#03 - 06/2015

Νανοτεχνολογίες: Οι οραματισμοί στο μικροσκόπιο

Νανόμετρο (νμ, nm) = το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Για να γίνει αντιληπτή καταρχήν αυτή η τάξη μεγέθους, πρέπει να συμφωνήσουμε ότι αφορά αντικείμενα αόρατα για το “γυμνό” ανθρώπινο μάτι. Ακόμα περισσότερο εκθέτοντας δημοφιλείς αναλογίες, μπορούμε να δείξουμε ότι το μέγεθος αυτό είναι τρομακτικά μικρό: τα νύχια στα δάχτυλα των ανθρώπινων δακτύλων μεγαλώνουν κατά ένα νανόμετρο κάθε δευτερόλεπτο, το πάχος μια ανθρώπινης τρίχας μπορεί να μετρηθεί στα 80.000 νανόμετρα, ενώ ένα άτομο χρυσού εκτιμάται σε κάτι λιγότερο απο 0,2 νανόμετρα.

Αν κάτι είναι αόρατο και επομένως καθόλου αντιληπτό μέσα από την καθημερινή εμπειρία, οι τεχνολογικές εφαρμογές που προκύπτουν από αυτό το κάτι, μπορούν εύκολα να προκαλέσουν φόβο ή/και απώθηση. Ταυτόχρονα, οι έντονοι μετασχηματισμοί της σύγχρονης καπιταλιστικής πραγματικότητας, η γενικευμένη τριτογενοποίηση της παραγωγής στον “αναπτυγμένο” κόσμο και οι νέες μορφές εργασίας μπορούν να αντιμετωπίζονται επιφανειακά και να επενδύονται με θεωρίες όπως αυτές που προσπαθούν να μας πείσουν ότι ο καπιταλισμός πλέον είναι άυλος. Με τέτοιου είδους προσεγγίσεις και θεωρητικές ανοησίες μπορεί κανείς χαρούμενα να αγνοεί γεγονότα σχετικά με το υλικό/τεχνολογικό υπόβαθρο του καπιταλισμού που είναι δεδομένα εδώ και περισσότερα από 70 χρόνια· θέτοντας, τουλάχιστον, σαν αφετηρία την επιστράτευση των πιο μικροσκοπικών σωματιδίων, που ήταν ως τότε γνωστή η εκμεταλλευσιμότητά τους, στην πιο καταστροφική εφεύρεση που έχει χρησιμοποιηθεί πάνω σε αυτόν τον πλανήτη: την ατομική βόμβα.

Από τότε και ύστερα οι στρατηγικές των κρατών και του κεφαλαίου εστιάζουν με τρόπο συνεπή και συνεχή στις δυνατότητες αποικιοποίησης και εκμετάλλευσης των ολοένα και πιο μικρο(νανο)-σκοπικών σωματιδίων-υλικών που μπορούν να θέσουν σε κίνηση. Από την απεικόνιση της μορφής του DNA, τη μοριακή βιολογία και τη γενετική μηχανική, μέχρι τις πιο σύγχρονες τεχνολογίες υλικών, τις νανοτεχνολογίες, την ακόμα πιο βαθιά ανάλυση των ατόμων σε υπο-ατομικά σωματίδια και την κβαντική μηχανική, η “θέση σε κίνηση” μεταφράζεται στη δυνατότητα αυτές οι βαθύτατα μικρές-στοιχειώδεις υλικές μονάδες (μόρια, άτομα, υπο-ατομικά σωματίδια) να μπορούν να “δουλέψουν” για λογαριασμό του κεφαλαίου ή με άλλα λόγια να μπορέσουν να ενσωματωθούν σε εκμεταλλεύσιμες τεχνολογικές εφαρμογές.

Προκειμένου να εξερευνηθούν και να “ανακαλυφθούν” ακόμα περισσότερα υπο-ατομικά σωματίδια (όπως το γνωστό μποζόνιο) απαιτείται ένας τερατώδους μεγέθους δακτύλιος 27 χιλιομέτρων [1Αναφερόμαστε στο μεγάλο επιταχυντή ανδρονίων (Large Hadron Collider - LHC) του CERN. Στην ιστοσελίδα του CERN, ο LHC αναφέρεται θριαμβευτικά ως η 'μεγαλύτερη μηχανή του κόσμου', ακόμα κι αν τα σωματίδια που εξετάζει είναι τα μικρότερα δυνατά... ] όπου σωματίδια επιταχύνονται και συγκρούονται μεταξύ τους, μέσα σε ελεγχόμενες(;) αλλά ιλιγγιώδεις συνθήκες. Από την άλλη πλευρά, κάποιες ατομικές, μοριακές και υπερ-μοριακές δομές εξετάζονται εδώ και χρόνια σαν πιο “σταθερά” συστήματα και έχουν μελετηθεί αρκετές από τις ιδιότητές τους. Τέτοιου είδους δομές είναι που οι νανοτεχνολόγοι φιλοδοξούν να χρησιμοποιήσουν σαν “πρώτες ύλες”.

Σύμφωνα με την National Nanotechnology Iniative, που αποτελεί τον επίσημο ομοσπονδιακό φορέα των ηπα για την έρευνα και την ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας, ένας γενικός και περιφραστικός ορισμός [2Ο ορισμός αυτός προέρχεται από την επίσημη εναρκτήρια αναφορά σχετικά με τον οργανισμό αυτό, με τίτλο: “National Technology Initiative: Leading to the Next Industrial Revolution” και ημερομηνία έκδοσης το Φλεβάρη του 2000.] περιλαμβάνει τα παρακάτω:

Η ουσία της νανοτεχνολογίας είναι η ικανότητα εργασίας στο μοριακό επίπεδο, άτομο με το άτομο, για τη δημιουργία μεγάλων δομών με ριζικά νέα μοριακή δομή. Σε σύγκριση με τη συμπεριφορά απομονωμένων ατόμων του 1νμ ή ογκωδών υλικών, η συμπεριφορά των δομικών χαρακτηριστικών στο εύρος από 1 ως 100νμ παρουσιάζει σημαντικές αλλαγές. Η νανοτεχνολογία αφορά υλικά και συστήματα των οποίων οι δομές και τα εξαρτήματα παρουσιάζουν καινοφανείς και σημαντικά βελτιωμένες φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες, φαινόμενα και διεργασίες χάρη στο μέγεθος της νανοκλίμακας. Ο σκοπός είναι η εκμετάλλευση αυτών των ιδιοτήτων κερδίζοντας τον έλεγχο των δομών και των διατάξεων σε ατομικό μοριακό και υπερ-μοριακό επίπεδο και να μάθουμε να κατασκευάζουμε και να χρησιμοποιούμε αποδοτικά αυτές τις διατάξεις. Η διατήρηση της σταθερότητας των διεπαφών και η ολοκλήρωση αυτών των “νανοδομών” στην μικρο-κλίμακα και στην μακροσκοπική κλίμακα είναι ένας ακόμα σκοπός.

[...] Καθώς γίνεται εφικτό να ελεγχθεί το μέγεθος των επιμέρους χαρακτηριστικών, γίνεται επίσης εφικτή η ενίσχυση των ιδιοτήτων του υλικού και των λειτουργιών των διατάξεων πέρα από αυτές που ως τώρα γνωρίζουμε ή ακόμα θεωρούμε ως εφικτές. Η μείωση των διαστάσεων των δομών οδηγεί σε οντότητες όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα, τα κβαντικά καλώδια και στίξεις, λεπτά φιλμ, δομές βασισμένες σε μόρια DNA, εκπομποί laser, που έχουν μοναδικές ιδιότητες. Τέτοιες νέες μορφές υλικών κηρύσσουν μια επαναστατική εποχή για την επιστήμη και την τεχνολογία, δεδομένου ότι μπορούμε να ανακαλύψουμε και να χρησιμοποιήσουμε πλήρως τις υποκείμενες αρχές.

Μισό ευχολόγιο, μισό πραγματικότητα (καθώς στο τέλος παραπέμπει σε μια λίστα πραγματικών τεχνολογιών) αυτός ο ορισμός προσπαθεί να συμπεριλάβει, πάνω στη γενικότητά του, οτιδήποτε θα μπορούσε να γίνει αντιληπτό ως νανοτεχνολογία: Για παράδειγμα, από την άποψη της τεχνολογίας των υλικών και της χημείας είναι γνωστό ότι η μετάβαση από μεγαλύτερα μεγέθη προς τη νανοκλίμακα με την εφαρμογή κατάλληλων τεχνικών μπορεί να οδηγήσει στη σύσταση μοριακών δομών με διαφορετικές ιδιότητες. Με μια διαφορετική προσέγγιση η ουσία της νανοτεχνολογίας είναι η (από κάτω προς τα πάνω) προσθετική άτομο-προς-ατομο κατασκευή ή όπως αλλιώς αναφέρεται: η μοριακή νανοτεχνολογία. Σύμφωνα με αυτή την εκδοχή συστήματα μοριακών νανο-μηχανών θα μπορούν να προγραμματίζονται, ή να αντιδρούν με τρόπο ελεγχόμενο και να συνθέτουν άτομο-προς-άτομο νέες νανο-διατάξεις και μοριακές νανο-μηχανές. Σε κάθε περίπτωση ο έλεγχος, η εκμετάλλευση και η αποδοτική χρησιμοποίηση των ατόμων και των μορίων δίνουν το στίγμα των προθέσεων της έρευνας στη νανοκλίμακα.

Είναι πραγματικά πολύ δύσκολο να βρει κανείς έναν ενιαίο ορισμό για τη νανοτεχνολογία [3Συνηθίζεται επίσημα, ο όρος “νανοτεχνολογία” να χρησιμοποιείται στον ενικό. Στη συνέχεια του κειμένου όπως και στον τίτλο χρησιμοποιούμε τον όρο και στον πληθυντικό, καθώς όπως θέλουμε να δείξουμε και από την αρχή δεν πρόκειται για έναν ενιαίο τομέα της τεχνοεπιστήμης, αλλά περιλαμβάνει μια ποικιλία διαφορετικών μεταξύ τους τεχνολογιών και περιοχών εφαρμογής. ]. Και αυτό γιατί οι προσδοκίες των επιστημόνων και των κρατικών οργανισμών για μια νέα “τεχνολογική επανάσταση” και οι αντίστοιχοι οραματισμοί, η σύγχρονη τεχνολογική πραγματικότητα των νέων υλικών και των εμπορικών εφαρμογών τους, η τρέχουσα παραγωγή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων στη νανοκλίμακα και η βιοχημική σύνθεση νέων μοριακών δομών, η επιστημονική φαντασία και η δυστοπία ενός κόσμου που καταλαμβάνεται και κατατρώγεται από ανεξέλεγκτα νανο-ρομπότ συμπλέκονται και δημιουργούν σύγχυση ακόμα και ανάμεσα στις συζητήσεις των ίδιων των τεχνο-επιστημόνων και των μηχανικών.

Στην πραγματικότητα αυτή η σύγχυση δεν απουσιάζει ούτε από την κυρίαρχη αφήγηση της ιστορίας της νανοτεχνολογίας, αλλά ούτε και από τους οδικούς χάρτες “Έρευνας και Ανάπτυξης” των κρατών, των εταιριών και των ακαδημαϊκών ιδρυμάτων που πραγματικά επενδύουν στους σχετικούς τομείς. Τέτοια ζητήματα πιθανολογούμε ότι είναι το ίδιο συγκεχυμένα και για όσους και όσες έχουν βρεθεί ή βρίσκονται μέσα στα αντίστοιχα εργαστήρια των ακαδημαϊκών ιδρυμάτων και εργάζονται εντατικά μετρώντας, υπολογίζοντας και αναλύοντας ολοένα και πιο βαθιά τις ιδιότητες της ύλης στη νανοκλίμακα.

Το γραφένιο (graphene) είναι ένα απ’ τα πιο διάσημα επιτεύγματα των νανοτεχνολογιών, στον τομέα των νέων υλικών. Με ιδιότητες εξαιρετικές αυτό το αλλότροπο του άνθρακα (πολύ καλός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού, δεκάδες φορές πιο ανθεκτικό στην κρούση σε σχέση με τον σίδηρο, διαφανές), δημιουργήθηκε εργαστηριακά μόλις το 2003. Και απο τότε οι χρήσεις του διαρκώς επεκτείνονται.

Από τους οραματισμούς στο μικροσκόπιο

Πολλές φορές συμβαίνει οι οραματισμοί των τεχνοεπιστημόνων σχετικά με το ποιες πρόκειται να είναι οι μελλοντικές εξελίξεις στο ένα ή στο άλλο πεδίο να προηγούνται αρκετά χρόνια από τις πραγματικές θεωρητικές και πρακτικές εξελίξεις και μετασχηματισμούς. Γι’ αυτό το λόγο κείμενα που έχουν γραφτεί και εκτεθεί δημόσια στο παρελθόν μπορούν να περαμένουν στην αφάνεια ή και στην ασημαντότητα, μέχρι να χρειαστεί να επιστρατευτούν στα πλαίσια της καπιταλιστικής τεχνολογικής αναδιάρθρωσης. Με αυτό τον τρόπο κατασκευάζεται μια συνέχεια στην αφήγηση της ιστορίας των επιστημών και των τεχνολογικών επιτευγμάτων της με προφανή ιδεολογικό ρόλο για τους υπηκόους. Το λιγότερο που συμβαίνει είναι η συσκότιση των ιστορικών συνθηκών και αναγκαιοτήτων του κεφαλαίου μέσα από τις οποίες προωθείται και παράγεται η έρευνα και η τεχνολογία.

Μέσα σε αυτές τις συνθήκες μια ομιλία του, διάσημου στο πεδίο του, θεωρητικού φυσικού Richard Feynman [4Εκτός από το νόμπελ φυσικής για την εργασία του στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, το βιογραφικό του Feynman περιλαμβάνει και τη συμμετοχή του στο σχέδιο Μανχάταν• στην προσπάθεια, δηλαδή, κατασκευής της πρώτης ατομικής βόμβας.] που δόθηκε το 1959 με τίτλο “There is plenty of room at the bottom” σχετικά με τη δυνατότητα χειρισμού μεμονωμένων ατόμων θεωρήθηκε ετεροχρονισμένα σαν η θεωρητική αφετηρία της νανοτεχνολογίας. Θα μεταφέρουμε εδώ ένα απόσπασμα που αφορά την επίδραση που είχαν στα λεγόμενα αυτής της ομιλίας του 1959, οι σχετικά πρόσφατες βιολογικές “ανακαλύψεις” της εποχής.

Το βιολογικό παράδειγμα εγγραφής πληροφοριών σε μικρή κλίμακα με έχει εμπνεύσει ώστε να σκεφτώ κάτι που θα μπορούσε να είναι εφικτό. Η βιολογία δεν είναι απλώς η εγγραφή πληροφοριών· αλλά κάνει και κάτι σχετικά με αυτήν. Ένα βιολογικό σύστημα μπορεί να είναι υπερβολικά μικρό. Πολλά από τα κύτταρα είναι πολύ μικροσκοπικά, αλλά είναι και πολύ δραστήρια· κατασκευάζουν διάφορες ουσίες· περιφέρονται· συστρέφονται σπασμωδικά· και κάνουν όλων των ειδών τα θαυμάσια πράγματα – όλα αυτά σε πολύ μικρή κλίμακα. Επιπλέον, αποθηκεύουν πληροφορία. Θεωρείστε τη δυνατότητα να μπορούμε να φτιάξουμε ένα πράγμα πολύ μικρό το οποίο κάνει αυτό που εμείς θέλουμε - ότι μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα αντικείμενο που ελίσσεται σε αυτή τη στάθμη!

Η βιολογία και η θεωρία πληροφοριών είχαν ήδη αρχίσει να συνθέτουν τις τάσεις προς το νέο βιοπληροφορικό παράδειγμα. Και αν τα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών μπορούν να “εγγράφουν πληροφορία” και να εργάζονται προς αυτό το σκοπό, γιατί να μην μπορεί να συμβαίνει το ίδιο και με οποιοδήποτε σωματίδιο της ίδιας ή και μικρότερης κλίμακας; Η ιδέα των μηχανών που θα μπορούσαν να κατασκευάζουν με τρόπο μηχανικό, άτομο προς άτομο ή μόριο προς μόριο, άλλες μηχανές και υλικά αποκτά με αυτό τον τρόπο τη δική της μεταφυσική μέσα από τη μίμηση των βιολογικών διεργασιών αφού αυτές έχουν εκληφθεί και αναλυθεί σα βιοπληροφορικοί μηχανισμοί.

Σε ένα άλλο σημείο του ίδιου κειμένου ο Feynman αναφερόμενος σε πιθανές πρακτικές εφαρμογές εκθέτει τις ''ξέφρενες ιδέες” (όπως ο ίδιος τις χαρακτηρίζει) του φίλου του και άλλοτε διδακτορικού φοιτητή του Albert Hibbs:

Θα ήταν ενδιαφέρον για τη χειρουργική, αν θα μπορούσαμε να καταπιούμε το χειρούργο. Τοποθετείς τον μηχανικό χειρούργο μέσα σε ένα αιμοφόρο αγγείο και πηγαίνει μέσα στην καρδιά να “ρίξει μια ματιά” [...] βρίσκει ποια βαλβίδα είναι ελαττωματική παίρνει ένα μικρό μαχαίρι και την κόβει. Άλλες μικρές μηχανές θα μπορούσαν να είναι μόνιμα ενσωματωμένες στο σώμα ώστε να υποβοηθούν κάποιο όργανο που λειτουργεί ανεπαρκώς.
Και τώρα έρχεται η ενδιαφέρουσα ερώτηση: Πώς μπορούμε να φτιάξουμε έναν τόσο μικροσκοπικό οργανισμό; [...]

Στα όρια της επιστημονικής φαντασίας, για την εποχή του, το κείμενο αυτό ήταν λογικό και αναμενόμενο να μείνει στην αφάνεια για αρκετά χρόνια. Ήταν όμως αρκετό ώστε να δώσει, εκ των υστέρων, στον ήδη διάσημο καθηγητή Feynman έναν ακόμα τίτλο - αυτόν του “πατέρα της νανοτεχνολογίας”. Στην πραγματικότητα ο όρος 'νανο-τεχνολογία' χρησιμοποιήθηκε αρκετά χρόνια αργότερα, αρχικά από τον Ιάπωνα Norio Taniguchi το 1974 σχετικά τις τεχνικές κατασκευής ημιαγωγών υλικών στην κλίμακα του νανόμετρου. Αλλά η μαζική διάδοση του όρου αυτού τοποθετείται το 1986 και αποδίδεται στο μηχανικό Eric Dexler, ο οποίος εμπνεόμενος από τους οραματισμούς του Feynman περιγράφει τη δικιά του εκδοχή για τη νανοτεχνολογία στο βιβλίο του “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”. Κινούμενος μεταξύ των τότε σύγχρονων επιτευγμάτων της μοριακής βιολογίας, της χημείας και της τεχνολογίας υλικών και φτάνοντας μέχρι σενάρια επιστημονικής φαντασίας και μαζικής καταστροφής, ο Dexler οραματίζεται μια νέα τεχνολογική επανάσταση (breakthrough). Μια τέτοια επανάσταση περιλαμβάνει αυτο-αναπαραγώμενους νανο-συναρμολογητές ελεγχόμενους από συστήματα τεχνητής νοημοσύνης, που θα είναι ικανοί να κατασκευάσουν και να επισκευάσουν τα πάντα: διαστημόπλοια, ουρανοξύστες, το φυσικό περιβάλλον, τα ανθρώπινα κύτταρα - εξασφαλίζοντας την υπεραιωνόβια ζωή, αν όχι την αθανασία - και φυσικά (!) αυτές οι μηχανές θα ήταν ικανές να καταστήσουν (για άλλη μία φορά στην ιστορία!) άχρηστη την ανθρώπινη εργασία. Επιπλέον, σύμφωνα πάντα με τον Dexler το κράτος που θα πραγματοποιήσει πρώτο το συγκεκριμένο τεχνολογικό άλμα, θα αφήσει δεκαετίες πίσω όσα άλλα κράτη δεν καταφέρουν να ακολουθήσουν σε έναν ικανοποιητικό βαθμό τις εξελίξεις, χώρια ο κίνδυνος για νέα όπλα μαζικής καταστροφής και πάει λέγοντας...

Το συγκεκριμένο βιβλίο του είδους της εκλαϊκευμένης φουτουριστικής μηχανικής, θα μπορούσε να συγκριθεί με αρκετά προγενέστερα ή μεταγενέστερα μυθιστορήματα επιστημονικής φαντασίας και να χάσει. Πιθανώς, δεν θα ήταν άξιο αναφοράς αν δεν συνέβαινε να έχει δώσει ένα κομμάτι του τίτλου του σε μια πληθώρα σύγχρονων τεχνολογικών εφαρμογών. Παρόλα αυτά η δυνατότητα εξεύρεσης αποδοτικών τεχνικών κατασκευής με ακρίβεια του είδους άτομο-προς-άτομο αποτελεί κατά κάποιον τρόπο το holy grail της υπόθεσης, ενώ οι χρηματοδοτήσεις για την έρευνα και την ανάπτυξη των νανοτεχνολογιών εκταμιεύονται και προς αυτήν την κατεύθυνση.

Ξεκινήσαμε λέγοντας ότι η νανοκλίμακα είναι αόρατη από το ανθρώπινο μάτι. Στην πραγματικότητα είναι το ίδιο αόρατη κοιτώντας μέσα από οποιοδήποτε οπτικό μικροσκόπιο. Και αυτό γιατί το φάσμα των συχνοτήτων που μπορούν να γίνουν αντιληπτές από το ανθρώπινο μάτι περιορίζει εγγενώς την διακριτική του ικανότητα σε κάποια κλάσματα του χιλιοστού (mm - ένα χιλιοστό του μέτρου), ενώ με τη χρήση οπτικών μικροσκοπίων μπορούμε να δούμε ως την κλίμακα κάποιων κλασμάτων του μικρόμετρου (μm - ένα εκατομμυριοστό του μέτρου). Η κλίμακα του νανομέτρου (1-100nm) απαιτούσε και απαιτεί έμμεσες μεθόδους απεικόνισης και χαρακτηρισμού των ιδιοτήτων της ύλης. Η περίθλαση ακτίνων-Χ που χρησιμοποιήθηκε και για την “ανακάλυψη” της διπλής ελικοειδούς μορφής του μορίου του DNA απαιτούσε αφενός την αναδιάταξη των μοριακών δομών σε κρυσταλλική μορφή επαναλαμβανόμενη στις 3 διαστάσεις και αφετέρου περίπλοκες μαθηματικές σχέσεις ώστε τα μοτίβα που προκύπτουν από την περίθλαση των ακτίνων να μπορέσουν να αποτυπωθούν σε μια αξιοπρεπή απεικόνιση.

Όσο η νανοκλίμακα δεν μπορούσε να απεικονιστεί με αρκετά πειστικό τρόπο για το ανθρώπινο μάτι, οι δυνατότητες χειρισμού της ύλης σε αυτό το επίπεδο παρέμενε ένας ευσεβής πόθος. Αν και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο επέτρεπε - υπό αυστηρούς όρους (π.χ. συνθήκες υψηλού κενού και τροποποιήσεις του δείγματος) - την ιχνηλάτηση νανοδομών στο εσωτερικό των κυττάρων και της ανόργανης ύλης και βρήκε ευρεία χρήση στη βιολογία και την ιατρική, η χρήση του απαιτεί υψηλή εξειδίκευση ενώ το αποτέλεσμα δεν είναι πάντα αξιοποιήσιμο και επιτυχημένο.

Το 1981, εφευρέθηκε στα εργαστήρια της IBM στη Ζυρίχη το Μικροσκόπιο Σάρωσης μέσω του φαινομένου Σήραγγας. Αξιοποιώντας το κβαντικό φαινόμενο σήραγγας και μια ακίδα με την αιχμή της να έχει μέγεθος ενός και μόνο ατόμου το εργαλείο αυτό πραγματοποιεί την ηλεκτρο-μηχανική σάρωση των επιφανειών άτομο προς άτομο. Δεν πρόκειται στην πραγματικότητα απλώς για μια εξέλιξη των προηγούμενων τεχνικών που βασίζονταν στην εκπομπή ακτινοβολιών ή ηλεκτρονίων αλλά για κάτι ριζικά διαφορετικό, που δεν θα έπρεπε καν να ονομάζεται “μικροσκόπιο”, αλλά πολύ περισσότερο θα του ταίριαζε η ονομασία ηλεκτρο-μηχανικός κβαντικός σαρωτής ατομικής ακρίβειας. Μερικά χρόνια αργότερα, το 1986 εφευρέθηκαν τα “μικροσκόπια” ατομικής δύναμης (Atomic Force Microscopes) που επιτρέπουν επίσης τη μηχανική σάρωση επιφανειών και την απεικόνιση τους με χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή. Το 1989 σε ένα άλλο εργαστήριο της ΙΒΜ, με τη χρήση ενός ειδικά τροποποιημένοι “μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας”, 35 μεμονωμένα άτομα του χημικού στοιχείου ξένον τοποθετήθηκαν, χρησιμοποιώντας την ακίδα του μικροσκοπίου, πάνω σε μια επιφάνεια χαλκού με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί κανείς χρησιμοποιώντας το ίδιο εργαλείο να διαβάσει τα αρχικά της εταιρίας, συμβολίζοντας με αυτόν τον τρόπο τις νέες δυνατότητες χειρισμού της ύλης στη νανοκλίμακα με τρόπο μηχανικό. Λέμε “συμβολίζοντας” διότι στην πραγματικότητα σε αυτά τα μεγέθη οι παράγοντες που επηρεάζουν την κίνηση και οι δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων διαφέρουν κατά πολύ από οτιδήποτε θεωρούμε δεδομένο σαν μηχανικό χειρισμό στην ανθρώπινη κλίμακα.

Φυσικά, δεν είναι στους σκοπούς μας μια αναλυτική καταγραφή όλων των “μικροσκοπίων” που ανήκουν στις παραπάνω οικογένειες εργαλείων, ούτε των επιτευγμάτων που προέκυψαν από τη χρήση τους. Αναφερόμαστε σε αυτά, περισσότερο για να δείξουμε ποια ήταν τα εργαλεία που επέτρεψαν την τοποθέτηση των οραματισμών για τη νανοτεχνολογία στο μικροσκόπιο κάτι που αρκετά χρόνια αργότερα εξελίχθηκε (και συνεχίζει να εξελίσσεται) σε μια εντεινόμενη κούρσα επενδύσεων και τεχνολογικών “καινοτομιών”.

Στις αρχές των '90s ξεκίνησε δειλά η εμφάνιση κάποιων πρώιμων εταιριών που σχετίζονταν με ό,τι θεωρούνταν ως νανοτεχνολογία. Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας αυτής μέσα από τα εργαστήρια των εταιριών και των ακαδημαϊκών ιδρυμάτων άρχισαν να δημοσιεύονται μια σειρά “καινοτομιών” σε αρκετούς συναφείς κλάδους - κυρίως στην τεχνολογία υλικών, τα νανο-ηλεκτρονικά συστήματα και τη χημική μηχανική.

Την πρώτη δεκαετία του 21ου αιώνα μια πληθώρα εμπορευμάτων προς κατανάλωση άρχισαν να εμφανίζονται στην αγορά σαν προϊόντα νανοτεχνολογίας: προφυλακτήρες αυτοκινήτων ανθεκτικοί στις γρατσουνιές, μπαλάκια για golf, ρακέτες για τένις, μπαστούνια για baseball, αντι-βακτηριδιακές κάλτσες, ρουχα που δεν λερώνουν και δεν τσαλακώνουν, καλλυντικά, γυαλιά ανθεκτικά που δεν χαράζονται, μπαταρίες που φορτίζουν γρηγορότερα, καλύτερες οθόνες, κινητά, ψηφιακές κάμερες... (Ουφ!! Και η ζωή κάπως έτσι έγινε καλύτερη!)

Δεν ξέρουμε αν αυτά τα προϊόντα είναι θαυματουργά χάρη στις νανοτεχνολογίες που κουβαλάνε ή περισσότερο εξαιτίας του hype που τις περιβάλλει. Η ιστορία πάντως των στρατηγικών επενδύσεων πάνω στις νανοτεχνολογίες ξεκινάει κάπου εκεί στις αρχές της προηγούμενης δεκαετίας και φυσικά δεν αφορά μόνο σώβρακα, φανέλες και οθόνες.

Στρατηγικές επενδύσεις σε χαλεπούς καιρούς

Ακριβώς εκείνη την περίοδο, στις αρχές του 21ου αιώνα, οι οραματισμοί ηλικίας 40 χρόνων και τα εξελιγμένα εργαλεία απεικόνισης στην νανοκλίμακα που χρησιμοποιούνταν ήδη από τη δεκαετία του '80 επιστρατεύτηκαν στους εθνικούς σχεδιασμούς και εντάχθηκαν πια συστηματικά στους προϋπολογισμούς των κρατών για την έρευνα και την τεχνολογία. Είναι η ίδια εποχή που το ξέσπασμα της τρέχουσας καπιταλιστικής κρίσης είχε ήδη αρχίσει να γίνεται ορατό στους ειδικούς των αφεντικών. Συνεπώς, η ανάγκη του κεφαλαίου για εντατικότερη έρευνα με στόχο την επέκταση σε νέες αγορές μέσα από την κατασκευή υλικών και τεχνολογιών που θα μπορούσαν να αναδιαμορφώσουν ριζικά το τεχνολογικό του υπόβαθρο εμφανίζεται εκείνη την εποχή και δίνει το εναρκτήριο λάκτισμα για την προώθηση, μεταξύ άλλων, και της νανοτεχνολογίας. Στην πρώτη φάση αυτών των εθνικών προγραμμάτων, ο ανταγωνισμός για την ανάπτυξη γνωσιακής βάσης (knowledge base) θα μπορούσε, ίσως καταχρηστικά, να θεωρηθεί σαν μια διαδικασία πρωταρχικής συσσώρευσης τεχνογνωσίας.

Οι “εθνικές στρατηγικές” σχετικά με τη χρηματοδότηση και την προώθηση νέων τεχνολογιών δεν είναι κάτι καινοφανές στην ιστορία του καπιταλισμού, αλλά μάλλον ο κανόνας. Ακόμα περισσότερο γίνονται ο κανόνας, όταν οι δυνατότητες εκμετάλλευσης των παραγωγικών δυνάμεων αρχίζουν να στενεύουν υπό την απειλή μιας σοβαρής οικονομικής κρίσης. Σε αυτές τις συνθήκες, η έρευνα για νέες τεχνολογίες και η αναγκαιότητα για την επέκταση σε νέες αγορές, δεν θα μπορούσε να αφήνεται “ανεξέλεγκτη” στο “laissez faire” των αγορών, αλλά θα πρέπει να αποτελέσει έναν ακόμα κεντρικό πυλώνα του κράτους και των σχεδιασμών του για τη διαχείριση της κρίσης και το ξεπέρασμά της.

Τον Ιανουάριο του 2000 ιδρύεται στις ηπα η National Nanotechnology Iniative από τον τότε πρόεδρο Clinton με αρχική ετήσια χρηματοδότηση 495 εκατομμυρίων δολαρίων. Όπως αναφέρεται στην επίσημη εναρκτήρια αναφορά αυτού του οργανισμού:

“Ο πρόεδρος καθιστά την National Nanotechnology Initiative κορυφαία προτεραιότητα. Η Νανοτεχνολογία ευδοκιμεί πάνω στις σύγχρονες εξελίξεις στη χημεία, τη φυσική, τη βιολογία, τη μηχανική, την ιατρική και την έρευνα των υλικών και συνεισφέρει στη διεπιστημονική εκπαίδευση της εργατικής δύναμης της επιστήμης και της τεχνολογίας του 21ου αιώνα. Η Διοίκηση πιστεύει ότι η νανοτεχνολογία θα έχει βαθιά επίδραση στην οικονομία και στην κοινωνία μας, ίσως συγκρίσιμη με αυτή των τεχνολογιών πληροφορικής ή της κυτταρικής, γενετικής και μοριακής βιολογίας”.

Σύμφωνα με το ίδιο κείμενο ο αντίκτυπος της νανοτεχνολογίας αναμένεται να συμπεριλάβει τους παρακάτω τομείς:
- Υλικά και μέθοδοι παραγωγής
- Νανοηλεκτρονική και τεχνολογία υπολογιστών
- Ιατρική και συστήμα υγείας
- Αεροναυτική και εξερεύνηση του διαστήματος
- Περιβάλλον και ενέργεια
- Βιοτεχνολογία και γεωργία
- Εθνική ασφάλεια και άλλες κυβερνητικές εφαρμογές
- Επιστήμη και εκπαίδευση
- Παγκόσμιο εμπόριο και ανταγωνιστικότητα.

Τέσσερα χρόνια αργότερα (2004), σε ένα άλλο κείμενο-αναφορά του ίδιου οργανισμού [5“Manufacturing at the Nanoscale, Report of the National Nanotechnology Initiative Workshops 2002-2004”, USA 2007.], σχετικά με την πρόοδο των μεθόδων παραγωγής στη νανοκλίμακα, αποτυπώνεται ο οδικός χάρτης (roadmap) των προσδοκώμενων αποτελεσμάτων του εθνικού προγράμματος έρευνας και ανάπτυξης:

...
Οι δυνατότητες της νανοτεχνολογίας για συστηματικό έλεγχο και παραγωγή στη νανοκλίμακα έχουν κατηγοριοποιηθεί στην εξέλιξη τους σε τέσσερις αλληλο-επικαλυπτόμενες γενιές προϊόντων νανοτεχνολογίας:
- 1η γενιά (ξεκινά περίπου το 2000): παθητικές (σταθερής λειτουργίας) νανοδομές, όπως νανοδομημένες επιστρώσεις, νανοσωματίδια, νανοκαλώδια και υλικά μεγάλου μεγέθους που προκύπτουν από νανοδομές·
- 2η Γενιά (ξεκινά περίπου το 2005): ενεργές (εξελισσόμενης λειτουργίας) νανοδομές, όπως τρανζίστορ, ενισχυτές, στοχευμένη φαρμακευτική και χημικά, αισθητήρες, ενεργοποιητές και προσαρμοζόμενες δομές·
- 3η Γενιά (ξεκινά περίπου το 2010): Τρισδιάστατα νανοσυστήματα και συστήματα νανοσυστημάτων που χρησιμοποιούν ποικίλες τεχνικές σύνθεσης και κατασκευής όπως η βιο-κατασκευή, ρομποτική στη νανοκλίμακα, δικτύωση στη νανοκλίμακα και αρχιτεκτονική σε πολλαπλές κλίμακες μεγέθους·
- 4η γενιά (Ξεκινά περίπου το 2015): Ετερογενή μοριακά νανοσυστήματα, όπου κάθε μόριο στο νανοσύστημα έχει μια συγκεκριμένη δομή και παίζει διαφορετικό ρόλο. Τα μόρια θα χρησιμοποιούνται σαν συσκευές και θεμελιωδώς νέες λειτουργίες θα αναδυθούν από τις σχεδιασμένες δομές και αρχιτεκτονικές.

Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε αν τα αμερικάνικα εργαστήρια έχουν τηρήσει κατά γράμμα το roadmap. Πιθανότατα όχι. Εξάλλου, είναι εξαιρετικά δύσκολο να παρακολουθεί κανείς συνεχώς τις εξελίξεις μια πληθώρα τεχνολογικών κλάδων και κοινωνικών-πολιτικών τομέων που επιδιώκεται να διεισδύσουν ολοένα και πιο βαθιά στη νανοκλίμακα. Το γεγονός ότι μέχρι το 2006 οι ετήσιες κρατικές δαπάνες για τη νανοτεχνολογία στις ηπα αυξήθηκαν σταδιακά στο 1 δις δολάρια από τα 500 εκατομμύρια που είχαν ξεκινήσει, είναι μια ένδειξη ότι η πρώτη γενιά (αυτή των νανο-υλικών) τα πήγε καλά. Επιπλέον, η πλειονότητα των κάθε φορά νέων “καινοτομιών” που δημοσιεύονται σχετικά με τις νανοτεχνολογίες, αφορούν κυρίως τον τομέα της τεχνολογίας υλικών. Ταυτόχρονα όμως η παραγωγή δημοσιεύσεων που προέρχονται από ερευνητικά εργαστήρια αφορούν και τις επόμενες γενιές προϊόντων. Σε πρόσφατη ανακοίνωση του λευκού οίκου σχετικά με τη δημιουργία πρωτοβουλιών για την εμπορευματοποίηση της νανοτεχνολογίας, στις 20/05/2015, εκτιμάται ότι το ποσό που έχει δαπανηθεί από το 2000 ως σήμερα στις ηπα ξεπερνά τα 20 δις δολάρια. Το γεγονός βέβαια ότι προβληματίζει η δυσκολία να βγουν τα αποτελέσματα των πολυδάπανων ερευνών από τα εργαστήρια και να εισέλθουν στην παραγωγή μπορεί να σημαίνει ότι οι επόμενες γενιές (2η, 3η, 4η) παρά τις όποιες επιτυχίες στα εργαστήρια δεν μπόρεσαν (ακόμα) να βρουν ευρείες εμπορικές εφαρμογές.

Σε αντίστοιχο μήκος κύματος, η ευρωπαϊκή επιτροπή το 2004 μέσα από την έκθεση “Towards a European Strategy for Nanotechnology”, βάζει σα στόχο τη συνεργασία των κρατών μελών για την ανταγωνιστική (με βασικούς αντίπαλους τις ηπα και την ιαπωνία) έρευνα και ανάπτυξη πάνω στη νανοτεχνολογία. Σύμφωνα με μια έκθεση της ευρωπαϊκής επιτροπής [6Nanotechnology: the invisible giant tackling Europe's future challenges, European Commission, 2013] το ποσό που είχε δαπανηθεί από το 2000 ως το 2007/2008 στην εε εκτιμάται στα 6-7 δις ευρώ, ποσό ανάλογο με αυτό που έχει δαπανηθεί από τους κύριους παγκόσμιους ανταγωνιστές [7Το συνολικό ποσό που έχει δαπανηθεί παγκόσμια για έρευνα πάνω στις νανοτεχνολογίες εκτιμάται στα 67 δις δολάρια για το διάστημα 2000-2013.]. Μέσα από το 7ο Πρόγραμμα Πλαίσιο (FP7) το διάστημα 2007-2011 (το πρόγραμμα έληξε το 2013) το ποσό που δαπανήθηκε ξεπέρασε τα 2.5 δις ευρώ, μοιρασμένα σε 1400 διαφορετικά πρότζεκτ που αφορούν διάφορους τομείς. Η πορεία αυτή αναμένεται να συνεχιστεί και με τα προγράμματα που ανακοινώνονται στο πλαίσιο του χρηματοδοτικού προγράμματος της εε, που ξεκίνησε το 2014, με την ονομασία Horizon 2020.

Σε κάθε περίπτωση και ανακεφαλαιώνοντας, οι οραματισμοί δεν πήγανε χαμένοι· όσο για τις επενδύσεις και τα δισεκατομμύρια δολάρια και ευρώ που δαπανώνται στην έρευνα για τις κάθε είδους νανοτεχνολογίες, θα πρέπει να βρεθούν τρόποι να μην καταλήξουν να είναι χαμένα λεφτά. Αυτό θα πρέπει να πραγματοποιηθεί μέσα από την εμπορευματοποίηση των ερευνητικών ως τώρα εφαρμογών και τη διάθεσή τους ως τεχνολογικά προϊόντα.
Επίσης, θα πρέπει να θεωρείται δεδομένη η συνηθισμένη πορεία εισαγωγής των διάφορων τεχνολογικών “καινοτομιών” στην ευρεία κατανάλωση, έστω και σχηματικά: ξεκινούν συνήθως από τις στρατιωτικές ή/και τις αεροδιαστημικές εφαρμογές και τις τεχνολογίες επιτήρησης [8Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελεί το “Institute for Soldier Nanotechnologies” του ΜΙΤ. Αντιγράφουμε από την αρχική του σελίδα: “Το Ινστιτούτο για τις Νανοτεχνολογίες του Στρατιώτη είναι μια ομάδα - το ΜΙΤ, ο στρατός και η βιομηχανία - που συνεργάζεται για να ανακαλύψει και να εφαρμόσει στο πεδίο τεχνολογίες που βελτιώνουν δραματικά την προστασία του Στρατιώτη και τις δυνατότητες επιβίωσης”. Πανεπιστήμιο, στρατός και βιομηχανία· διόλου παράξενο...], στη συνέχεια διαφημίζονται ότι αφορούν το “καλό της ανθρωπότητας” με όχημα κάποιες ιατρικές εφαρμογές και τέλος περνούν στην παραγωγή μαζικών τεχνολογικών καταναλωτικών προϊόντων.

Μέσα σε αυτό το πλαίσιο, οι υποσχέσεις των οραματιστών έχουν μεταφερθεί στις διαρροές και τις εξαγγελίες για τις τεχνολογίες ενός όχι και πολύ μακρινού μέλλοντος. Οι δυνατότητες ενσωμάτωσης, δηλαδή πρόσθεσης στο εσωτερικό του σώματος νανοτεχνολογικών προϊόντων - κάτι σαν το χειρούργο του Hibbs που αναφέρθηκε πιο πάνω - βγαλμένες κατευθείαν μέσα από το εργαστήριο Χ lab της γνωστής google - παρουσιάστηκαν τον Οκτώβρη του 2014 κάπως έτσι:

...
Ουσιαστικά η ιδέα είναι απλή· απλώς καταπίνεις ένα χάπι με τα νανοσωματίδια, τα οποία φέρουν αντισώματα ή μόρια που ανιχνεύουν άλλα μόρια [...] αυτά πορεύονται μέσα στο σώμα και επειδή οι πυρήνες αυτών των σωματιδίων είναι μαγνητικοί, μπορείς να τα ανακαλέσεις κάπου και να τα ρωτήσεις τι είδανε. [...] Αν κοιτάξεις στον καρπό σου μπορείς να δεις αυτές τις υπερφυσικές φλέβες - απλώς τοποθετώντας έναν μαγνήτη για να παγιδεύσεις τα νανοσωματίδια. Εμείς τα ρωτάμε: Τι είδατε; Βρήκατε καρκίνο; Είδατε κάτι που μοιάζει με μια εύθραυστη πλάκα για καρδιακή προσβολή; Είδατε υπερβολικά πολύ νάτριο;
...

Μια εξαιρετικά απλή ιδέα, έτσι δεν είναι;

Πέρα από τις πάντα καθυστερημένες κατάρες της κάθε βιο/νανο-ηθικής για την ενδεχόμενη τοξικότητα συγκεκριμένων προϊόντων ή για τους υποθετικούς (προς το παρόν) κινδύνους της μαζικής κατασκευής νανο-ρομπότ, οι νανοτεχνολογίες θα συνεχίσουν να μας απασχολούν. Πρώτα και κύρια ως ένα βασικό μεταμοντέρνο τεχνολογικό συμπλήρωμα του νέου βιοπληριφορικού καπιταλιστικού παραδείγματος και της επέλασής του.

Rorre Margorp

Σημειώσεις

1 - Αναφερόμαστε στο μεγάλο επιταχυντή ανδρονίων (Large Hadron Collider - LHC) του CERN. Στην ιστοσελίδα του CERN, ο LHC αναφέρεται θριαμβευτικά ως η 'μεγαλύτερη μηχανή του κόσμου', ακόμα κι αν τα σωματίδια που εξετάζει είναι τα μικρότερα δυνατά...
[ επιστροφή ]

2 - Ο ορισμός αυτός προέρχεται από την επίσημη εναρκτήρια αναφορά σχετικά με τον οργανισμό αυτό, με τίτλο: “National Technology Initiative: Leading to the Next Industrial Revolution” και ημερομηνία έκδοσης το Φλεβάρη του 2000.
[ επιστροφή ]

3 - Συνηθίζεται επίσημα, ο όρος “νανοτεχνολογία” να χρησιμοποιείται στον ενικό. Στη συνέχεια του κειμένου όπως και στον τίτλο χρησιμοποιούμε τον όρο και στον πληθυντικό, καθώς όπως θέλουμε να δείξουμε και από την αρχή δεν πρόκειται για έναν ενιαίο τομέα της τεχνοεπιστήμης, αλλά περιλαμβάνει μια ποικιλία διαφορετικών μεταξύ τους τεχνολογιών και περιοχών εφαρμογής.
[ επιστροφή ]

4 - Εκτός από το νόμπελ φυσικής για την εργασία του στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, το βιογραφικό του Feynman περιλαμβάνει και τη συμμετοχή του στο σχέδιο Μανχάταν· στην προσπάθεια, δηλαδή, κατασκευής της πρώτης ατομικής βόμβας.
[ επιστροφή ]

5 - “Manufacturing at the Nanoscale, Report of the National Nanotechnology Initiative Workshops 2002-2004”, USA 2007.
[ επιστροφή ]

6 - Nanotechnology: the invisible giant tackling Europe's future challenges, European Commission, 2013
[ επιστροφή ]

7 - Το συνολικό ποσό που έχει δαπανηθεί παγκόσμια για έρευνα πάνω στις νανοτεχνολογίες εκτιμάται στα 67 δις δολάρια για το διάστημα 2000-2013.
[ επιστροφή ]

8 - Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελεί το “Institute for Soldier Nanotechnologies” του ΜΙΤ. Αντιγράφουμε από την αρχική του σελίδα: “Το Ινστιτούτο για τις Νανοτεχνολογίες του Στρατιώτη είναι μια ομάδα - το ΜΙΤ, ο στρατός και η βιομηχανία - που συνεργάζεται για να ανακαλύψει και να εφαρμόσει στο πεδίο τεχνολογίες που βελτιώνουν δραματικά την προστασία του Στρατιώτη και τις δυνατότητες επιβίωσης”. Πανεπιστήμιο, στρατός και βιομηχανία· διόλου παράξενο...
[ επιστροφή ]