Nanotechnológie: možnosti a riziká

Naša schopnosť manipulovať so súbormi atómov je základom akejkoľvek technológie. Paradoxom je, že napriek tomu sú naše doterajšie metódy manipulácie s atómami a molekulami ešte vždy neuveriteľne primitívne. Okrem malých a čerstvých výnimiek spočívajú naše súčasné technológie výhradne na hrubej manipulácii s obrovskými súbormi atómov.
Vyrástli na tradícii so začiatkom v praveku a tú je v nich ešte veľmi cítiť. Pohodený kameň a spadnuté drevo boli prvé ľudské nástroje, ktoré sme začali využívať. Kus kameňa obsahuje asi bilión biliónov molekúl, pazúrik odštiepený z tohto kameňa na hrot šípu už len miliardu biliónov molekúl. Neskôr bola „upečená" prvá keramika a začali sme používať prvé pigmenty na skrášlenie vlastných tiel, kmeňovú identifikáciu a rituálne maľby v jaskyniach. Ešte neskôr sme získali už aj „prvé skvelé" kovové zbrane. Materiály sme spracúvali oklepávaním, tepaním, používali sme rôznym spôsobom tepelné spracovanie, odlievanie a primitívne trieskové opracovanie.
Dnes dokážeme vypáliť keramiku s vlastnosťami ušitými na mieru, vyrobiť pevnejšiu oceľ a odolné zliatiny, ale produkty a výrobky z nich stále vyrábame v princípe rovnakým opracúvaním: odlievanie, trieskové obrábanie a frézovanie, tepanie atď. Dokážeme vyrobiť extrémne čistý kremík a laserom „vytetovať" na jeho povrchu rôzne štruktúry. Voláme to mikroprocesor a považujeme ho za produkt skvelej miniaturizácie. Ak jeho rozmery porovnáme s prvými elektrónkovými počítačmi, tak je to pravda, no každý takýto procesor ešte vždy pozostáva z guliverovského množstva bilióna atómov.
Doterajší technologický štýl, ktorý platí pre pazúrik aj mikroprocesor, postupoval spracúvaním v bloku, „hrubou" manipuláciou s obrovskými súbormi atómov a molekúl. Naďalej sme však nemohúci v jemných bodových manipuláciách na atomárnej a molekulárnej úrovni. Takéto schopnosti jemnej priestorovej manipulácie, napríklad enzýmov v biologických štruktúrach, by v medicíne predstavovali objavenie kameňa mudrcov.
Nanotechnológie, nový technologický prístup si kladie za cieľ manipuláciu na úrovni jednotlivých molekúl. Vyleptaná štruktúra v najmenších mikroprocesoroch je v škále mikrometrov, čo je milióntina metra, no pri manipulácii s jednotlivými molekulami sa pohybujeme v nanometroch, čo je ešte tisíckrát menej, teda v miliardinách metra. Diamantová kocka s hranou jedného nanometra obsahuje len asi dvesto atómov uhlíka.
Inžinierstvo a dizajn v tejto škále je práca, kde fyzika, chémia, elektronika, ale aj mechanika a biotechnológie môžu zohrať fascinujúcu hru v jednej a tej istej aréne, kde sa navyše počas hry môžu uplatňovať kvantovomechanické paradoxy. Tak ako to takmer poeticky v jednej zo svojich slávnych prednášok z roku 1959 v súvislosti s fyzikálnymi možnosťami manipulácie atómov vyjadril nositeľ Nobelovej ceny za fyziku Richard Feynman: „There is a plenty room at the bottom" (Tam dole na dne čaká množstvo možností.). Tento bez ujmy ťažko preložiteľný bonmot je v literatúre o nanotechnológiách takmer povinnou citáciou.
Nanotechnológie sú súborom rôznych technológií, ktoré majú spoločný základ v manipulácii spôsobom „atóm vedľa atómu" a kontroly štruktúry materiálov na molekulárnej úrovni. Takáto schopnosť nám potenciálne umožňuje doslova konštruovanie molekulárnych systémov v atomárnej škále a s atomárnou presnosťou - pre možné rôzne typy nanostrojov vrátane nanopočítačov. Mark Drexler, skutočný ideový otec nanotechnológií, sníva dokonca o biologicky aktívnych, samostatne pracujúcich molekulárnych manipulátoroch, agregátoroch a umelých replikátoroch.
Život, tak ako ho poznáme, tvorí neuveriteľná komplexnosť a rozmanitosť štruktúr, ktorá si takmer úplne vystačí s piatimi prvkami (uhlík, kyslík, vodík, dusík a fosfor). Radikálne vnímané nanotechnológie, manipulácie na báze celej periodickej sústavy prvkov otvárajú možnosti, ale tiež následky oveľa väčšie ako genetické inžinierstvo. Rozšírenie takýchto technológií a ich „produktov" (aj samoreplikujúcich sa) môže úplne narušiť naše „prirodzené" pozadie, prostredie a našu biologickú prirodzenosť. Aj preto sa takto vnímané nanotechnológie radia do eticky veľmi citlivej oblasti s množstvom odporcov, medzi ktorými je napríklad britský princ Charles.
No keby sme chceli byť úplne radikálni, môžeme začať hovoriť o nanomanipuláciách v mozgu, bezprostrednej interakcii nášho mozgu s okolím prostredníctvom neurorozhraní na báze nových materiálov alebo o genetickom nanoinžinierstve, teda riadenej interakcii molekulových strojov s naším genotypom, a do toho ešte zamiešať všetky „zázračné" možnosti a paradoxy kvantovej mechaniky, ktorá na tejto úrovni dominuje. Takýto technologický posun s naznačenými dôsledkami bude nevyhnutne spojený s obrovskými rizikami a zodpovedajúcimi etickými a politickými dilemami. Nebezpečenstvo umelých zmien ľudskej prirodzenosti (fyziologickej, genetickej a kultúrnej) celkom iste prinesie množstvo nepredpovedateľných dosahov.
Tak, ako je kvantová mechanika nevyhnutná na pochopenie nanotechnológií, raz, ak sa nám podarí prejsť ešte nižšie, na úroveň pikotechnológií, teória relativity a s ňou aj relatívnosť času môže začať hrať dominujúcu rolu. Ak budú naše piko-, femto- a attostroje dostatočne rýchle, možno v nich raz dokážeme ovplyvňovať aj šípku individuálneho času.

MICHAL KORENKO
Ústav anorganickej chémie SAV