Bilim & Teknoloji

Moleküler Nanoteknoloji Nedir?

Moleküler nanoteknoloji, biyolojik olmayan makinelerin yönlendirdiği kimyasal reaksiyonları kullanarak atomik spesifikasyona göre karmaşık üç boyutlu yapılar oluşturmayı mümkün kılacak, beklenen bir üretim teknolojisidir. Moleküler imalatta, her bir atom, diğer atomlarla kesin olarak belirlenmiş bir şekilde bağlanarak seçilen bir yere gidecekti. Nanoteknoloji bize maddenin yapısının tam kontrolünü vermeyi vaat ediyor.

Çevremizdeki ve içimizdeki şeylerin çoğu atomlardan oluştuğundan ve karakteristik özelliklerini bu atomların yerleşimlerinden aldığından, maddenin yapısını atom ölçeğinde kontrol edebilme yeteneğinin birçok uygulaması vardır. K.Eric Drexler’in nanoteknoloji üzerine ilk kitabı olan (1986’da yayınlandı) Engines of Creation’da yazdığı gibi:

Kömür ve elmaslar, kum ve bilgisayar çipleri, kanser ve sağlıklı doku: Tarih boyunca, atomların dizilişindeki farklılıklar, ucuz olanı aziz olandan, hastalıklı olanı sağlıklıdan ayırmıştır. Bir şekilde düzenlenmiş olan atomlar toprağı, havayı ve diğerini düzenleyen suyu oluşturur, olgun çilekleri oluştururlar. Bir şekilde düzenlenmişler, evleri ve temiz havayı oluştururlar; bir başka düzenlendiler, kül ve duman oluşturuyorlar.

Nanoteknoloji, atomların etkin bir şekilde yeniden düzenlenmesini mümkün kılarak, kömürü elmasa, kumu süper bilgisayarlara dönüştürmemizi ve sağlıklı dokudaki hava kirliliği ve tümörlerden arındırmamızı sağlayacaktır.

Drexler’in nanoteknoloji vizyonunun merkezinde montajcı kavramı yatmaktadır. Bir birleştirici, bir moleküler yapı aracı olacaktır. Bilgisayar kontrolü altında bir veya daha fazla submikroskopik robotik kolu olacaktır. Kollar, bir kimyasal reaksiyonun gerçekleştiği kesin konumu konumsal olarak kontrol etmek için reaktif bileşikleri tutabilir ve yerleştirebilir. Birleştirici kollar bir molekülü alır (ancak tek tek atomlar olması gerekmez) ve onu bir iş parçasına ekleyerek atomik olarak hassas bir nesneyi adım adım oluşturur. Gelişmiş bir montajcı, hemen hemen her tür kimyasal olarak kararlı yapıyı yapabilir. Özellikle kendisinin bir kopyasını çıkarabilecektir. Montajcılar kendilerini kopyalayabildiğinden, büyük miktarlarda üretimi kolay olacaktır.

Birleştiriciye biyolojik bir paralellik vardır: ribozom. Ribozomlar, dünyadaki tüm canlılarda kullanılan tüm proteinleri üreten hücrelerimizdeki küçük inşaat makineleridir (birkaç bin nanometre büyüklüğünde). Bunu, amino asitleri tek tek kesin olarak belirlenmiş diziler halinde birleştirerek yaparlar. Bu yapılar daha sonra bir protein oluşturmak için katlanır. Amino asitlerin sırasını ve dolayısıyla dolaylı olarak proteinin son şeklini belirten plana haberci RNA denir. Haberci RNA, DNA’mız tarafından belirlenir, bu da (biraz basit bir şekilde) protein sentezi için bir talimat bandı olarak görülebilir. Nanoteknoloji, ribozomların kabiliyetini genelleştirecek, böylece doğada hiçbir şeye benzemeyen cihazlar ve malzemeler de dahil olmak üzere kimyasal olarak kararlı herhangi bir yapı inşa edilebilecek.

Olgun nanoteknoloji, üretimi bir yazılım sorununa dönüştürecek. Bir şeyi inşa etmek için ihtiyacınız olan tek şey, yapmak istediğiniz nesnenin ayrıntılı bir tasarımı ve yapımı için bir dizi talimattır. Nadir veya pahalı hammaddeler genellikle gereksizdir; Nanoteknoloji cihazlarının çoğunun yapımı için gerekli atomlar doğada bol miktarda bulunmaktadır. Örneğin kir, faydalı atomlarla doludur.

Büyük ekipler halinde çalışarak, montajcılar ve daha özel nanomakineler büyük nesneleri hızla inşa edebilecekler. Sonuç olarak, nanomakineler metrenin milyarda biri (nanometre) ölçeğinde özelliklere sahip olsa da, ürünler uzay araçları kadar büyük olabilir ve hatta daha uzak bir gelecekte gezegenlerin boyutu olabilir.

Montajcılar kendilerini kopyalayabilecekleri için, nanoteknoloji ürünleri düşük marjinal üretim maliyetlerine sahip olacak – belki de doğanın yakacak odun, saman veya patates gibi kendi kendini yeniden üreten moleküler makinelerinden tanıdık ürünlerle aynı sırada. Montajcılar, her atomun doğru yerleştirilmesini sağlayarak, yüksek kalite ve güvenilirlikte ürünler üreteceklerdir. Artık moleküller bu sıkı kontrole tabi olacak ve bu da üretim sürecini son derece temiz hale getirecektir.

Yararlı nesneler yapmak için tasarımların ve talimat listelerinin geliştirilme hızı, ilk tam gelişmiş birleştiricinin yaratılmasından sonraki ilerleme hızını belirleyecektir. Moleküler modelleme ve tasarım için güçlü yazılım, muhtemelen özel mühendislik yapay zekası tarafından desteklenen geliştirmeyi hızlandıracaktır. Montajcının atılımından sonraki ilk aşamalarda özellikle yararlı olabilecek bir başka aksesuar, moleküler konfigürasyonunun üç boyutlu bir haritasını oluştururken bir nesneyi parçalarına ayırabilen bir cihaz olan sökücüdür. Bir montajcı ile uyum içinde çalışarak, bir tür 3D Xerox makinesi olarak işlev görebilir: ulaşılabilen neredeyse tüm mevcut katı nesnelerin atomik olarak kesin kopyalarını yapmak için bir cihaz.

Moleküler nanoteknoloji, nihayetinde saniyede en az 1021 işlem gerçekleştiren kompakt hesaplama sistemleri oluşturmayı mümkün kılacaktır; neredeyse kusursuz elmastan yapılmış her boyutta makine parçaları; Donma da dahil olmak üzere hücrelere girebilen ve her türlü hasarı onarabilen hücre onarım makineleri kişisel üretim ve geri dönüşüm cihazları; ve sermaye stokunu birkaç saat veya daha kısa sürede ikiye katlayabilen otomatik üretim sistemleri. Ayrıca yüklemeyi mümkün kılma olasılığı da vardır.

Bu olasılıkları gerçekleştirmenin temel zorluklarından biri, önyükleme problemidir: ilk montajcının nasıl kurulacağı. Birkaç umut verici yol var. Birincisi, mevcut proksimal prob teknolojisini geliştirmektir. Bir atomik kuvvet mikroskobu, tek tek atomları bir yüzey boyunca sürükleyebilir. Kaliforniya’daki IBM Almaden Labs’daki iki fizikçi bunu 1989 yılında böyle bir mikroskop kullanarak 35 xenon atomunu kullanarak “IBM” ticari markasını heceleyerek dünyanın en küçük logosunu oluşturduklarında gösterdi. Gelecekteki proksimal problar daha fazla serbestlik derecesine ve kontrollü bir şekilde reaktif bileşikleri alma ve biriktirme yeteneğine sahip olabilir.

İlk birleştiriciye giden başka bir yol sentetik kimyadır. Akıllıca tasarlanmış kimyasal yapı taşları, çözelti aşamasında makine parçalarına kendi kendine monte edilebilir. Bu parçaların son montajı daha sonra bir proksimal prob ile yapılabilir.

Yine başka bir yol biyokimyadır. Daha genel yeteneklere sahip montajcılar yapmak için ribozomlar kullanmak mümkün olabilir. Birçok biyomolekül, nanoteknolojinin erken evrelerinde keşfedilebilecek özelliklere sahiptir. Örneğin dallar, ilmekler ve küpler gibi ilginç yapılar DNA tarafından yapılmıştır. DNA aynı zamanda diğer moleküller üzerinde bir “etiket” görevi görebilir ve bunların yalnızca tamamlayıcı bir etiket gösteren belirlenmiş bileşiklere bağlanmasına neden olabilir, böylece bir çözelti içinde hangi moleküler komplekslerin oluşacağı üzerinde bir derece kontrol sağlayabilir.

Elbette bu yaklaşımların kombinasyonları da mümkündür. Çok sayıda umut vaat eden yolun olması gerçeği, sonunda başarıya ulaşılma olasılığını artırır.

Genel yetenekleri birleştirenlerin kimya yasalarıyla tutarlı olduğu, Drexler tarafından 1992’de Nanosystems adlı teknik kitabında gösterildi. Bu kitap aynı zamanda olgun nanoteknolojinin yetenekleriyle ilgili bazı alt sınırlar da koydu. Nanoteknolojinin tıbbi uygulamaları ilk olarak Robert A. Freitas Jr. tarafından  ilk cildi 1999 yılında çıkan anıtsal eseri Nanomedicine’de detaylı olarak incelenmiştir.  Nanoteknoloji günümüzde sıcak bir araştırma alanıdır. ABD hükümeti 2002’de Ulusal Nanoteknoloji Girişimi için 600 milyon dolardan fazla para harcadı. Diğer ülkelerde de benzer programlar var ve özel yatırımlar bol. Bununla birlikte, finansmanın yalnızca küçük bir kısmı, montajcı tabanlı nanoteknolojinin geliştirilmesiyle doğrudan alakalı projelere gidiyor; çoğu daha sıradan, kısa vadeli hedefler içindir.

Moleküler nanoteknolojinin prensipte mümkün olduğu oldukça iyi belirlenmiş görünse de, gelişmesinin ne kadar süreceğini belirlemek daha zordur. Cognoscenti arasında yaygın bir tahmin, ilk montajcının 2018 yılı civarında inşa edilebileceği, on yıl verebileceği veya alabileceği, ancak bu tahminin üst tarafında fikir ayrılığı için geniş bir kapsam var.

Nanoteknolojinin sonuçları çok büyük olduğu için, bu konuya şimdi ciddi olarak düşünülmesi zorunludur. Nanoteknoloji kötüye kullanılırsa, sonuçları yıkıcı olabilir. Toplum, montajcı atılımına hazırlanmalı ve bununla ilişkili riskleri en aza indirgemek için önceden planlama yapmalıdır. En eski ve en büyüğü Öngörü Enstitüsü olmak üzere, dünyayı nanoteknolojiye hazırlamak için çeşitli kuruluşlar çalışıyor.

Kaynaklar: Drexler, E. The Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. (New York: Anchor Books, 1986). http://www.foresight.org/EOC/index.html Drexler, E. Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. (New York: John Wiley & Sons, Inc., 1992). Freitas, Jr., R. A. Nanomedicine, Volume I: Basic Capabilities. (Georgetown, Texas: Landes Bioscience, 1999). Foresight Institute. http://www.foresight.org, https://humanityplus.org/philosophy/transhumanist-faq/
 

Bu yazıdaki bakış açıları; Turkau'nun genel görüşlerini ve ilkelerini yansıtmayabilir.

Turkau Çeviri

Turkau.com çeviri hesabıdır.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Başa dön tuşu