Hier kom dit… die volgende “industriële revolusie”…
Stel jou ’n rekenaar voor wat baie kleiner as ’n menslike sel is. Of klere wat nie kan vuil word nie. Of robotjies wat in jou bloed­stroom rondbeweeg en jou mankemente gesond maak. Wat nog te sê klein nanofabriekies wat in staat is om self fabrieke te bou en binne enkele weke tot duisende miljoene kan aanswel. Soos twee van sy voorgangers, elektrisiteit en rekenaars, sal die nanotegnologie na verwagting die mens se lewe op maniere verander waarvan ons op die oomblik nie eens kan droom nie…
BO: ’n Myt “inspekteer” ’n stel piepklein ratte wat deur middel van nanotegnologie gemaak is. Myte is klein, meestal parasitiese diertjies wat op diere of plante lewe.
Foto: © Sandia National Laboratories, SUMMiT™ Technologies, www.mems.sandia.gov Gebruik vergun mits die nodige erkenning verleen word en die foto geensins gewysig word buiten om dit te vergroot of verklein nie
REGS: ’n Mikroskopiese foto van ’n nanodraadjie wat in ’n lus gedraai is voor die haar van ’n mens. ’n Nanodraad kan so dun as ’n duisendste van die dikte van ’n menslike haar wees.
Foto: Limin Tong / Harvard / OLPA / NSF
ANO is ’n voorvoegsel in die taal van die ou Grieke wat “dwerg” of “baie klein” beteken.
’n Nanometer (afgekort nm) staan gelyk aan slegs een miljardse (een 1.000.000.000ste) van ’n meter. Dit is omtrent die lengte van drie tot ses atome in ’n ry langs mekaar.
Om ’n denkbeeld te vorm van hoe minuskuul dit is: ’n menslike haar is tussen 50.000 en 100.000 nanometer dik. Iets wat ’n nanometer breed is, is dus so piepklein dat ’n mens jou dit skaars kan voorstel.
Die basiese idee van die nanotegnologie is om materie op die skaal van nanometers te manipuleer—om individuele atome en molekules te neem en hulle só te beheer dat masjientjies so groot soos molekules daaruit geskep word ten einde die wonderlikste nuwighede vir die mens van die 21ste eeu te ontwerp.
Dit is ’n baie breë veld wat verskillende wetenskappe betrek. En werklik revolusionêre nanotegnologiese produkte, stowwe en toepassings lê nog jare in die toekoms (party mense reken slegs ’n paar jaar, ander sê baie jare). Wat vandag as “nanotegnologie” beskou word, is dan ook weinig meer as basiese navorsing en ontwikkelings in laboratoriums regoor die wêreld.
Hoe ook al, as die vooruitskattings korrek is, kan die nanotegnologie mettertyd lei tot:
• nanorobotjies wat in ’n mens se bloedstroom rondbeweeg en jou gestel skoonmaak of siek plekke inwendig genees;
• stowwe waarmee breuke in jou bene so volmaak geheel en die gate in jou tande so perfek gestop word dat hierdie liggaamsdele weer so goed as “nuut” sal wees;
• volledige rekenaars wat veel kleiner is as ’n menslike sel is;
• klerasie wat met die wisselinge van die weer van eienskappe verander en jou byvoorbeeld koel hou in die somer en in die winter warm maak;
• borde, lepels, messe, vurke en ook klere wat nie vuil of nat kan word nie. Vuiligheid en water rol eenvoudig daarvan af soos water van ’n eend se rug;
• fantasiese nuwe stowwe wat sowel duursaam as lig van gewig is;
• motors, vliegtuie en ruimteskepe wat verder beweeg met minder brandstof;
• en baie meer.
REGS: ’n Voorstelling van ’n nanorobotjie wat in die bloedstroom beweeg en besig is om ’n rooi bloedliggaampie ’n inspuiting toe te dien.
Krediet: Uit Wikimedia Commons op hierdie bladsy op die wêreldwye web, waar kopiëring, verspreiding en/of modifisering vergun word ingevolge die GNU Free Documentation License, weergawe 1.2 of enige latere weergawe soos deur die Free Software Foundation gepbubliseer. ’n Kopie van die lisensie word ingesluit in die afdeling getiteld "GNU Free Documentation License".
Wensdenkery? Allermins, meen baie wetenskaplikes. Hulle reken die nanotegnologie sal soos twee van sy voorgangers, elektrisiteit en rekenaars, tot veel groter doeltreffendheid in feitlik elke faset van die lewe lei.
Dis belangrik om te besef, sê hulle, dat hierdie tegnologie die mensdom nie net beter produkte belowe nie, maar ook grootliks verbeterde produksiemetodes. Soos ’n rekenaar wat as.’t ware kosteloos ’n onbeperkte hoeveelheid kopieë van data-items kan maak, so kan die nanotegnologie dalk binne afsienbare tyd produkte so goedkoop lewer as die kopiëring van rekenaar-items. Die nanotegnologie word nie verniet “die volgende industriële revolusie” genoem nie.
Dit verteenwoordig ’n vervaardigingstelsel wat in staat sal wees om nog vervaardigingstelsels te maak—fabrieke wat fabrieke kan bou—vinnig, goedkoop en sonder besoedeling. Produksie sal gevolglik geweldig toeneem, met slegs ’n paar nanofabrieke wat binne enkele weke tot duisende miljoene fabrieke sal aanswel. Soos iemand dit al gestel het: “Dit is ’n revolusionêre, herskeppende en potensieel baie gevaarlike—of nuttige—tegnologie.”
BO: Koolstof-nanobuise is een van die fundamentele boustene van die nanotegnologie. ’n Nanobuis is wesenlik ’n opgerolde plaat koolstof wat een atoom dik is. Deur die struktuurkenmerke van hierdie koolstofplate te wysig en/of deur lae daarby te voeg, kan spesifieke hoedanighede aan koolstof-nanobuise gegee word.
MAAR kom ons probeer om die begrip nanotegnologie ietwat te vereenvoudig. Ons weet mos dat alles wat stoflik is uit atome bestaan. ’n Boek, ’n lessenaar, die rekenaarskerm voor jou, jou hond en jy self is van atome aanmekaargesit. Atome wat verenig, vorm molekules… molekules vorm voorwerpe.
Die eienskappe van vervaardigde voorwerpe hang af van hoe die atome in die voorwerpe gerangskik is. As ons die atome in ’n stuk steenkool herrangskik, kan ons ’n diamant maak. As ons die atome herrangskik wat in sand is (en ’n paar ander spoorelemente byvoeg) kan ons rekenaarskyfies vervaardig. As ons die atome in grond, water en lug noukeurig kan herrangskik, kan ons aartappels maak.
Vandag se metodes van vervaardiging is baie kru as ’n mens daaraan dink wat ons met molekules aanvang om ons doel te bereik. Met prosesse soos gietwerk, maling en slyping word atome in hul enorme hordes eenvoudig herwaarts en derwaarts geboender.
’n Kenner beskryf dit as volg: “Dis soos om dinge uit LEGO-blokkies te maak terwyl jy bokshandskoene aan jou hande het. Goed, jy kan die LEGO-blokkies in groot stapels stoot en ophoop, maar jy kan hulle nie regtig vinnig laat ineensluit op die manier wat jy wil nie.
“In die toekoms sal die nanotegnologie ons in staat stel om die bokshandskoene uit te trek. Ons sal die grondliggende boublokke van die natuur vinnig kan laat ineensluit, maklik, goedkoop en op maniere wat die wette van die fisika ons toelaat om te doen. Ons sal ’n hele nuwe generasie van produkte kan vervaardig wat skoner, sterker, ligter en meer doelmatig is.”
REGS: : Nog ’n mikroskopiese foto van ’n menslike haar met ’n hele bos nanovesels daaragter.
Soos gesê, het die nanotegnologie te doen met die manipulasie van atome en molekules om stowwe, toestelle en selfs masjiene te skep. Dit is ’n heeltemal ander manier van dink oor hoe om dinge te vervaardig. Ons neem die heel kleinste stene wat tot ons beskikking is en bou daarmee—pleks van om massiewe rotsblokke stukkend te kap en logge boustene daaruit te beitel.
Waar die mens dus nog altyd by “groot dinge” (klip, hout, mineraalertse) begin het om die voorwerpe te vorm wat hy nodig het, wil hy nou met “klein dingetjies” (atome en molekules) wegspring en na gelang van sy behoeftes dinge vorm en vervorm.
Deur met “groot dinge” te begin, kon ons min of meer genereer wat ons wou hê, maar dit het ook beteken dat ons baie afvalstowwe of besoedeling skep en hope energie verbruik.
Om met “klein dingetjies” te begin, beteken absolute presisie (selfs tot by een enkele atoom), algehele beheer oor prosesse (wat miskien geen afvalstowwe sal nalaat nie) en die gebruik van minder energie (wat sal beteken dat daar minder koolsuurgas in die lug vrygelaat word wat tot die kweekhuis-effek en aardverwarming lei).
Maar om watter ander rede is kleiner dan nou juis beter? Dink aan ’n vaste blokkie suiker en ’n hopie suikerkristalle op ’n teelepel. Beproef dit maar: die hopie suiker los gouer in water op as die blokkie.
Waarom? Die blokkie het ses kante van, sê, een sentimeter by een sentimeter elk. Sny jy die blokkie in al hoe kleiner blokkies op, vergroot jy aanhoudend die gesamentlike oppervlak van al die blokkies, hoewel hul gesamentlike massa en volume dieselfde bly. Daar is dus ’n groter oppervlak wat met die water kan reageer om veel vinniger daarin op te los.
Navorsing in die nanotegnologie is ’n besonder uitdagende avontuur. Baie van die beste navorsers op aarde is tans besig om vas te stel presies hoe atome en molekules bewerk kan word om die nuwe tegnologie op dreef te kry. Buiten op ’n beperkte skaal op die gebiede van die elektronika, die optika en stoflike wetenskappe (soos waar rome teen sonbrand asook polimere geskep word) kan ons nog nie werklik die nanopartikels in die geskape werklikheid na absolute willekeur rondbeweeg en daaraan timmer en klink om nuwe dinge te maak net soos dit ons behaag nie.
Baie navorsing is dus nog nodig. Maar “so waar as nannies”—soos een spreektaaluitdrukking lui wat sekere kinders vroeër nogal lief was om te gebruik—so waar as nannies, daar wag tien teen een ’n baie blink toekoms op die vernuftige student wat besluit om die nanotegologie sy of haar studieveld te maak!
BO: Om nanodraadjies te skep, word silika-draad om ’n dun spits saffier-vormpie (links) gedraai en oor ’n baie warm vlam gehou. Wanneer die draad ’n hitte van sowat 1700 grade C bereik, word dit van die vormpie af weggetrek, wat meebring dat dit langer raak en baie dun word.
BO: Draadjies wat dunner as lig is? Navorsers aan die Harvard-universiteit in Amerika (wetenskaplikes wat deur die U.S. National Science Foundation befonds word) is deel van ’n span wat veseltjies—“nanodraadjies”—ontwikkel het wat dunner is as die golflengtes van die lig wat daardeur beweeg.
Foto: U.S. National Science Foundation