Una breve introduzione ai concetti fondamentali della nanotecnologia molecolare

Il Giornale Online
di Ralph C. Merkle http://www.merkle.com/

Un manufatto è composto da atomi. Le caratteristiche di tale manufatto dipendono dal modo in cui tali atomi sono organizzati. Organizzando in modo diverso gli atomi di un pezzo di carbone, possiamo trasformarlo in un diamante, organizzando in modo diverso gli atomi di un pugno di sabbia (e aggiungendo alcune altre sostanze) possiamo ottenere dei microcircuiti integrati e organizzando in modo diverso gli atomi di terra, acqua e aria, possiamo ottenere delle patate. I metodi di produzione odierni sono estremamente rozzi, dal punto di vista molecolare. Stampaggio, tornitura e altri processi industriali, persino la litografia, possono solo spostare enormi agglomerati di atomi per volta. E' come cercare di costruire una struttura con il Lego, indossando però un paio di guantoni da box. Certo, puoi spingere i blocchi di Lego e farne dei gran mucchi, ma non puoi metterli insieme come vuoi.

In un prossimo futuro, la nanotecnologia ci permetterà di toglierci i guantoni da box. Potremo connettere i mattoni fondamentali della natura con facilità, economicamente ed in quasi ogni modo immaginabile. Questa nuova abilità ci permetterà non solo di continuare la rivoluzione nel settore informatico nella prossima decade, ma anche di creare una nuova generazione di prodotti industriali più puliti, più forti, più leggeri e più precisi. Vale la pena menzionare che il termine “nanotecnologia” è divenuto ormai molto conosciuto ed è utilizzato per descrivere molti tipi di ricerca scientifica in cui le dimensioni tipiche sono inferiori a circa 1,000 nanometri. Per esempio, il continuo progresso nel settore della litografia ha prodotto linee della larghezza di meno di un micrometro: ciò è spesso descritto come “nanotecnologia” ed è certamente molto utile (come dovrebbe sapere chiunque usi un computer!), ma è altrettanto chiaro che la litografia non potrà permetterci di costruire semiconduttori i cui singoli atomi siano disposti esattamente dove e come vogliamo.

Molte delle tendenze a carattere esponenziale presenti nel settore della telematica hanno mantenuto i propri tassi di crescita per ormai 50 anni ed è un fatto accettato che tali tendenze continueranno a ritmi simili per almeno altri dieci anni, ma a quel punto la litografia dovrebbe iniziare ad avvicinarsi al proprio limite estremo. Se vorremo mantenere questa tendenza, dovremo sviluppare una tecnologia nuova, “post-litografica”, che ci permetta di costruire circuiti integrati in maniera economica ed i cui componenti siano di dimensioni e precisione molecolari e che siano inoltre interconnessi fra di loro in maniera complessa ed altamente specifica.

La nanotecnologia ci permetterà di realizzare tutto ciò.

Quando non è chiaro dal contesto se stiamo usando la definizione specifica di “nanotecnologia” usata in questo articolo oppure se stiamo usando il termine più generico, spesso usato nel settore, userò il termine “nanotecnologia molecolare” o “manifattura molecolare.”

Comunque la si voglia chiamare, tale tecnologia dovrebbe permetterci di:

– manovrare praticamente ogni atomo nella posizione desiderata.
– costruire quasi ogni struttura che possiamo immaginare a livello atomico, che sia consistente con le leggi della fisica e della chimica
– avere costi di produzione che non eccedano sostanzialmente i costi delle materie prime e dell'energia necessari.

Esistono due altri concetti comunemente associati con la nanotecnologia:

Assemblaggio posizionale (Positional assembly)
Auto-replicazione (Self replication) (Versione in italiano)

Chiaramente, dovremmo essere più che soddisfatti di qualunque mezzo che raggiunga i primi tre obiettivi sopracitati. Direi però che ciò sarà difficile senza avere anche un minimo livello di assemblaggio posizionale (per poter manovrare i necessari componenti molecolari nelle posizioni desiderate) e senza un certo livello di auto-replicazione (in modo di tenere bassi i costi). La necessità dell'assemblaggio posizionale implica un interesse per la robotica molecolare (molecular robotics), cioè robot che siano di dimensioni e precisione molecolare. Questi meccanismi di posizionamento molecolari assomiglieranno probabilmente a versioni estremamente piccole delle loro controparti macroscopiche. La capacità di assemblaggio posizionale è frequentemente usata in normali processi produttivi moderni (a livello, quindi, macroscopico – ndt) e offre enormi vantaggi. Non utilizzarla, sarebbe l'equivalente di tentare di costruire una bicicletta con le mani legate dietro la schiena!

L'idea di manipolare e posizionare singoli atomi e molecole è ancora nuova e ci vorrà del tempo per abituarcisi. Comunque, come affermato da Feynman nel suo classico discorso nel 1959 (classic talk in 1959): “I principi della fisica, secondo me, non contraddicono la possibilità di manovrare oggetti atomo per atomo”. Si tratta di applicare a livello molecolare il semplice concetto che ha ampiamente dimostrato la propria efficacia a livello macroscopico: per assemblare un oggetto complesso, basta mettere le singole parti nel posto giusto! La necessità di mantenere bassi i costi di produzione spiega l'interesse verso i sistemi di produzione autoreplicanti studiati da Von Neumann negli anni Quaranta. Questi sistemi possono produrre copie di sé stessi e fabbricare prodotti utili. Se riusciremo a progettare e costruire uno solo di questi sistemi, i costi di produzione per i prodotti fabbricati successivamente da tale sistema saranno estremamente bassi (partento dal presupposto che possano anche fabbricare copie di sé stessi a costi ragionevolmente bassi).

L'articolo è tratto dal sito della Zyvex, la pionieristica azienda americana dedicata allo sviluppo della nanotecnologia (per l'articolo in lingua originale e per una incredibile serie di collegamenti, clicca sul logo della Zyvex ( http://www.zyvex.com/nano/)).

Fonte: http://www.estropico.com/id114.htm
Vedi: http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/Costruire_strutture_nanoscopiche_atomo_per_atomo/1345164


Una breve introduzione ai concetti fondamentali della nanotecnologia molecolare ultima modifica: 2010-10-21T15:14:08+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l’incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)