Nanomat for kommende generasjoner

Elektroniske neser som sniffer sykdommer, hydrogenbiler med nanopulver i tanken, ultraraske datamaskiner og flekkfri bukser - nanoteknologene vil gi oss noe for både store og veldig små anledninger, viste konferansen Nanomat i Oslo sist uke.

Publisert
"Syntetisk leire. (Foto: Jon Otto Fossum, NTNU)"
"Syntetisk leire. (Foto: Jon Otto Fossum, NTNU)"

Det har ikke manglet på nanoteknologiske skrekkvisjoner. Eric Drexler lanserte nano-roboter i sin bok Engines Of Creation i 1986. Hvis nanobotene fikk formere seg uhemmet, kunne verden bli oversvømmet av Grey Goo, eller “grå gugge”.

Hvis den grå gugga hadde tatt Soria Moria konferansesenter i forrige uke, ville håpet vært ute for Norge som nanoteknologisk frontnasjon. For her var eliten av norsk og internasjonal nanoforskning samlet for å dra i gang Nanomat-prosjektet.

Grey Goo er fantasi, og nanoroboter i beste fall langt fram i tida. Men Nanomat skal redde industri-Norge fra oljetørken når Nordsjøen går tom, og smøre velferdsmaskinen for framtidas generasjoner.

- Norge skal bli ledende innen utvalgte områder av nanoforskning, sa Bjørn Torger Stokke fra Nanomats programkomite.

Fra grå gugge til smart leire

Nanomat er ikke spiselig. Det er en forkortelse for “nanomaterialer”, som både er hverdagslige og spennende. Spennende, når nano-små strukturer i syntetisk leire kan utsettes for elektriske felt sånn at leira blir tykk eller tyntflytende.

- Stapp denne leira inn i framtidens bil-kløtsjer, foreslo Alex Hansen fra NTNU. Kløtsjen inn - leira blir tynn og motoren løper i vann. Kløtsjen ut - leira blir tykk og drar med seg drivakselen. Eller du kan bygge hus av leira i jordskjelv-soner, og når blekket skvetter i seismografene, blir veggene myke og gir etter for sjokkbølgene.

Dette er eksempler på smarte materialer som tilpasser seg omgivelsene. Ikke fullt så smarte, men likevel praktiske, er buksene med nanofibre som får vann, olje og annet søl til å prelle av. Og hva bedre er - de er allerede i salg! Europa er verdens ledende tekstileksportør, og i slutten av juni går EuroNanoTex av stabelen i Barcelona. Tilsett nanostrukturer, og stoff kan gjøres elastiske eller hardere, alt etter behov.

"Nanorør"
"Nanorør"

Det ultimate super-stoffet er nanorør - en finmasket hønsenetting av kullatomer som er fire ganger lettere og 100 ganger sterkere enn stål! Med nanorør i skroget kan framtidas fly bli fjærlette og super-raske - bare synd at ingen har funnet en praktisk og billig måte å lage nanorør på - ennå.

Snusende dåser for sukkersyke

Legene vil ta i bruk nanoteknologien i årene som kommer, og det er ikke ampuller med blodproppspisende nanoboter som står fremst i medisinskapet. “Smarte piller” vil tilpasse seg forholdene i menneskekroppen. Porøse kapsler av nanostrukturer kan omslutte og beskytte insulin mot magesyre sånn at diabetes-pasienter kan ta piller istedenfor sprøyter, fortalte Tim Harper fra European Nanobusiness Association. Og diabetes-pasientene får mer hjelp.

Ørsmå sensorer operert inn under huden kan måle blodsukkeret og overføre resultatet trådløst, sånn at de evinnelige blodprøvene blir overflødige, sa Ralph Bernstein fra SINTEF. Og er diabetespasienten virkelig dårlig, kan en elektronisk nese måle aceton fra pusten, et sikkert tegn på den livstruene tilstanden ketoacidose.

Elektroniske neser kan lukte mer enn sykdom. De kan også lukte forskjell på Pepsi og Coca-Cola, og gjenkjenne whisky, fortalte en inspirert Christoph Gerber fra Universitetet i Basel. Sensorer med nanoarmer blir bøyd av kjemiske krefter. Disse ørsmå bevegelsene analyseres av dataprogrammer og gjør det mulig å analysere luktstoffer eller andre store molekyler - for eksempel ett bestemt gen i “høysåta” av arvestoffet i et menneske.

De små grønne

"Mercedes brenselcellebil."
"Mercedes brenselcellebil."

Greenpeace har sluttet fred med nanoteknologien, kunne Tim Harper fortelle. De har et pragmatisk forhold til nye nanostoffer. Men miljøvernere burde begeistres - for miljøet kan dra nytte av “de små grønne” - nanomaterialer som skaffer ren energi.

Skal du kjøre bil uten forurensing med brenselceller som drives av hydrogen, er det upraktisk å lagre hydrogenet i svære trykktanker. Derfor forsker Institutt for energiteknikk på nanopartikler av metall som hydrogenet kan binde seg til. Varmer du opp dette pulveret, vil hydrogenet frigis. Stoffet som trolig kan drysses inn i framtidas drivstofftanker kalles alanat, en blanding av aluminium og magnesium, natrium eller litium, fortalte Bjørn Hauback.

Brenselceller kan også erstatte batterier i framtidas mobiltelefoner, og med alanatpulver under tastaturet kan portable digitale assistenter doble som maracas i festlig lag.

"Solceller kan gjøres mer effektive med nano-partikler."
"Solceller kan gjøres mer effektive med nano-partikler."

Sola ødsler strålene sine ut over jorda - og noe av denne energien kan vi fange opp i solceller, som kan dekkes av nano-pigmenter for å gjøre dem mer effektive. Andre ganger kan det bli for mye sol. Vindusruter med tynne filmer som holder sollyset ute kan erstatte energisløsende klima-anlegg i varme strøk.

Men ikke bare sola lager varme. Du som leser dette er en stråleovn på cirka 100 watt. Noen av disse varme-wattene kan fanges opp av nano-materialer som omformer energien til elektrisk strøm - for å snurre igang den roterende selvlysende party-sløyfa, eller - kanskje mer fornuftig - lade mobiltelefonen.

Kjære - vi krympet computeren

"De blir mindre og mindre ..."
"De blir mindre og mindre ..."

Gordon Moore formulerte i 1965 loven som sier at antall transistorer på en databrikke fordobles hver 12. måned. Så fort går miniatyriseringen. Det vil si - den går ikke så fort lenger. Loven måtte skrives om på 1990-tallet, 12 måneder ble til 18, og nå er kurven sakte i ferd med å flate ut. Hvorfor? Fordi kretsene er blitt så små at naturlovene som virker på nanonivå - kvantemekanikken - begynner å forstyrre kretsene. Men den samme kvantemekanikken kan vendes fra motstander til alliert - i kvantecomputere.

Kvantecomputere er ikke som andre computere. En vanlig datakrets kjenner to tall eller “bits” - én og null. En kvantecomputer lagrer såkalte qbits - som kan ha mange verdier på en gang! Dermed kan kvantecomputeren gjøre parallelle utregninger på et øyeblikk som ville krevd år av en vanlig datamaskin. Det er bare ett problem - å lese resultatet! I det øyeblikket vi store, klumsete mennesker prøver å avlese verdien til qbitene, forsvinner mangfoldet og de smetter tilbake til én eller null. Det vil si - i korte øyeblikk bevarer de mangfoldet, og disse korte tidslukene er vårt håp om et glimt inn i kvanteverdenens mangslungne muligheter.

"Single Electron Transistor. (Bilde: Centre For Quantum Computation)"
"Single Electron Transistor. (Bilde: Centre For Quantum Computation)"

I tida framover vil datateknologien og nanoteknologien finne hverandre. Nanorør av karbon er gode elektriske ledere, og transistorer på størrelse med ett elektron kan bli byggekloss i framtidas databrikker.

Også til lagring av data kreves nanoteknologi. IBMs prosjekt Millipede bruker en nano-nål til å smelte små hull i en plastfilm og kan lagre over 100 gigabyte på en kvadratcentimeter.

Thomas Ebbesen ved Pasteur-universitetet har funnet en måte å lage linser av ringformede spalter i metallplater. Spaltene er så smale at lyspartiklene ifølge teorien ikke skulle klart å presse seg gjennom, men det vet ikke lyspartiklene. I stedet fokuseres de i en stråle så smal at den kan brukes til å lese og skrive data i framtidas super-DVD-spillere.

Drexlers drøm

"Nano-robot. (Illustrasjonsbilde)"
"Nano-robot. (Illustrasjonsbilde)"

Eric Drexler drømte om nano-roboter i sin bok Engines Of Creation fra 1986, men hvis han hadde deltatt på Nanomat-konferansen ville han fått det bestemte inntrykk at nano-botene nettopp hadde kommet for sent til sin egen begravelse. Det var ikke mange som hadde tro på Drexlers visjoner i denne forsamlingen, og det er kanskje ikke rart, når motivet er å bygge industri-Norge. Nanoboter blir neppe pengemaskiner på mange år ennå, men visjonene om små hjelpere på patrulje inne i menneskekroppen bør ikke avskrives helt.

Faktum er at du har en energisk liten nanobot snurrende rundt inni deg i dette øyeblikk - skapt av naturen selv. En liten proteinpumpe komplett med drivaksel produserer ATP, som er kroppens energi-stoff.

- Naturen bruker polymer-molekyler for å lage nano-maskiner. Menneskene må gjøre det samme, sa Alex Hansen fra NTNU. Han var en av de få som gav nano-maskiner laget av polymerer eller “myk materie” en sjanse. “Myk materie” vil forandre verden like mye som datateknologien og bioteknologien, sa Alex Hansen.

"Harry Kroto."
"Harry Kroto."

En annen som lekte med ideen om nanomaskiner var Sir Harry Kroto, som fikk Nobelprisen i kjemi for sitt arbeid med karbonbaserte nanostrukturer bygget på C60-molekylet.

- Molekyler er dynamiske, sa Kroto. Han viste en tegnefilm av et molekyl formet som en liten hund som logret med atom-halen.

- Nanoboter er kanskje science fiction, sa Tim Harper. Men velfundert science fiction har blitt virkelighet mer enn en gang. Jules Verne skrev om månereiser 104 år før Neil Armstrong laget fotavtrykk i månestøvet.

Den uforutsigbare nanoteknologien

Nano-verdenen er uforutsigbar, sa Uzi Landmann fra Georgia Institute of Technology i USA.

Når vi kommer ned i nano-skala, begynner materien å oppføre seg på helt nye måter. Selv om vi kjenner de grunnleggende naturlovene, kan vi ikke forutsi kompleksiteten i det som skjer når materien adlyder disse lovene. Det er bare en måte å erfare denne kompleksiteten på - ved å la den folde seg ut og lære av virkeligheten.

Nanomat-konferansen er slutt, men gjennomsnittlig arrangeres det fire nanoteknologi-konferanser i uka året rundt over hele verden. Siste ord om nanoteknologi er ikke sagt!

Lenker

Nanoskopet - et dataspill om nanoteknologi

Les mer…

-om smart leire
-om nano-klær
-om nanorør
-om elektroniske neser
-om brenselceller
-om kvantecomputere