninger for nanoskala elektronikk; innebygd i mikroprosessorer som hjelper å sifre av varmen; og som ørsmå stenger og gir i nanoskala maskiner, bare for å nevne noen.
Nanorør figurerer fremtredende i forskning som gjøres ved NASA Ames Center for Nanotechnology (CNT). Senteret ble opprettet i 1997 og sysselsetter nå rundt 50 forskere på heltid.
"[Vi] prøver å fokusere på teknologier som kan gi brukbare produkter i løpet av noen år til et tiår," sier CNT-direktør Meyya Meyyappan. "Vi ser for eksempel på hvordan nanomaterialer kan brukes til avansert livsstøtte, DNA-sequencere, ultra-kraftige datamaskiner og bittesmå sensorer for kjemikalier eller til og med sensorer for kreft."
En kjemisk sensor de utviklet ved hjelp av nanorør skal etter planen fly et demonstrasjonsoppdrag ut i verdensrommet ombord i en marinrakett neste år. Denne bittesmå sensoren kan oppdage så lite som noen få deler per milliard spesifikke kjemikalier - som giftige gasser - noe som gjør den nyttig for både romutforskning og forsvar mot hjemlandet. CNT har også utviklet en måte å bruke nanorør for å avkjøle mikroprosessorene i personlige datamaskiner, en stor utfordring etter hvert som CPUer blir mer og mer kraftige. Denne kjøleteknologien er lisensiert til en Santa Clara, California, oppstart kalt Nanoconduction, og Intel har til og med uttrykt interesse, sier Meyyappan.
Hvis disse brukene av nanoteknologi på nær sikt virker imponerende, er de langsiktige mulighetene virkelig overveldende.
NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), en uavhengig, NASA-finansiert organisasjon som ligger i Atlanta, Georgia, ble opprettet for å fremme fremtidsrettet forskning på radikale romteknologier som vil ta 10 til 40 år å komme til utførelse.
For eksempel finansierte en nylig NIAC-bevilgning en mulighetsstudie av nanoskala-produksjon - med andre ord ved å bruke et stort antall mikroskopiske molekylære maskiner for å produsere et ønsket objekt ved å samle det atom for atom!
Det NIAC-tilskuddet ble tildelt Chris Phoenix fra Center for Ansvarlig nanoteknologi.
I sin 112 sider lange rapport forklarer Phoenix at en slik "nanofabrikk" kan produsere, for eksempel, romfartsdeler med atompresisjon, noe som betyr at hvert atom i objektet er plassert nøyaktig der det hører hjemme. Den resulterende delen vil være ekstremt sterk, og formen kan være innenfor et enkelt atoms bredde av det ideelle designet. Ultral glatte overflater trenger ikke polering eller smøring, og vil lider praktisk talt ingen "slitasje" over tid. Så høy presisjon og pålitelighet av romskipdeler er av største viktighet når astronautene lever på spill.
Selv om Phoenix skisserte noen designideer for en nanofabrikk på skrivebordet i sin rapport, erkjenner han at - kort enn et stort budsjett “Nanhatten-prosjekt”, som han kaller det, er en fungerende nanofabrikk minst et tiår unna, og muligens mye lenger.
Constantinos Mavroidis, direktør for Computational Bionanorobotics Laboratory ved Northeastern University i Boston, tar en indikasjon fra biologi, og utforsker en alternativ tilnærming til nanotek:
I stedet for å starte fra bunnen av, bruker konseptene i Mavroidis NIAC-finansierte studie eksisterende, funksjonelle molekylære "maskiner" som kan finnes i alle levende celler: DNA-molekyler, proteiner, enzymer, etc.
Formet av evolusjon over millioner av år, er disse biologiske molekylene allerede veldig flinke til å manipulere materie i molekylær skala - og det er grunnen til at en plante kan kombinere luft, vann og skitt og produsere en saftig rød jordbær, og en persons kropp kan konvertere sist nattens potetmiddag inn i dagens nye røde blodlegemer. Omorganiseringen av atomer som gjør disse bragdene mulig, utføres av hundrevis av spesialiserte enzymer og proteiner, og DNA lagrer koden for å lage dem.
Å benytte seg av disse “ferdigproduserte” molekylære maskiner - eller bruke dem som utgangspunkt for nye design - er en populær tilnærming til nanoteknologi kalt “bio-nanotek.”
"Hvorfor oppfinne hjulet på nytt?" Sier Mavroidis. "Naturen har gitt oss all denne flotte, meget raffinerte nanoteknologien i levende ting, så hvorfor ikke bruke det - og prøve å lære noe av det?"
Den spesifikke bruken av bio-nanotek som Mavroidis foreslår i sin studie er veldig futuristisk. En idé innebærer å dra et slags “edderkopps nett” av hårtynne rør spekket med bio-nanotekksensorer over flere titalls mil terreng, som en måte å kartlegge omgivelsene til en fremmed planet i detalj. Et annet konsept han foreslår er en "andre hud" for astronauter å bruke under romdraktene sine som vil bruke bio-nanotek for å føle og reagere på stråling som trenger gjennom drakten, og for raskt å forsegle over kutt eller punkteringer.
Futuristisk? Sikkert. Mulig? Kan være. Mavroidis innrømmer at slike teknologier sannsynligvis er flere tiår unna, og at teknologi så langt i fremtiden antagelig vil være veldig forskjellig fra det vi forestiller oss nå. Likevel sier han at han mener det er viktig å begynne å tenke på hva nanoteknologi kan gjøre mange år nede.
Med tanke på at livet i seg selv på en måte er det ultimate eksemplet på nanotek, er mulighetene virkelig spennende.
Originalkilde: NASA News Release
