Rok 2005: Technologie, která nepřišla

Jak nám v poslední době sugerují titulky v denním tisku, nanotechnologie jsou konečně realitou. Co bylo dříve považováno za fantazie praštěných vizionářů, se stává respektovaným průmyslovým odvětvím.
Koncovka nano se skloňuje ve všech pádech. Máme zde nano-textilie, nano-nátěry, nano-procesory, nano-koberce i nano-sklo. Renomované analytické společnosti se předhánění v odhadech, kolik celý obor vygeneruje miliard dolarů. Několik knih o nanotechnologiích se již stačilo zařadit mezi bestsellery. Ve vědeckých institucích vznikají nanotechnologické sekce. Všemožní pochybní aktivisté naopak bijí na poplach a burcují proti údajnému nebezpečí nanotechnologií, volají po zákazech a moratoriích.
Přesto ale můžeme říct, že původní vize nejsou ve skutečnosti nijak blízko k naplnění. Jak je to možné? Samotné slovo "nanotechnologie" dnes totiž označuje vesměs něco jiného, než znamenalo původně. Posun významu proběhl postupně, nenápadně a téměř bez povšimnutí...

Milion dolarů v nanotechnologiích
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/C3CE6AD35B097660C1256E97004922D6

Dvě knihy o nanotechnologiích - příručky pro alchymisty i manažery
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/E93450532B6DA6BBC1256E970048FB16

Nano a high-tech

V jakém významu se výraz nanotechnologie používá dnes používá v médiích? Stačí ocitovat několik zpráv z poslední doby.
V elektronice se zvolna uplatňují trubičky z uhlíkových makromolekul označovaných jako fullereny - jeden typ takových uhlíkových trubiček třeba dokáže efektivně odvádět teplo vznikající při práci procesoru. Jiné typy fullerenů se používají jako jakési kapsle, které umožňují bezpečně vpravit do lidského těla jinak škodlivé látky. A ještě další uhlíkové trubičky se uplatí pro vyztužení trupů budoucích letadel. Sklo automobilů pokryté upraveným oxidem titaničitým se samo čistí od prachu i mastnoty a zachovává si průhlednost i za deště. Oxid titaničitý se používá i k výrobě speciálních keramických dlaždic a nátěrů, které se nepoškrábou. Vyvíjeny jsou baterie, u nichž jsou aktivní části článku pokryty miniaturními kuličkami kapaliny, které článku zajišťují prakticky neomezenou skladovatelnost. Vznikají koberce protkané čipy a oblečení integrované s elektronikou. V USA byl udělen grant na tvorbu nové generace kostních (nano)implantátů. Americká vládní organizace National Nanotechnology Initiative odhaduje, že celý obor bude mít za 10 let roční objem kolem bilionu dolarů. A tak dále.
Nelze se prostě ubránit dojmu, že jakákoliv trochu sofistikovanější technologie si dnes vyslouží předponu "nano". Význam slova tak ovšem ztrácí specifický charakter a de facto splývá s výrazy jako "high-tech", "pokročilá technologie" apod.

Deset nanotechnologických NEJ...
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/0BD39694A7FE5B49C1256E9700492014

Původní vize

Stačí se podívat do nějaké pořádné tvrdé technologické sci-fi nebo do prvních prací o nanotechnologiích z 80. let. Eric Drexler a další průkopníci tehdy popisovali molekulární strojky, jakési roboty či samostatné minipočítače podobné živým organismům. Drexlerova slavná kniha Stroje stvoření (Engines of Creation), která vyšla v roce 1986, líčila svět miniaturních "assemblerů", které se budou umět samy opravovat, rozmnožovat, modifikovat své ovládací programy, komunikovat spolu i skládat ve větší celky (řádově menší obdoba kovového hmyzu z Lemova románu Nepřemožitelný). Dosažitelnou se měla stát jakási totální trasmutace hmoty, o které snili středověcí alchymisté. Matérie by se náhle stala tvárnou, přeskládat cokoliv na požadovaný účel od mrakodrapu po kosmickou sondu by pro tyhle molekulární potvůrky mělo být hračkou.

Eric Drexler - otec nanotechnologie
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/EF6718B34B9E7819C125702500506C5D

Dokonalé robotické součástky bývaly přirovnávány třeba k enzymům a podobně jako enzymy měly také působit i přímo v lidském organismu. Měly opravovat poškození tkání, vyhledávat a zabíjet patogeny i toxicky působící molekuly, spojovat neurony či zlomené kosti. Zvládnutá nanotechnologie tak v původním pojetí splývala s vítězstvím nad procesem stárnutí a téměř s nesmrtelností organismu. Ale samozřejmě platil i opak: nanostrojky nějak zvlčilé či záměrně zkonstruované tak, aby škodily, měly být naopak schopné udělat s kýmkoliv opravdu krátký proces - třeba by svoji oběť prostě rozebraly. Netřeba ani dodávat, že robot na úrovni molekul může sehrát také roli neodhalitelného vyzvědače. Katastrofické akční filmy podobnými scénáři přímo přetékají.
V knize Diamantový věk od Neala Stephensona, další bibli nanotechnologických vizí, jsou pak domácnosti napojené na jakýsi základní "nanovod", ze kterého vypadávají běžné předměty denní potřeby, potraviny i oblečení, přičemž to všechno je natolik samozřejmé, že to funguje zdarma. Nanotechnologie měly v této koncepci přímo způsobit konec éry materiálního nedostatku či hladu, veškeré předměty měly být náhle dostupné. Krádeže či ochrana soukromého vlastnictví v takovém by světě ztratily smysl (ekonomickou hantýrkou řečeno, příslušné zdroje přestaly být vzácné). Diamanty (viz název knihy) se ve Stephensonově světě stanou stejně dostupné jako sklo, takže se z nich budou vyrábět okenní tabule. Ekologie přestane být předmětem úvah či sporů - miniatruní počítačoví pomocníci vyčistí vzduch či vodu, dojde k oživení vyhynulých druhů.
V povídce Axiomat od Grega Egana (česky ve stejnojmenné sbírce) pak nanostroječky fungují dokonce tak, že jsou schopné modifikovat také veškeré psychické vlastnosti. Mozek se tak stává ovladatelným, neurony jsou kamínky ve skládačce. Můžete si opatřit nanorobota, který změní vaši sexuální orientaci a preference, vaši povahu, pocity i znalosti (jakékoliv informace a řada dovedností na dosah ruky), přiměje vás uvěřit nějakému náboženství a třeba i zapomenout na to, že jste kdy nějaký neuroimplantát použili. Podobně jako hmota se tak nekonečně tvárnou stane i lidská psychika. Rada "buď tím, kým být chceš" ztrácí charakter fráze a stane se střízlivým popisem reality. V Eganově románu Karanténa lze pak vytvářet v mozku i objekty odpovídající jiným lidem, takže hrdina může díky tomu stále hovořit se svou mrtvou manželkou. V románu Stahovač od Neala Ashera umožňují nanoroboti jednomu z hrdinů cestovat mezi planetami a pátrat po svých vrazích - a to i přesto, že dotyčný je už několik staletí de facto mrtvý.
Popsaný svět vypadá jako ráj, kdy je už bylo dosaženo všeho, oč má smysl usilovat. I v éře nanotechnologií měly ale zbýt lidstvu nějaké úkoly - třeba expanze do vesmíru a pátrání po dalších inteligentních bytostech. Pokud by ale hmota byla nekonečně tvárná a lidé de facto nesmrtelní, pak by se ale i vesmír náhle pro zájemce otevřen dokořán. Nehledě k tomu, že člověku by na nehostinných cizích světech mohli připravovat cestu opět nanoroboti...

Paradoxy Eganovy knihy Axiomat
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/EA0E35A1E17F8529C125701D00609A61

...a realita

Vidíte kolem sebe nějaký náznak, že se výše popsané vize nanotechnologií nějak blíží k realitě? Kdepak, zůstávají stále fantaziemi. Úspěchy na cestě k tomu, co slovo nanotechnologie znamenalo původně, jsou dosti skromné. Za milník v oblasti manipulace přímo na úrovni atomů bývá někdy pokládán rok 1989, kdy vědecký tým společnosti IBM vytvořil pomocí skenovacího tunelového mikroskopu logo firmy z 35 atomů xenonu. To ovšem šlo spíše o hříčku než o něco prakticky použitelného.
Fyzik Richard Smalley, který získal v roce 1996 Nobelovu cenu za objev fullerenů ("nanotechnologie" ve významu, jak je toto slovo používáno dnes), dokonce veřejně prohlásil, že všemožné molekulární strojky a manipulace na úrovni atomů nebude podle jeho názoru nikdy realizovatelná. Smalley tvrdí, že přesná manipulace na úrovni atomů naráží na dva základní problémy, označované jako tlusté a ulepené prsty. Tlusté prsty znamenají, že se nikdy nepodaří sestavit robotky tak malé a jemné, aby mohli pracovat na úrovni jednotlivých atomů, ulepené prsty zase odpovídají situaci, kdy při této manipulaci nevyhnutelně dojde ke spojení robota a materiálu, s nímž pracuje.
Následoval spor mezi Smalleym a Drexlerem, v němž se oba navzájem obviňovali z nepochopení a dezinterpretací. Zdá se ale, že minimálně současný stav dává za pravdu spíše Smalleymu. Drexler ve Strojích stvoření přišel s myšlenkou, že pokud by se přímá cesta k miniaturním stroječkům ukázala být příliš obtížnou, můžeme zkusit nastartovat jejich vlastní evoluci - vyrobíme systém, který bude vybaven předpisem pro kopírování fungujícím tak, že se stroj v každé další generaci zmenší. Ani nic podobného však k dispozici prozatím není a genetické programování se používá spíše v úplně jiných oblastech . Názor, že Drexler byl v 80. letech ve svých úvahách příliš optimistický, vyjádřil i Bill Gates. Podle Gatese má větší šanci na praktické nasazení podstatně skromnější technologie označovaná jako MEMS (mikroelektromechanické systémy, jakási nová generace současné mikroelektroniky).

Drexler versus Smalley: Zbytečný spor o nanotechnologie?
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/4F4203FB0F657FF1C1256E970048FBA1

MEMS: Mezi elektronikou a nanotechnologií
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/AB4D76729EB3DC12C1256E970049206E

MEMS: Senzory uloží svět do databáze
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/4F7289E3955B51CCC1256E9700492271

Co si Bill Gates myslí o bio a nanotechnologiích?
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/F4ECEF1948BD6430C1256E9700489E79

V tuto chvíli se zdá, že nejblíže k realizaci "skutečné nanotechnologie" mají molekulární assemblery postavené na technologiích, které už vyzkoušela příroda. Enzymy, které například manipulují s nukleovou kyselinou, nejsou problémem tlustých ani ulepených prstů (viz hlavní text) postiženy - jinak by ostatně nemohly plnit svou funkci a na Zemi by vůbec neexistoval život.
Molekulární strojky by tedy spíše než ze současné elektroniky mohly vycházely z biochemie. Už v roce 2004 se týmu z izraelského Weizmanova institutu podařilo pod vedením profesora E. Shapira sestavit DNA počítač, který byl schopen vyhledávat rakovinné buňky, syntetizovat a uvolňovat látku, jež je hubila. Systém ale fungoval pouze ve zkumavce a i podle jeho autorů je k praktickému využití ještě velmi daleko, řádově desetiletí. Jiným vědeckým týmům se podařilo vytvořit z vláken DNA robota, který je schopen chodit (ovšem pouze po chodníku z jiné DNA), do stejné kategorie patří stroječek z DNA, který připomíná nůžky. Podobné, na molekulární úrovni složitě organizované útvary, byly dokonce pozorovány i přímo v přírodě (u oxidů molybdenu). I přes nespornou zajímavost jde však i ve výše uvedených případech prozatím o kuriozity na úrovni plachetnice v lahvi.

DNA počítač odhalí nádorové buňky
http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/2132140648ADD43DC1256E9700492310

Marketingový slogan

Cílem tohoto článku rozhodně nebylo tvrdit, že vynálezy dnes označované jako nanotechnologie nemají žádný význam. To určitě ne - přinášejí řadu změn do světa elektroniky, medicíny či materiálového inženýrství, které je v této fázi asi nejdůležitější související aplikací vůbec. Ekonomický potenciál popsaných trendů je také nezpochybnitelný.
Nelze vyloučit ani to, že současné chytré koberce třeba nakonec skutečně přerostou v molekulární assemblery, které zavedou lidstvo do doby diamantové. Po pravdě řečeno ale není příliš jasné, jakými cestami by k tomu mohlo dojít.
Je užitečné si prostě uvědomit, že význam slova nanotechnologie se oproti minulosti pořádně posunul, jako marketingový slogan to celé ale nejspíš funguje dobře...

Tento text vznikl rozpracováním glosy, která původně vyšla na serveru Lupa, http://www.lupa.cz.