Νανοτεχνολογία ... το αύριο είναι εδώ

Η νανοτεχνολογία ως κλάδος στηρίζεται στην ιδέα ότι ο άνθρωπος μπορεί να επέμβει στο τελευταίο, στο χαμηλότερο επίπεδο ύλης, το άτομο, και εκεί να δημιουργήσει τα επιθυμητά αντικείμενα. Πρόκειται λοιπόν για την τεχνολογία που μπορεί να δημιουργεί συσκευές στο επίπεδο του μορίου, του ατόμου ή ακόμα και του νανόμετρου, που ισούται με ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Τεχνικά, η νανοτεχνολογία θα είναι ακριβής σε επίπεδο ατόμων, δηλαδή τα παραγόμενα προϊόντα θα έχουν κάθε άτομο στη σωστή (επιθυμητή) θέση, θα μπορεί να δημιουργεί δομές συνεπείς προς τους νόμους της φυσικής, και όλα αυτά με μικρό κατασκευαστικό κόστος.

Επί του παρόντος βρίσκεται σε αρχικό στάδιο και θυμίζει περισσότερο σενάριο επιστημονικής φαντασίας παρά κάτι υλοποιήσιμο. Ωστόσο, το πιθανότερο είναι ότι τα επόμενα χρόνια η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας θα πάρει τη μορφή έκρηξης και θα αποτελέσει απτή πραγματικότητα. Η εκτίμηση αυτή βασίζεται σε 4 ειδικούς παράγοντες:

Πρώτον, τα φυσικά όρια των υλικών και των τεχνολογιών που εφαρμόζονται στον "ψηφιακό κόσμο" έχουν αρχίσει να γίνονται εμφανή και να υπαγορεύουν την ανάγκη εξεύρεσης νέων τεχνολογιών (π.χ. στην πληροφορική). Διαφορετικά, θα κυριαρχήσει η στασιμότητα, κάτι που ασφαλώς είναι απευκταίο.

Δεύτερον, η νανοτεχνολογία υπόσχεται την επίλυση προβλημάτων που σήμερα φαντάζουν αξεπέραστα (π.χ. στην ιατρική). Αυτό έχει ενεργοποιήσει τον επιστημονικό κόσμο που εργάζεται εντατικά προς αυτή την κατεύθυνση.

Τρίτον, η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη της παγκόσμιας οικονομίας. Εκτιμάται ότι η νανοτεχνολογία θα δημιουργήσει τεράστιες οικονομικές ευκαιρίες στις χώρες και τις εταιρίες που θα την προμηθεύουν.

Τέταρτον, όλες οι ανεπτυγμένες χώρες χρηματοδοτούν αδρά την ανάπτυξή της και τη θέτουν ως στρατηγική προτεραιότητα (όπως οι ΗΠΑ, Ιαπωνία και ΕΕ). Ενδεικτικό της κατάστασης είναι ότι, μέχρι στιγμής, Ηνωμένες Πολιτείες, Ιαπωνία και Ευρωπαϊκή Ένωση έχουν επενδύσει συνολικά δεκάδες δισεκατομμύρια δολάρια.

Το 1965 ο Γκόρντον Μουρ, συνιδρυτής της Intel, διατύπωσε δύο προβλέψεις για την εξέλιξη της επεξεργαστικής ισχύος των υπολογιστών. Η πρώτη πρόβλεψη, που έμεινε στην ιστορία ως "Νόμος του Μουρ", εκτιμούσε ότι ο αριθμός των τρανζίστορ που θα περιέχονται σ' έναν επεξεργαστή θα διπλασιάζεται κάθε 12 μήνες. Όπως αποδείχθηκε, η πρόβλεψη αυτή δεν ήταν σωστή. Ο ίδιος ο Μουρ αναγκάστηκε να αναθεωρήσει αρκετές φορές το χρονικό διάστημα διπλασιασμού, με τελευταία αυτή στις αρχές της δεκαετίας του '90, όπου και κατέληξε ότι αριθμός των τρανζίστορ που θα μπορούν να ενσωματωθούν σ' ένα κύκλωμα (chip) -και όχι σ' έναν επεξεργαστή, αυτή τη φορά- θα διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες.


Ο Νόμος του Μουρ, αν και θα μπορούσε κανείς να του προσάψει αστοχίες, είναι σημαντικός γιατί απέδωσε και αποδίδει τη γενικότερη τάση που επικρατεί εδώ και πολλές δεκαετίες στο χώρο των υπολογιστών. Έτσι, ο πρώτος επεξεργαστής της Intel (1971) είχε μόλις 2.250 τρανζίστορ, ένας σύγχρονος υπολογιστής (2005) διαθέτει μερικές δεκάδες εκατομμύρια, ενώ εκείνοι που θα κυκλοφορήσουν σε λίγα χρόνια αναμένεται να περιέχουν περίπου ένα δισεκατομμύριο τρανζίστορ. Ο Νόμος του Μουρ γενικευμένος, υπό την έννοια και τη μορφή αυξητικής τάσης, δεν περιορίστηκε στα τρανζίστορ και τους επεξεργαστές, αλλά επεκτάθηκε στη μνήμη RAM, στους σκληρούς δίσκους κ.α., όπου πράγματι οι δυνατότητες αυξάνονται διαρκώς.

Ο δεύτερος νόμος έκανε λόγο για συρρίκνωση (σμίκρυνση) των κυκλωμάτων και προέβλεπε ότι αυτά, με την πάροδο του χρόνου, θα μικραίνουν όλο και περισσότερο, στο μέγεθος. Η πρόβλεψη αυτή επιβεβαιώθηκε από τις εξελίξεις σε μεγαλύτερο βαθμό από την πρώτη. Το μέγεθος τόσο των κυκλωμάτων όσο και των τρανζίστορ υποτετραπλασιάζεται κάθε 3 περίπου χρόνια. Αν ο ρυθμός αυτός συνεχιστεί, που είναι και το πιθανότερο, σε μερικά χρόνια (10 - 20) τα κυκλώματα θα έχουν το πάχος ελάχιστων χιλιοστών. Όμως η συρρίκνωση αυτή, όπως επίσης και αύξηση των τρανζίστορ, δεν μπορούν να συνεχιστούν έπ' άπειρον, για μια σειρά από λόγους: φυσικής, λειτουργικότητας, παραγωγικότητας, οικονομικούς και άλλους, που θέτουν το όριο πέραν του οποίου η εξέλιξη στο πλαίσιο της "νομολογίας" Μουρ δεν μπορεί να συνεχιστεί.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα το πυρίτιο, το φυσικό υλικό από το οποίο κατασκευάζονται τα τρανζίστορ. Έχει φυσικά όρια (αντοχής, συρρίκνωσης, καλής λειτουργίας κ.λπ.) τα οποία, είναι πολύ δύσκολο να ξεπεραστούν. Στην ίδια κατάσταση βρίσκονται και οι λοιπές ηλεκτρονικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούν οι υπολογιστές. Όλα συντείνουν στο ότι η ηλεκτρονική τεχνολογία έχει ημερομηνία λήξεως, με την έννοια ότι από ένα σημείο και πέρα οι εξελίξεις στον τομέα της ηλεκτρονικής θα είναι ανύπαρκτες, αν δεν βρεθεί "κάτι άλλο". Στο σημείο αυτό η νανοτεχνολογία προβάλλει ως μία πολύ πιθανή λύση για να ξεπεραστούν τα προβλήματα, και οι εκτιμήσεις του Μουρ να συνεχίζουν να υφίστανται, με τη μορφή της αέναης εξέλιξης.

Από τις μέχρι σήμερα επιστημονικές αναφορές και τα εργαστηριακά επιτεύγματα που έχουν προκύψει, οι σημαντικότερες αλλαγές που θα επιφέρει η νανοτεχνολογία στην πληροφορική είναι οι ακόλουθες:

Το πυρίτιο στα τρανζίστορς θα αντικατασταθεί από νανοσωλήνες άνθρακα, ενώ κάθε τρανζίστορ θα περιέχει ένα και μόνο ένα ηλεκτρόνιο.

Η μαγνητική μνήμη MRAM (Magnetic Random Access Memory) θα κάνει την εμφάνισή της και θα μπορεί να αποθηκεύει και να διατηρεί μαγνητικά τα δεδομένα.

Μία νέα τεχνολογία, τα spintronics (σπειροειδής - στροφονική ηλεκτρονική), θα αναδυθεί και θα αντικαταστήσει την ηλεκτρονική.

Θα αναπτυχθούν κβαντικοί και μοριακοί υπολογιστές που θα επεξεργάζονται δεδομένα στο επίπεδο των κβάντων και των μορίων, αντίστοιχα.

Όλα αυτά περιγράφουν τον όρο νανοηλεκτρονική.

Τι θα σημάνει η νανοηλεκτρονική για την εξέλιξη των υπολογιστών και της πληροφορικής;

Κατ' αρχάς, θα δημιουργήσει ασύγκριτα μικρότερους υπολογιστές, ταχύτατους, με τεράστιες αποθηκευτικές δυνατότητες και με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας. Επιπλέον, ο τρόπος αποθήκευσης και μεταφοράς δεδομένων θα αλλάξει ριζικά. Η μνήμη θα αποκτήσει μεγαλύτερη πυκνότητα, τα αποθηκευτικά μέσα θα διαθέτουν αποθηκευτικές δυνατότητες που θα μετριούνται σε Terabytes, η ταχύτητα πρόσβασης σε αυτά θα είναι ασύλληπτη, ενώ η διατήρηση δεδομένων δεν θα εξαρτάται αναγκαστικά από το ηλεκτρικό ρεύμα.

Παράλληλα, η μείωση του όγκου των συσκευών θα είναι κατακόρυφη. Οι οθόνες θα γίνουν τόσο λεπτές, που θα μετριούνται σε χιλιοστά, ενώ ταυτόχρονα θα μπορούν να είναι και διάφανες. Οι υπολογιστές θα ξεκινούν αμέσως, χωρίς να χρειάζεται να περάσουν από τη διαδικασία της εκκίνησης του λειτουργικού συστήματος (boot), θα εκκινούν δηλαδή όπως εκκινούν και οι τηλεοπτικές συσκευές. Το πληκτρολόγιο, με τη σημερινή μορφή, θα αντικατασταθεί από ένα εικονικό πληκτρολόγιο που θα εμφανίζεται στην επιφάνεια του γραφείου ή κάποιας άλλης επιφάνειας και θα εξαφανίζεται όταν θα κλείνει ο υπολογιστής.

Παρόμοια επιτεύγματα θα καταγραφούν και στους συναφείς με την πληροφορική κλάδους: τις τηλεπικοινωνίες και την τηλεματική. Τα κινητά τηλέφωνα θα μικρύνουν περισσότερο και θα φθάσουν το μέγεθος ενός κουμπιού, που θα μπορεί κάλλιστα να φορεθεί στο αυτί. Οι υπολογιστές παλάμης θα αποτελούν ιδιαίτερα κομψά δημιουργήματα και το μέγεθός τους δεν θα είναι μεγαλύτερο από μία πιστωτική κάρτα. Θα ενσωματώνουν δε σχεδόν τα πάντα. Θα είναι τηλέφωνο, υπολογιστής, τηλεόραση, φωτογραφική μηχανή, βιντεοκάμερα, σύστημα πλοήγησης, συσκευή εγγραφής και αναπαραγωγής ήχου κ.ά.. Ασφαλώς, οι συσκευές θα μπορούν να μικρύνουν ακόμη περισσότερο, κάτι τέτοιο όμως θα αποτελούσε πρόβλημα για τους χρήστες, που θα δυσκολεύονταν να τις χειριστούν, λόγω "αντικειμενικών" δυνατοτήτων.

Οι επιδράσεις της νανοτεχνολογίας δεν θα περιοριστούν στον τομέα της μικροηλεκτρονικής, αλλά θα επεκταθούν σε πολλές πτυχές της ανθρώπινης ζωής.


Στον τομέα της υγείας, η νανοτεχνολογία υπόσχεται να θεραπεύσει τις ανίατες ασθένειες και να κάνει το ιατρικό έργο ευκολότερο. Αόρατα στο ανθρώπινο μάτι νανορομπότ θα εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό (μέσω ενός χαπιού λ.χ.) και θα δίνουν αναλυτική διάγνωση για την κατάσταση του οργανισμού. Κατόπιν, άλλα νανορομπότ θα αναλαμβάνουν τη θεραπεία. Μία λεπτή ανάλυση στο ακροδάχτυλο θα αρκεί για να έχουμε αναλύσεις αίματος για πάντα (από το ίδιο άτομο). Η θεραπεία θα είναι στοχευμένη στα ασθενή κύτταρα και δεν θα προκαλεί παρενέργειες. Ασθένειες όπως η τύφλωση θα μπορούν να θεραπευθούν, και ο κατάλογος δεν τελειώνει εδώ…

Στον τομέα της οικονομίας, η νανοτεχνολογία θα παράσχει τα μέσα για τη δημιουργία υλικών με τη χρήση ελάχιστων πόρων και την προοδευτική αντικατάσταση των συμβατικών τεχνολογιών, με καινούργιες, που θα εξοικονομούν πόρους. Για παράδειγμα, μία τηλεόραση καθοδικού σωλήνα καταναλώνει πολύ περισσότερη ενέργεια από μία τηλεόραση υγρών κρυστάλλων ή plasma. Κάτι αντίστοιχο θα συμβεί και με τις συσκευές που θα ενσωματώνουν τη νανοτεχνολογία, καθώς θα μπορούν να λειτουργήσουν με ελάχιστους ενεργειακούς πόρους. Στο ίδιο πλαίσιο, η ηλιακή ενέργεια από περιθωριακή/πειραματική μορφή ενέργειας που είναι σήμερα, θα γίνει και βιώσιμη και επικερδής και θα χρησιμοποιείται ακόμα και για την κίνηση αεροσκαφών και πλοίων.

Στον τομέα της ανάπτυξης και της ανακάλυψης νέων τεχνικών, οι νανοσωλήνες του άνθρακα αποτελούν ένα πρώτης τάξεως υλικό για τη δημιουργία συμπαγών κατασκευών. Προοδευτικά, η πλειονότητα των δομικών υλικών θα βασίζεται στους νανοσωλήνες του άνθρακα και αυτό θα δώσει την ευκαιρία για τη δημιουργία πανύψηλων κτιρίων, γεφυρών κ.λπ. Την περίοδο αυτή, η NASA μελετά τον τρόπο για να ανεβάζει στο διάστημα δορυφόρους και πυραύλους, μέσω ειδικών σκοινιών που θα συγκροτούν ένα είδος ανελκυστήρα.

Στον τομέα της αυτοκίνησης, μολονότι η σχεδίαση των οχημάτων θα διατηρήσει τις σημερινές της γραμμές, εντούτοις πολλά θα αλλάξουν. Τα αυτοκίνητα θα γίνουν πιο λεπτά, πιο φιλικά προς το περιβάλλον, πιο "έξυπνα" και, κατά συνέπεια, ασφαλέστερα. Χάρη στη νανοτεχνολογία, νέα καύσιμα θα αντικαταστήσουν το πετρέλαιο και τη βενζίνη, και τα αυτοκίνητα θα μπορούν να αποφεύγουν τους κινδύνους, χωρίς την παρέμβαση του οδηγού.

Στον τομέα της ένδυσης, τα καθημερινά ρούχα θα είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε ούτε να τσαλακώνονται ούτε να ξεθωριάζουν. Πέραν αυτών, ρούχα που προορίζονται για ειδικές χρήσεις (λ.χ. στολές) θα είναι -κατά μία έννοια- άφθαρτα και δεν θα σχίζονται ούτε θα καταστρέφονται.

Στον τομέα της καθημερινής υγιεινής, απλά σπρέι θα διαποτίζουν το χώρο με καθαρό οξυγόνο ή με άρωμα λουλουδιών, εξαφανίζοντας ταυτόχρονα τα βακτήρια. Αυτό θα γίνεται αυτόματα, μέσω των συστημάτων κλιματισμού, για έναν κόσμο χωρίς δυσάρεστες μυρωδιές. Με παρόμοιο τρόπο θα λειτουργούν και οι τουαλέτες, που θα πάψουν να ταυτίζονται με εστίες μόλυνσης και ακαθαρσίας. Η οδοντόκρεμα θα περιέχει νανοσωματίδια που θα φροντίζουν την υγιεινή των δοντιών. Η κρέμα νυκτός, αντίστοιχα, θα επαναφέρει τα κύτταρα στην αρχική τους κατάσταση.

Η νανοτεχνολογία προβάλλει ως πρόκληση τόσο για την ευρωπαϊκή οικονομία, που είναι στρατηγικά προσανατολισμένη προς τις νέες τεχνολογίες, όσο και για τις ευρωπαϊκές ΜΜΕ, που αφενός καλούνται να συμμετάσχουν στην έρευνα και την ανάπτυξη, αφετέρου να αποκομίσουν οφέλη από τη χρήση, σε κάποιο μεταγενέστερο επίπεδο ασφαλώς.


Το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς της νανοτεχνολογίας υπολογίζεται επί του παρόντος, σε 2.5 δισ. ευρώ. Σε μερικά χρόνια, όμως, αναμένεται να φθάσει σε επίπεδα της τάξης τρισεκατομμυρίων ευρώ, καθώς την επόμενη δεκαετία υπολογίζεται ότι θα παρατηρηθούν αλματώδης ανάπτυξη και εμπορική εκμετάλλευση. Με αυτή την προοπτική, η ΕΕ έχει αφιερώσει (2002 - 2006) 1,3 δισ. ευρώ για έρευνα και ανάπτυξη στο συγκεκριμένο τομέα, ενώ υπάρχει η στρατηγική τα κεφάλαια που θα κατευθύνονται προς τη νανοτεχνολογία να αυξάνονται διαρκώς. Σε παγκόσμιο επίπεδο, το μεγαλύτερο μέρος των κλάδων της νανοτεχνολογίας υπηρετείται από μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις που εξειδικεύονται στην ανάπτυξη κάποιας μεμονωμένης συσκευής ή εφαρμογής.

Την ίδια στιγμή, οι μεγάλες εταιρίες στο χώρο είναι ελάχιστες, καθώς δύσκολα αποφασίζουν να επωμιστούν το σχετικό επιχειρηματικό κίνδυνο. Επομένως, η νανοτεχνολογία, τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα, προσφέρεται ως πεδίο δραστηριοποίησης για ΜΜΕ, που μπορούν να συνεργαστούν με άλλες μικρές επιχειρήσεις, ερευνητικούς φορείς, ιδρύματα κ.λπ. και να "μοιραστούν" τρόπον τινά τον επιχειρηματικό κίνδυνο. Βέβαια, το κόστος για τη δημιουργία μίας τέτοιας επιχείρησης μόνο μικρό δεν είναι, καθώς υπολογίζεται σε 5-10 εκατ. ευρώ τουλάχιστον. Αυτό λειτουργεί ασφαλώς απαγορευτικά για την πλειονότητα όσων επιθυμούν να ασχοληθούν επιχειρηματικά. Ωστόσο, υπάρχουν και τα κεφάλαια επιχειρηματικών συμμετοχών (venture capitals) που μπορούν να αποτελέσουν το "καύσιμο" (και το "όχημα") για τέτοιου είδους εγχειρήματα.

Την περίοδο αυτή, μεγάλος αριθμός αμερικανικών επιχειρήσεων που ασχολούνται με τη νανοτεχνολογία, υποστηρίζονται οικονομικά από venture capitals. Και στην Ελλάδα, όμως, υπάρχει ένας μικρός αριθμός ερευνητικών κέντρων, πανεπιστημίων και επιχειρήσεων που ασχολούνται με τη νανοτεχνολογία, ορισμένες εκ των οποίων έχουν λάβει χρηματοδότηση από την ΕΕ. Εν ολίγοις, η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας επί του παρόντος προέρχεται από μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις, οργανισμούς και ερευνητικά ιδρύματα που λαμβάνουν χρηματοδότηση από κυβερνητικούς ή/και διακρατικούς φορείς, venture capitals και -κατά ένα μικρό μέρος- από επενδύσεις ίδιων κεφαλαίων.


πηγή


Αρχική σελίδα