Το επόμενο βήμα στη νανοτεχνολογία

Κάθε χρόνο το τσιπ πυριτίου των υπολογιστών υποδιπλασιάζεται σε μέγεθος και διπλασιάζεται σε ισχύ, επιτρέποντας στις συσκευές μας να γίνουν περισσότερο κινητές και προσβάσιμες. Αλλά τι συμβαίνει όταν δεν υπάρχει άλλο περιθώριο σμίκρυνσης των τσιπ? Ο Τζωρτζ Τουλέφσκι ερευνά τον αναξιοποίητο κόσμο των νανοϋλικών που δεν έχουμε δει έως τώρα. Η πρόσφατη εργασία του: η ανάπτυξη χημικών διαδικασιών συγκέντρωσης χιλιάδων ανθρακικών νανοσωλήνων ώστε να συναρμολογηθούν μεταξύ τους σχηματίζοντας μοντέλα, απαραίτητα για την κατασκευή κυκλωμάτων, όπως ακριβώς χτίζουν και οι φυσικοί οργανισμοί πολύπλοκες, διαφορετικές και κομψές δομές. Μήπως εκεί βρίσκεται το μυστικό της επόμενης γενιάς των υπολογιστικών δυνατοτήτων;

Ας φανταστούμε έναν γλύπτη,
να χτίζει ένα άγαλμα,

σμιλεύοντας το με το σκαρπέλο του.

Ο Μικελάντζελο το περιέγραψε
ιδιαίτερα κομψά λέγοντας:

«Μέσα σε κάθε κομμάτι πέτρας
βρίσκεται ένα άγαλμα,

και είναι δουλειά του γλύπτη
να το ανακαλύψει».

Αλλά τι θα λέγατε αν δούλευε αντίστροφα;

Όχι από ένα κομμάτι πέτρας,

αλλά από έναν σωρό από σκόνη,

προσκολλώντας εκατομμύρια κόκκους
μεταξύ τους, σχηματίζοντας ένα άγαλμα.

Ξέρω πως αυτή είναι μια παράλογη ιδέα.

Είναι πιθανώς αδύνατο.

Ο μόνος τρόπος να σχηματιστεί
ένα άγαλμα από σκόνη

είναι να σχηματιστεί από μόνο του --

αν ποτέ μπορούσαμε να κάνουμε
τόσους κόκκους να μαζευτούν

ώστε να σχηματιστεί.

Όσο περίεργο και αν ακούγεται,

αυτό ακριβώς είναι το πρόβλημα
με το οποίο ασχολούμαι στο εργαστήριό μου.

Δεν χτίζω με πέτρα, αλλά με νανοϋλικά.

Είναι αυτά τα απίστευτα μικρά,
συναρπαστικά αντικείμενα.

Τόσο μικρά, που αν αυτό το χειριστήριο
ήταν νανοσωματίδιο,

μια ανθρώπινη τρίχα θα είχε
το μέγεθος ολόκληρου του δωματίου.

Είναι στον πυρήνα του πεδίου
που λέμε νανοτεχνολογία,

κάτι που σίγουρα όλοι έχουμε ακούσει,

και ότι πρόκειται να αλλάξει τα πάντα.

Ήμουν φοιτητής

σε μια από τις καλύτερες εποχές για
ν' ασχολείται κανείς με νανοτεχνολογία.

Συνεχώς γινόντουσαν
επιστημονικές ανακαλύψεις,

στα συνέδρια επικρατούσε πανικός,

ενώ δίνονταν γενναιόδωρα ποσά
από φορείς χρηματοδότησης.

Και ο λόγος είναι ότι
αντικείμενα αυτού του μεγέθους

υπακούουν διαφορετικούς
κανόνες της φυσικής

σε σύγκριση με άλλα,
με τα οποία αλληλεπιδρούμε.

Είναι η κβαντική μηχανική.

Λέει ότι μπορείτε να κατευθύνετε
τη συμπεριφορά τους

κάνοντας μικρές αλλαγές,

όπως προσθέτοντας
ή αφαιρώντας μερικά άτομα,

ή παραποιώντας το υλικό.

Είναι σαν την απόλυτη εργαλειοθήκη.

Νοιώθετε πολύ δυνατοί,
σαν να μπορείτε να κάνετε τα πάντα.

Και αυτό κάναμε --

εμείς, η δική μου γενιά
προπτυχιακών φοιτητών.

Προσπαθούσαμε να φτιάξουμε
γρήγορους υπολογιστές με νανοϋλικά.

Κατασκευάζαμε κβαντικές τελείες

που θα έμπαιναν στο σώμα για να βρουν
και να καταπολεμήσουν ασθένειες.

Υπήρχαν μέχρι και ομάδες κατασκευής
ανελκυστήρα για το διάστημα

χρησιμοποιώντας ανθρακικούς νανοσωλήνες.

Μπορείτε να το ψάξετε, είναι αλήθεια.

Νομίζαμε λοιπόν ότι θα άλλαζε ριζικά
την επιστήμη και την τεχνολογία,

από τους υπολογιστές στη φαρμακευτική.

Και παραδέχομαι ότι άφησα
να με παρασύρει αυτό.

Το είχα πιστέψει.

Αλλά όλα αυτά πριν 15 χρόνια,

όταν διεξαγόταν πραγματικά
σημαντική επιστημονική δουλειά.

Μάθαμε πολλά.

Μα ποτέ δεν μπορέσαμε να μεταφράσουμε
αυτή την επιστήμη σε νέες τεχνολογίες

που θα επηρέαζαν πραγματικά τον κόσμο.

Και ο λόγος είναι ότι αυτά τα νανοϋλικά

είναι σαν ένα δίκοπο μαχαίρι.

Αυτό που τα καθιστά ενδιαφέροντα,
δηλαδή το μικρό τους μέγεθος,

καθιστά επίσης και αδύνατη
την εργασία με αυτά.

Σαν να προσπαθείτε
να χτίσετε ένα άγαλμα από σκόνη.

Και δεν έχουμε τα τόσο μικρά
εργαλεία που χρειάζονται.

Αλλά ακόμη και αν τα είχαμε
δεν θα είχε σημασία,

αφού δεν θα μπορούσαμε
να τα συναρμολογήσουμε ένα ένα

ώστε να φτιάξουμε μια τεχνολογία.

Γι' αυτό λοιπόν, όλες οι υποσχέσεις
και ο ενθουσιασμός

παρέμειναν μονο υποσχέσεις
και ενθουσιασμός.

Δεν έχουμε νανορομπότ
που καταπολεμούν ασθένειες,

ούτε ανελκυστήρες για το διάστημα,

ούτε αυτό που με ενδιαφέρει πιο πολύ,
νέα είδη υπολογιστικών δυνατοτήτων.

Και το τελευταίο είναι πολύ σημαντικό.

Φτάσαμε στο σημείο να αναμένουμε

τη συνεχή και απεριόριστη εξέλιξη
των υπολογιστικών δυνατοτήτων.

Ολόκληρες οικονομίες
έχουν βασιστεί σε αυτήν την ιδέα.

Και αυτή η εξέλιξη υφίσταται
λόγω της δυνατότητας

να βάζουμε όλο και περισσότερες
συσκευές σ' ένα υπολογιστικό τσιπ.

Και όσο μικρότερες γίνονται
αυτές οι συσκευές,

τόσο γρηγορότερες, καταναλώνοντας
λιγότερη ενέργεια με μικρότερο κόστος.

Και είναι αυτή η σύγκλιση
που μας δίνει αυτόν τον απίστευτο ρυθμό.

Για παράδειγμα:

Αν έπαιρνα τον τεράστιο υπολογιστή,
μεγάλο όσο ένα δωμάτιο,

που έστειλε τρεις άντρες στο φεγγάρι
και με κάποιον τρόπο τον συμπίεζα,

θα συμπίεζα τον καλύτερο υπολογιστή του
κόσμου, για την εποχή του,

ώστε να πάρει το μέγεθος
του τωρινού κινητού, του έξυπνου κινητού,

για το οποίο ξοδεύουμε 300 δολάρια
και το πετάμε κάθε δύο χρόνια,

δε θα υπήρχε σύγκριση,
o υπολογιστής δεν θα σας εντυπωσίαζε.

Δεν θα έκανε τίποτα από αυτά
που κάνει το έξυπνο κινητό.

Θα ήταν αργό, δεν θα μπορούσατε
να προσθέσετε τα αρχεία σας,

ίσως να κατάφερνατε
να δειτε τα πρώτα δύο λεπτά

ενός επεισοδίου της σειράς
«Walking Dead» με λίγη τύχη,

(Γέλια)

Το θέμα είναι πως η πρόοδος
δεν γίνεται σταδιακά.

Αλλά αδιάκοπα.

Είναι εκθετική.

Αυτοσυντίθεται χρόνο με τον χρόνο,

σε σημείο που αν συγκρίνετε την τεχνολογία

μιας γενιάς με την επόμενη,
είναι σχεδόν μη αναγνωρίσιμες.

Το χρωστάμε στον εαυτό μας
να συνεχίσουμε αυτήν την εξέλιξη.

Θα θέλουμε να λέμε το ίδιο
σε 10, 20, 30 χρόνια από τώρα:

«Κοιτάξτε τι καταφέραμε
τα τελευταία 30 χρόνια».

Και όμως ξέρουμε πως αυτή η πρόοδος
δεν θα διαρκέσει για πάντα.

Το πάρτι έχει αρχίσει
να χαλαρώνει τους ρυθμούς.

Σα να λέμε, «ώρα
για τις τελευταίες παραγγελίες».

Αν κοιτάξετε προσεκτικά μετρήσιμους
παράγοντες όπως η ταχύτητα και η απόδοση,

η εξέλιξη έχει ήδη ελαττώσει ταχύτητα
και σχεδόν είναι στάσιμη.

Οπότε αν θέλουμε να συνεχιστεί το πάρτι,

πρέπει να κάνουμε αυτό που κάναμε πάντα,
δηλαδή να καινοτομούμε.

Έτσι ο ρόλος και η αποστολή της ομάδας μας

είναι να καινοτομήσουμε χρησιμοποιώντας
ανθρακικούς νανοσωλήνες,

πιστεύοντας πως μπορούν να παρέχουν μία
συνέχιση αυτού του ρυθμού εξέλιξης.

Είναι όπως ακούγονται, μικροσκοπικοί
σωλήνες από ανθρακικά άτομα,

και το νανο-μέγεθός τους,
αυτό το μικρό μέγεθος,

τους προσδίδει αυτές τις εξαιρετικές
ηλεκτρονικές ιδιότητες.

Και βάσει της επιστήμης,
αν τους χρησιμοποιήσουμε στους υπολογιστές

θα έχουμε δέκα φορές μεγαλύτερη
βελτίωση στην απόδοση.

Είναι λες και μεταπηδάς πολλές γενιές
τεχνολογίας σε μόλις ένα βήμα.

Και να 'μαστε.

Έχουμε αυτό το πολύ σημαντικό πρόβλημα

και έχουμε την ιδανική λύση.

Η επιστήμη μας φωνάζει,

«Αυτό θα πρέπει να κάνετε
για να λύσετε το πρόβλημά σας».

Οπότε, εντάξει, ας ξεκινήσουμε,

ας το κάνουμε.

Αλλά και πάλι γυρνάς
σε αυτό το δίκοπο μαχαίρι.

Αυτή η «ιδανική λύση» έχει ένα υλικό
με το οποίο είναι αδύνατο να δουλέψετε.

Θα πρέπει να μαζέψω χιλιάδες από αυτά
για την κατασκευή ενός υπολογιστικού τσιπ.

Είναι πάλι ο ίδιος γρίφος,
σαν ένα μη επιλύσιμο πρόβλημα.

Σε αυτό το σημείο είπαμε,
«Ας σταματήσουμε.

Ας μην ξαναπεράσουμε τα ίδια.

Ας προσπαθήσουμε να βρούμε τι λείπει.

Τι έχουμε αφήσει στην άκρη;
Τι δεν κάνουμε που πρέπει να γίνει;»

Είναι σαν την ταινία «Ο Νονός», σωστά?

Όταν ο Φρέντο προδίδει τον αδερφό του,
Μάικλ, όλοι ξέρουμε τι πρέπει να γίνει.

Ο Φρέντο πρέπει να φύγει.

(Γέλια)

Αλλά ο Μάικλ το αναβάλλει,
εντάξει, το καταλαβαίνω.

Η μητέρα τους ζει ακόμα
και αυτό θα την αναστάτωνε.

Και έτσι είπαμε,

«Ποιος είναι ο Φρέντο στην περίπτωσή μας;

Τι αφήσαμε;

Τι δεν κάναμε που πρέπει να γίνει,
ώστε να πετύχει;»

Και η απάντηση είναι ότι το άγαλμα
πρέπει να χτιστεί μόνο του.

Πρέπει να βρούμε έναν τρόπο

να τα υποχρεώσουμε, να πείσουμε
χιλιάδες από αυτά τα σωματίδια

να συναρμολογηθούν μόνα τους
σε μία τεχνολογία.

Δεν μπορούμε να το κάνουμε εμείς,
θα πρέπει να το κάνουν μόνα τους.

Και είναι ο δύσκολος τρόπος,
δεν είναι απλό

αλλά σε αυτήν την περίπτωση
είναι ο μόνος τρόπος.

Τώρα όπως φαίνεται,
δεν είναι τόσο εξωγενές το πρόβλημα.

Δεν χτίζουμε τίποτα με αυτόν τον τρόπο.

Οι άνθρωποι δεν χτίζουν τίποτα έτσι.

Αλλά αν κοιτάξετε γύρω σας,
και υπάρχουν παντού παραδείγματα,

όλα χτίζονται με αυτόν τον τρόπο
στη Μητέρα Φύση.

Όλα χτίζονται από τα θεμέλια προς τα πάνω.

Στην παραλία υπάρχουν μικρά οργανίδια
που χρησιμοποιούν πρωτεΐνες,

μόρια στην ουσία,
να πατρονάρουν την άμμο,

ανασύροντάς την από τη θάλασσα

δημιουργώντας εξαιρετικά αρχιτεκτονικά
τοπία με τεράστια ποικιλομορφία.

Η φύση δεν είναι άξεστη
όπως εμείς, να κουτσουρεύει.

Είναι κομψή και έξυπνη,

χτίζοντας με ότι είναι διαθέσιμο,
μόριο με μόριο,

δημιουργώντας δομές με τέτοια
πολυπλοκότητα και διαφοροποίηση,

που δεν μπορούμε
να προσεγγίσουμε στο ελάχιστο.

Και είναι ήδη στη νανοκλίμακα.

Βρίσκεται εκεί για εκατοντάδες
χιλιάδες χρόνια.

Εμείς είμαστε εκείνοι
που αργήσαμε στο πάρτι.

Έτσι αποφασίσαμε να χρησιμοποιήσουμε
το ίδιο εργαλείο με τη Μητέρα Φύση,

και αυτό είναι η χημεία,
η χημεία είναι το εργαλείο που έλειπε.

Είναι ότι πρέπει σε αυτή την περίπτωση.

Τα αντικείμενα νανοκλίμακας
έχουν περίπου το μέγεθος των μορίων,

θα τα χρησιμοποιήσουμε
για να κατευθύνουν τα αντικείμενα

όπως ακριβώς ένα εργαλείο.

Αυτό ακριβώς κάναμε στο εργαστήριό μας.

Αναπτύξαμε χημεία που εισέρχεται
στον σορό από σκόνη,

στον σωρό από νανοσωματίδια,

και αποσπά ακριβώς αυτά που θέλουμε.

Έπειτα, μπορούμε μέσω της χημείας
να διατάξουμε χιλιάδες σωματίδια

στο σχήμα που θέλουμε ώστε
να σχηματίσουμε κυκλώματα.

Και μπορούμε να χτίσουμε κυκλώματα

πολύ γρηγορότερα από οποιονδήποτε
άλλον με νανοϋλικά.

Η χημεία είναι το εργαλείο που έλειπε

και μέρα με τη μέρα γίνεται
οξύτερο και πιο ακριβές.

Και τελικά, ελπίζουμε μέσα
στα επόμενα χρόνια,

να μπορούμε να πραγματοποιήσουμε
μία από τις αρχικές μας υποσχέσεις.

Όσο για τους υπολογιστές,
αποτελούν απλά ένα παράδειγμα.

Είναι το αντικείμενο που με ενδιαφέρει
και έχει εστιάσει η ομάδα μου,

αλλά υπάρχουν και άλλα, όπως
η ανανεώσιμη ενέργεια, η φαρμακευτική,

τα υλικά κατασκευής,

όπου η επιστήμη μας λέει
να κινηθούμε προς τη νανοκλίμακα.

Εκεί ακριβώς βρίσκεται το
μεγαλύτερο όφελος.

Αλλά για να το κάνουμε,

οι επιστήμονες του σήμερα και του
αύριο θα χρειαστούν νέα εργαλεία,

σαν αυτά που περιέγραψα.

Και θα χρειαστούν χημεία,
αυτό είναι το συμπέρασμα.

Η ομορφιά της επιστήμης είναι ότι μόλις
αναπτύξετε τα νέα εργαλεία, θα υπάρχουν.

Θα υπάρχουν για πάντα,

και οποιοσδήποτε, οπουδήποτε
μπορεί να τα χρησιμοποιήσει,

και να πραγματοποιήσει
την υπόσχεση της νανοτεχνολογίας.

Ευχαριστώ πολύ για τον χρόνο σας.

(Χειροκρότημα)