לפחות 51,000 אתרי אינטרנט עוסקים ב''ננוטכנולוגיה'' –
טכנולוגיה ''מפציעה'', שכל עתידה עוד לפניה וכנראה שנכון לה עתיד גדול. על מה כל הרעש?
אהרון האופטמן
(גרסה שונה של מאמר זה פורסמה בעיתון ''הארץ'', 20 במרץ 2000)
קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/haupman200300.html
הננוטכנולוגיה מבוססת על יכולת קיימת כיום, ראשונית אך מרשימה, לבצע מניפולציות במולקולות ובאטומים בודדים: להזיזם ממקום למקום ולסדרם בתצורות שונות. הקידומת ''ננו'' באה מ''ננומטר'' – אלפית המיקרון (המיקרון הוא אלפית המילימטר) – כגודל מולקולות מסוימות. המעגלים האלקטרוניים הזעירים ביותר במיקרואלקטרוניקה של ימינו גודלם כ-250 ננומטרים – גודל ענק לעומת תחום העיסוק של הננוטכנולוגיה. אבל לא רק הגודל קובע. מדובר בשינוי תפיסה כולל: בניית דברים מאטומים ומולקולות, אבני היסוד של הטבע, משל היו קוביות ''לגו''. אטומים כקוביות לגו? וכי אפשר לאחוז אטום ביד? אפשר גם אפשר – אם כי לא בדיוק ביד.
''החשבוניה הקטנה בעולם'': נבנתה בעזרת STM ממולקולות ''פולרן'' – מולקולות בצורת כדור הבנוי מ-60 אטומי פחמן, הנחשבות לאבן בניין אפשרית למוצרי ננו עתידיים. מקור: IBM
הרעיון העקרוני אפילו אינו חדש. עוד ב-1959 נתן הפיסיקאי הנודע ריצ'רד פיינמן הרצאה במכון הטכנולוגי של קליפורניה (קלטק) ובה הסביר שאין שום חוק פיסיקלי השולל את האפשרות ''לשחק'' באטומים בודדים ולארגן אותם כרצוננו, אחד אחד. ''זו התפתחות בלתי נמנעת,'' טען, וגם התנבא שיבוא יום בו, אם יזדקק לניתוח, הוא לא יפקיר את עצמו בידיו של מנתח אלא פשוט יבלע אותו – רמז ל''ננו-רובוט'' עתידי המשייט במחזור הדם, מתקן תאים, פותח סתימות בכלי דם ומתחזק את גופנו. כיום סבורים מומחים ש''ננו-מנתח'' שכזה צפוי עד שנת 2010. כרבע מאה לאחר הרצאתו של פיינמן הומצא המכשיר שסלל את הדרך למימוש החלום: ה-STM – ''מיקרוסקופ מינהור סורק''. הממציאים (ביניג ורוהרר מ-IBM) התכוונו ''בסך הכל'' לחקור חומרים ברזולוציה אטומית: לראות (או מוטב לומר לחוש) אטומים נפרדים. לב המכשיר הוא מחט חדה ביותר הסורקת פני חומר, כשהחוד כמעט נוגע בחומר. אלקטרונים קופצים מחוד המחט אל האטום הקרוב שמתחת (זהו ''מינהור'' – אחת המוזרויות של פיסיקת הקוואנטים). זרם האלקטרונים נמדד ו''מתורגם'' להדמיה ממוחשבת -שבה האטומים נראים כגבשושיות ברורות. למרבה ההפתעה התברר שתוך בקרת ''זרם המינהור'' ניתן ''לתפוס'' אטום רצוי, להזיזו ממקומו, ולהניחו במקום אחר. זו כבר היתה מהפכה אמיתית: לראשונה עמד לרשות האדם כלי לאחיזה באטומים בודדים ולסידורם במבנה רצוי. באתר האינטרנט ''גלריית STM'' של מעבדות IBM אפשר להתפעל מאוסף של ''יצירות אמנות'' – סידורים יפיפיים של אטומים שנעשו בSTM-.
''אלמוג קוואנטי'' – מאוסף היצירות של ''גלריית STM'': 48 אטומי ברזל שסודרו על משטח נחושת. מקור: IBM
מכאן הדרך קצרה להשתוללות הדמיון באשר לאפשרויות העתידיות של ''ננו-הנדסה''. אריק דרקסלר, ''נביא'' הננוטכנולוגיה המולקולרית, כתב ספר הנדסי שלם על ''ננו-מערכות'': מיסבים, גלגלי שיניים, זרועות רובוטיות – כולם מאטומים בודדים. חלק מהקהיליה המדעית הגיב בספקנות מוחלטת. אחרים אימצו בהתלהבות את חזון ''היצור המולקולרי'': הרי כל דבר בעולם עשוי ממולקולות ואטומים, אז למה שלא יפותחו בעתיד ''מאגדים אוניברסליים'' (Universal Assemblers), מעין רובוטים זעירים שיוכלו לפרק כל דבר לאטומים, ולבנות מהם כל דבר אחר שנחפוץ בו? שוו בנפשכם שאי-מתי בעתיד נוכל ''להוריד'' מהאינטרנט תוכנה עם המבנה המולקולרי של מוצר כלשהו, כולל הוראות הרכבה, לחבר למתקן יצור ביתי (בצרוף מעט אשפה כחומר גלם), ללחוץ על כפתור – וחיש מהר המוצר המבוקש (אולי סטייק עסיסי?) מוכן לשימוש. אותו מתקן מופלא יוכל גם לשכפל את עצמו, כמובן – לפי חזון הננוטכנולוגיה בנוסח דרקסלר. הקץ למפעלי הייצור המזהמים, הקץ למחסור ולרעב – וברוך בואכם לעידן השפע האולטימטיבי!
מימוש החזון הזה עדיין רחוק מאד ויש האומרים – גם בלתי אפשרי. דון אייגלר, המדען מ-IBM שגילה את יכולת המניפולציה של ה-STM, אומר שלפי שעה אי אפשר אפילו לחשוב על שימוש תעשייתי מעשי, אלא ''רק'' על מחקר טהור. התהליך אטי מדי, מסובך, לא מכל מולקולה ניתן לבנות תצורות, ואם ניתן – עדיין רק תצורות שטוחות, דו-ממדיות. ובכל זאת, בטווח הקרוב צפויים יישומים ראשונים של מדע הננו. למשל – ננו-אלקטרוניקה, שתחליף את המיקרואלקטרוניקה. התוצאה: מעגלים אלקטרוניים מולקולריים, ומכאן מחשבים מהירים ויעילים יותר, המעמידים בצל את שיא השכלולים של היום. מרכזי מחקר רציניים משקיעים הרבה משאבים בננוטכנולוגיה העתידית. בנאס''א, למשל, עוסקים בסימולציות ממוחשבות של מנועים ומכונות מולקולריות – שעדיין לא יודעים איך לבנותן בפועל, אך המחשב מוכיח את היתכנותם.
הדמיית מחשב של ממסרת גלגלי שיניים העשויה מאטומים. מקור: NASA
הנשיא קלינטון הכריז בתחילת שנת 2000 על ''יוזמת ננוטכנולוגיה לאומית'' – בנאום שנשא, איך לא, באותו אולם ב''קלטק'' שבו ניתנה הרצאתו הנבואית של פיינמן ב-1959. הפורום הבינתחומי של אוניברסיטת ת''א קיים, ביוזמת המרכז לתחזית טכנולוגית, מפגש עם אנשי התעשיה על ''עולם הננו''. בין השאר, פרופ' אשל בן יעקב מהפקולטה למדעים מדויקים תיאר איך ניתן להשמיד חיידקים בעזרת ''חלקיקי ננו'' במקום אנטיביוטיקה. פרופ' עמיחי פרימן (מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית) סקר את ההתפתחויות המרתקות במסלול הביולוגי – אולי המסלול המבטיח ביותר של הננוטכנולוגיה: שימוש במולקולות ביולוגיות כגון דנ''א, בתור ''אבני לגו'' של מוצרי הננו-ביו-מכאניקה והננו-ביו-אלקטרוניקה העתידיים.
בשנה האחרונה הולכים ומוקמים, בהשקעות ענק, מרכזי מחקר בינתחומיים לננוטכנולוגיה במיטב האוניסרסיטאות בארץ: אוניברסיטת ת''א, אונ' בן-גוריון בנגב, האוניברסיטה העברית והטכניון. בסוף מאי 2000 קיימה אוניברסיטת ת''א כנס בינלאומי על מדעי הננו, בו השתתפו בין השאר פרופ' סימאן מאוניברסיטת ניו-יורק (הראשון שבנה התקן מכאני זעיר ממולקולות דנ''א) וד''ר ג'ים גימזווסקי ממעבדת IBM בציריך (האחראי על מרבית ה''יצירות המולקולריות'' באמצעות ה-STM). עידן ה''ננו'' בפתח.
קוביה עשויה מדנ''א – אולי אבן בניין למוצרי ננו עתידיים. מקור: אוניברסיטת ניו-יורק, המעבדה של פרופ' סימאן
פורטל ננו טכנולוגיה באתר הידען
ריכוז מאמריו של ד”ר אהרון האופטמן באתר הידען
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~142577783~~~222&SiteName=hayadan
