Skalering:Nanovidenskabens fremtid

I slutningen af ​​1950'erne, Richard Feynman forestillede sig berømt en videnskab, hvor forskere og ingeniører kunne opnå bemærkelsesværdige bedrifter ved at manipulere stof og skabe strukturer helt ned til niveauet for individuelle atomer.

Nu, over halvtreds år efter "Der er masser af plads i bunden, "fire fremtrædende forskere - David Awschalom, Angela Belcher, Donald Eigler, og Michael Roukes - deler deres tanker om fremtiden for nanovidenskab og nanoteknologi. I en særlig dialog forud for et Kavli Futures Symposium om det samme emne, forskerne fokuserede på, hvordan Feymans vision kan udvikle sig i de næste halvtreds år, begyndende med at tage nanovidenskaben i en opadgående retning.

"Vi har fået nogle vigtige strandhoveder inden for videnskaben, men vi har også gjort meget få fremskridt i retning af at oversætte dette til det, vi alle ofte taler om som det "fulde potentiale" i nanoteknologi, "sagde Michael Roukes, professor i fysik, anvendt fysik og bioingeniør hos Caltech og meddirektør for Kavli Institute of Nanoscience. "Fremadrettet, Jeg tror, ​​at udfordringen er at bryde denne kløft og ... faktisk oversætte dette til ting, der påvirker vores hverdag. [Det vil handle om] at bruge byggestenene til individuelle atomer, molekyler, individuelle nanostrukturer, og samle dem til større systemer med nye funktioner, der vil være til stor nytte for menneskeheden. "

Roukes forklarede, at der er mange ting, der er meget spændende ved at være i stand til at styre tingene i atomskalaen og derefter- fra bunden-- "bygge tilbage til midten til at skabe komplekse systemer med bare utrolig udsøgt kontrol over, hvad disse komplekse systemer gør ... [O] ne område, der er helt modent til utrolige fremskridt, er biovidenskab og medicin, hvor sammenlægninger af individuelle nanodelenheder til at skabe nanosystemer vil tillade os at omfavne, frem for at flygte fra, kompleksiteten af ​​biologiske systemer. "

Disse fremskridt, sagde Roukes, kunne "give os værktøjerne, Jeg tror, at forstå og konstruere biologiske kredsløb ... og i sidste ende, Jeg tror, vil give et teknologisk fundament for personlig medicin. "

Donald Eigler er kendt for sit gennembrud i den præcise manipulation af stof på atomniveau. Enig med Roukes, Eigler udtalte, at virkningen af ​​nanovidenskab inden for medicin "vil vokse dramatisk i løbet af de næste 10 til 20 år, især inden for regenerativ medicin. "Løser sin fantasi, han kunne også forestille sig andre innovationer, såsom en dag "kapring af biologiens strålende mekanismer" for at skabe funktionelle ikke-biologiske nanosystemer. "I mine drømme kan jeg forestille mig en miljøsikker virus, hvilken, af design, fremstiller og spytter en 64-bit adder ud. Vi flyder derefter bare virusets spildevand ud over vores chips og får tilføjelsesmidlerne vedhæftet de helt rigtige steder.

"Det er temmelig fjerntliggende ting, men jeg synes, det er mindre langt ude end Feynman i '59. "

Angela Belcher er kendt for sit arbejde med at udvikle nye materialer til energi, elektronik og miljø. W. M. Keck professor i energi, Materialevidenskab og teknik og biologisk teknik ved Massachusetts Institute of Technology, Belcher mener, at den store indvirkning af nanoteknologi og nanovidenskab vil være i fremstilling -specifikt ren fremstilling af materialer med nye veje til syntese af materialer, mindre affald og selvsamlende materialer. "Det sker lige nu, hvis du ser på fremstilling af bestemte materialer til, sige, batterier til køretøjer, som er baseret på nanostrukturering af materialer og at få den rigtige kombination af materialer sammen på nanoskalaen. Forestil dig hvilken stor indflydelse det kan have på miljøet med hensyn til at reducere fossile brændstoffer. Så ren fremstilling er et område, hvor jeg tror, ​​vi helt sikkert vil se fremskridt i de næste 10 år eller deromkring. "

David Awschalom er professor i fysik, elektrisk, og datateknik ved University of California, Santa Barbara. En pioner inden for halvleder spintronics, i det næste årti eller to vil Awchalom gerne se fremkomsten af ​​en ægte kvante -teknologi. "Jeg tænker på mulige multifunktionelle systemer, der kombinerer logik, opbevaring, kommunikation som kraftfulde kvanteobjekter baseret på enkelte partikler i naturen. Og om dette er forankret i et biologisk system, eller et kemisk system eller et solid state -system er muligvis ikke ligegyldigt og kan føre til revolutionerende applikationer inden for teknologi, medicin, energi, eller andre områder. "Awschalom diskuterede også, hvordan han forventer, at nanovidenskaben ændrer andre felter." Jeg tror, ​​at nanovidenskabens brede paraply hurtigt opløser de traditionelle barrierer [mellem videnskabelige discipliner]. "