Ανασυνθέσαμε την ύλη

Η επέλαση της νανοτεχνολογίας
Η αίσθηση που όλοι έχουμε ότι «τα τελευταία χρόνια οι επιστήμες και οι τεχνολογίες καλπάζουν» οφείλεται κατά πολύ στη συγκλονιστική εξερεύνηση και εκμετάλλευση από τον άνθρωπο του μικρόκοσμου της φύσης, στην ατομική και μοριακή κλίμακά του. Αυτό το νέο τόλμημά μας, η νανοτεχνολογία, ορίζεται ως «ο χειρισμός της ύλης όταν τουλάχιστον η μία διάστασή της είναι μεγέθους 1 έως 100 νανόμετρα» –όπου ένα νανόμετρο ισούται με το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Ο λόγος που η εξερεύνηση του νανόκοσμου υπήρξε καταλυτική έχει να κάνει με το ότι σε αυτές τις διαστάσεις η συμπεριφορά της ύλης αλλάζει. «Πειράζοντας» και αναδιατάσσοντας τα άτομα και τα μόρια, οι ερευνητές κατόρθωσαν να δημιουργήσουν νέα υλικά, με ιδιότητες πολύ ανώτερες όσων είχαμε. Ηδη έχουμε τώρα πάνω από 800 διαφορετικά προϊόντα νανοτεχνολογίας στα ράφια των καταστημάτων και πάμπολλα άλλα σε στρατιωτικό εξοπλισμό. Τα γνωστότερα όλων είναι τα πανάκια καθαρισμού ή τα ρούχα από μικροΐνες και οι καθαριστήρες υαλοπινάκων με κάλυψη από νανογραφίτη. Ομως, τα σημαντικότερα όλων είναι λιγότερο γνωστά: είναι η επίτευξη των νανοσωλήνων άνθρακα, η ετοιμασία «προγραμματιζόμενων υλικών» που θα εμφανίζουν διαφορετικές ιδιότητες κατά περίσταση, η «φόρτωση φαρμάκων» σε νανορομπότ που κινούνται μέσα στον οργανισμό μας… και ακόμη, η όλη ανάπτυξη των κλάδων της συνθετικής χημείας, της νανολιθογραφίας (που μετεξελίσσει την ηλεκτρονική σε σπιντρονική), της βιονανοτεχνολογίας και της νανοϊατρικής, που υπόσχονται να μας δώσουν σύντομα από νέα θαυματουργά υλικά και τρόφιμα έως… νέα είδη ζώων και ανθρώπων!

Το μαγικό γραφένιο
Με τις δυνατότητες παρέμβασης στη διάταξη των ατόμων της ύλης που μας έδωσε η νανοτεχνολογία, κατορθώσαμε τα τελευταία χρόνια να ανασυνθέσουμε τεχνητά το μυστικό που έκανε τα δαμασκηνά σπαθιά κοφτερότερα και ανθεκτικότερα από οποιαδήποτε άλλα. Ποιο ήταν αυτό; Οι νανοσωλήνες άνθρακα. Φαντασθείτε τους ως κοίλους σωλήνες από «κοτετσόσυρμα», όπου το εξαγωνικό συρματόπλεγμα αποτελείται από γραφένιο –άτομα γραφίτη, πάχους… ακριβώς ενός ατόμου. Πρόκειται δηλαδή για ατομικές φλούδες του γνωστού μας μολυβιού γραφής, που όμως παρουσιάζουν απίστευτες ιδιότητες: Ενώ είναι το ελαφρύτερο υλικό στον κόσμο, διαφανές και ολότελα μη τοξικό, παρουσιάζει πολλαπλάσια αντοχή από του ατσαλιού, σκληρότητα μεγαλύτερη του διαμαντιού, εκπληκτικές οπτικές ιδιότητες, εξαιρετική αγωγιμότητα της θερμότητας και του ηλεκτρισμού, συν το ότι… αυτοεπουλώνεται. Οι επιστήμονες ανακάλυπταν κατάπληκτοι όλο και περισσότερα πεδία εφαρμογών για τους νανοσωλήνες άνθρακα, αλλά δεν κατόρθωναν να απομονώσουν το τοίχωμα των σωλήνων –το γραφένιο. Το 2004, οι ρώσοι ερευνητές Andre Geim και Konstantin Novoselov κατόρθωσαν να πάρουν γραφένιο τρίβοντας απλά ένα μολύβι σε σελοτέιπ και, το 2010, τιμήθηκαν γι’ αυτό με το Νομπέλ Φυσικής. Τον εφετινό Ιούνιο, ερευνητές του αμερικανικού Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) ανακάλυψαν τρόπο να απλώνουν το θαυματουργό υλικό πάνω σε ταινία χαλκού, ανοίγοντας τον δρόμο για τη μαζική παραγωγή του. Από τούδε και στο εξής, ετοιμαστείτε για επαναστατικές αλλαγές στον τεχνολογικό μας πολιτισμό.

Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές
Η τεχνολογία της «γρήγορης πρωτοτυποποίησης» ξεκίνησε το 1984, με την εμφάνιση της «στερεολιθογραφίας»: μία ακτίνα λέιζερ έπεφτε σε ρευστό φωτοπολυμερές και το στερεοποιούσε κατά στρώσεις, μέχρι την ολοκλήρωση της ζητούμενης μορφής. Ηταν μια τεχνολογία πανάκριβη, ανεκτή αρχικά μόνον από τις αυτοκινητοβιομηχανίες που βιάζονταν να δοκιμάσουν νέες καμπύλες στα αμαξώματά τους. Ομως, στην πρώτη δεκαετία του νέου αιώνα εκπληκτικά πράγματα συνέβησαν: πανεπιστημιακοί καθηγητές ανέπτυξαν πάμφθηνους τρισδιάστατους εκτυπωτές, με σχέδια κατασκευής και λογισμικό οδήγησης ανοιχτά και δωρεάν για όλους. Το κίνημα «φτιάξ’ το μόνος σου» που ξεκίνησαν, έφερε γοργά τον πειραματισμό με όλο και περισσότερα υλικά κατασκευής (πηλό, τσιμέντο, μαρμαρόσκονη, μέταλλα, ύλες ζαχαροπλαστικής, έως… ζώντα κύτταρα) αλλά και τρόπους κατασκευής αυτών των εκτυπωτών: από μικρούς οικιακούς εκτυπωτές που χτίζουν τα αντικείμενα με κινήσεις αντίστοιχες κάποιου που κολλάει με θερμικό πιστόλι σιλικόνης, μέχρι εκτυπωτές μεγέθους 3Χ4 μ. που χτίζουν αμαξώματα αυτοκινήτων και… τοίχους σπιτιών. Τα πεδία εφαρμογής αυτών των εκτυπωτών αγγίζουν πλέον σχεδόν κάθε τομέα: από χομπίστικες κατασκευές παιχνιδιών και κοσμημάτων, μέχρι την επί παραγγελία κατασκευή τεχνητών δοντιών και μελών, όπλων(!), γλυκών και φαγητών, έως και την κατασκευή ζώντων ιστών και οργάνων! Ιδίως αφότου οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές άρχισαν να πωλούνται και από το Amazon (2010) και η Microsoft ενέταξε σχετικούς οδηγούς στα τελευταία της Windows (2013), οι πάντες ασχολούνται πλέον με την προοπτική εγκατάστασης «προσωπικών εργοστασίων σε κάθε σπίτι» και το τι θα σημάνει αυτό για την εξέλιξη του πολιτισμού, της οικονομίας και της υγείας των ανθρώπων. Η εταιρεία Gartner εκτιμά πως η παγκόσμια αγορά εκτυπωτών 3D θα διπλασιάζεται κάθε χρόνο, αλλά και 100 δισεκατομμύρια δολάρια θα «χάνονται» κατ’ έτος λόγω της εξαιτίας τους μη καταβολής πνευματικών δικαιωμάτων.

Εικονική πραγματικότητα
Ξεκινήσαμε τον νέο αιώνα με μια νέα έκφραση στο λεξιλόγιό μας: «εικονική πραγματικότητα». Αυτό που κυρίως μας εντυπωσίαζε στους φτιαχτούς κόσμους των βιντεοπαιχνιδιών ήταν η καινοτομία στην απεικόνιση –ο στερεοφωνικός ή πολυφωνικός ήχος μάς ήταν ήδη οικείος και οι λοιπές αισθήσεις μας δεν ένιωθαν κάτι καινούργιο. Αλλά τι θα συνέβαινε αν όντως ο κόσμος που αντιλαμβάνονταν οι αισθήσεις μας ήταν ακόμη πιο εμπλουτισμένος;

Ακριβώς κάποιες τέτοιου είδους πρωτόγνωρες εμπειρίες άρχισε να μας προσφέρει τα τελευταία χρόνια η τεχνολογία, υποσχόμενη να μας εκπλήξει με πολύ περισσότερες προσεχώς. Η πρώτη ήταν η προσθήκη οσμής στην «εικονική πραγματικότητα». Ηταν μια ιδέα που ξεκίνησαν να διερευνούν δύο αμερικανοί βιοτεχνολόγοι το 1994 και έφτασαν στην πρώτη υλοποίησή της στο 2001, μέχρι που… πτώχευσαν κατά την τότε φούσκα του Διαδικτύου. Ο «συνθετητής οσμών» που είχαν κατασκευάσει, ονόματι iSmell, δούλευε περίπου όπως ο εκτυπωτής έγχυσης μελάνης (inkjet). Είχε ένα φυσίγγιο 128 βασικών αρωμάτων και αναπαρήγαγε από τον συνδυασμό τους χιλιάδες μυρωδιές, ανάλογα με το τι πρόβαλλε επί της οθόνης ο υπολογιστής. Τη σκυτάλη παρέλαβε η εταιρεία TriSenx, που προσέθεσε τη δυνατότητα αναπαραγωγής όχι μόνο αρωμάτων αλλά και γεύσεων! Φαντασθείτε, λοιπόν, το πόσο πιο πλήρης θα ήταν η εικονική πραγματικότητα της οθόνης αν όχι μόνο μυρίζατε το χώμα, τα φυτά ή… το αίμα στη μάχη αλλά και αν μπορούσατε να γεύεστε το τάδε φρούτο στη ζούγκλα ή τη δείνα συνταγή που δείχνει ο σεφ της εκπομπής που παρακολουθείτε στην ΤV… Και αυτή η εταιρεία όμως φαλίρισε. Το τελευταίο σχετικό που διαβάσαμε ήταν, το 2011, η επένδυση της Samsung σε συναφή έρευνα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο, με στόχο να μας παρουσιάσει μελλοντικά «μυρωδάτες τηλεοράσεις».

Αξίζει πάντως να σημειωθεί ότι η εικονική πραγματικότητα αναμένεται να βρει στο μέλλον πάμπολλες εφαρμογές, ακόμη και στον ιατρικό τομέα. Στη φωτογραφία μας χρησιμοποιείται επί παραδείγματι για τη θεραπεία από τις φοβίες.

Ο μανδύας αορατότητας
Αναμφίβολα, πάντως, η πιο εκπληκτική ψευδαίσθηση που μας προσέφερε η τεχνολογία την τελευταία δεκαετία ήταν μια καινοτομία που υπόσχεται πρωτίστως να φέρει τα πάνω κάτω στους πολέμους: καμουφλάζ που κάνει στρατιώτες, τανκ, πλοία και αεροπλάνα αόρατα στον εχθρό! Πρόκειται για εφαρμογή των φωτονικών κρυστάλλων, που ανακλά εμπρός μας τα όσα βρίσκονται πίσω μας, κάνοντας τον απέναντι να νομίζει ότι φοράμε τον… μανδύα αορατότητας του Χάρι Πότερ ή το δαχτυλίδι του Σμίγκολ από τον «Αρχοντα των Δαχτυλιδιών». Ηδη η καναδική εταιρεία Hyperstealth Biotechnology Corp. έχει παρουσιάσει τα σχετικά μοντελάκια της «στολής αορατότητας» στους στρατούς Καναδά, ΗΠΑ και Βρετανίας.

Για το τι θα επακολουθήσει και πώς θα προχωρήσει την ερχόμενη δεκαετία η «επαύξηση της εικονικής πραγματικότητας» γύρω μας θα πρέπει μάλλον να θεωρήσετε καταλυτική την ανακάλυψη Ιαπώνων και Κορεατών ότι «τα χαμηλής συχνότητας ηλεκτρομαγνητικά κύματα περνούν μέσα από το δέρμα μας συναντώντας ελάχιστη αντίσταση, ενώ ταυτόχρονα προστατεύονται από εξωτερικές παρεμβολές»: μελλοντικά δεν θα αντιλαμβανόμαστε την εικονική πραγματικότητα μέσω οθονών, στολών ή άλλων εξωτερικών συσκευών αλλά κυριολεκτικά «στο πετσί μας»!

Ο τέλειος καθρέφτης
Επί αιώνες ο άνθρωπος βαυκαλιζόταν με το καθρέφτισμα της εικόνας του σε καθρέφτες, αλλά μόνον οι επιστήμονες γνώριζαν πως αυτή η εικόνα ήταν λειψή: Σε κάθε ανάκλαση, ο καθρέφτης «κλέβει» κάποια από τα φωτόνια που πέφτουν πάνω του. Γι’ αυτόν τον λόγο οι επιστήμονες πίστευαν ότι ποτέ δεν θα μπορούσε το φως να ανακλαστεί κατά 100%. Ομως… διαψεύστηκαν: ένα πολύπλοκο μείγμα ψευδαργύρου, πυριτίου, φωσφόρου και αρσενικού –ονόματι φωτονικός κρύσταλλος –έδωσε το υλικό του τέλειου διηλεκτρικού καθρέφτη. Κι από τότε –το 1999 –έχει ξεκινήσει μια τρελή κούρσα ανακαλύψεων γύρω από τον χειρισμό με τέτοιους κρυστάλλους των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που σαρώνουν τις επιφάνειες των μετάλλων (ονόματι πλασμονίων). Μια κούρσα που μας οδηγεί στην υποκατάσταση των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων από φωτονικά και την επίτευξη –επιτέλους –ενός κβαντικού υπολογιστή, με ασύλληπτες ταχύτητες επεξεργασίας. Στις προοπτικές εφαρμογής των φωτονικών κρυστάλλων συγκαταλέγονται επίσης λαμπτήρες πολύ μεγάλης απόδοσης, γυαλιά ηλίου ή οράσεως χωρίς εστιακή διαμόρφωση των φακών, νέου τύπου και αβλαβείς κεραίες κινητών τηλεφώνων, νέου τύπου χαρτί εκτύπωσης, «έξυπνοι» πίνακες ηχομόνωσης για τους αυτοκινητοδρόμους, νέου τύπου ηχητικά συστήματα, ακτινογραφίες χωρίς χρήση των βλαβερών ακτίνων X…