Nanoteknolohiya

Ang nanoteknolohiya ay binubuo ng mga unlad teknolohiya na may sukat na nanometro, kalimitan mula 0.1 hanggang 100 nm. (Ang isang nanometro ay katumbas ng isang parte ng isang libong mikrometro o ika-isang milyon ng isang milimetro.) Paminsanminsan, ang katagang ito ay iniuukoy din sa mikroskopyong teknolohiya.

Ang katagang nanoteknolohiya ay kadalasang ginagamit din sa katagang molekulang nanoteknolohiya (may daglat na “MNT”). Ito ay isang hipotetiko at abansadong porma ng nanoteknolohiya na pinaniniwalaang maabot sa darating na panahon. Kasama rito ang konsepto ng mekano-sintesis (pagbuo ng makina) sa molekulang nanoteknolohiya. Ang katagang nano-agham ay ginagamit sa magkakaakibat na mga larangan sa agham upang mapaunlad ang nanoteknolihiya.

Ang lubhang kaliitan ng nanoteknolohiya ay kadalasang sumasailalim sa mga kabalaghaang kwantika na kalimitang nagbubunga na resultang labag sa karaniwang kaisipan. Kasama rito ang epekto ng kwantikong laki at mga pwersang molekula tulad ng pwersang Van der Waals. Gayundin, ang pagkalaki-laking ratio ng surface area (lapad ng rabaw) sa volume nito ay magbubukas ng bagong posibilidad sa agham sa rabaw tulad katalisis (catalysis).

Inaasahang ang nanoteknolohiya ay magbibigay ng malaking kontribusyon sa larangan ng electronika na kung saan patuloy na magpapaliit nito. Ang pagsisiksikan ng mga bahagi ng mga makabagong elektronikong kompyuter (yaon bang bilang ng mga transistor bawat unit area) ay patuloy na pumapailanglang sa kanyang pagtaas. Ngunit ang pundamental na limitasyon sa elektronika at malaking gugolin sa pananaliksik nito ang nagpapabagal rito. Ang nanoteknolohiya ang pinakalohikong hakbang sa tuwirang pag-usad sa computer architecture.

Kasaysayan

Ang unang nanobot na ginawa ay ang Nano-Bouquet (nanong kulumpon) na ginawa sa Univerdad ng Cambridge.

Unang nabanggit ang nanoteknolohiya sa isang pahayag na ibinigay ni Richard Feynman noong 1959, na may pamagat na There's Plenty of Room at the Bottom (Marami Pang Lugar sa Ibaba). Iminungkahi ni Feynman ang isang paraan upang makabuo ng kakayahan na tuwirang ayusin ang mga atomo at molekula sa pamamagitan ng paggamit ng makinaryang maliit nang sampung beses sa mga regular na kasangkapan sa mga talyer. Ang maliliit na kagamitang ito naman ang tutulong sa pagbuo at pagpapatakbo ng lalong mas maliit pang mga makina at aparato. Habang lumiliit ito, kailangang ibahin ang desenyo dahil magbabago rin ang tibay nito.

Magiging mas mahalaga ang tensiyon sa rabaw (surface tension) gayundin ang atraksiyong Van der Waals kaysa grabedad. Binanggit ni Feyman ang isyung ito sa pagsukat sa kanyang pagpapahayag. Walang pang nakapagpapabula sa posibilidad ng mungkahing niyang ito.

Ang katagang Nanoteknolohiya ay ginawa ni Norio Taniguchi isang propesor sa Tokyo Science University noong 1974 upang ipaliwanag ang paggawa ng mga materyales na may nanometrong sukat. Ang katagang ito ay binuhay muli noong mga 1980 na kung saan pinalawak ang kahulugan nito ni K Eric Drexler, lalo na sa kanyang librong Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. Kanyang pinagtuunan ang paksang ito sa teknikal na paliwanag sa kanyang disertasyon sa pagkapantas niya sa MIT na kanyang pinalawig sa Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation [1]

(http://www.zyvex.com/nanotech/nanosystems.html). Malaking ngayon ang papel ng computational methods sa dahilang magagamit ito nga mga nanoteknologo sa pagdidisenyo at pagmomodelo ng malawak na sistemang molekular.

Kasama sa unang diskusyon sa nanoteknolohiya ang ideyang gumamit ng makinaryang maraming aplikasyon at malawak na gamit upang makabuo ng iba’t-ibang mga balangkas molekular. Ang posibilidad na makagawa ito ng saliring kopya kung saan ang mga assembler ay makagagawa ng marami pang assembler ay nagmumungkahi na makapagpapababa ng presyo ng maraming bilihin nang maraming ulit. Ang makagawa ang kopya ng sarili ay basehan din ng ‘grey goo’ senaryo. Ang kasalukuyan kaisipan ay nakatutok sa paraan tulad ng pabrika sa paggawa nito kung saan ang maliliit na bahagi ng isang produkto ay gagawin sa assembly lines hanggang lumaki ang pagbuo nito upang makabuo ng isang produkto.

Mga bagong materyales, makinarya at teknolohiya

Animasyon ng imiikot na nano-tubo ng carbon na nagpapakita ng 3D balangkas.

Sa pagiging sopistikado ng agham na ito, natural na pumasok ito sa larangang tinatawag na nanoteknolohiya. Ang katuturan ng nanoteknolohiya ay ito – sa pagpapaliit natin ng mga mga bagay nagsisimula itong magpakita ng mga kakaiba at bagong katangian. Halimbawa, ang mga nanopartikula ay may nakapaka-interesanteng katangian at nagpapakita na mainam gamitin ito bilang katalisador at iba pa. Makagawa man tayo ng mga nano-robot, inaasahing hindi ito pinaliit na bersyon ng karaniwang robot. Sinasabing ang makinaryang pinaliit ng nanoscale ay makakahawahig ng mga likas na aparato: proteina, DNA, lamad, atbp. Isang magandang halimbawa ang mga pagbubuo ng mga supramolekula.

Ang isang pundamental na katangian ng nanoteknolohiya ay ang sariling pag-aayos ng mga nano-aparato. Yaon bang, ginagawa nila ang sarili mula ibaba pataas. Ang scanning probe microscopy ay isang mahalagang teknik sa pagkilatis at paggawa ng mga nano-materyales. Ang Atomic force microscopes at scanning tunneling microscopes naman ay ginagamit upang tingnan ang mga rabaw at upang ilipat ang mga atomo kung saan. Sa paggawa at paggamit ng iba’t-ibang pantarok (tips) sa mga mikroskopyong ito, magagamit ang mga ito upang makabuo ng estruktura sa rabaw at makatulong sa pagbuo sa sarili. Maililipat ang mga atomo sa rabaw sa pamamagitan ng scanning probe microscopy techniques ngunit ito ay mabusisi, mahal at mabagal gawin. Ito ang dahilan kung bakit hindi uubrang makagawa ng isang makinang nanoscale ang laki mula atomo bawat atomo. Nais mo bang magbuo ng isang bilyong transistor sa isang microchip na kailangan ng isang oras bawat isa upang ilagay? Ang mga tekniks na ito ay magagamit upang tumuloy magbigay-gabay sa mga self-assembly systems.

Isa sa mga suliraning kinakaharap ng nanoteknolohiya ay kung papaano mabubuo ang mga atomo at molekula upang maging marunong na materyales at gumaganang aparato. Dito pumapasok ang larangan ng supramolekulang kimika. Ang supramolekulang kimika ay ang kimika sa labas ng molekula kung saan ang mga molekula ay isinasa-ayos ng ayosin ang sarili upang makabuo ng mas malaking pang estruktura. Nagbibigay inspirasyon ang biyolohiya rito: ang mga selula at mga piraso nito ay gawa mula sa sariling pag-aayos ng mga biyopolimero tulad ng mga proteina at kumplehong proteina. Ang isang bagay na sinusubukan ay ang pagsisintesis ng molekulang organiko sa pamamagitan ng pagdaragdag sa mga dulo ng kumplementaryong tirintas ng DNA tulad ng ----A at ----B, kung saan ang molekulang A at B ay nakakawing sa dulo at kapag pinagsama ito, nagkakawing ang kumplementaryong tirintas ng DNA upang makabuo ng dobleng helice mula sa kawing hidroheno, ====AB, at ang molekula ng DNA ay maihihiwalay sa produktong AB. Ang mga likas o ginawang partikula ay karaniwang may malaking pagkakaiba sa katangian at kapabilidad kaysa kanilang makroskopyong kapatid. Halimbawa, ang ginto ay hindi kimikong sumasanib sa normal or karaniwang sukat ngunit matapang na kimikong katalisador ito sa sukat-nano.

Ang mga “nanosize” na pulbos (na may ilang nanometro sa diametro na tinatawag ding mga nano-particles) ay may malaking kahalagahan sa seramika, metalurhiyang pangpulbos, pagkakamit ng unipormeng nanong porosidad at mga kawangking aplikasyon nito. Isang malaking suliranin pangteknolohika ang malamang na pamumuo ng mga maliliit na partikula na nagpapabagal sa paggamit nito. May ilang mga dispersante tulad ng ammonium citrate (sa mga may tubig) at imidazoline o oleyl alcohol (sa mga walang tubig) ang inaasahang mga aditibo para hindi mamuo. Noong 23 Agosto 2004, nagpahayag ang Stanford University na nakagawa ito ng isang transistor mula isang nano-tubo ng carbon at molekulang organiko. Ang mga single-walled carbon nanotubes ay parang bang nilulong banig ng mga atomo ng carbon. Nagawa nila ang transistor na ito na may dalawang nanometrong lapad at napanatili nila ang koryente sa haba ng tatlong nanometro. Upang makagawa ng resistor, pumutol sila ng metalikong nanotubo upang makabuo ng mga electrodes at pagkatapos nilagyan ng isa o dalawang organikong materyales upang makabuo ng isang semiconducting na kanal sa pagitan ng mga electrodes. Sinasabing ang bagong tuklas na ito ay gagamitin sa iba’t-ibang aplikasyon dalawa hanggang limang taon mula ngayon. Sa kasalukuyan, gumagamit ng CMOS (complementary metal oxide semiconductors) ang mga prototypes. Sabi ng Intel sa darating na panahon aasa ang mga maliliit na sukat sa mga kwantikong tuldok, mga balumbong banig ng polimero at teknolohiya ng nano-tubo. Ang mga plasmons ay mga onda (alon) ng elektron na naglalakbay sa rabaw ng mga metal. May kaparehong prekwensiya at larangang elektromagnetiko ng liwanag ito subalit ang sub-ondang haba na laki nila ay nangangailangan lamang ng mas maliit na espasyo. Gumaganap ang mga plasmons na parang onda ng liwanag (light waves) sa bubog nakahinang sa metal na nagbibigay sa mga inhenyero na mamanipula ito tulad ng multiplexing o pagpapahatid ng multiple waves (pinaraming onda). Sa paggamit ng mga plasmons, maipahahatid nang napakatulin ang impormasyon sa mga chips. Ngunit may mga problema rin dito. Halimbawa, ang distansiyang maaabot na mga plasmons (na sa kasalukuyan ay ilang milimetro) bago ito mamatay ay depende sa metal na ginamit. Ang mga chips ay karaniwang isang sentemetro ang distansiya sa isa’t-isa. Aluminyo ang pinakamainam na metal sa mga plasmons upang makapaglakbay sila ng malayo. Karamihan sa industriya ay gumagamit ng tanso dahil mas mainam na konduktor ito ng elektrisidad. Gayundin, kailangang tingnan din ang pag-iinit. Seguradong mag-iinit ang mga chips kapag gumamit ng mga plasmons subalit hindi pa kasalukuyang nalalaman kung gaano ito iinit.

Ang mga kasalukuyang pag-usad sa larangan ng nanoteknolohiya ay nakatutok sa osilasyon ng isang nano-aparato para tekekomunikasyon. Isang lathala noong 2/9/05 sa isang basement sa Boston University, isang antena na 10 beses na mas maliit kaysa lapad ng buhok ang pina-onda (oscillated) na gawa sa isang tapyas ng silicon. Ito ay gawa ng isang team na pinamunuan ni Professor Pritiraj Mohanty. Dahil ang teknolohiyang ito ay tumatakbo ng gigahertz na tulin, makatutulong ito makapagplaliit sa mga aparato sa komunikasyon at pagpapalitan ng impormasyon sa tuling gigahertz. Ang nanomakinang ito ay binubuo ng 50 bilyong atomo at naka-onda ng 1.49 gigahertz o1.49 bilyong beses por segundo. Ang antena ang antena ay nakagalaw sa layong ika-sampung beses na mas maliit ng isang pikometro.

Nanoteknolohiyang radikal

Ang katagang nanoteknolohiyang radikal ay tumutukoy sa mga sopistikadong sukat-nanong mga makina na nagtatrabaho sa antas molekular. Mula sa napakaraming halimbawang matatagpuan sa biyolohiya, posible raw makabuo ng nanoteknolohiyang radikal. Maraming siyentipiko ngayon ang naniniwala na ang ebolusyon (pag-inog) ay nagpabuti sa mga biyolohikong nano-makina na malapit sa optimal na trabaho ng sukat-nano na mga makina at ang radikal na nanoteknolohiya ay kailangang gawin ayon sa prinsipyong biyomimetiko. Ngunit iminungkahi ni K Eric Drexler na ang nanoteknolohiyang radikal ay magagawa ayon sa prinsipyong kahawig ng inyenyerihang pangmekanika. Kontroberyal ngayon ang ideya ni Drexler tungkol sa diamondoid molecular nanotechnology at hindi pa alam ang kahihinatnan nito.

Pag-tatagni ng mga larangan

Ang isang tiyak na katangian ng nanoteknolohiya ay ito - binubuo ito ng isang kalipunan ng iba’t-ibang larangan ng likas na agham na may mataas na espesyalisadong katangian sa loob man ng larangan nito. May mahalagang papel ang pisika rito – lalo na sa pagbuo ng mikroskopyong ginagamit upang imbestegahan ang mga balagha nito una rito ang mga batas ng mekanika kwantika. Upang matamo ang ninanais ng balangkas at tiyak na kaayusan ng mga atomo nangangailangan din ito ng larangan ng kimika. Sa medisina naman, ang isang tiyak na paglulunsad ng mga nanoparticles ay nagbibigay pangako sa pagpapagaling ng karamdaman, Dumating na ang panahon sa agham kung saan ang hanggahan ng iba’t-ibang larangan ay lalabo. Kaya sinasabing ang nanoteknolohiya ay isang kabuuang teknolohiya.

Inaasahang Panganib

Ang “grey goo” ay isa sa mga sinasabing pinakamalubhang kahihinatnan bunga nito kung saan ang ito ay magbubunga na mga nano-robot na mag-aanak ng gayundin at manggugulo sa mundo na tatawaging global ecophagy. ^{[kailangan ng sanggunian]} Ang mga taga-pagtanggol nito ay nagsasabi na dahil maliliit ito, mas madali itong masira sa radyasyon at init (dahil sa malaking ratio ng surface area sa volume nila). Madaling magigiba ang mga nano-makina kapag nasa masama ang klima. Ang isa sa mga realistikong puna ay ang potensiyal makalason ito na makasisira sa estabilidad ng mga cell walls o makasama sa immune system kapag nalanghap o nalunok ang mga ito. Ang isang masusing pag-aaral sa panganib nito mula matagal na karanasan sa mga mikroskopyong materyales tulad ng pulbos na uling ng karbon o hibla ng asbestos ang kinakailangan.