עתיד הננו טכנולוגיה: מיתוסים ומציאות

אבי בליזובסקי

צוללות גרעיניות השטות לאורך מחזור הדם ויורות בגידולים באמצעות לייזר, רובוטים ננומטריים המשכפלים את עצמם הבורחים ממעבדה והופכים את כדור הארץ לגו אפור – כל אלו חומרים של ספרי מדע בדיוני מהסוג הזול. הפיסיקה של קנה המידה הזה יכולה לספר לנו כי מנועים זעירים, לדוגמה פשוט לא יעבדו בצורה שחשבנו.

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/nanoplus.html

מאז שנת 1803, בה שכנע ג'ון דלטון את העולם בקיומו של האטום, ביקשו המדענים למצוא דרכים בהן ניתן יהיה ליישם את התגלית. הננו טכנולוגיה, המאפשרת לבצע מניפולציות במולקולות שקוטרן כמה מיליוניות המילימטר, סוללת את הדרך ליישומים מיוחלים אלה. העבודה בקנה מידה קטן פי מיליון מראש סיכה מאפשרת למדענים “לכוונן” את מאפייני החומר, לגרום לעצמים להתנהג בצורה שונה מהרגיל – ולפרוץ דרכים חדשות.

הטבע מנצל את הננו טכנולוגיה לצרכיו מזה זמן רב, ובמומחיות רבה. השערות העדינות להפליא ברגלי הזיקית, למשל, מאפשרות לה להיצמד לקירות ואף להיתלות, הפוכה, על לוח זכוכית. אם נלמד מהטבע נוכל לבנות מערכות קטנות, קלות, חזקות ויעילות יותר – ולייצר אותן במחיר זול יותר. “הננו טכנולוגיה אינה טכנולוגיה בפני עצמה” אומר פרופסור מרק וולאנד, העומד בראש המעבדה למדעי הננו באוניברסיטת קיימברידג'. “זו טכנולוגיית עזר, המיושמת במוצרים רבים. אפשר לראות יישומים שלה בזכרונות פלאש ושבבי מחשב, ובקרוב נראה אותה גם בצבעים וחיישנים וכן בעולם הרפואה”.

הטכנולוגיה תשנה את הביצועים של פולימרים, צבעים, סוללות, חיישנים, תאי דלק, תאי שמש, מחשבים וצגים. בעוד חמש שנים ייראו סוללות בעלות אורך חיים של שלושה ימים בלבד מגוחכות, אומר פרופסור וולאנד. בעוד עשר שנים ייראו הבדיקות הרפואיות של ימינו מגושמות מאוד, והתחזית על פיה בעוד חמש שנים יהיה נפח האחסון של iPod גדול פי עשר היא שמרנית ביותר, לדבריו. בעתיד הלא רחוק, ניתן יהיה לאחסן ט”ב של נתונים – שווה ערך לעשר שעות של וידאו באיכות גבוהה ללא שום דחיסה – בשבב בגודל של בול דואר.

מכשירי הננו נבנים אמנם כיום אטום אחר אטום, אך אין זה מעשי לייצר אותם בייצור המוני בשיטה זו – אומר פרופסור ג'ון רייאן, העומד בראש המרכז לביו – ננו – טכנולוגיה של אוניברסיטת אוקספורד. לדבריו, “אחד האתגרים העיקריים בשנים הבאות יהיה להבין את העקרונות הביולוגיים הרלוונטיים וליישם אותם בייצור מכשירי הננו”.

החששות

חסידי הננו טכנולוגיה טוענים שתפיסות שגויות ומצגי שווא ביחס לפוטנציאל של הננו טכנולוגיה הזינו תרחישים מאיימים, שרבים מהם לא יכולים כלל להתרחש. הרויאל סוסייטי והרויאל אקדמי בבריטניה בדקו אם יש צורך להפעיל אמצעי בקרה חדשים על הננו טכנולוגיה, ובדוח שהכינו הוזמו כמה מהתרחישים הבלתי מציאותיים. עם זאת, נקבע כי יש צורך למסד רגולציה כדי לטפל באיומים הממשיים.

“האיום הידוע ביותר, של המכונות שמשכפלות את עצמן – החומר הדביק והאפור (grey goo) – רחוק מאוד מהמציאות” אומר פרופסור וולאנד. לדבריו, “התכנון של מכונות ננו פשוטות יחסית הוא עדיין מורכב מאוד, וכיום לא ניתן אפילו להתחיל לדבר על תכנון של מכונות שמסוגלות לשכפל את עצמן”. גם אריק דרקסלר, המכונה 'אבי הננו טכנולוגיה', התנער מהתרחיש של החומר הדביק והאפור, אותו שרטט בעבר.

גם החששות מפני החומר הדביק והירוק (green goo) – חלקיקים ביולוגיים בגודל ננו שמשכפלים את עצמם, חודרים לגוף האדם וגורמים לדברים בלתי צפויים – מופרזים על פי פרופסור וולאנד ופרופסור רייאן. קיים אמנם חשש שחלקיקי ננו יגיעו בעקבות שאיפתם למחזור הדם ולמוח, אך לא ברור אם יש בכך סיכון בריאותי. “במרכזי הערים שואפים כבר היום חלקיקי ננו רבים, למשל כאלו הנפלטים ממנועי דיזל” – אומר פרופסור וולאנד.

היתרונות

הננו טכנולוגיה תאפשר לייצר אריגים שצבעם משתנה באופן אלקטרוני. כך ניתן יהיה לצייד את החיילים בשדה הקרב במדים שצבעם משתנה בתגובה לקרינה אולטרה סגולה – מבלי שיהיה עליהם לפשוט את המדים הקיימים ולהחליפם באחרים. אולם, היתרונות העיקריים של הננו טכנולוגיה מצויים דווקא ביישומים הרפואיים – אומר פרופסור רייאן: “רפואת הננו מאפשרת אבחון מוקדם ומדויק יותר, ואספקה יעילה יותר של תרופות ליעדים מדויקים בגוף”. נוכל לראות גם שתלים גמישים בעלי אלקטרודות זעירות כתחליף לאיברים שונים.

ענקי התעשייה, דוגמת ג'נרל אלקטריק, כבר משקיעים סכומים גדולים בפיתוח הננו טכנולוגיה. “פריצת הדרך הגדולה צפויה בפיתוח חומרים חדשים” אומר טרוי קירקפטריק ממרכז הפיתוח העולמי של ג'נרל אלקטריק. מדובר, בין השאר, בצבעים עמידים בפני קורוזיה עבור טורבינות הידרו – חשמליות ובמסנני מים ננו טכנולוגיים. ג'נרל אלקטריק חוקרת גם את הננו קרמיקה, באמצעותה מקווים לייצר חומרים קלים וחזקים במיוחד.

כך או כך, מדובר בתהליכים חדשניים ביותר, שבאופן טבעי מעוררים חששות רבים. “החיישנים הרפואיים מאפשרים לנטר את המטופלים 24 שעות ביממה, אך אם מישהו יחדור לנתונים תיפגע הסודיות הרפואית” אומר פרופסור וולאנד. משום כך יש למסד רגולציה מתאימה, מבלי לשפוך את התינוק עם מי האמבט. וכמו כן, הוא מוסיף, “יש להבטיח שכולם יוכלו ליבנות מיתרונות הננו טכנולוגיה – ולא רק התושבים במדינות המפותחות”.

ננוטכנולוגיה – גם בתקשורת

בעתיד הלא רחוק, הטלפונים הסלולריים שלכם וגם מכשירי הטלויזיה, יציגו תמונות הרבה יותר ברורות, חדות ואיכותיות מאלו שמופיעות היום – תודות לאנטנות זערוריות, פי כמה אלפים קטנות יותר מעובי שערת אדם שמצויות כיום בפיתוח. הן נחשבות לאחד ממוצרי הדגל של תעשייה חדשה שתתבסס על מחקרים בתחום המדע החדשני ננו-טכנולוגיה.

מחקר בנושא זה כבר נעשה בידי פרופ' בארט קוסקו מאוניברסיטת דרום קליפורניה שמתמחה בננו-טרנזיסטורים ובננו-אנטנות. הוא הציג את היכולות של הרעיון הטכנולוגי הזה במאמר ששלח לכתב העת “ננו לטרס” של החברה האמריקנית לכימיה – הארגון המדעי הגדול בעולם.

האנטנות הזערוריות עשויות מננו-צינוריות פחמן (כשמציינים “ננו” מתכוונים למוצרים שגודלם נמדד בחלקי מיליארד של המטר). התברר שגם אנטנות אלו מגבירות באופן דרמטי את עיבוד האותות החשמליים. הפיתוח בתחום הזה אמור לשפר במידה מהפכנית את איכות המכשירים האלקטרוניים שבהם אנחנו משתמשים.

כבר עתה פותחו לא מעט רכיבים אלקטרוניים מבוססי טכנולוגיית הננו בכלל זה שערים-לוגיים למחשבים ודיודות בתחום הצגים.

כשנשאל מהו הטווח שלו למונח עתיד – אמר כי מדובר בחמש שנים מהיום “ואולי עשר, לא יותר”.
על המפתחים יהיה להתגבר על כמה בעיות טכניות שטרם נפתרו כמו רעשים וקליטת אותות לא רצויים על-ידי האנטנות. עם זאת הן יהיו מסוגלות לקלוט אותות חשמליים שהולכים ונחלשים. פרופ' קוסקו מסר כי במעבדתו כבר הושגו תוצאות מרשימות בניסויים באנטנות הזערוריות.

ישומים עתידניים נוספים שיהיו לננו-צינוריות: הגברת מהירות העברת המיידע בצמתי רשת האינטרנט ואפילו בניית תאי-עצב מלאכותיים לשיפור התחושה העצבית והתנועה עקב פגיעה בעצבי הגפיים.

ידען ננו טכנולוגיה
לידיעה בבי.בי.סי

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~917831653~~~57&SiteName=hayadan