Jesteśmy przyzwyczajeni do obserwacji rozwoju technologii w skali makro – budujemy coraz wyższe budynki, większe pojazdy, potrzebujemy więcej energii i przestrzeni. Tymczasem w czołówce nowoczesnych osiągnięć technologicznych znajduje się nanotechnologia, której rozwój polega na zwiększaniu praktycznych możliwości rekonstrukcji pojedynczych atomów i struktur atomowych o wielkości liczonej w nanometrach, dzięki czemu można tworzyć materiały charakteryzujące się właściwościami diametralnie innymi niż mają surowce wejściowe.
Najwcześniejszy przykład wykorzystania nanocząsteczek pochodzi z IV wieku n.e. Stworzono wówczas tzw. puchar Likurga. Został on wykonany ze szkła dichroicznego, zawierającego złoto i srebro, mającego zdolność zarówno do pochłaniania, jak i rozpraszania światła. Dzięki temu szkło mogło przybierać barwę zieloną lub czerwoną w zależności o ulokowania źródła światła. Aż do XVII wieku nanocząsteczki srebra i miedzi pozwalały uzyskiwać specjalne szkliwa ceramiczne o metalicznym połysku. Również słynna stal damasceńska zawierała nanorurki węglowe pomiędzy warstwami metalu, dzięki czemu była niesłychanie wytrzymała, a przy tym lekka. W ten sposób zdolni rzemieślnicy potrafili – zupełnie nieświadomie – tworzyć niezwykłe produkty z wykorzystaniem nanotechnologii.
W 1857 roku Michael Faraday po raz pierwszy opisał niezwykłe właściwości barwne koloidalnego złota. Jednak dopiero w 1936 Erwin Müller wynalazł polowy mikroskop emisyjny, który umożliwił obserwację struktur na poziomie zbliżonym do atomowego. Piętnaście lat później zaprezentował pierwszy mikroskop elektronowy, dzięki któremu mógł obserwować ułożenie atomów w pierwiastkach. Kolejnym krokiem w rozwoju nanotechnologii było wynalezienie sposobu manipulacji strukturami molekularnymi do tworzenia miniaturowych układów elektronicznych. Uwieńczeniem prac było opracowanie w 1981 roku skaningowego mikroskopu tunelowego, a w 1986 mikroskopu sił atomowych. W ten sposób po raz pierwszy inżynierowie i naukowcy mogli manipulować pojedynczymi atomami.
Dziś nanotechnologia działa w wielu branżach, z którymi stykamy się na co dzień, od komputerów po kosmetyki. W elektroenergetyce są prowadzone badania dotyczącego praktycznego zastosowania nanorurek węglowych charakteryzujących się bardzo wysoką wytrzymałością, lekkością oraz przewodnością znacznie większą niż stal czy miedź. Nie są one powszechnie stosowane, głównie ze względu na ich cenę, która wynosi obecnie tysiące dolarów za kilogram. Pojedyncza nanorurka potraf przewodzić prąd 20 mikroamperów, co jest wielkością bardzo dużą, zważając na fakt, że omawiany przewodnik ma średnicę około jednego nanometra. Przy 2 proc. sprawności każdej z nanorurek i wykonaniu z nich przewodnika o średnicy 1,25 cm, mógłby on teoretycznie przewodzić prąd o wartości dziesiątek milionów amperów. Z kolei kropki kwantowe mają właściwości poprawiające skupianie światła widzialnego oraz absorbują promieniowanie podczerwone, dzięki czemu mogą zwiększyć sprawność ogniw fotowoltaicznych.
Wyzwaniem dla nanotechnologii jest wydłużenie czasu życia akumulatorów chemicznych (od 10 do 20 razy) oraz bezpieczeństwa ich użytkowania, a także – co równie ważne – zdecydowane skrócenie czasu ich ładowania – z godzin do minut. Również ogniwa paliwowe dzięki nanotechnologii będą mogły mieć znacznie wydajniejsze membrany katalityczne, a zbiorniki na wodór – być lżejsze. Większa będzie również wydajność dostępnych metod oczyszczania wodoru.
Jednym z bardzo obiecujących obszarów rozwoju nanotechnologii jest nanorobotyka. Według niektórych futurologów już około 2030 roku będzie możliwe stworzenie miniaturowych robotów, które krążąc w naszej krwi, będą wspomagały organizm w walce z chorobami. Obecnie trwa testowanie zrobotyzowanych pasm DNA, których zadaniem jest poszukiwanie i niszczenie komórek nowotworowych. Innymi testowanymi zastosowaniami są nanoroboty dostarczające leki do konkretnych miejsc, zapobiegając skutkom ubocznym ich stosowania. Teoretycznie nanoboty będą mogły być pewnego dnia wykorzystane do ciągłego monitorowania naszego organizmu pod kątem chorób, stale przekazując te informacje do centralnego systemu monitowania pacjenta. Możliwości są, ale same badania będą niezwykle kosztowne i z całą pewnością długotrwałe. Lekarze są bardzo ostrożni w zakresie określania korzyści medycznych ze stosowania nanotechnologii, bo np. chirurgia wspomagana przez roboty okazała się droższa niż metody tradycyjne i dyskusyjna, jeśli chodzi o rezultaty.
Jeśli wstrzyknięcie nanorobota do krwi stanie się dostępną metodą leczniczą, wówczas będziemy się zastanawiać, czy warto. Na pewno warto trzymać kciuki za rozwój nanostruktur w przetwarzaniu, transporcie i magazynowaniu energii, zarówno elektrycznej, jak też cieplnej.
Krzysztof Hajdrowski
