Morgunblaðið - 06.05.2007, Blaðsíða 42

nanótækni
42 SUNNUDAGUR 6. MAÍ 2007 MORGUNBLAÐIÐ
Eftir Ragnhildi Sverrisdóttur
rsv@mbl.is
N
anótækni hefur verið
höfundum vís-
indaskáldsagna ríku-
leg uppspretta. Út-
sendarar hins illa
senda örsmáan nanóbúnað sinn,
eða nanóróbóta, inn í herbergi til
njósna – og inn í mannslíkamann ef
því er að skipta. Sú hætta vofir
hins vegar stundum yfir í þessum
skáldsögum að nanótæknin fari úr
böndunum, mennirnir missi tökin á
tækninni og heimurinn allur breyt-
ist í einhvern gráan massa. Raunar
hljómar þessi grámassakenning
ekki ósvipað þeim hugmyndum
sem voru uppi þegar menn voru
fyrst að fást við atómsprengjur; þá
héldu sumir vísindamenn því fram
að sú staða gæti komið upp að
kjarnaklofningurinn héldi áfram í
hið óendanlega og eyddi allri jörð-
inni.
Vísindaskáldskapurinn um nanó-
tækni er oft fjarri raunveruleik-
anum. Þannig hrista vísindamenn
núna höfuðið yfir kenningunni um
heiminn allan sem gráan massa.
Og benda á að einu sinni hafi menn
óttast það í fúlustu alvöru að tölvur
fengju sjálfstæðan vilja og tækju
völdin af mönnunum.
Og þótt það hljómi ágætlega að
senda nanótæki inn í mannslíkam-
ann til viðgerða og hreinsana á æð-
um þá væru slík tæki einfaldlega of
smá til að hagkvæmt væri að nota
þau til slíks. Nanótæki í æð væri
álíka lipurt og maður að synda í
hafsjó af sírópi. Kafbátur í æða-
kerfinu hljómar því ekki sennilega.
Sú tækni, sem þegar hefur verið
fundin upp og er í stöðugri þróun,
að nota alls konar míkrótæki til
viðgerða á mannslíkamanum, er al-
veg nógu fyrirferðarlítil.
Einn milljarðasti úr metra
En hvað er nanótækni? Þegar
talað er um nanótækni er yfirleitt
átt við manngerða hluti, „þar sem
einhver mikilvægur hluti umrædds
tæknilegs fyrirbæris hefur að
minnsta kosti tvo af eftirfarandi
þremur eiginleikum: lengd, breidd
eða hæð á stærðarbilinu 1–100
nanómetrar,“ eins og segir á Vís-
indavef Háskóla Íslands.
„Forskeytið nanó- vísar til hluta
sem eru nokkrir nanómetrar að
stærð, en einn nanómetri er einn
milljarðasti úr metra,“ segir Viðar
Guðmundsson, prófessor í eðl-
isfræði við Háskóla Íslands.
Einn milljarðasti úr metra er
hugtak sem erfitt er að miða við
nokkuð í daglegu lífi. Í grein um
nanótækni í tímaritinu Scanorama í
byrjun þessa árs var þó gerð til-
raun til að varpa ljósi á smæðina
með því að benda á að ein komma,
eins og sú sem hér fór á undan og
sú sem á eftir kemur, er um hálf
milljón nanómetra. Og líklega eru
lesendur litlu nær en vita þó að
nanó er agnarsmátt.
„Nanóvísindi og nanótækni fást
við að kanna eiginleika örsmárra
kerfa sem eru oft sett saman atóm
fyrir atóm á yfirborði efnis með
oddi svokallaðrar smugsjár,“ segir
Viðar Guðmundsson. Hann er
sannfærður um að heillandi tímar
séu framundan í nanótækni en við-
urkennir um leið að erfitt sé að spá
fyrir um nákvæmlega hvernig þró-
unin verði. „Þegar tölvutæknin var
að ryðja sér til rúms sá ekki nokk-
ur maður það fyrir að tölvur yrðu
á hverju skrifborði. Ég held að
möguleikar nanótækni séu ótal
margir.“
Höfundur fyrrnefndrar greinar í
Scanorama, Jennifer Kahn, hefur
eftir vísindamanni við Berkeley-
háskóla að nanótækni eigi eftir að
hafa samskonar byltingu í för með
sér og uppfinning plastsins. Sá vís-
indamaður virðist því skoð-
anabróðir Viðars.
Margvísleg hagnýt not
Vísindamönnum hefur greinilega
tekist að sannfæra stjórnmálamenn
um nauðsyn þess að rannsaka
möguleika nanótækni, a.m.k. í
Bandaríkjunum. Þar í landi rann
tvöfalt meira fé til slíkra rann-
sókna árið 2005 en til að kortleggja
erfðamengi mannsins þegar sú
vinna var í algleymingi og naut síð-
arnefnda verkefnið þó mikillar vel-
vildar.
Þótt margir séu draumórarnir
sem tengjast nanótækni, þá eru
hagnýt not þegar komin í ljós. Þar
má nefna, að hægt er að framleiða
svokölluð kolrör sem nýtast í raf-
rásir og smára. Kolrörin eru ekki
nema 1,3 nanómetrar í þvermál.
Þau eru 50–100 sinnum sterkari en
stál en aðeins 1/6 af þyngd þess og
þau leiða þúsund sinnum meira
rafmagn en koparvír.
Nanótæknin hefur þróast upp úr
þverfaglegum grunnrannsóknum í
eðlisfræði, efnafræði og líffræði.
Vísindamenn hafa þróað aðferðir til
að meðhöndla einstök atóm og
sameindir og raða þeim saman í ný
manngerð kerfi með fyrirfram
ákveðna eiginleika.
Enn er sú tækni, að raða saman
atómum, afar frumstæð. Einhver
vísindamaður lýsti henni svo að
engu líkara væri en menn væru að
reyna að byggja úr Lego-kubbum
með boxhanska á höndunum.
Vissulega væri hægt að hrúga
kubbunum saman en öllu erfiðara
reyndist að smella þeim saman í
æskilegt form. Í framtíðinni muni
nanótæknin hins vegar gera mönn-
um kleift að raða frumeindum auð-
veldlega saman á hvern þann máta
sem eðlisfræðin framast leyfði.
Þegar snurða hleypur á þráð-
inn
Hlutir á nanóskala eru þegar
þekktir í tækni nútímans. Viðar
nefnir sem dæmi örgjörva í tölvum.
„Örgjörvarnir hafa smækkað ört.
Inni í hverjum þeirra eru nú um
100 milljón smárar, sem stýra raf-
merkjum um örgjörvann. Í nýjustu
örgjörvunum eru smárarnir á
bilinu 90–60 nanómetrar. Byltingin
felst í að geta búið til hluta í ör-
gjörvana í fjöldaframleiðslu á þess-
um örsmáa skala.“
Eitt vandamálið, sem menn
standa frammi fyrir, er feikileg
hitamyndun í örgjörvunum. „Hita-
myndunin eykst eftir því sem hlut-
irnir verða minni og lítið má út af
bera til að leiðnin breytist. Þegar
við stingum tölvu í samband skiptir
engu máli þótt hnútur sé á raf-
magnssnúrunni. En ef einhver
snurða er á leiðslu á þessum
örsmáa nanóskala, þá gjörbreytist
leiðnin. Viðfangsefni vísindamanna
er að greina hvernig nýta megi
nanótæknina, jafnvel þótt leiðnin
breytist. Hér hjá Háskóla Íslands
vinnur rannsóknarhópur Snorra Þ.
Ingvarssonar dósents að því að
rannsaka þessa hitamyndun og hún
er viðfangsefni vísindamanna um
allan heim.“
Viðar segir að nanótækni í ör-
gjörvum sýni aðeins brot af þeim
möguleikum sem felist í tækninni.
„Þarna byrjaði hins vegar þessi
smækkun, í örgjörvunum. Smám
saman urðu smárarnir minni og að
lokum varð örgjörvinn aðeins lítil
flaga. Núna velta menn fyrir sér
hvort hægt sé að láta þessar ör-
smáu einingar vaxa, í stað þess að
minnka þær niður. Við höfum núna
búnað, smugsjána, sem getur skoð-
að eitt atóm í einu og gerir jafnvel
kleift að raða atómum saman.
Rannsóknahópur Sveins Ólafssonar
vísindamanns við Raunvís-
indastofnun hefur þróað og byggt
nokkrar smugsjár. Sú tækni býður
upp á möguleikann að byggja
örsmáar einingar upp frá grunni, í
stað þess að taka stærri einingar
og reyna sífellt að smækka þær.
Við vitum hins vegar ekki fyrir víst
hver þróunin verður. Getum við
gert þetta? Náttúran gerir þetta í
lífverum og við reynum að end-
urgera það. Þess vegna eru mörkin
milli líffræði, eðlisfræði og efna-
fræði lítil í nanótækninni.“
Rafboð fara eftir örgjörvum, en
vísindamenn velta nú fyrir sér
hvort hægt sé að nota ljósboð.
„Núna eru menn að finna aðferðir
til að leiða ljós eftir þessum ör-
smáu rásum, en það hefur gengið
illa hingað til,“ segir Viðar. „Við
Raunvísindastofnun eru rannsóknir
á því á vegum Kristjáns Leóssonar
vísindamanns.“
Töfraefnið grafín
Þrátt fyrir að tæknin veiti fyr-
irheit um kolrör, sem leiða raf-
magn betur en dæmi eru um núna
og spara þar með mikla orku, þá
hefur enn ekki tekist að framleiða
nema stutta búta af slíkum
leiðslum. „Einstök kolrör, eða
knippi af þeim, hafa verið búin til
og sum þeirra leiða rafmagn mjög
vel. Ég held að bylting sé fyr-
irsjáanleg í nýtingu á kolrörum,“
segir Viðar. „Fyrir utan rafleiðn-
ina, þá er þetta sterkasta efni sem
þekkist, svo möguleikarnir til nýt-
ingar þess eru margir. Það er nóg
til af kolefni en enn á eftir að leysa
ýmis atriði við framleiðslu kolröra.
Nýjast á þessu sviði er grafín, sem
verður áreiðanlega eitt af töfraefn-
um framtíðarinnar. Grafín er eitt
atómlag af kolefni, minna en nanó-
metri á þykkt. Menn hafa núna bú-
Stóra byltingin í litlu atómunum
Smugsjá Viðar Guðmundsson, prófessor í eðlisfræði við Háskóla Íslands, við svokallaða smugsjá. Með oddi smug-
sjárinnar er hægt að raða saman atómum á yfirborði efnis.
Atóm Tveir vísindamenn IBM, Gerd Binnig og Heinrich Rohrer, fengu
Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði árið 1986 fyrir uppfinningu sína, smugsjána.
Myndin sýnir merki fyrirtækisins en það er gert úr einstökum atómum
lofttegundar sem raðað er upp á nikkel yfirborði.
Í HNOTSKURN
»Nanótækni er nú þegar beittog vísindamenn spá því að
nanótækni geti breytt því
hvernig við lifum lífinu.
»Notkun nanótækni til aðvinna eldsneyti úr hráolíu
hófst á sjöunda áratugnum og
hefur aukið nýtingu um 40%.
»Kolrör byggjast á nanó-tækni og eru mun sterkari
en stál og létt og sveigjanleg.
Bandaríska geimvísindastofn-
unin hefur áhuga á að nota þau
til smíði léttari og sterkari
geimfara.
»Kolrör eru þegar notuð íflugvélar, reiðhjól, íshokkí-
kylfur og fleira.
»Nanótækni lofar góðu ílæknavísindum og sjá rann-
sakendur fyrir sér að hún geti
nýst gegn krabbameini. Þá
myndi meðferð beinast ein-
göngu að krabbameinsfrumum,
en heilbrigðar frumur yrðu
látnar óáreittar.