Miniroboty - świetlana przyszłość czy przekleństwo ludzkości? Grupa naukowców wchodzi na pokład łodzi podwodnej. Badacze zostają pomniejszeni do mikroskopijnych rozmiarów i przedostają się do wnętrza organizmu pacjenta. Cel wyprawy: usunięcie guza mózgu. To scena z filmu science fiction "Fantastyczna podróż". Dziś trudno sobie wyobrazić podobny zabieg. Niewykluczone jednak, że w ciągu najbliższych kilkunastu lat powstaną niewidoczne gołym okiem miniroboty, zdolne wykonać tego rodzaju zadanie.
Przedostaną się do wnętrza organizmu i dostarczą lek wprost do chorej tkanki. Takie rewolucyjne urządzenia budowane są już w kilku laboratoriach nanotechnologicznych (przedrostek "nano" oznacza jedną miliardową część danej jednostki, w tym wypadku metra).
Na dorocznym zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w roku 1959 Richard Feynman - jeden z najwybitniejszych fizyków XX w. i laureat Nagrody Nobla - wystąpił z referatem zatytułowanym "Jest jeszcze wiele miejsca na dole", poświęconym miniaturyzacji urządzeń technicznych. Feynman doszedł do wniosku, że prawa fizyki nie zabraniają tworzenia maszyn z cząsteczek i pojedynczych atomów. Ponieważ jednak znany był z szalonych pomysłów, nie potraktowano jego słów poważnie.
Zwrócono na nie uwagę dopiero kilkadziesiąt lat później. W Massachusetts Institute of Technology pojawił się młody doktorant Eric Drexler, którego popularnonaukowa książka "Twórcze maszyny: nadchodząca era nanotechnologii" zrobiła zawrotną karierę. Kiedy w roku 1992 ukazała się jej wersja przeznaczona dla specjalistów, Drexlera okrzyknięto papieżem nanotechnologii. Amerykański naukowiec twierdził, że w pierwszej połowie XXI wieku nastąpi w technice przełom porównywalny co najmniej z wynalezieniem maszyny parowej. Świat zmieni się za sprawą urządzeń o klasycznej konstrukcji, lecz zbudowanych z atomów niczym z klocków lego. Drexler opracował m.in. komputerowy model łożyska złożonego z 2808 atomów. Takie molekularne urządzenia, a przede wszystkim miniroboty, można będzie wytwarzać w nieograniczonych ilościach - zasoby budulca są przecież niewyczerpane. Nanomaszyny prawdopodobnie zostaną wyposażone w zdolność do samoreplikacji, więc koszt ich wytwarzania będzie prawie zerowy.
Zarażeni entuzjazmem Drexlera zwolennicy nanotechnologii wierzą, że mikroskopijne maszyny okażą się remedium na wszelkie problemy. Przede wszystkim mają dokonać przełomu w medycynie. Ich zadaniem będzie walka z wirusami i bakteriami. Byłyby też niezwykle sprawnym narzędziem chirurgicznym - za ich pomocą można by niszczyć pojedyncze komórki rakowe. Wykorzystywane byłyby też do kontroli naczyń krwionośnych - mikroroboty oczyszczałyby arterie albo przenosiły do zagrożonych odcinków np. substancje zapobiegające miażdżycy. Dostarczanie leków wyłącznie do zmienionych chorobowo miejsc wydaje się jednym z najbardziej obiecujących zastosowań nanourządzeń. Dzięki nim będzie można aplikować niezwykle skuteczne, ale jedno-cześnie toksyczne środki, gdyż wystarczą ich małe dawki.
Sceptycy zwracają uwagę, że na razie nikt nie ma pomysłu, jak wyposażyć miniroboty w inteligencję. Skąd mają wiedzieć, gdzie znaleźć atomy określonych pierwiastków do budowy następnych maszyn? Jak je zaprogramować, by rozpoznawały i niszczyły komórki rakowe albo wędrowały do konkretnych punktów ludzkiego ciała? I wreszcie problem podstawowy: mikroskopijne urządzenia pięknie wyglądają w teorii, ale nikomu nie udało się zbudować choćby prototypu.
Obrońcy nowej technologii zgadzają się, że sterowanie nanorobotami to sprawa odległej przyszłości. Natomiast kwestia, czy uda się je zbudować, powinna się rozstrzygnąć w ciągu najbliższych lat, a może nawet miesięcy. Jeszcze pod koniec lat 80. naukowcy nie wiedzieli, czy i jak można manipulować pojedynczymi atomami. W roku 1989 dwaj badacze z koncernu IBM za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego ułożyli z 35 atomów ksenonu trzy litery tworzące nazwę ich firmy. To był kamień, który uruchomił lawinę. Siedem lat później naukowcy z laboratorium IBM w Zurychu skonstruowali już nie atomowy napis, ale liczydło, w którym za kulki posłużyły przypominające piłki futbolowe cząsteczki węgla C60, tzw. fulereny. Zostały one umieszczone w rowkach o szerokości jednego atomu miedzi, a można je było przesuwać igłą skaningowego mikroskopu.
Powstają kolejne konstrukcje, które lada moment powinny doprowadzić do zbudowania pierwszego nanourządzenia. W ubiegłym roku tygodnik "Nature" doniósł o stworzeniu molekularnych szczypiec z cząsteczki DNA, działających dzięki energii uzyskanej z rozkładu wiązań w tym związku. Ich wynalazcy z Lucent Technologies w New Jersey twierdzą, że w przyszłości molekularna pęsetka posłuży do naprawiania ludzkich komórek. Z kolei uczeni z Institute of Technology w Georgii ogłosili na łamach "Science", że udało im się skonstruować nanowtryskarki z dyszami o średnicy kilku nanometrów, które będzie można wykorzystać do wytwarzania miniobwodów elektrycznych, wstrzykiwania genów do komórek lub paliwa do mikroskopijnych silniczków. Inne ośrodki naukowe doniosły z kolei o stworzeniu pierwszej nanowagi oraz nanoskalpela.
Kiedy wreszcie powstanie pierwsza nanomaszyna? Specjaliści z USA i Europy zapowiedzieli na łamach "Science" i "New Scientist", że zbudowanie miniaturowych "łodzi podwodnych" nadających się do wykorzystania w medycynie zajmie im najwyżej rok. Badacze z Cornell University opracowali już nawet silnik wielkości wirusa napędzany cząsteczkami ATP (związku chemicznego pełniącego w komórkach funkcję nośnika energii). Silnik składa się z enzymu o nazwie ATP-aza i cylindrycznego białka. Wprawia w ruch niklowy wirnik o wymiarach 750 nanometrów na 150 nanometrów, wykonujący osiem obrotów na sekundę. Amerykanie pracują teraz nad wersją napędzaną energią świetlną i chcą opracować układ sterujący. Natomiast firma Sandia National Laboratories bada możliwość wykorzystania reakcji zachodzących między cyną a miedzią do poruszania mikroskopijnych urządzeń.
Jeszcze jedno odkrycie ogłoszone pod koniec 2000 r. dodało skrzydeł nanotechnologom. Otóż badaczom z uniwersytetu w Bordeaux udało się opracować technologię wytwarzania dowolnej długości nanorurek. Są to cylindry zbudowane z atomów węgla i obdarzone niezwykłymi cechami - są prawie sto razy twardsze od stali i kilkadziesiąt razy od niej lżejsze. Można ich użyć do produkcji molekularnych tranzystorów, co doprowadziłoby do stworzenia mikroskopijnych układów scalonych, a więc miniaturyzacji wszelkich urządzeń elektronicznych, przede wszystkim komputerów. Co najważniejsze, rurki mogą posłużyć jako element konstrukcyjny minirobotów.
Postępy w dziedzinie nanotechnologii już zainteresowały amerykańskich wojskowych. Admirał David Jeremiah stwierdził, że mikroskopijne urządzenia mogą się okazać skuteczniejszą bronią niż bomby jądrowe. Dysponując niewidzialną i niepoliczalną armią samopowielających się minirobotów, można by w ciągu kilku godzin zniszczyć wrogą armię. Nietrudno też sobie wyobrazić, jakie zastosowania dla nanoczujników wymyśliłyby służby specjalne.
Jeżeli nowa technologia rzeczywiście okaże się tak potężnym narzędziem, to czy nie zagrozi życiu ludzi? - zastanawiają się niektórzy futurolodzy. Część z nich wymienia tę dziedzinę badań jednym tchem z robotyką i genetyką, będącymi potencjalnie najbardziej niebezpiecznymi owocami postępu naukowego. I nie chodzi wyłącznie o jej militarne czy szpiegowskie zastosowania. Zbudowanie molekularnych robotów zdolnych do samopowielania jest niemal równoznaczne ze stworzeniem nowej formy życia. Przecież kwasy nukleinowe (DNA i RNA) stanowiące podstawę ziemskiego życia biologicznego są właśnie złożonymi z atomów cząsteczkami chemicznymi zdolnymi do replikacji. Dzięki nanotechnice w środowisku pojawiłyby się zupełnie nowe "organizmy" (miniroboty) zdolne do samodzielnego "rozmnażania się" (powielania). Czy zaczną też kiedyś ewoluować? A jeżeli tak, to w jakim kierunku?
Na dorocznym zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w roku 1959 Richard Feynman - jeden z najwybitniejszych fizyków XX w. i laureat Nagrody Nobla - wystąpił z referatem zatytułowanym "Jest jeszcze wiele miejsca na dole", poświęconym miniaturyzacji urządzeń technicznych. Feynman doszedł do wniosku, że prawa fizyki nie zabraniają tworzenia maszyn z cząsteczek i pojedynczych atomów. Ponieważ jednak znany był z szalonych pomysłów, nie potraktowano jego słów poważnie.
Zwrócono na nie uwagę dopiero kilkadziesiąt lat później. W Massachusetts Institute of Technology pojawił się młody doktorant Eric Drexler, którego popularnonaukowa książka "Twórcze maszyny: nadchodząca era nanotechnologii" zrobiła zawrotną karierę. Kiedy w roku 1992 ukazała się jej wersja przeznaczona dla specjalistów, Drexlera okrzyknięto papieżem nanotechnologii. Amerykański naukowiec twierdził, że w pierwszej połowie XXI wieku nastąpi w technice przełom porównywalny co najmniej z wynalezieniem maszyny parowej. Świat zmieni się za sprawą urządzeń o klasycznej konstrukcji, lecz zbudowanych z atomów niczym z klocków lego. Drexler opracował m.in. komputerowy model łożyska złożonego z 2808 atomów. Takie molekularne urządzenia, a przede wszystkim miniroboty, można będzie wytwarzać w nieograniczonych ilościach - zasoby budulca są przecież niewyczerpane. Nanomaszyny prawdopodobnie zostaną wyposażone w zdolność do samoreplikacji, więc koszt ich wytwarzania będzie prawie zerowy.
Zarażeni entuzjazmem Drexlera zwolennicy nanotechnologii wierzą, że mikroskopijne maszyny okażą się remedium na wszelkie problemy. Przede wszystkim mają dokonać przełomu w medycynie. Ich zadaniem będzie walka z wirusami i bakteriami. Byłyby też niezwykle sprawnym narzędziem chirurgicznym - za ich pomocą można by niszczyć pojedyncze komórki rakowe. Wykorzystywane byłyby też do kontroli naczyń krwionośnych - mikroroboty oczyszczałyby arterie albo przenosiły do zagrożonych odcinków np. substancje zapobiegające miażdżycy. Dostarczanie leków wyłącznie do zmienionych chorobowo miejsc wydaje się jednym z najbardziej obiecujących zastosowań nanourządzeń. Dzięki nim będzie można aplikować niezwykle skuteczne, ale jedno-cześnie toksyczne środki, gdyż wystarczą ich małe dawki.
Sceptycy zwracają uwagę, że na razie nikt nie ma pomysłu, jak wyposażyć miniroboty w inteligencję. Skąd mają wiedzieć, gdzie znaleźć atomy określonych pierwiastków do budowy następnych maszyn? Jak je zaprogramować, by rozpoznawały i niszczyły komórki rakowe albo wędrowały do konkretnych punktów ludzkiego ciała? I wreszcie problem podstawowy: mikroskopijne urządzenia pięknie wyglądają w teorii, ale nikomu nie udało się zbudować choćby prototypu.
Obrońcy nowej technologii zgadzają się, że sterowanie nanorobotami to sprawa odległej przyszłości. Natomiast kwestia, czy uda się je zbudować, powinna się rozstrzygnąć w ciągu najbliższych lat, a może nawet miesięcy. Jeszcze pod koniec lat 80. naukowcy nie wiedzieli, czy i jak można manipulować pojedynczymi atomami. W roku 1989 dwaj badacze z koncernu IBM za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego ułożyli z 35 atomów ksenonu trzy litery tworzące nazwę ich firmy. To był kamień, który uruchomił lawinę. Siedem lat później naukowcy z laboratorium IBM w Zurychu skonstruowali już nie atomowy napis, ale liczydło, w którym za kulki posłużyły przypominające piłki futbolowe cząsteczki węgla C60, tzw. fulereny. Zostały one umieszczone w rowkach o szerokości jednego atomu miedzi, a można je było przesuwać igłą skaningowego mikroskopu.
Powstają kolejne konstrukcje, które lada moment powinny doprowadzić do zbudowania pierwszego nanourządzenia. W ubiegłym roku tygodnik "Nature" doniósł o stworzeniu molekularnych szczypiec z cząsteczki DNA, działających dzięki energii uzyskanej z rozkładu wiązań w tym związku. Ich wynalazcy z Lucent Technologies w New Jersey twierdzą, że w przyszłości molekularna pęsetka posłuży do naprawiania ludzkich komórek. Z kolei uczeni z Institute of Technology w Georgii ogłosili na łamach "Science", że udało im się skonstruować nanowtryskarki z dyszami o średnicy kilku nanometrów, które będzie można wykorzystać do wytwarzania miniobwodów elektrycznych, wstrzykiwania genów do komórek lub paliwa do mikroskopijnych silniczków. Inne ośrodki naukowe doniosły z kolei o stworzeniu pierwszej nanowagi oraz nanoskalpela.
Kiedy wreszcie powstanie pierwsza nanomaszyna? Specjaliści z USA i Europy zapowiedzieli na łamach "Science" i "New Scientist", że zbudowanie miniaturowych "łodzi podwodnych" nadających się do wykorzystania w medycynie zajmie im najwyżej rok. Badacze z Cornell University opracowali już nawet silnik wielkości wirusa napędzany cząsteczkami ATP (związku chemicznego pełniącego w komórkach funkcję nośnika energii). Silnik składa się z enzymu o nazwie ATP-aza i cylindrycznego białka. Wprawia w ruch niklowy wirnik o wymiarach 750 nanometrów na 150 nanometrów, wykonujący osiem obrotów na sekundę. Amerykanie pracują teraz nad wersją napędzaną energią świetlną i chcą opracować układ sterujący. Natomiast firma Sandia National Laboratories bada możliwość wykorzystania reakcji zachodzących między cyną a miedzią do poruszania mikroskopijnych urządzeń.
Jeszcze jedno odkrycie ogłoszone pod koniec 2000 r. dodało skrzydeł nanotechnologom. Otóż badaczom z uniwersytetu w Bordeaux udało się opracować technologię wytwarzania dowolnej długości nanorurek. Są to cylindry zbudowane z atomów węgla i obdarzone niezwykłymi cechami - są prawie sto razy twardsze od stali i kilkadziesiąt razy od niej lżejsze. Można ich użyć do produkcji molekularnych tranzystorów, co doprowadziłoby do stworzenia mikroskopijnych układów scalonych, a więc miniaturyzacji wszelkich urządzeń elektronicznych, przede wszystkim komputerów. Co najważniejsze, rurki mogą posłużyć jako element konstrukcyjny minirobotów.
Postępy w dziedzinie nanotechnologii już zainteresowały amerykańskich wojskowych. Admirał David Jeremiah stwierdził, że mikroskopijne urządzenia mogą się okazać skuteczniejszą bronią niż bomby jądrowe. Dysponując niewidzialną i niepoliczalną armią samopowielających się minirobotów, można by w ciągu kilku godzin zniszczyć wrogą armię. Nietrudno też sobie wyobrazić, jakie zastosowania dla nanoczujników wymyśliłyby służby specjalne.
Jeżeli nowa technologia rzeczywiście okaże się tak potężnym narzędziem, to czy nie zagrozi życiu ludzi? - zastanawiają się niektórzy futurolodzy. Część z nich wymienia tę dziedzinę badań jednym tchem z robotyką i genetyką, będącymi potencjalnie najbardziej niebezpiecznymi owocami postępu naukowego. I nie chodzi wyłącznie o jej militarne czy szpiegowskie zastosowania. Zbudowanie molekularnych robotów zdolnych do samopowielania jest niemal równoznaczne ze stworzeniem nowej formy życia. Przecież kwasy nukleinowe (DNA i RNA) stanowiące podstawę ziemskiego życia biologicznego są właśnie złożonymi z atomów cząsteczkami chemicznymi zdolnymi do replikacji. Dzięki nanotechnice w środowisku pojawiłyby się zupełnie nowe "organizmy" (miniroboty) zdolne do samodzielnego "rozmnażania się" (powielania). Czy zaczną też kiedyś ewoluować? A jeżeli tak, to w jakim kierunku?
Więcej możesz przeczytać w 4/2001 wydaniu tygodnika Wprost .
Archiwalne wydania tygodnika Wprost dostępne są w specjalnej ofercie WPROST PREMIUM oraz we wszystkich e-kioskach i w aplikacjach mobilnych App Store i Google Play.