Apa Nanoteknologi - Contoh, Aplikasi Masa Depan & Risiko

Segala sesuatu yang bersifat fisik - manusia, tanaman, mineral, udara - terdiri dari kombinasi atom dan molekul yang diikat menjadi satu oleh bentuk atau muatan elektronik. Memanipulasi atom dalam skala nano secara teori akan memungkinkan manusia untuk mereproduksi segala sesuatu mulai dari berlian hingga makanan.

Sementara manfaat dari teknologi semacam itu sebenarnya tak terhitung jumlahnya, ia telah menciptakan keprihatinan yang cukup besar di antara beberapa bahwa manipulasi molekuler tanpa disadari dapat membawa lebih banyak masalah daripada solusi - hingga, dan termasuk, kepunahan manusia. Organisasi seperti Friends of the Earth of Australia, Individu Cenderung Menuju Kebiadaban di Meksiko, dan Asosiasi Konsumen Organik di Amerika secara aktif menentang pengembangan lebih lanjut dari proyek skala nano.

Apa itu “Skala” dan Mengapa Penting??

Nanoteknologi adalah ilmu yang berurusan dengan manipulasi materi pada skala atom, molekuler, dan supramolekul - dengan kata lain, jauh lebih kecil dari apa yang bisa dilihat oleh mata telanjang. Setiap nanometer adalah sepersejuta meter - kira-kira panjang kuku tumbuh dalam satu detik. Untuk menempatkan itu dalam perspektif, rambut manusia sekitar 80.000 hingga 100.000 nanometer, sel darah merah 2.500 nanometer, dan untai DNA manusia berdiameter 2,5 nanometer.

Hanya melalui pengembangan instrumen presisi luar biasa, seperti pemindaian tunneling microscope dan mikroskop gaya atom, nanoteknologi telah menjadi mungkin. Janji dan risikonya muncul dari meningkatnya pemahaman kita tentang fisika kuantum, yang berurusan dengan benda ultra-kecil. Anehnya, perilaku zat pada skala nano sering bertentangan dengan sifatnya pada skala yang lebih besar.

Misalnya, zat dalam bentuk curah yang tidak dapat membawa muatan listrik - isolator - dapat menjadi semikonduktor pada tingkat nano, seperti halnya titik leleh dan sifat fisik lainnya dapat berubah. Aluminium Coke dapat ditumbuk menjadi bubuk 20 hingga 30 nanometer dapat terbakar secara spontan di udara - sebuah properti yang membuatnya menjadi katalis bahan bakar roket. Demikian pula, baik berlian maupun grafit dalam pensil dibuat dari karbon, tetapi mereka memiliki sifat yang sangat berbeda karena cara ikatan atom karbon.

Nano-Terminology

Karena ilmu pengetahuan telah berkembang di bidang "nano", demikian pula terminologinya. Berikut ini beberapa definisi dasar:

Nanoteknologi: Setiap teknologi, termasuk proses industri dan kimia tradisional, yang melibatkan struktur antara satu hingga seratus nanometer, dengan sifat-sifat baru. Pelapis nanoteknologi sudah digunakan untuk membuat pakaian dengan serat tahan noda dan lotion tabir surya berkinerja tinggi, misalnya.
Nanofactories: Pada skala nano, setiap metode pembuatan hanyalah metode untuk mengatur atom. Juga disebut "perakit molekul," nanofactories adalah unit kecil, sistem manufaktur tertutup yang bermanuver, menggabungkan, dan memanipulasi molekul reaktif untuk membangun struktur fisik dan biologis yang kompleks - dari mineral, hingga organ manusia dan tulang. Satu sel manusia adalah contoh sempurna dari unit pembuatan molekul biologis, atau nanofactory, yang membaca materi genetik digital (DNA) untuk memandu proses kombinasi. John Burch dari Foresight Institute memperkirakan bahwa aplikasi rekayasa dan manufaktur molekuler biologis harus berkembang dan berkembang dengan cepat pada pertengahan abad ke-21.
Nanobots: Ini adalah produk dari nanofactories, tetapi tidak diharapkan untuk mereplikasi atau diarahkan sendiri. Nanobots jatuh di persimpangan nanoteknologi dan robotika dan lebih banyak fiksi-ilmiah daripada sains, pada titik ini. Namun, tentu ada kemungkinan yang menarik untuk digunakan, terutama di dalam tubuh manusia. Beberapa futuris memproyeksikan bahwa suatu hari nanobot mungkin dapat melakukan perjalanan melalui aliran darah untuk mencari, dan merawat, sel-sel penyakit tertentu. Contohnya mungkin nanobot yang hanya menyerang dan menghancurkan jenis kanker tertentu.

Penggunaan Nanoteknologi Saat Ini dan Masa Depan

Menurut Masyarakat Toksikologi, kemajuan dalam nanoteknologi sudah menghasilkan berbagai bahan baru. Mereka juga mengadaptasi bahan lama, seperti karbon, sehingga memberi mereka "potensi besar untuk meningkatkan produk konsumen dan industri, mengatasi kebutuhan energi kritis, meningkatkan sistem keamanan, dan meningkatkan bidang medis."

Karbon nanotube - bayangkan selembar atom karbon digulung - muncul sekarang di produk konsumen seperti raket tenis dan klub golf. Mereka menunjukkan 200 kali kekuatan dan lima kali elastisitas baja, lima kali konduktivitas listrik tembaga, dan setengah kepadatan aluminium. Selain itu, mereka tidak berkarat, terdegradasi dari radiasi, atau memuai atau berkontraksi dengan perubahan suhu. Dalam hal ini, daya tarik aplikasi mereka dalam produk seperti mobil dan pesawat terbang menjadi sangat jelas.

Proyek Nanoteknologi Berkembang di Virginia Tech mencantumkan lebih dari 1.790 produk konsumen yang ada yang mendukung nano, termasuk lembaran kapas, degreas, poros golf, cat, dan kosmetik. Beberapa ilmuwan bahkan meramalkan bahwa sel surya pada akhirnya dapat dikembangkan dengan daya tahan sedemikian dan dengan biaya yang sangat rendah untuk memungkinkan penggunaannya dalam pembuatan atap, trotoar, dan jalan-jalan untuk pasokan energi yang bebas polusi, melimpah, dan murah..

Contoh spesifik dari produk yang ada menggunakan nanoteknologi meliputi:

Sistem MineralWater Seldon Technologies adalah perangkat filtrasi karbon nanotube yang menghilangkan patogen dan kontaminan seperti virus, bakteri, kista, dan spora untuk menghasilkan air minum yang melebihi standar air minum USEPA..
Tinta karbon nanotube Linde Electronics adalah untuk tampilan, sensor, dan perangkat elektronik seperti smartphone dengan layar roll-up atau perangkat GPS tembus pandang yang tertanam di kaca depan mobil.
Produk tabir surya yang mencakup partikel nano titanium dioksida atau seng oksida memantulkan atau menyerap sinar ultraviolet penyebab kanker. Produk-produk ini tidak terlihat dan tahan lama, dan memiliki bahan penyebab alergi dan alergen yang lebih rendah daripada tabir surya tradisional.
Banyak perban yang dijual bebas sekarang mengandung partikel nano perak yang mencegah infeksi di sekitar luka dan lecet, secara efektif memadukan salep antibiotik dengan perban..
Cairan kolam renang antibakteri. Ini lebih efektif dalam memerangi bakteri berbahaya sekaligus mengurangi paparan perenang terhadap bahan kimia keras dari produk sebelumnya.

Seperti yang diproyeksikan oleh Foresight Institute, manfaat sehari-hari dari peningkatan ketersediaan nanofactories akan mencakup yang berikut:

Nanorobots Medis Yang Menyembuhkan Penyakit dan Membalikkan Usia. Robert Freitas, Peneliti Senior di Institute for Molecular Manufacturing, memproyeksikan dalam Seri Buku Nanomedisinya masa depan di mana nanorobot medis diperkenalkan ke dalam tubuh manusia untuk melakukan operasi seluler dan mikroskopis, memperbaiki cedera spesifik, dan berpatroli di tubuh untuk mengidentifikasi dan melawan penyakit . Di situs web untuk Institute for Ethics & Emerging Technologies, Burch menggambarkan sebuah skenario di mana pil yang dicerna akan memasok bahan molekuler dengan instruksi bagi nanobot untuk membentuk neuron baru untuk menggantikan sel-sel otak yang rusak atau sekarat. Sel-sel otak baru ini akan memproses informasi lebih cepat daripada otak biologis, seperti halnya anggota tubuh buatan bisa lebih kuat daripada lengan atau kaki manusia.
Mengurangi Biaya Produk yang Diproduksi. Biaya dasar akan jatuh ke nilai bahan baku seperti karbon, nitrogen, dan oksigen dan energi yang dibutuhkan untuk mengoperasikan pabrik nano. Bayangkan sebuah mobil yang terbuat dari serat karbon dan dibuat dalam nanofactories - bukan dengan bahan yang membutuhkan penambangan, pemrosesan, dan konfigurasi. Secara teoritis, hampir semua material atau objek dapat dirakit secara bottom-up dengan kombinasi nanofactories. Hasil skala besar terjadi ketika proses skala nano simultan dan sinergis digabungkan. Eric Drexler, seorang insinyur Amerika yang dikenal karena mempopulerkan nanoteknologi, memprediksi masa depan pabrik-pabrik papan atas yang membuat produk-produk besar dan bermanfaat, mirip dengan "replikator" ketenaran "Star Trek". Bahkan, pada Juni 2014, Nestle's Institute of Health Sciences mengumumkan proyek baru yang pada akhirnya dapat mengarah pada "mesin dapur yang dapat membuat suplemen khusus - atau bahkan makanan."
Pengembangan Kecerdasan Umum Buatan (AGI). Menurut Foresight Institute, nanofactories akan mencakup sistem mesin untuk pekerjaan teknik dan teknis yang, pada gilirannya, akan memproduksi komputer yang ribuan kali lebih kuat dan murah daripada komputer saat ini. Ketika mesin belajar dan mentransfer pengetahuan dari satu aplikasi atau lingkungan ke yang lain, kemajuan yang cepat menjadi mungkin. Namun, ada beberapa pertanyaan mengenai seberapa cepat AGI dapat dicapai. Sejak 1990, hadiah sebesar $ 100.000 telah tersedia bagi siapa saja yang mesinnya dapat membohongi hakim independen untuk menganggapnya manusia ketika terlibat dalam percakapan bentuk bebas. Hadiah belum diberikan.
Eliminasi Polusi Kimia Industri. Karena setiap atom dalam stok makanan organik digunakan dalam produk akhir, atau diarahkan ke limbah yang dikemas dengan benar, tidak ada atom pencemar yang dilepaskan ke lingkungan. Misalnya, batu bara alami menghasilkan polutan seperti sulfur dioksida, nitrogen oksida, partikel fisik di udara, dan merkuri saat dibakar. Membangun bahan bakar buatan yang menghilangkan produk sampingan, atau mengubahnya menjadi bentuk yang tidak berbahaya, akan lebih sehat dan lebih murah.

Risiko & Risiko Nanoteknologi

Bahkan para pendukung nanoteknologi, seperti Burch dan Drexler, mengakui potensinya untuk membahayakan dan mungkin memusnahkan umat manusia jika teknologinya tidak terkendali atau salah arah. Efek yang berpotensi berbahaya ini meliputi:

Populasi berlebihan. Tingkat kematian untuk manusia di atas 80 tahun telah menurun sekitar 1,5% per tahun sejak 1960-an. Robert Freitas, Jr. menyarankan bahwa kemajuan dalam nanoteknologi akan menghilangkan semua penyakit genetik dan memperlambat penuaan, "menambah kesehatan manusia setidaknya sepuluh kali lipat." Jika peningkatan umur panjang tidak mengurangi kelahiran, umat manusia akan berkembang secara eksponensial, memperburuk ketegangan masyarakat dan berpotensi melelahkan sumber daya..
Meningkatnya Kejahatan dan Terorisme. Senjata kimia dan biologi bisa menjadi lebih mematikan dan lebih mudah untuk disembunyikan atau dilacak, terutama jika senjata tersebut tersedia di pasar gelap atau dapat dibangun di pabrik rumah. Nanofactories secara teoritis dapat menghasilkan senjata anti-personil yang cerdas sebesar serangga yang mampu membawa botulisme dosis mematikan. Jumlah senjata semacam itu yang mampu membunuh setiap manusia di planet ini bisa dimasukkan ke dalam satu koper.
Disparitas Antara Orang yang Memiliki dan yang Tidak Memiliki. Perkembangan nanoteknologi mungkin awalnya mahal dan akibatnya dilindungi oleh lapisan paten, hukum, dan hambatan anti-kompetitif. Dengan demikian, manfaat dari biaya yang lebih rendah cenderung terbatas pada pemilik teknologi. Disparitas kemiskinan dan pendapatan bisa menjadi lebih besar, sehingga menimbulkan keresahan sosial.
Konflik Atas Keyakinan Agama dan Gaya Hidup. Di seluruh dunia, produk dilarang atau dibatasi berdasarkan prinsip agama atau moral yang tidak harus dimiliki oleh mayoritas. Contohnya termasuk senjata di Inggris, alkohol dalam masyarakat Muslim, dan narkoba di berbagai negara. Kemampuan untuk menghasilkan produk yang dilarang di nanofactories pribadi dapat menyebabkan gangguan pada masyarakat tersebut.
Penampilan "Grey Goo.“ Beberapa ilmuwan khawatir bahwa nanofactories yang mereplikasi diri dapat mengamuk, memakan biosfer dalam upaya gila-gilaan untuk membuat salinan tanpa batas dari diri mereka sendiri. Sama seperti perilaku anti-sosial yang tak tertahankan untuk persentase tertentu dari populasi - sebagaimana dibuktikan oleh jumlah virus komputer yang ada - orang dan kelompok yang tidak bertanggung jawab cenderung membuat nanofactories yang mereplikasi sendiri, sehingga meningkatkan kemungkinan bencana..

Kata terakhir

Steve Jurvetson, direktur pelaksana perusahaan modal ventura Draper Fisher Jurvetson, mengklaim bahwa masa depan nanoteknologi bukan masalah "jika," tetapi "kapan". Josh Wolfe, salah satu pendiri Lux Capital dan editor Forbes / Wolfe Nanotech Report setuju, mengatakan bahwa segala sesuatu - pakaian, makanan, mobil, perumahan, obat-obatan, perangkat komunikasi, udara yang kita hirup dan air yang kita minum - akan mengalami " perubahan yang mendalam dan mendasar. Dan sebagai hasilnya, demikian pula struktur sosial dan ekonomi dunia. ”

Akankah nanoteknologi menjadi "batu filsuf" yang mampu mewujudkan setiap keinginan menjadi kenyataan, atau membuka kotak Pandora, melepaskan kesulitan dan kengerian tak terbayangkan dalam kehidupan manusia seperti yang kita kenal?