De volgende stap in nanotechnologie

Elk jaar halveert de grootte van de siliconencomputerchip en verdubbelt diens kracht, waardoor onze apparaten steeds mobieler en toegankelijker worden. Maar wat gebeurt er als onze chips niet nog kleiner kunnen worden? George Tulevski onderzoekt de ongeziene en ongerepte wereld van nanomateriaal. Zijn huidige werk: het ontwikkelen van een chemisch proces dat miljarden koolstofnanobuisjes ertoe zet patronen te vormen die nodig zijn om circuits te maken, net zoals natuurlijke organismen complexe, diverse en elegante structuren vormen. Hebben zij de geheime sleutel voor de volgende generatie van computers?

Stel je een beeldhouwer voor
die een standbeeld aan het maken is,

beetje voor beetje, met een beitel.

Michelangelo verwoordde dit zeer fraai:

"In elk blok steen zit een beeld verborgen

en het is de taak van de beeldhouwer
om het te ontdekken."

Maar wat als hij
omgekeerd te werk was gegaan?

Niet vanuit een massief blok steen,

maar vanuit een grote hoop stof,

en hij op de een of andere manier
miljoenen deeltjes aan elkaar lijmt

om een beeld te creëren.

Ik weet dat dat absurd klinkt.

Het is waarschijnlijk onmogelijk.

De enige manier om een standbeeld
te krijgen uit een hoop stof,

is als het standbeeld
zichzelf zou bouwen --

als we op een bepaalde manier
miljoenen deeltjes ertoe konden zetten

samen te trekken
om het standbeeld te vormen.

Hoe raar dat ook klinkt,

dat is bijna precies het probleem
waar ik in mijn lab aan werk.

Ik bouw echter niet met steen,
maar met nanomateriaal.

Dat zijn haast onmogelijk kleine,
fascinerende deeltjes.

Zo klein dat als deze controller
een nanodeeltje was,

een mensenhaar net zo groot zou zijn
als deze hele ruimte.

Ze vormen de kern van wat
nanotechnologie wordt genoemd,

iedereen waarschijnlijk wel bekend,

en wat zogenaamd
alles zou gaan veranderen.

Toen ik studeerde,

was het een van de leukste tijden
om in de nanotechnologie te werken.

Er gebeurden continu nieuwe
wetenschappelijke doorbraken.

Conferenties vierden hoogtij

en er stroomden bakken geld binnen
vanuit steunfondsen.

Dat komt omdat wanneer
objecten heel klein worden,

ze onderworpen zijn
aan een andere soort natuurkunde

dan 'gewone' objecten.

Deze vorm van fysica
heet kwantummechanica.

Volgens deze kwantummechanica
is het gedrag van kleine objecten

te beheersen middels kleine veranderingen,

zoals het toevoegen
of verwijderen van een stel atomen,

of het draaien van het materiaal.

Het is een ultieme gereedschapskist.

Het voelde alsof je tot alles in staat was
en je alles kon produceren.

Wij deden het --

en met 'wij' bedoel ik
mijn hele generatie alumni.

We probeerden supercomputers
te maken met nanomaterialen.

We fabriceerden kwantumstippen

die ooit in je lichaam ziektes
zouden kunnen opsporen en vernietigen.

Er waren zelfs groepen bezig
een lift naar de ruimte te maken

met behulp van koolstofnanobuizen.

Je kunt het opzoeken, het is echt waar.

Wij dachten dat het alle wetenschap
en technologie zou beïnvloeden,

van automatisering tot medicijnen.

En ik moet toegeven,

ik ging er volledig in mee.

Ik was echt verkocht.

Maar dat was 15 jaar geleden

en --

er werd prachtig, belangrijk
wetenschappelijk werk geleverd.

We hebben veel geleerd.

We zijn nooit in staat geweest
die wetenschap te vertalen

in nieuwe technologieën die echt
een invloed op mensen zouden hebben.

Want bij het werken met nanomateriaal
snijdt het mes aan twee kanten.

Hetzelfde dat het enerzijds
zo interessant maakt, het kleine formaat,

maakt het anderzijds
onmogelijk om mee te werken.

Het is net als een beeld proberen
te maken uit een hoopje stof.

En we hebben er simpelweg
geen gereedschap voor dat klein genoeg is.

Maar al hadden we dat,
maakte het niet uit,

want we zouden niet één voor één
miljoenen deeltjes samen kunnen brengen

om een technologie te vormen.

En zodoende zijn de beloftes
en het enthousiasme

slechts beloftes en enthousiasme gebleven.

We hebben geen nanobots
die ziektes afweren,

geen liften naar de ruimte,

en waar ik me het meest voor interesseer,
geen nieuwe soorten automatisering.

Dat laatste is van groot belang.

We zijn gaan verwachten

dat vooruitgang op computergebied
altijd zal voortduren.

Complete economieën rusten op dit idee.

En deze vooruitgang is er
omdat wij steeds meer en meer dingen

op een computerchip kunnen plaatsen.

En des te kleiner die dingen worden,
des te sneller, energiezuiniger

en goedkoper worden ze.

Die samenkomst brengt ons
zulke snelle vooruitgang.

Ter illustratie:

als ik de computer die drie mensen
naar de maan en terug bracht --

toentertijd de beste computer --

zou samenpersen van kamergrootte
tot de grootte van een smartphone,

dat ding waar je 300 euro aan uitgeeft
en na twee jaar weer weggooit,

zou je smartphone het regelrecht
winnen van die computer.

Je zou niet onder de indruk zijn.

Hij zou niets kunnen
wat je smartphone doet.

Hij zou traag zijn,

je zou er niets op kunnen opslaan;

als je geluk hebt,
kun je net twee minuten zien

van een aflevering van 'Walking Dead'.

(Gelach)

Het punt is dat de vooruitgang
niet geleidelijk is.

De vooruitgang is continu
en exponentieel.

Het bouwt elk jaar weer
op de gelegde bouwstenen,

in zoverre dat wanneer je technologie
van twee opvolgende generaties vergelijkt,

ze bijna onherkenbaar zijn.

En we zijn het onszelf schuldig
die vooruitgang voort te zetten.

We willen over 10, 20, 30 jaar
hetzelfde kunnen zeggen:

kijk wat ons de laatste 30 jaar is gelukt.

Maar we weten dat deze vooruitgang
niet eeuwig zal duren.

In feite loopt het feestje al ten einde.

Net als de laatste ronde alcohol
van de avond.

Als je goed kijkt,
blijkt dat volgens veel maatstaven,

zoals snelheid en resultaat,

de vooruitgang
al tot stilstand gekomen is.

Dus als we willen dat het feest doorgaat,

moeten we doen wat we altijd al konden,
namelijk innoveren.

Dus de rol en missie van onze groep

is om te innoveren door het gebruik
van koolstofnanobuizen,

omdat wij denken dat dat de manier is
om de vooruitgangssnelheid te waarborgen.

Ze zijn precies wat de naam zegt:

kleine, holle buisjes van koolstofatomen,

wier geringe grootte geweldige
elektronische mogelijkheden biedt.

En de wetenschap zegt ons dat
als we ze in computers zouden gebruiken

we een vertienvoudiging
van prestaties kunnen realiseren.

Het is alsof we generaties technologie
overslaan in één stap.

En dat is het.

We hebben een belangrijk probleem

en we hebben wat eigenlijk
de ideale oplossing is.

De wetenschap roept ons:

"Dit moeten jullie doen
om jullie probleem op te lossen."

Prima, laten we beginnen.
Laten we dit doen.

Maar dan is daar weer het mes
dat aan twee kanten snijdt.

De 'ideale oplossing' bevat materiaal
waar onmogelijk mee te werken is.

Ik zou miljarden deeltjes moeten ordenen
om één enkele computerchip te maken.

Het is dezelfde valstrik,
een onvermijdelijk probleem.

Op dat moment zeiden we:
"Laten we er mee ophouden."

Laten we niet twee keer die fout begaan.

Laten we uitzoeken wat er ontbreekt.

Wat zijn we niet aan het doen
dat wél moet gebeuren?

Het is net als in 'The Godfather'.

Wanneer Fredo zijn broer Micheal verraadt,
weten we allemaal wat er moet gebeuren.

Fredo moet het hoekje om.

(Gelach)

Maar Michael stelt het uit.

Prima, ik snap het.

Hun moeder leeft nog,
het zou haar van slag maken.

We zeiden:

"Wat is de Fredo in ons probleem?"

Waar zijn we niet mee bezig?

Wat zijn we niet aan het doen

dat wel moet gebeuren
om dit tot een succes te maken.

En het antwoord is dat het beeld
zichzelf moet gaan bouwen.

We moeten een manier vinden

die deze deeltjes ertoe beweegt,
ertoe overhaalt,

om zichzelf in deze technologie
samen te brengen.

Wij kunnen het niet voor ze doen.
Ze moeten het zelf doen.

En het is de moeilijke weg,
en dit is niet onbelangrijk,

maar in dit geval is dat de enige weg.

Nu blijkt dat dit probleem
niet geheel onbekend is.

We bouwen gewoon niets op die manier.

Mensen bouwen niets op die manier.

Maar kijk je eens om je heen,
dan zie je er overal voorbeelden van.

Moeder Natuur maakt alles op deze manier.

Alles wordt van onderop opgebouwd.

Op het strand vind je simpele organismen
die eiwitten gebruiken --

in feite moleculen --
om na te bootsen wat eigenlijk zand is.

Ze plukken het zo uit zee

om zeer diverse en buitengewone
structuren te vormen.

En de natuur is niet zo wreed als wij.

Ze is elegant en slim,

bouwt met wat er beschikbaar is,
molecuul na molecuul,

en maakt structuren
met zulke diversiteit en complexiteit

die wij niet eens kunnen begrijpen.

En ze is al bij de nano.

Al honderden miljoenen jaren lang.

Wij zijn degenen die te laat zijn.

Dus wij besloten hetzelfde gereedschap
te gebruiken als de natuur:

scheikunde.

Scheikunde is het ontbrekende gereedschap.

En het werkt in dit geval,
omdat objecten met nanoschaal

ongeveer even groot zijn als moleculen,

dus we kunnen ze gebruiken
om deze deeltjes te sturen,

net als een stuk gereedschap.

Dat is precies wat wij
in ons lab hebben gedaan.

We hebben scheikunde ontwikkeld
die de hoop stof ingaat,

de berg nanodeeltjes in,

en precies de benodigde
deeltjes eruit trekt.

Dan kunnen we scheikunde gebruiken
om miljarden deeltjes neer te leggen

in patronen die nodig zijn
om circuits te bouwen.

En omdat we dat kunnen doen,

kunnen we circuits maken
die vele malen sneller zijn

dan wat er tot nog toe
met nanomateriaal is bereikt.

Scheikunde is het missende gereedschap

en elke dag wordt het gereedschap
scherper en preciezer.

En uiteindelijk -- en we hopen dat dit
binnen enkele jaren gebeurt --

kunnen wij onze initiële beloftes nakomen.

Computertechniek is slechts één voorbeeld.

Het is degene waarin ik geïnteresseerd ben
en mijn groep geïnvesteerd is,

maar er zijn andere voorbeelden
in groene energie, in geneeskunde,

en in bouwmaterialen,

waar de wetenschap je gaat vertellen
je richting de nano te bewegen.

Daar zit het grootste voordeel.

Maar als we dat gaan doen,

zullen de wetenschappers van vandaag
en morgen nieuw gereedschap nodig hebben,

zoals ik ze net omschreef.

En ze zullen scheikunde nodig hebben.
Dat is waar het om gaat.

Het mooie aan de wetenschap is dat
zodra je nieuwe hulpmiddelen ontwikkelt,

ze simpelweg beschikbaar zijn,
voor altijd.

Iedereen kan ze gebruiken

om bij te dragen aan de belofte
van nanotechnologie.

Hartelijk bedankt voor je tijd.

(Applaus)