De volgende stap in nanotechnologie

Elk jaar halveert de grootte van de siliconen computerchip 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 koolstofnanotubes ertoe zet zich in 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,

en stukjes steen
aan het wegbeitelen is.

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 waarop je
stof tot standbeeld maakt

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 de grootte
van deze hele ruimte zou aannemen.

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.

En de reden is dat 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
van 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 aspecten
van wetenschap en technologie

zou beïnvloeden,
van informatica tot medicijnen.

En ik moet toegeven,

ik ging er volledig in mee.

Ik was echt verkocht.

Maar dat was 15 jaar geleden,

en de wetenschap werd geweldig bedreven,

er werd belangrijk werk geleverd.

We hebben veel geleerd.

We waren nooit in staat
die wetenschap te vertalen

in nieuwe technologiën 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 informatica.

Dat laatste is van groot belang.

Er is de verwachting geschapen

dat vooruitgang op computergebied
altijd zal voortduren.

Complete economieën rusten op dit idee.

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

op een computerchip kunnen plaatsen.

En des te kleiner die apparaten worden,
worden ze des te sneller, energiezuiniger

en goedkoper.

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,

en met geluk
zou je net de eerste minuten

van een "Walking Dead" aflevering
kunnen zien.

(Gelach)

Wat ik probeer te zeggen,
de vooruitgang is niet geleidelijk.

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 het onder de loep legt
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 tubes 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 een 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
een succes te maken.

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

We moeten een manier vinden
die deze deeltjes ertoe zet, 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,

want 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.

Het word zo uit de zee geplukt

en gebruikt 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 evengroot 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 in de hoop stof gaat,

in de hoop nanodeeltjes

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 iemand voorheen
heeft kunnen bereiken met nanomateriaal.

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 de 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 uw tijd.
Ik waardeer het.

(Applaus)