Sci-Fact – מדע וטכנולוגיה במסע בין כוכבים

מאת נדב ברוכיאל / פאנזין 14

והפעם: הבורג – כוחה של ננוטכנולוגיה

רציתי לכתוב לכם הפעם על אחת הטכנולוגיות הכי מרתקות והכי פורצות את גבולות המדע העכשוי ב"מסע בין כוכבים" – המשגר, אך משהו עצר בעדי:

.We are the borg, lower your shields and surrender your ships. Resistance is futile

כמו את פיקארד והפדרציה ביום כהה אחד (בחלל אין ימים בהירים) גם אותנו הבורג עצרו. כנראה שהמשגר יחכה לפעם אחרת. הבורג מגלמים כמה וכמה רעיונות מדעיים וטכנולוגים הנמצאים כיום בחזית המדע. ובכללם הננוטכנולוגיה בה נעסוק הפעם.

לאחר שאיש צי-הכוכבים ביש מזל יתקל בבורג שלא יתעלם ממנו ובכוונתו לקלוט אותו, תהליך הקליטה יחל כפי שראינו בברור במיוחד בסרט First Contact – בהזרקה של משהו לצוואר, ואחר-כך יגיעו השיפורים והניתוחים. האומנם?
למעשה השיפורים והניתוחים מתחילים מיד ברגע זה, בקטן – מאוד קטן. מה שהוזרק לורידים בצוואר על-ידי הבורג הכיל מיליוני רובוטים מיזעריים, מיקרוסקופים בשם Nanoprobes. שם שכותבי "מסע בין כוכבים" יצרו מהמונח 'ננוטכנולוגיה'. ננו-טכנולוגיה נובע מהתחילית ננו, שמשמעותה ביוונית אחד חלקי מליארד. מקובל לשייך לננו-טכנולוגיה חומרים הקטנים מ-100 ננו-מטר (מידה הקטנה כ-1,000 פעם מעובי שערת אדם). מספר דוגמאות להמחשת הגדלים: בננומטר אחד נכנסים 3-5 אטומים; מולקולות ה-DNA של האדם הינן בגודל 2.5 ננומטר; בקטריה טיפוסית, כגון E-Coli, גדולה פי 400-800 מכך (בסביבות 1,000-2,000 ננומטר); וירוס שפעת טיפוסי הינו בגודל כ-20 ננומטר. ננוטכנולוגיה עוסקת במניפולציה של אטומים ומולקולות, בהזזה של אטומים בצורה אינדיווידואלית, ומיקומם במקום מסוים במרחב כדי ליצור את המבנה הרצוי. מטרת המניפולציה היא ליצור חומרים, התקנים ומערכות בעלי יכולות פיזיקליות משופרות.
ובכן הננו-בוטים שהבורג הזריקו לגופו של הנקלט שלהם מחוללים שינויים ברמת התאים בגוף, שינויים ביו-מולקולרים הגורמים לגוף לייצר את החומרים הדרושים לבורג על מנת ליצור מכשירים מיקרוסקופיים בגוף הנקלט, שינויים המשנים ומשפרים את הגוף שינויים המשפיעים על כל מערכות הגוף והמוח ובכך הקורבן נקלט עוד לפני ששאר הבורג מגיעים אליו וממשיכים את תהליך הקליטה והרכבת המכשירים הגדולים יותר. בכך הננובוטים של הבורג נעשים גם חלק מגוף הנקלט, כשם שהתאים של המערכת החיסונית שלנו היא חלק מגופנו. והנקלט משתנה, הופך לבורג, ואי אפשר כבר להצילו.

מטרותיה של הננוטכנולוגיה אותה מפתחים כיום הן אחרות, קצת פחות שאפתניות ומורכבות, כיאה לכל תחום חדש במדע הנמצא בתהליכי פיתוח מחקר מתקדמים. אך אלמנטים דומים למה שתואר בתהליך הקליטה הנוראי הזה ימצאו בין השאיפות של תחום הננוטכנולוגיה כבר היום, כמובן שלמטרות טובות: חישבו על רובוטים מזעריים שיוכלו לטייל בגופנו, לתקן פגמים שאנו צוברים עם השנים כגון הסתיידות עורקים וסתימות הנגרמות לכלי הדם על-ידי כולסטרול או כל דבר אחר. ננובוטים כאלו יורידו את הסיכויים למחלות לב ודם ולשבץ. תארו לכם שננובוטים אלו יוכלו אף לחפש ולהשמיד תאי סרטן ממאירים. עם התפתחות הטכנולוגיה נוכל אולי לייצר ננובטים שיוכלו לבצע משימות אף יותר מורכבות, נוכל לתת לננובוטים לאבחן את מצב הדם והגוף בכלל, לסרוק את הגוף ולתקן ולרפא כל מיני בעיות ומחלות ואולי אף לשפר כל מיני דברים ברמה התאית בגוף (התאים הם למעשה הננובוטים של הטבע). האיבחון והריפוי יוכלו להתבצע בשלבים מוקדמים ביותר של המחלה, והצורך בהרבה ניתוחים והליכים פולשניים מסוכנים ופוגעים בגוף יבוטל. ובכן אנחנו מדברים על תחום שיש לו הפוטנציאל לשנות את הרפואה ולהזניק אותה כמה צעדים אל העתיד, ואף לשפר ולהאריך את תוחלת החיים. הרפואה אכן מתפתחת לכיוון המזעור והרובוטיקה ואם חזון זה יתממש בעתיד יסתכלו על הרפואה העכשוית בעין לא פחות מזלזלת משאנחנו מסתכלים על הרפואה הקדומה.

אך האם הננוטכנלוגיה יכולה לתרום לרפואה בלבד? ומה מצב ההתפתחות שלה כיום? ובכן חישבו על מכונות בגודל כזה שאלפים מהן יכנסו לגודלה של הנקודה בסוף משפט זה, ננו-מכונות שייצרו מוצרים ברמה המולקולרית, על-ידי חיבור של אטומים ומולקולות בדידים. כפי שהטלויזיה, המטוס והמחשב גרמו ל"מהפכות" במאה ה-20, טוענים מומחים כי לננו-טכנולוגיה תהיה השפעה מרחיקת לכת אף יותר במאה השנים הבאות. הרעיון של התערבות בסידור אטומים ומולקולות הוצג לראשונה כבר ב-29.12.1959 בידי פרופ' Richard P. Feynman, פיזיקאי שהשתתף קודם לכן בפיתוח פצצת האטום. בהרצאה שנשא בכנס השנתי של האגודה האמריקנית לפיזיקה באוניברסיטת CalTech, קרא Feynman להאיץ את המחקר בתחום פיזיקלי חדש – ארגון מחדש של החומר, ברמת האטום. לאחר מכן, פורסם תחום הננו-טכנולוגיה בצורה נרחבת על-ידי Eric Drexler, בספרו משנת 1986 The Engines of Creation. הכרה בינלאומית רחבה לתחום היתה בשנת 1996 עם זכייתו של פרופ' Richard Smalley בפרס נובל לכימיה. הנ"ל, אשר עומד כיום בראש המרכז למדעי ננו-טכנולוגיה באוניברסיטת Rice, מצא (עם שותף) מולקולות פחמן, הנקראות Nanotubes, שהינן בעלות חוזק רב ותכונות אלקטרוניות מיוחדות. חלקיקים בתחום הננו כל כך קטנים, עד כי חוקי הפיזיקה הקלאסית, כולל גרביטציה, לא חלים עליהם ואת מקומם תופסים חוקי הפיזיקה הקוונטית (שלצערנו לא כולם מובנים עדיין). רק מיקרוסקופים מיוחדים מסוג מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (Scanning Probe Microscope) מאפשרים צפייה ברמות אלה. בשנת 1990 פיתחה חברת IBM יכולת "להזיז" אטומים בודדים, יכולת שהצגה לעולם על-ידי הצבת 35 אטומי Xenon על-גבי משטח ניקל גבישי (Nickel Crystal), ליצירת השם "IBM". בהדגמה נעשה שימוש במיקרוסקופ בעל יכולת הפעלת כח להזזת אטומים. חברת IBM אף הציגה בחודש אוקטובר 2002 את המעגל האלקטרוני הזעיר שיוצר אי פעם (כ-17X12 ננומטר), שפותח על-ידי מניפולציה של מולקולות חד תחמוצת הפחמן (Carbon Monoxide, סימן כימי CO) על משטח נחושת. המעגל הינו התקן ספרתי הקטן פי 260,000 מטכנולוגיית 0.2 מיקרון הנמצאת בשימוש ברכיבים המתקדמים ביותר. בנובמבר 2003 פורסם מחקר של חוקרים מהטכניון שהצליחו להראות לראשונה, כיצד מולקולת DNA יוצרת מתג חשמלי (טרנזיסטור) בסיסי. הדוגמה האחרונה כמו הננובוטים של הבורג המשנים את תיפקוד התאים בגוף מראה לנו קשר בין הנדסה גנטית וביוטכנולוגיה לננוטכנולגיה.

הננוטכנולוגיה והחומרים המתוחכמים שייוצרו בעזרתה יוכלו להציע חידושים בעוד תחומים עוד לפני המהפכה ברפואה שתוארה: למשל ביגוד מתוחכם דוחה כתמים ובעל תכונת מיוחדות רצויות (ואלי אחד החסרונות שלו יהיה צורך בילתי פוסק לישר את החולצה…), חלונות מתוחכמים שיוכלו לסנן קרניים מזיקות ולכוון את מידת האור אותה הן מעבירים וחלונות וקירות שיזהו לכלוך ויפעילו מנגנון ניקוי עצמי. בתחום המיחשוב, תחום בו המזעור יגיע בעתיד הנראה לעין למגבלות הפיזקליות שלו, יפותחו עוד ועוד התקני מחשוב חדישים וזעירים. "אבק חכם" (Smart Dust) – רשת חיישנים זעירים שיהיו בעלי מספר יכולות פשוטות מאוד כגון מדידת טמפרטורה, לחות, תזוזה, לחץ וכד'. בעתיד ניתן יהיה ליצור חיישנים אלה בגודל מילימטר מרובע בלבד (ראש סיכה) ובעלות נמוכה מאוד (סנטים בודדים). מיליארדי חיישנים מעין אלה צפויים לנטר כל דבר שזז, צומח, מרעיש או מחמם. שימושים אפשריים לסנסורים הזעירים: מדידת תעבורה בכבישים, מדידת כשלים במבנים לאורך זמן, חיווי מצב הסחורה על המדפים, מדידת נתוני מזג אויר, מדידת טמפרטורה במתקני קירור לא מאוישים ועוד. באמצעות משדר זעיר ישדר החיישן את הקריאות שביצע. התוצאה תהיה רשת חיישנים מורכבת, המעבירה את המידע האלמנטרי מכל הסנסורים למרכז בקרה חזק. תפקידו של המרכז הוא לנתח את כל האינפורמציה הזורמת אליו ולהסיק מסקנות בהתאם (הרגלי צריכה של לקוחות, תנועות של חשודים, תהליכי אספקת סחורה וכד'). באוניברסיטת קליפורניה בברקלי מתבצעת עבודה להגדרת תקן למערכת הפעלה בקוד פתוח (TinyOS) עבור חיישנים זעירים, הפועלת על בסיס פחות מ-8 KB זכרון.
יש גם סכנות ובעיות מוסריות בעיסוק בננוטכנולוגיה, כמו שיש בעיסוק ברבים מהתחומים בעלי הפוטנציאל והחדשים ביותר במדע. קרינה רדיו-אקטיבית שתיפלט מחלקיקים מזעריים וחומרים שיהיה בהם סכנה לגוף האדם ולסביבה, אובדן שליטה על פעולתן של מיליוני מכונות קטנות, שיהרסו ויפגמו בכל הנקלע לדרכן ושכפול עצמי בלתי ניתן לריסון של מכונות מיזעריות. אלה חלקן של הסכנות והתקלות שעלולות להתרחש, כשמדובר בננוטכנולוגיה ועוד גרוע מכך כשמדובר בהתערבות בגוף האדם.

ולסיכום, כשמחברים כימיה, פיזיקה, מיחשוב ורובוטיקה וכל זה בקטן, אפשר לקבל משהו גדול. חדי הקריאה וההבנה הבינו כבר את הרמז שניתן בהתחלה: אם נמשיך בקו מחשבה זה נגיע למכונת שמסדרות אטומים בודדים, טכנולוגיה בה בין היתר פועל המשגר של האנטרפרייז, שהוזכר בהתחלה ובו נעסוק בפעם הבאה לאחר שנתגבר על איום הבורג ונסקור עוד כמה טכנולוגיות שהם מציגים לנו.
וזכרו: דברים קטנים מגיעים בחבילות קטנות.

מוזמנות ומוזמנים להגיב:

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת גוגל

אתה מגיב באמצעות חשבון Google שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

מתחבר ל-%s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.