TECHNIKA - TECHNOLOGIE

Změní nanotechnonologie svět? Použití nanotechnologií zasáhne všechny obory lidské činnosti. Podle odborníků nás čeká nová, tentokrát globální technická revoluce.

Nanotechnologie je sice obor 21. století, ale zase tak nový není. Poprvé myšlenku použití miniaturních částic, tedy molekul a atomů, představil již v padesátých letech americký fyzik, oceněný Nobelovou cenou, Richard Feynman. Feynmanova vize se v USA nesetkala s nadšeným přijetím jeho kolegů. Byla pro ně příliš fantastická. Nanometr je délková jednotka, patřící do soustavy SI. Nano pochází z řeckého slova nanos neboli trpaslík a znamená jednu mili-ardtinu. Takže když vezmete metr a rozdělíte jej na jednu miliardu dílků (neboli když vezmete milimetr a rozdělíte ho najeden milion dílků) získáte nanometr. Nanometr je vhodný pro měření vzdáleností mezi atomy, protože velikost atomu je zhruba jedna třetina až jedna čtvrtina nanometru (zkráceně nm). Pro srovnání - virus, což je nejmenší známý živý organismus, je velký zhruba 100 nm, lidský vlas je pak přímo obrovský, protože má průměr asi 200 mikrometrů, tedy 200 000 nm. Předpokládá se, že nanoboty, tedy roboty vyrobené z atomů či molekul, by měly průměr asi 1nm. Do jednoho mililitru krve by se jich vešly řádově miliardy.

O co jde v nanotechnologii?
Základní princip je velice prostý. Jedná se vlastně o výrobu principiálně stejných elektronických součástek, strojků, plošných spojů a tak dále, jenže k této výrobě jsou použity nejmenší částice, které jsou takovou úlohu schopny splnit, a to molekuly či atomy. A postavit kupříkladu převodovku, takový jednoduchý stroj, z atomů, to už jednoduché není. Ale není to ani nemožné, pokud víte, jak na to. Schválně, zkuste si to sami - naučím vás, jak napsat své jméno atomy, to se týmu IBM povedlo již v roce 1990 (tedy v minulém století). Postup je následující: vezměte plátek niklu, velký alespoň 100 nm (tedy asi jako virus chřipky). Pak uchopte atom xenonu a přiložte jej na zvolené místo. Přilepí se sám. A tak pokračujte, až bude jméno hotové. Povedlo se to? Že se nějak nemůžete trefit? No, není divu, přesnost umísťování atomů je hlavním problémem, se kterým se vědci potýkají, přesto se podařilo vyrobit první nanostroje, jako jsou ložiska, osy, motorky, lasery, čočky...

Jak “ohmatat" atom
K výrobě nanostrojů se používá zařízení nazývané Scanning Probe Microscope (SPM). Byl vyvinut v laboratořích IBM pracovníky Binnigem a Rohrerem již roku 1981, a o pět let později je za něj neminula Nobelova cena. Původně sloužil tento přístroj k pozorování povrchů atomů a byl jím také poprvé pozorován jednotlivý atom. No... pozorován, spíše ohmatán. SPM pracuje na principu zaznamenávání proudu mezi částicemi, když se jeho jehla, s hrotem tlustým právě jeden atom, přiblíží k atomu, který pozorujeme. Tento mikroskop lze tedy použít na detailní prozkoumání povrchu, většinou jen první vrstvy atomů tohoto povrchu, ale i k umísťování jednotlivých atomů na předem zvolené místo. Takto lze sestavovat nejmenší elektronické součástky na světě, třeba tranzistor jen ze dvou molekul a podobně, ale i mechanické strojky, pera, ložiska, motorky...

Neviditelné počítače a samoopravitelné materiály
Možná si říkáte, k čemu je takový prťavý motorek dobrý. Ale když se nad možnostmi nanotechnologií zamyslíte, vyrazí vám dech. Jako první jistě přijdou na řadu počítače, výkonnější než ty dnešní o tolik, že to snad ani nemá cenu odhadovat, a přitom pouhým okem neviditelné. Zabudovány mohou být nejen do strojů, televizorů, kosmických lodí a podobně, kde budou výhodné díky své nepatrné hmotnosti, minimálním tepelným ztrátám, téměř neměřitelné spotřebě energie a dnes ještě nepředstavitelným možnostem vzájemného propojení, ale doslova do všeho, co si vzpomenete, včetně nás samotných. Jako umělé krvinky budou proudit krevním oběhem a likvidovat viry, bakterie nebo rakovinné buňky, díky svým čidlům je samy najdou a vyhubí dříve, než se stačí nějak projevit. V případě úrazu aktivují regenerační schopnosti organizmu, a pokud dojde k poškození nějakého stroje, opraví jej samy. Fikce? Ale kdeže! První samoopravitelné materiály již existují. Začátkem roku 2001 vyvinul výzkumný tým profesora Scotta Whitea z University of Illions první materiál na bázi polymeru, který se dokáže automaticky sám opravit, a výzkum samoopravných materiálů, které by měly regenerovat podobným způsobem jako kosti, probíhá např. na univerzitě v Evarstonu. Vedoucí univerzitní laboratoře, Greg Olsonn, vytváří pomocí speciálního softwaru jakási kovová lega, která si pamatují svoji strukturu, a pokud je narušena, vrátí se do původního stavu.

Železo měkké jako bláto
A co teprve nové materiály. Ty dnešní jsou vyráběny poměrně nepřesným způsobem, kupříkladu ocelové nosníky se vyrábějí tak, že velké množství železa zahřejeme na teplotu, při které přejde do kapalného skupenství, a po nalití do formy je necháme zchladnout. Přitom vše necháváme na přírodě a doufáme, že jednotlivé atomy železa a jiných prvků samy vytvoří dostatečně pevnou strukturu. Že ji skutečně vytvoří? Ale kdepak, ve srovnání s nanomateriály jde doslova o bláto.
Nanotechnologie umožňují velice přesně určitě nejen umístění atomu, ale tím i vazby, které naváže s okolními atomy. Díky tomu můžeme vytvořit strukturu z velice pevných, kompaktních částic, s nejpevnějšími možnými vazbami. K tomu je ovšem potřeba jiného prvku, než je železo - jako ideální se zatím ukazuje uhlík.

Fullereny
Jistě si ještě ze střední školy pamatujete, že uhlík má čtyři valenční elektrony. Je tedy schopen navázat se se čtyřmi jinými uhlíky. Když atomy uhlíku vhodně rozmístíme, vznikne velice pevný uhlíkový útvar nazývaný fulleren, což jev podstatě molekula uhlíku C60 (tedy tvořená šedesáti atomy), která při velkém zvětšení vypadá jako fotbalový míč sešitý z šestiúhelníkových a pětiúhelníkových kousků. (Fulleren byl pojmenován podle R. Buckminster-Fullera, což ovšem není fyzik, ale architekt a podobné struktury používá při konstrukcích výstavních stánků.) Fulleren nemusí být jen kulový, může být i podlouhlý, což se podařilo prokázat Japonci jménem Iijima v roce 1991. Jak kulatý, tak podlouhlý fulleren vykazuje pevnost směle konkurující diamantu, je supravodivý a ten podlouhlý, trubkovitý, je vhodný pro výrobu materiálů pevnějších než cokoli, co bylo zatím použito - asi 50krát až 100krát pevnějšího než ocel. Je to dost možná nejpevnější materiál, jaký kdy lidstvo vyrobí a bude schopno využít. Jeho masové rozšíření by vyřešilo řadu problémů, se kterými se dosud potýkáme, a to kupříkladu u uchovávání energie, tlakových nádrží na vodík (u automobilů) zadržování tlaku v jaderných a v budoucnu jaderně-fúzových elektrárnách a tak dále.

Nanoboti na scéně
Mechanické působení nanobotů, tedy robotů vytvořených v nanorozměrech, je jen jednou z možností. Mohou přenášet léky a umísťovat je na místa infekcí, mohou přímo  likvidovat zmíněné bakterie (ona molekula  léku by pro ně byla stejně moc velká), ale  mohou působit přímo na naše nervy a neurony v mozku. Představte si, že byste v sobě měli špionážní nanoboty, kteří by při polibku (dopřejte mi tu představu svůdného Jamese Bonda) pronikly do mozku líbané osoby, nahrály požadované informace a přinesly je zpět... Nebo by vám stačilo nechat si dálkově řízenými nanoboty nahrát do paměti vědomosti nutné na zkoušku z anatomie? A nebylo by ještě lepší nechat všechny informace přímo v nanobotech a nahrát je jen v případě potřeby? A nebylo by vůbec nejlepší, kdyby všechno dělaly nanoboty a nás nechaly jen odpočívat a užívat si?

Všechno už tu bylo
Možná se dmete pýchou nad genialitou člověka, který vymyslel tak úžasnou věc, jako je nanotechnologie. Ovšem je to chlubení se cizím peřím. Nanotechnologie je dávno spolehlivě fungující věc, s prvními existujícími částicemi vzniká nanotechnologie, každičký atom, každičká molekula je vlastně malým nanomechanismem. Ani samoregenerující
materiály jsme nevymysleli. Kdepak, co jiného je naše stará dobrá DNA? Je na světě již třetí miliardu let... DNA má vůbec zajímavé vlastnosti, použitelné v naší nanotechnologii, kupříkladu ji lze použít jako miniaturní počítač, mnohem rychlejší než ten obludně velký hučící šnek, kterého máte na stole a který ve srovnání s DNA počítačem funguje spíše jako přístroj na výrobu tepla než jako výpočetní technika. Ale fullereny jsme vymysleli my, lidé... nebo ne? Nene, ty vymyslelo Slunce, lépe řečeno vznikají v blízkosti hvězd bohatých na uhlík. Lidé je jen objevili, byli tři, jmenují se Harry Kroto (z Velké Británie), Richard Smalley a Robert Curl, oba z univerzity v Houstonu v USA. Učinili tak již roku 1985, ale Nobelovu cenu dostali až v roce 1996. To už byly nanotechnologie zase o kus dál.

Nebojte se nanotechnologií
V 90. letech začaly vznikat již výše zmíněné stroje miniaturních rozměra. Kupříkladu ozubené kolečko (ozubené, pokud můžeme atomy považovat za zuby...) s rychlostí otáčení 350 000 otáček za minutu, která ovšem již brzy překročí 10 milionů otáček za minutu. Může si to dovolit, nemá totiž prakticky žádný třecí odpor. Nebo nanopero, píšící čáry o tloušťce jedné molekuly. Z našich oblíbených fulleronů byla vyrobena trubka dlouhá dvacet centimetrů. Na raketu je to málo, ale dá se dále svařovat. Byly vyrobeny první tranzistory, a to nejen z uhlíku, ale i z materiálu zvaného thiol, což je sirná obdoba alkoholu. Tyto tranzistory jsou 500 menší než nejmenší klasické tranzistory. A v loňském roce, přesněji 4. 7. 2002, vznikl první funkční motor o velikosti molekuly, který je poháněn dopadajícími fotony. (Ani nanomotorek jsme nevymysleli my, v každé naší buňce jich podobných vesele pracuje několik.) Možná jste si všimli, že s výjimkou tranzistorů, počítačového čipu IBM o velikosti jedné molekuly a jednoho NOT hradla jsou konstruovány výhradně klasické mechanické stroje. Jenomže miniaturní. Ano, je to tak, lidstvo se oklikou vrací ke starým dobrým pákám, kladkám, ozubeným kolům, pásovým dopravníkům (ano, i na něm se už pracuje) a mechanickým počítadlům, podobným těm, jaké známe z mateřských školek. Není tedy třeba se nanotechnologií bát - vždyť páky a kladky jsme probírali již v základní škole.

SPM - JAK POZOROVAT ATOMY?
Nejznámějším přístrojem na sledování a manipulaci s molekulami či atomy je SPM. Tento přístroj, za který dostali inženýři IBM Binnig a Rohrer roku 1986 Nobelovu cenu, využívá v praxi kvantovou teorii takzvaného tunelového jevu a říká se jí skenovací tunelová mikroskopie (STM). Podle této teorie potřebuje částice, která chce opustit strukturu, ve které se nachází, určitou energii k překonání tzv. energetické bariéry. Jenomže kvantová mechanika nepopisuje částici jako hmotnou kuličku, ale zároveň jako vlnovou funkci. Z rovnice nám pak vychází, že teoreticky je možné, aby částice danou energetickou bariéru překonala, i když její energie k tomu nepostačuje. Samozřejmě čím je její energie menší, tím menší je i pravděpodobnost, že se jí to povede. Jestli se jí to povede, nebo ne, to poznáme podle elektrického proudu, který tak vzniká. Povrch zkoumaného vzorku pak tvoří jednu část vodiče (musí se tedy jednat o materiál, který vede elektrický proud) a hrot mikroskopu druhý (z wolframu nebo slitiny platiny a iridia). Do takto vytvořeného přerušeného vodiče pustíme proud. Pokud jsou oba konce vodiče, to znamená vzorek i hrot mikroskopu, dostatečně blízko, zaznamenáme průchod proudu. Pak stačí pohybovat sondou po povrchu vzorku a udržovat stejný proud a tímto způsobem zmapujeme topografii povrchu. Název mikroskop je v tomto případě poněkud zavádějící - ve skutečnosti není vidět nic - to, co zaznamenáváme, je proud, to, co zjišťujeme, jsou ve skutečnosti vlnové funkce, a ne přesný povrch. Ale v případě povrchu tvořeného jen jedním prvkem jsou výsledky dostatečně použitelné. Metoda tedy neurčí ani přesný druh prvku, který sledujeme -můžeme jej jen vydedukovat z vypočtených vlnových funkcí. Navíc vyžaduje vodivý vzorek a není tedy použitelná vždycky. Zato je relativně jednoduchá a není potřeba vzorky nějak upravovat a také zkoumané vzorky nepoškozuje.

JAK PRACOVAT S ATOMY?
Rok poté, co byl přístroj SPM oceněn Nobelovou cenou, objevil John Foster, jak jej využít pro přemísťování atomů. Ironií osudu k tomu došlo de facto náhodou. Tehdy se výzkumníkv laboratoři IBM, fyzik John Foster, pokoušel do pozdní noci vhodně nastavit elektronický přístroj zviditelňující atomy, totiž rastrovací tunelový mikroskop. Jenomže to se mu onen večer pořád nedařilo. Foster se v duchu zeptal, zda snad drát (hrot mikroskopu) není znečištěný. V takovém případě by to ale znamenalo, že složitý přístroj bude zapotřebí rozmontovat, a v důsledku toho by se jeho výzkumy na několik dnů musely zastavit. Proto se odhodlal k nouzovému řešení: prohnal drát silným elektrickým proudem v očekávání, že takto elektricky odstraní případné částečky prachu. Když se pak podíval do mikroskopu znova, uviděl něco, co mu vzalo dech: na špičce hrotu jehly byl “přilepen" jeden jediný atom zkoumaného objektu. “Nejprve jsem vůbec nechápal, že je něco takového možné,"vzpomínal později Foster. Vysvětlení si našel poté, co “čištění" proudem vícekrát opakoval. Když zjistil, že se takto z pozorovaného objektu občas uvolňují i další atomy, dospěl k tomuto názoru: je-li napětí na hrotu velmi vysoké, vzniká elektrické pole. Atomy se mohou z povrchu objektu vyjmout a přemisťovat, podobně jako chirurg může operačně odstranit nemocný orgán. Fosterův objev znamenal, že svět atomů je možno nejenom vidět, resp. učinit viditelným, ale také s ním manipulovat, rozkládat jej a nově jej kombinovat, protože pomocí hrotu lze jednotlivé atomy odebírat a umísťovat jinam. Použijeme-li dalšího Fosterova přirovnání, tak s atomy lze manipulovat podobně jako s koulemi na kulečníkovém stole. Fosterův objev změnil způsob myšlení a vytvořil novou kulturu výzkumné práce -to řekl nobelista Gerd Binnig, který o pět let dříve sestrojil zmíněný rastrový tunelový mikroskop.

Nanotechnologie dnes
“Všechno se skládá z atomů a je jedno, co z toho vzejde: země, voda, auto nebo jahody. Jde pouze o to, jak jsou tyto atomy uspořádány."

To je první věta z dnes už slavné knihy “Engines of Creation", kterou v roce 1986 vydal Eric Drexler, nositel Nobelovy ceny za fyziku, jenž dnes pracuje ve funkci ředitele Ústavu pro molekulární výrobu v Los Altos v Kalifornii. Vezměme si dvě materie, jimiž jsou uhlí a diamanty. Obě jsou složeny z atomů uhlíku, tedy stejného prvku. To, co je odlišuje, je způsob, struktura, v níž jsou tyto atomy uspořádány. Jinými slovy: právě na úrovni atomů se rozhoduje o tom, zda z uhlíku vznikne uhlí anebo diamant. Jestliže budeme vědět dost o tom, jak lze ovlivňovat mřížky ve strukturách atomů uhlíku, budeme moci dokonce pomýšlet na uskutečnění toho, co se nepovedlo alchymistům, totiž na přeměnu uhlí v diamanty. A co už dnes umíme a máme?

Zlaté pohlcovače prachu
Díky nanotechnice vznikají zcela nové materiály s vlastnostmi, které si dosud lidé nedokázali představit: materiály tvrdší než ocel a přitom lehčí než plasty či kovy, které nereznou. Je to možné proto, že vždycky, když vznikají nebo se vyrábějí struktury v nanometrických poměrech, mění materiály své vlastnosti. Například při pokojové teplotě částečky zlata nemohou působit jako katalyzátor chemických reakcí, ale částečky zlata velké 3 až 5 nanometrů už takto působí. Tohoto katalyzačního nanoefektu využila jedna japonská firma k tomu, aby uvedla na trh pohlcovač pachů (odor eater), který pomocí nanočásteček zlata pohlcuje nepříjemné pachy a tak čistí vzduch. Zásluhou pozměňování velikosti částic ve vyrobených nanostrukturách lze dosáhnout například toho, že materiál získá barvu, jakou chceme. Lze vytvořit i materiál s žádanou tvrdostí nebo s určitou tepelnou odolností. Sklo se tak stává odolným proti horku prakticky bez omezení. Keramika se zásluhou nano stává elektricky vodivou.

Živé - neživé ponorky
V “kuchyních" nanochemiků se provádějí syntézy stále většího počtu výtvorů, které jsou vhodné pro stavbu ministrojů a minirobotů - písty válců, ložiska, ozubená kolečka pro nanomotory, nanovrtule. Na jednu čajovou lžičku by se vešla asi 1 miliarda molekulárních nanorotorů. Jakmile je takovýto rotor ozářen světlem, začne se otáčet kolem své osy. Tento systém bude pohánět mikro- či spíše nanoponorky, jež budou proplouvat krevními cestami a “rozvážet" léky na různá místa lidského těla. Zatím se tak děje v reakčních křivulích v laboratořích: takto se pohybují “vozidla" (nebo spíše plavidla?) vzhledem a velikostí se podobající virům, která vznikají kombinací proteinů a plastů, konkrétně kyseliny polyakrylové. Tyto obojaké, tedy organicko-anorganické objekty se mohou jako “trojští koně" vetřít do buněk a vnést do nich léky či vůbec látky působící změny, například protirakovinotvorné... Už existují i projekty nanorobotů, které budou v organismu pomocí nanolaseru “opravovat" DNA. Prototypy byly zhotoveny z atomů uhlíku a jsou velké jako několik molekul dohromady. Příklad s nanopřístroji v krevních cestách mimochodem ukazuje, že v nanosvětě neexistuje hranice mezi organickou a anorganickou hmotou, nebo alespoň rozhodně není tak výrazná jako ve světě běžných velikostí.

“Inteligentní" stroje
Jestliže se na určité části strojů či nástrojů nanese extrémně tenká vrstva určitého nátěru, potahu či povlaku, tedy nanovrstva, dosáhne se dokonce toho, že těmto strojům se “vdechne" určitá inteligence. A to v tom smyslu, že tato vrstva varuje před oděrem či opotřebením anebo před uvolněním či povolením šroubů a podobně. Pro tento účel se používají nanovrstvy z uhlíku, jež mají senzorické vlastnosti a funkce: jestliže na ně působí tlak či síla, mění se jejich elektrický odpor. Takto pak lze diagnostikovat a kontrolovat stroje pomocí jednoduchých odporových komponent. Je-li například ložisko ve stroji příliš namáháno nebo přetíženo, vyšle nanovrstva, kterou je natřeno (Smart Coating), poplašný signál do řídicího elektronického systému. Anebo: uvolní-li se bezpečnostní šroub, ohlásí to inteligentní uhlíková vrstva, jíž je opatřena jeho podložka.

Tisícinožka
Z nanotechnologie bude profitovat celá informační společnost 21. století. Exploze dat vede už dnes k problémům s jejich ukládáním, a ty dále porostou. Při dnešním stavu elektroniky lze na magnetickou vrstvu pevného disku umístit cca 5 miliard informačních jednotek (bitů) na 1 čtvereční centimetr. To je jistě hodně, ale takováto hustota ukládání dat zanedlouho evidentně nebude stačit. Řešení přináší nanotechnika. Ta pracuje s rastrovým tunelovým mikroskopem, ovšem ne už jenom s takovým, který operuje s jedním hrotem. Při výrobě budoucích pevných disků se na polymerový film jakožto nosnou vrstvu umístí 1024 hrotů. Jestliže se zavede proud do špiček hrotů, vytrhnou se jednotlivé atomy z filmu a vzniknou důlky o průměru cca 19 nanometrů (tj. 0,00001 milimetru), z nichž každý poskytuje úložný (paměťový) prostor pro 1 bit. V odborné hantýrce nanotechnologů v elektronice se často používá termínu “millipede", což latinsky znamená “tisícinožka". Jde o paměťovou hustotu skoro 250 miliard bitů na 1 čtvereční centimetr. Takto by se dalo umístit 25 milionů stran textu na plochu jedné poštovní známky, “ a to stojíme teprve na začátku našeho technického snažení", říká pan Binnig z IBM, “protože vývojový potenciál existuje pro tisícinásobně větší paměťovou hustotu".

Nanotechnologie i na snowboard
Nanotechnika už vstoupila i do všedního života lidí. Kdo z lidí nosících brýle si uvědomuje, že vnější povrch brýlových skel nové generace je opatřen precizní optickou tenkou povlakovou vrstvou, nanotechnicky vyrobenou z uhlíku? Nanočástice na vnější straně skel brýlí jsou tak malé, že neovlivňují průchod světla těmito skly. Naopak: jelikož tyto transparentní částice zabraňují rušivým odrazům světla lépe než sklo samotné, způsobují, že člověk s takovými brýlemi vidí asi o 10 % lépe než člověk s brýlemi bez nanotechnické úpravy. A nanovrstva samozřejmě také brání poškrábání skel při jejich mechanickém čištění.

Brzy se na trhu (v západní Evropě) objeví různé artikly:

- samočisticí okna, tedy okna s nanovrstvou, které nebude zapotřebí umývat
-  střešní tašky potažené uhlíkovou nanovrstvou, jež budou odpuzovat špínu, sníh, námrazu
-  snowboardová prkna potažená nanovrstvou
- povlaky na vagonech a zdech domů, které znemožní sprejerská “grafitti" - ta se totiž na superhladkém nanopovrchu neudrží.

Extrémně malé částice zvyšují hladkost a nelepivost, nepřilnavost. Přitom částečky, z nichž takovýto nanopotah či nanopovlak vzniká, se dají vyrobit velmi snadno: výchozí materiál se prostřednictvím laserového paprsku odpaří a kondenzuje do částic op rozměrech od 5 do 100 nanometrů. Ty se potom zase pomocí laseru připevní na povrchy, kde plní své antiadhezivní poslání.

Supramolekulární chemie
Toto je nanotechnická subdisciplina, která se znatelněji více než jiné subdiscipliny zaměřuje na cílevědomé využívání efektu samoorganizace (self-assembly) v zájmu lidí. Supramolekulární materiály jsou složeny z molekul, které se spontánně shlukují do větších struktur. Pokud chce takové struktury cíleně vytvářet člověk, znamená to, že musí míchat příslušné komponenty v prostředí určité kyseliny anebo zásady. Odborníci soudí, že takto by se daly produkovat již zmíněné nanoroboty. Tak například švýcarský odborník činný v supramolekulární chemii Francois Diederich zkonstruoval z molekul uhlíku jeřáb o dimenzi pouhých několika nanometrů. Jeřáb je vzhledově podobný dlani se čtyřmi prsty. Diederichův nanorobot sice zatím ještě neumí uchopit jednotlivé atomy, zato molekuly už ano, a může je přemísťovat na jiné místo.
A čím je tento “nanokran" řízen a poháněn? Třeba změnou teploty anebo změnou kyselosti (tj. hodnot pH) roztoku, ve kterém jeřáb “plave".

Nejmenší vojáci na světě
Myšlenka využití nanotechnologií ve vojenství je logicky to první, co většinu lidí napadne. Možností je nepřeberné množství - od počítačů v miniletadlech, inteligentní munici, špionážních neviditelných systémů až k přímému útoku nanobotů na mozek člověka. V současné době se nejvíce prostředků věnuje na nanotechnologie v brnění budoucnosti. Taková nová uniforma plná nanomechanismů by sama opravovala nejen sebe, ale i svého nositele, tedy vojáka. Přizpůsobovala by se jeho pohybům, podporovala jeho sílu, pomáhala mu běhat či zvedat těžké předměty a v případě zranění by mu okamžitě aplikovala léky a ošetřovala rány.  Tento projekt již skutečně existuje a s grantem 50 milionů dolarů na něm pracují vědci Massachusetts Institute of Technology.

Nanočočka
Pokud uvažujeme o nanomikroskopech, musíme k nim použít nanočočku. A chceme-li nanočočku, musíme umět vyrobit úplně miniaturní a absolutně přesný krystal. Vědci z Bell Laboratories, vedení Joannou Aizenbergovou, oznámili koncem února tohoto  roku úspěšné vytvoření absolutně čistých mikrokrystalů kalcitu. Tyto krystaly jsou použitelné v optických systémech nanostrojů, v informačních technologiích a v řadě dalších oborů. Pozoruhodný není jen fakt, že se taková výroba podařila, ale i způsob, jaký byl použit. Namísto pracného a drahého šoupání s atomy za pomoci SPM využili již dávno existující nanotechnologii, kterou po miliony let využívají bezobratlí mořští živočichové třídy hvězdýši (patří mezi ně i známé hvězdice). Když rozptýlili na vnější kostru živočicha Ophiopteris papillosa jednotlivé krystalky kalcitu, uspořádaly se do pravidelných tvarů a vytvořily tak mikroskopické a naprosto průzračné a pravidelné čočky. Současné postupy výroby čoček vycházejí z vybroušení většího kusu materiálu - tedy z postupného odebírání. Metoda odborníků Bell labs je přesně opačná - vycházejí z požadovaného tvaru, mají základní“kopyto" a tak čočku doslova stavějí. Výsledkem je menší, tenčí, lehčí, levnější a dokonalejší optika. Kalcit je základním stavebním prvkem vnějších koster hvězdýšů a využití již prověřené technologie lidmi je tedy metodou velice úspornou, levnou a navíc vede k dokonalým výrobkům.

MEZNÍKY V DĚJINÁCH NANOTECHNOLOGIE
• cca rok 400 před Kristem - Démokritos použil slovo “atomos", což starořecky znamená “nedělitelný"

• 1905 – Albert Einsten publikoval práci, v níž stanovil průměr molekuly cukru na cca 1 nanometr

• 1931 - Max Knoll a Ernst Ruska vyvinuli elektronový mikroskop, umožňující zobrazit objekty menší než 1 nanometr

• 1959 - Richard Feynman pronáší slavnou větu “Tam dole je hodně místa" (There is A Plenty of Room at the Bottom), čímž myslel tu skutečnost, že struktura hmoty a předmětů ve velmi malých rozměrech nebyla dosud pořádně zkoumána Feynmanova přednáška se stala významným mezníkem a také katalyzátorem v bádání v nanotechnologiích

• 1968 - Alfred Y. Cho a John Arthur z Bell Laboratories vynalezli pomocí molekulových svazků epitaxi

• 1974 - Norio Tamaguči navrhl používání termínu nanotechnologie pro obrábění s tolerancí menší než 1 nm

• 1981 - Gerd Binning a Heinrich Rohrer vytvořili skenující tunelový mikrioskop, který může zobrazit i jednotlivý atom

• 1985 - Robert F. Curl, Harold W. Kroto a Richard E. Smalley objevili tzv. buckminsterfullereny J (fullereny), což jsou  molekuly vodíku o rozměrech kolem 1 mikrometru

• 1989 - Donald M. Eigler z firmy IBM napsal pomocí jednotlivých atomů xenonu jméno této společnosti

• 1991 - Sumio Iijima z firmy NEC sestrojil uhlíkové nanotrubice

• 1993 - W. Robinett a R. Stanley Williams sestavili program či spíše virtuální realitu, která ve spojení se skenujícím tunelovým mikroskopem umožňuje prohlížet si jednotlivé atomy hmoty, dotýkat se jich a manipulovat s nimi

• 1998 - Skupna kolem C. Dekkera z univerzity v Delftu v Nizozemsku sestrojila z uhlíkových nanotrubic tranzistor

• 1999 - James M. Tour a Mark A. Reed předvedli, že jednotlivá molekula může fungovat jako molekulový přepínač

• 2000 - Clintonova vláda v USA vyhlásila tzv. “nanotechnologickou iniciativu", která jednak finančně podpořila nanotechnologický výzkum   a vývoj ve Spojených státech,  jednak uvedla tento obor v širší i  známost už i v laické veřejnosti.   Ve stejném roce navrhl Eigler  a další odborníci kvantovou fatu morganu: magnetický atom  umístěný do jednoho ohniska  elipsy vytvořené řetězem atomů  vyvolá fatu morganu  téhož atomu ve druhém  ohnisku.

• 2002 - Výzkumný tým  Hewlett-Packard představil první  molekulární paměť na světě, ve  které jsou informace zapisovány
do jednotlivých molekul čipu. Paměťový čip představuje převrat v oblasti elektroniky. Otvírá se tak cesta například k několikanásobnému zvýšení kapacity mozku člověka elektronickou cestou.

• 2003 - Společnost IBM vyrobila první uhlíkový světelný zdroj, miniaturní baterku v podobě trubičky 50 000krát tenčí než lidský vlas. Může sloužit například v medicíně jako zdroj světla pro mikroroboty.

BUDOU SE NANOBOTY MNOŽIT JAKO KRÁLÍCI?
Většina zatím poměrně futuristických představ o nanobotech jich k praktickému využití potřebuje ohromné množství – miliony, miliardy, kvadriliony. Zatím je nemožné uvažovat o výrobě takového obrovského množství výrobně tak náročných strojů. Na jednoduché (alespoň na papíře) řešení přišel již v roce 1986 americký fyzik K. Eric Drexler. Nanoboty se budou prostě stavět samy. Konec konců, proč ne? Pokud po nich chceme, aby stavěly či opravovaly lidské buňky, proč by nemohly opravovat či stavět sebe sama? Schopnost autoreprodukce není v přírodě nijak vzácná. Všechny živé organismy považujeme za živé právě proto, že ji mají. Každičká molekula DNA nedělá nic jiného, než se replikuje, tedy staví samu sebe. Nedělá to přímo, ve statečnosti je to spíše soustava dvou RNA, kde jedna staví druhou a naopak, asi jako kdyby odlitek vyrobil formu, ta pak další odlitek, ten další formu a tak dále až do nekonečna (kromě virů, ty si formu vyrobí z DNA hostitelské buňky a ta pak vyrobí miliony odlitků – nových virů), ale principiálně by to šlo.

• MUTOVANÉ STROJE
Celá věc má ovšem jeden háček. Přesnost při výrobě nanobotů musí být stejná jako při replikaci DNA – ono se v podstatě jedná o stejně velké systémy. Ale replika DNA není přesná na 100%. Celkem často při ní dochází k chybám, kdy se na dané místo naváže jiný atom či jiná molekula, než jaká byla na originále, říkáme tomu mutace a výsledkem je v jednom případě z milionu viditelná odchylka ve vlastnostech výsledné molekuly. Vznikne prostě mutovaný organismus. Nejlépe je tato vlastnost známá z neustálých mutací viru chřipky, který se každý rok změní a naše obranné systémy na něj pak nepůsobí. V případě replikace nanobotů můžeme s úspěchem očekávat totéž. Prostě při stavbě své kopie udělají malou chybu a ta ovlivní vlastnosti nového nanobota. V tom okamžiku se nanoboti stanou součástí Darwinova přirozeného výběru a začnou se vyvíjet zcela bez lidského dozoru. Je naprosto nemožné odhadnout, kam až jejich evoluce povede. Z přírody víme, že přirozená selekce naprosto jednoznačně a vždy vede k výběru těch forem, které jsou schopny v daném prostředí přežít, a zvýhodněny jsou takové, které se v něm množí a rostou rychleji. Jinými slovy takové, které dokáží využít více dostupných zdrojů a s větší efektivitou.

• OBRANA PROTI NANOBOTŮM
Nanoboty budou vyrobeny z uhlíkových molekul, nejspíše fullerenů. Uhlík je nejdostupnější vhodný materiál, a proto jej už dávno využila jiná nanotechnologie, a to příroda při vzniku živých organizmů. My všichni jsme z uhlíku. Pokud se uvnitř našich těl budou množit nanoboty, pak se jedna z mutací může stát jakousi bakterií, která jako zdroj surovin použije přímo naše tělo. Přesně jako to dělají jiné bakterie. Průšvih je v tom, že na stávající bakterie si naši praprapředci budovali protilátky a obranné mechanizmy už miliardy let. Naše DNA je z větší části tvořena úseky pocházejícími z různých parazitů či vyvinutých jako reakce na útoky infekcí. Když dojde k mutaci viru chřipky, naše tělo dokáže vyrobit protilátky, protože při výrobě těch již zastaralých, opět díky chybě ve výrobě, vyrobí i účinné - nedokonalost DNA je její obrovskou výhodou. Ale proti naprosto nové infekci způsobené útokem nanobotů nemá ochranné látky žádný živý organizmus. Světoznámý americký fyzik  Stephen Hawking považuje za jedinou možnou obranu přizpůsobení naší DNA  a má pravdu, proti umělým  bakteriím si budeme muset  vyrobit umělou schopnost  obrany.  Drexler popisuje  nanomechanizmy jako živé  organizmy a ony jimi skutečně  budou. První nanoboty  nebudou nic jiného, než protoorganizmy,  tentokrát vzniklé přímou  činností člověka. Od  protoorganizmů k člověku to  trvalo tři miliardy let. Kdo ví,  kdo tady bude žít za další tři  miliardy let?