Category Archives: ננוטכנולוגיה, תחזיות

"גלימת היעלמות" – הרצאה שלי ביוטיוב

הנה קישורים לקטעים מהרצאה שנתתי בפסטיבל אייקון של האגודה למדע בדיוני בספטמבר 2010 :

חלק א': http://www.youtube.com/watch?v=BNsXEUVsGTs

חלק ב:  http://www.youtube.com/watch?v=-KhFqgwFWMk

מודעות פרסומת

חפיצים במרשתת*

בסרטים וסיפורים רבים בתחום המדע הבדיוני אפשר למצוא מתקן מופלא, שלפעמים נקרא "רפליקטור", ולפעמים בשם מקורי ומרשים יותר. בלחיצת כפתור הוא מגיש לנו כל דבר שרק יעלה על הדעת, כאילו יש מאין – פייזר, טלפורטר, שתל ביוני או סתם ארוחה טעימה. האם יש יסוד לתקווה שתיבת קסמים כזאת, הפולטת מוצרים לפי דרישה כארנבים מכובעו של קוסם, תהיה אי פעם מציאות טכנולוגית? בעלי החזון שבתחום הננוטכנולוגיה סבורים שכן. הננוטכנולוגיה פרצה לתודעת הציבור הרחב לפני 20 שנה, במידה רבה בזכות הספר "מכונות הבריאה" מאת אריק דרקסלר. כ-30 שנים קודם לכן התנבא ריצ'רד פיינמן, פיסיקאי נודע וחתן פרס נובל, שביום מן הימים נגיע ליכולת טכנולוגית "לארגן" מולוקולות ואטומים כרצוננו, ולבנות מהם דברים כאילו היו קוביות לגו. היום מהווה הננוטכנולוגיה מוקד למחקר ופיתוח אינטנסיבי במדינות רבות בעולם, לרבות בארץ, עם השקעות תקציב אדירות. בין המוצרים שכבר נמצאים בשוק הודות למחקר זה אפשר למנות שבבי מחשב ננו-אלקטרוניים וגם קרמים קוסמטיים המכילים "ננו-חלקיקים" בעלי תכונות ייחודיות, ועוד כל מיני דברים כאלה שהם מועילים וחשובים, אך רחוקים מלהלהיב חובבי עתידנות ומדע בדיוני. "מעלית החלל", כמו זו שמוזכרת בספרו של ארתור סי קלארק "מזרקות גן העדן" שתורגם לאחרונה לעברית, היא דבר מלהיב יותר שמתאפשר הודות לחומרים בעלי חוזק-על (על בסיס "ננו-צינוריות" מפחמן) – אחד ממוקדי העניין של ענף ה"ננו-חומרים" שבננוטכנולוגיה. (נאס"א מגלה בזה עניין רב, כמו גם חברות הזנק בארה"ב שכבר מגייסות השקעות למימוש הרעיון).

אבל איפה ה"רפליקטור" המיוחל? חסידי "הננוטכנולגיה המולקולרית" משוכנעים שזהו חזון בר מימוש. רעיון "האסמבלר המולקולרי" (שהועלה לראשונה ע"י דרקסלר) אינו מרפה, אף שהוא עדיין שנוי במחלוקת. דרקסלר התנבא כבר לפני שנים רבות שמתי שהוא בעתיד נחזיק בבית קופסה שמזכירה תנור מיקרוגל, שלתוכה נכניס אשפה ומים, נלחץ על כפתור, וכעבור זמן מה יתגשם לו שם סטייק עסיסי (או טלפון סלולרי מתקדם) – לאחר שצבא ננו-רובוטים יפרק את האשפה למולקולות וירכיבן מחדש למוצר המבוקש. "ייצור מולקולרי" שכזה הוא, בעיני טכנולוגים בעלי חזון, הרעיון המבשר את המהפכה התעשייתית הבאה. שהרי כל דבר עשוי מאטומים ומולקולות, ולכן למה לא לבנות כל דבר היישר מאטומים ומולקולות?
לאחרונה אפשר למצוא ברשת האינטרנט סרטון אנימציה יפהפה שממחיש את פעולתו של "ננו-מפעל", שרבים כמותו יהוו אולי את תעשיית העתיד, ושביום מן הימים נוכל אולי להחזיק גם בבית. הסרט, שנוצר ע"י אריק דרקסלר בשיתוף עם ג'ון בירץ', מבוסס על הרעיונות ההנדסיים שהופיעו בספרו הטכני של דרקסלר "ננו-מערכות", העמוס לעייפה בשרטוטים ותכניות מפורטות לבניית ממסרות, מיסבים, משאבות, וזרועות רובוטיות הבנויות מקבוצות קטנות של אטומים או מולקולות. הוא ממחיש בצורה מפורטת את תהליך הייצור, החל ממיון של מולקולות, דרך סידורן במערכים מורכבים ע"י ננו-מכונות" המזכירות סרטים נעים וזרועות רובוטיות במפעל מכוניות ממוכן להפליא, ועד להרכבת המוצר הסופי. ה"ננו-מפעל" הזה אינו מייצר סטייקים אלא עצמים שונים המבוססים על מולקולות פחמן בסידורים שונים, מתוך חומרי גלם הכוללים תרכובות נפוצות של פחמן ומימן. בסרטון ההמחשה רואים איך בסוף התהליך "צומח" לו מחשב נייד מדגם משוכלל, על כל מרכיביו.

מראה כללי של ה"ננו-מפעל" המוצע ע"י דרקסלר. תמונה זאת ויתר התמונות המתייחסות לננו-מפעל לקוחות מסרטון ההמחשה שהוזכר במאמר.

אף שהדבר נראה עדיין ללא מעט אנשים כבלתי מעשי או לפחות כחלום רחוק, מספר חברות ואוניברסיטאות בארה"ב משתפות פעולה בבדיקה ראשונית של רעיונות העשויים להפוך את חזון ה"ננו-מפעל" למציאות. ועם קצת דמיון, אפשר לדמיין כאן התפתחויות שמזכירות במשהו את התהפוכות שעוברות על תעשיית המוסיקה המוקלטת. האם לפני 30 שנה מישהו היה מסוגל לדמיין לעצמו שאנשים "יורידו" יצירות מוסיקליות מאיזו "רשת" כלל-עולמית, והשירים יתגשמו להם על פני דיסק אופטי הנצרב בתוך קופסה ביתית שמחירה שווה כמעט לכל נפש? באותה מידה של קושי אפשר לדמיין שבתוך X שנים מהיום נוכל "להוריד" ולשתף קבצים של החפיץ (גאג'ט) האופנתי האחרון, כמו איזה טלפון סלולרי מהדור ה-12, ואולי אף קובץ של סטייק עסיסי (שיהיה מן הסתם אכיל גם בפי צמחונים אידיאולוגיים, אגב) – ולממש אותו ב"ננו-מפעל" שולחני אישי.

בקרביים של הננו-מפעל: ננו-מכונה למיון מולקולות.

בקרביים של הננו-מפעל: פסי יצור וננו-רובוט להרכבה

המוצר הסופי (מחשב נייד משוכלל) "צומח" ובוקע מתוך המתקן

אם זה נראה לכם, על אף הסרטון המשכנע, כחלום באספמיה, אז בואו נבדוק משהו קצת פחות יומרני, שמימושו הרבה יותר קרוב ומעשי על פי הידע שמצוי כיום. יותר ויותר מומחים סבורים שבשנים הקרובות מוצרים שונים ייוצרו בשיטות המזכירות דפוס דיגיטלי. למעשה מדובר על ניצול הטכנולוגיות של הדפסה דיגיטלית כמו הזרקת דיו, להדפסת עצמים שונים במקום אותיות או תמונות. כבר כיום ניתן להדפיס מעגלים אלקטרוניים ע"י הזרקת דיו מיוחדת, כשהמידע המתאר את המעגל האלקטרוני נמצא בקובץ ממוחשב, כפי שהמידע המתאר את המאמר הזה נמצא בקובץ של מעבד תמלילים. הדיו שונה, כמובן, מהדיו המשמש להדפסת אותיות או תמונות, והוא מכיל את החומרים הדרושים לבניית המעגלים האלקטרוניים.
באופן דומה ניתן לבנות חפצים וחפיצים תלת-ממדיים, ע"י הדפסה של שכבה אחר שכבה אחר שכבה. זה מתאפשר הודות לשילוב של טכנולוגיות הדפסה מתקדמות יחד עם רכיבים וחומרים מיוחדים כמו פולימרים אלקטרו-אקטיביים (שתכונותיהם הפיסיקליות משתנות בהשפעת שדה חשמלי), טכנולוגיות של מיקרו-זרימה, ועוד. זהו העידן המדובר של "ייצור דיגיטלי" בשיטות דמויות-דפוס. זה עדיין רחוק מאוד מ"ייצור מולקולרי", ודווקא משום כך זה בהחלט מעשי מתחיל להיות מיושם הלכה למעשה כבר היום.

 

"ייצור דיגיטלי" עתידי של מכשירים. הציור מתאר הדפסת שלט-רחוק בהזרקת-דיו, שכבה אחר שכבה. ראשי הדיו מכילים פולימרים אלקטרואקטיביים ורכיבים אלקטרוניים. (הציור לקוח ממאמר שהופיע בעיתון "ניו סיינטיסט" ונמצא באתר http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn3238 )

לדוגמא, קבוצת חוקרים באוניברסיטת ברקליי שבקליפורניה פיתחה שיטה בשם "פלקסוניקס" המשמשת לבניית רכיבים אלקטרו-מכניים שונים בדרך זאת. החברה הישראלית Power Paper מדפיסה כיום באופן מסחרי סוללות של 1.5 וולט, בגודל כ-3 ס"מ, עובי דקיק של 0.6 מילימטר, ואורך חיי מדף של 3 שנים. באופו דומה מודפסים גם "תגי רדיו" (RFID) אשר בקרוב יחליפו את ה"ברקודים" על אריזות מוצרים . תגי רדיו יאפשרו לנו בין השאר להעמיס מוצרים בעגלת המרכול, לעבור בקופה ולקבל את החשבון תוך שניה בלי לעמוד בתור ובלי צורך בסריקת כל מוצר בנפרד. (יש לתגי הרדיו שימושים רבים אחרים, וגם בעיות ראויות לדיון, אך זה מחוץ למסגרת של מאמר זה).
כשחושבים על הדפסת הדברים שהוזכרו קודם, ורבים אחרים, כבר ממש לא קשה לדמיין, כהמשך הגיוני לשיתוף קבצי מוסיקה, אתרי אינטרנט לשיתוף קבצים של מוצרים שונים ומשונים שניתנים להדפסה שכבתית. אם משתפים קבצי תמונות, וידאו ומוסיקה, מדוע לא גם יצירות אמנות תלת-ממדיות, כלי בית, תכשיטים, משחקים, מודלים ארכיטקטוניים ומה לא…?

יתרה מזאת, לפי עבודות נסיוניות של מספר קבוצות מחקר, קיימת אפשרות ליצור אפילו אלמנטים ביולוגיים בשיטות של הדפסה. למשל, בניית ריקמה של עור בעזרת "דיו ביולוגי" מיוחד. השיטה יכולה אולי להוות בסיס גם לבניית רקמות ביולוגיות אחרות, ואף אברים מלאכותיים שלמים כמו כליה או כבד. האם בעתיד נוכל גם להוריד קובץ ממוחשב של כליה ביולוגית מלאכותית? לא אתפלא אם כן. וזה מביא אותנו לתחום המרתק של "ביולוגיה סינתטית", שאותו נשמור למאמר אחר.

 

פורסם בגליון מס' 29 של "המימד העשירי".

"מה יהיה" – קריאה מודרכת בכתבה ב"מעריב"

ב-15.1.06 פורסמה במוסף כלכלה של "מעריב" כתבה גדולה בשם "מה יהיה" – פרויקט משותף של "מעריב" וגלי-צה"ל – על התפתחויות טכנולוגיות עתידיות. בכתבה נכללו מספר קטעים על נושאים שונים, שהתבססו על ראיונות עם מספר חוקרים ומומחים. היא הופיעה גם בגרסה מקוונת באתר NRG .
 
הקטע על ננוטכנולוגיה התבסס על ראיון טלפוני עם עבדכם הנאמן. למרבה הצער, יש בו מספר שגיאות ואי-דיוקים.

להלן הקטע, עם תיקונים שלי תוך "בוקסות"(בגופן נטוי). 
 
ננו-טכנולוגיה היא עולם חדש ומופלא שחוקיו עדיין אינם ברורים, אפילו לאלו העוסקים בתחום זה: עולם המולקולות, עד לרמת האטומים, הוא זה שקובע איך ייראו החומרים שבהם נשתמש בעתיד, איך נטפל בחולים, איך נבנה את מכונות העתיד. כאן לא מדובר במדע העוסק בחומרים שאפשר לאחוז בכף-היד, אלא בתוצרים קטנים כל-כך שקשה לראות בעין בלתי מזוינת. אבל חומרים אלה הם שישנו את העולם – ברפואה, במחשבים ובתעשיה.

   

 לא נכון שהננוטכנולוגיה עוסקת בתוצרים "קטנים כל-כך שקשה לראותם בעין בלתי מזוינת".   התמונה שמלווה את הכתבה מוכיחה זאת! רואים בה את "מעלית החלל" – שהכבלים שלה מבוססים על ננוטכנולוגיה. אורכם עשרות אלפי ק"מ –  לא צריך כלל מיקרוסקופ בשביל לראותם…

אחד היישומים המרכזיים הצפויים למדע המרגש הזה הוא בתחום הרפואה. התקנים בממדים זעירים במיוחד ירוצו בגופנו, "יסיעו" תרופות לתאים חולים ויבצעו הליכים קיצוניים כמו סילוק גידולים סרטניים. דגש מיוחד ניתן לתכנון מערכות המשלבות ננו-טכנולוגיה עם ביולוגיה. "המערכות הללו יאפשרו לחקור תופעות בתאי הרקמות ולבצע בתוכם מניפולציה כירורגית. יהיו תרופות שיוחדרו באופן ממוקד למקום חולה בגוף-עד לרמת התא הבודד", מעריך ד"ר אהרון האופטמן מהמרכז לחיזוי טכנולוגי באוניברסיטת תל-אביב. "היעדים ברורים: ייעול תהליכי הריפוי. במקום לבלוע תרופה שמתפרקת בקיבה ומתפזרת באופן לא מבוקר, השימוש בננו-חלקיקים להסעת חומרים תרופתיים יבטיח פעולה ממוקדת. עם זאת, לא נראה אותם בעשור הקרוב".

לפי סקר שנערך לאחרונה, רוב המומחים לנושא סבורים שאספקת תרופות בצורה ממוקדת באמצעות חלקיקי-ננו תהפוך לטיפול רפואי שגרתי עד שנת 2013

וגם אם פריצת הדרך הזאת לא הושלמה, אין ספק שבעתיד התקנים ננוטכנולוגיים יאבחנו מחלות, ובעתיד רחוק עוד יותר ישמידו תאים טרום סרטניים ויפרצו סתימות בכלי הדם. "הניצנים הראשונים לכך הן קפסולת וידאו של חברת גיוון אימג'ינג הישראלית לאבחונים בקיבה, בוושט ובמעי", אומר האופטמן, "אף אמצעי הדמיה קודם לא סיפק נתונים כאלו, והדור העשירי שלה יהיה כנראה בממדי ננו. בהמשך אולי יוסיפו לה אלמנטים לטיפול כירורגי".
 

     

כמוסת הווידאו של "גיוון אימג'נג", עם כל שכלולה הרב, אינה יכולה לאבחן בעיות לא בקיבה ולא במעי הגס. רק במעי הדק.

הננו-טכנולוגיה לא צפויה להיעצר ברפואה: העתיד צופה לנו גם ננו-רובוטים – מכונות זעירות שישתלבו בפסי ייצור. הרובוטים יידעו להשתמש באטומים ובמולקולות שמקורם בפסולת וליצור מהם חומר מועיל. 
 

  

זה אכן אחד החלומות של "ייצור מולקולרי", אך זה מוגזם לקבוע היום שזה באמת עתיד להתרחש. זהו נושא ספקולטיבי ושנוי במחלוקת.

בינתיים, ננו-חומרים ראשוניים כבר הגיחו לעולם, כמו ננו-צינוריות פחמן – סיבים קטנטנים בקוטר של חלקי מיקרונים, חזקים במיוחד וקלים יותר מפלדה. כשתימצא הדרך לייצר אותם באורך משמעותי הם ישמשו בבניית גשרים, אולי אפילו חלליות. 
 

   

קלים יותר מפלדה? גם עץ ונייר קלים מפלדה! הכוונה לסיבים בעלי חוזק סגולי גבוה מאוד (כלומר חוזק גבוה יחד עם משקל סגולי נמוך).

מתי החזון הזה יתממש?
"זה לא יקרה בעתיד הנראה לעין", אומר האופטמן, "אבל בנאס"א כבר מדברים על מעליות חלל שיתבססו על סיבי הפחמן. הם כבר תמחרו כרטיס נסיעה במעלית כזאת בכמה מאות דולרים לנוסע".

  

סיבי פחמן קיימים מזה שנים רבות, למשל במבני מטוסים או במחבטי טניס. כאן הכוונה לסיבים המבוססים על ננו-צינוריות פחמן.

שימוש עתידי אחר בננו-ביוטכנולוגיה מצוי בעולם המחשבים. בטכניון בחיפה פועלת קבוצת מחקר בראשות הפרופ' אורי סיוון, המפתחת שבב אלקטרוני המבוסס על דנ"א. זה יוכל לבנות ולשכפל את עצמו. "יתכן ששבב המחשב העתידי לא יגיע ממעבדות אינטל בקרית-גת, אלא ממבחנה במעבדה ביולוגית", אומר האופטמן, "יערבבו כמה חומרים – וייצא טרנזיסטור".

מפגינים בעירום בשיקגו – עדכון (וגם תמונות…)

במאמרי הקודם שילבתי תמונה וכן לינקים רלוונטיים להפגנה ולמפגינים, חברי קבוצת THONG, שהגיעו אלי לאחרונה. תמונות נוספות מוצגות כאן.
 
פרויקט חדש של האיחוד האירופי בשם "ננולוג" עוסק בהשלכות חברתיות ואתיות של פיתוחי ננוטכנולוגיה, לרבות סיכונים ויתרונות פוטנציאליים.  בכינוס שהתקיים לפני מספר שבועות בסקוטלנד (במסגרת "הפורום האירופי לננוטכנולוגיה")  השתמש ראש הפרויקט בתמונות מהפגנות האנטי-ננו בכדי להצביע על הצורך לחקור השלכות אלה, לעודד דיון ציבורי ולהעשיר את הידע של הציבור הרחב על  פיתוחי הננוטכנולוגיה ומשמעויותיהם.

 

והרי התחזית

בשנת 2029 יהיה ניתן לקרוא, בעזרת מחשב ומכשור מתאים, את המידע האגור במוחם של בני אדם.

האם זאת נבואה? לא. אין נביאים בעולמנו, ובכלל, כמו שאמרו הסינים, קשה מאוד להתנבא – במיוחד בקשר לעתיד. לא, זו אינה נבואה, אלא תחזית טכנולוגית, דהיינו הערכה בדבר מועד התממשותה האפשרי של התפתחות טכנולוגית מסוימת – על פי מיטב שיפוטה של קבוצת מומחים. היא כלולה בין מאות תחזיות אחרות שמתפרסמות באופן תקופתי, מדי כחמש שנים, ע"י סוכנות המדע והטכנולוגיה של ממשלת יפן, במסגרת "סקר חיזוי טכנולוגי" עב כרס. היא נכללה גם בסקר דומה שבוצע לפני שנים אחדות בארץ, עבור משרד המדע (על-ידי המרכז הבינתחומי לניתוח ותחזית טכנולוגית באוניברסיטת ת"א בשיתוף עם מוסד נאמן בטכניון. תחזית המומחים הישראלים בנושא זה היתה דומה למדי לזו היפנית).

תחזיות מעין אלה נעשות במדינות שונות בעולם, בשיטה הנקראת "דלפי". שם לא כל כך מוצלח, בהתחשב בעובדה שבמקדש דלפי ביוון הקדומה היתה הכוהנת מתנבאת (כלומר משמיעה אמירות מעורפלות) ככל הנראה בהשפעת גאזים מעוררי הזיות. המומחים המשתתפים בסקרי דלפי המודרניים נעזרים אך ורק בידע שלהם, ולא בכימיקלים. הרעיון הוא שאף כי כל מומחה עלול לטעות, ולאיש מהם לא ניתנה הנבואה, אפשר לנצל את הידע הקולקטיבי שלהם בכדי להעריך התפתחויות טכנולוגיות חזויות.                              

חזויות, ולא הזויות!

טכנית הדבר נעשה ע"י הפצה חוזרת ונשנית של שאלונים עם שאלות בנוגע להתממשות של טכנולוגיות עתידיות שונות. בכל סבב מקבלים המומחים הנשאלים את התוצאות של הסבב הקודם. כך יכול כל מומחה לשקול את תשובותיו הקודמות לאור הדעות של עמיתיו, בלי להיחשף כמי ש"מתיישר" לפי עמדה של מומחה בכיר (או בעל כושר שכנוע) יותר ממנו או כעקשן מתנשא (זהו אחד היתרונות של השיטה. "אינטראקציה קבוצתית אך אנונימית" קוראים לזה בעגה המקצועית). בדרך כלל, במהלך הסבבים מתגבשת תמימות דעים סבירה והיא זו שנותנת תוקף מסוים לתחזית. בדוגמה של התחזית המצוטטת בראש מאמר זה (על קריאת המידע מתוך מוח אנושי) מידת תמימות הדעים לא היתה גבוהה מאוד: 13 אחוז מהמומחים סברו שהדבר לא יקרה לעולם, והתפלגות הדעות של השאר היתה רחבה למדי (שנת 2029 היתה ה"חציון", כלומר חצי מהמומחים סברו שהדבר יקרה המאוחר יותר, וחציים סברו שזה יתממש מוקדם יותר). עם זאת, היו נושאים שבהם אחוז הספקנים היה גבוה הרבה יותר (כפי שתראו בדוגמאות שבסוף המאמר).

מקדש אפולו בדלפי, יוון

סקרי "דלפי" כאלה הם אחד הכלים המסייעים למקבלי החלטות (בממשלות וארגונים שונים) בתחומים המושפעים מהתפתחויות מדעיות וטכנולוגיות. למשל, בקביעת סדרי עדיפויות בהקצאת משאבים למחקר ופיתוח. מועד המימוש המשוער של נושא עתידי מסוים הוא מרכיב חשוב ומעניין בסקרי דלפי, אך הוא אינו המרכיב היחיד ואולי אף לא החשוב ביותר: כל נושא מלווה בשאלות חשובות נוספות כמו מידת השפעתו על איכות החיים, הגורמים העשויים להאיץ (או לעכב) את מימושו, הפוטנציאל העסקי הטמון בו, ועוד כהנה וכהנה סוגיות נכבדות. כל המכלול הנ"ל נותן מצד אחד מידע רב-ערך למקבלי ההחלטות, ומצד שני מעורר ומדרבן דיון בקרב המומחים, אנשי הקהיליה המדעית-טכנולוגית, באשר להשלכות העתידיות של המחקר שבתחומי מומחיותם.

וחוץ מזה, זה מעניין – בתנאי שהעתיד מעניין אתכם, כמובן… 

את חובבי המדע הבדיוני זה בוודאי מעניין, אם כי מובן שיש הבדל משמעותי בין העתידנות הבדיונית לבין חיזוי טכנולוגי מקצועי. יש לזכור גם שלא כל ספרות המדע הבדיוני עוסקת בעתיד (חלקה אפילו מתמקד בעבר דווקא). אך אותו חלק ממנה שכן עוסק בעתיד אינו שואף בהכרח לתאר התפתחויות בעלות סבירות גבוהה ובטווחי זמן קצרים יחסית. להיפך, המדע הבדיוני העתידני עוסק בעיקר באפשרויות שסבירותן נמוכה, או בעתיד הרחוק מאוד, או בשניהם גם יחד. הוא אינו עוסק בהכרח בעתיד רצוי או בעתיד שמימושו הוא בר-השגה בוודאות גבוהה. אולי להיפך. זה כוחו וזה קסמו.

אך מקבלי החלטות בהווה זקוקים לידע על אפשרויות שסבירותן גבוהה, ברמת וודאות גבוהה ככל הניתן ובטווחי זמן קצרים יחסית (10 עד 30 שנה, בדרך כלל), ומתוך שאיפה להשיג את מימושו של עתיד רצוי (רצוי למי זו כבר שאלה אחרת), לא עתיד דמיוני. לכן הם זקוקים לחיזוי טכנולוגי ולשיטות כמו "דלפי".

אפשר לומר שמגוון התייחסויותינו אל העתיד משתרע בין הגישה של "אפשרויות בלתי סבירות" (שבדרך כלל באות לידי ביטוי בספרות המד"ב) לבין הגישה של "אפשרויות סבירות", אשר מהוות את מוקד העניין של החיזוי המדעי-טכנולוגי-חברתי השיטתי (ושאולי לא בדיוק מעניינת חלק מקוראי המד"ב, הנוהים אל דמיון "פרוע" מעט יותר).

אפשר לומר גם ששתי הגישות הללו, או שתי זוויות הראיה הללו, עשויות בהחלט להפרות זו את זו. סופרי מד"ב רציניים עוקבים אחר התפתחויות מדעיות ואחר מחקרי חיזוי טכנולוגי, כדי לרכוש ידע שיעשיר את יצירתם. ואילו גורמים העורכים תחזיות טכנולוגיות וחברתיות בעולם נוהגים לפעמים לשלב סופרי מדע בדיוני בין המומחים, מתוך הערכה לתרומה הייחודית שעשויה להביא חשיבתם היצירתית יוצאת הדופן. דומני שיש מקום לנצל עוד יותר פוטנציאל זה של הפריה הדדית – יותר מכפי שזה נעשה עד היום.

אז מה עוד היה בסקר "דלפי" היפני חוץ מקריאת מידע מהמוח? המון. שישה-עשר תחומים טכנולוגיים שונים, מאות תחזיות, אלפי מומחים. ארועים טכנולוגיים הצפויים להתממש מתי שהוא בין ימינו אלה לבין שנת 2030 (חיזוי "דלפי", ובעצם כל שיטת חיזוי מקובלת אחרת, אינם מתיימרים להפליג אל עתיד רחוק יותר). את חובבי המד"ב יעניינו בוודאי יותר הנושאים שמועד מימושם החזוי קרוב יותר לשנת 2030 מאשר ל-2005.

אז הנה לכם מספר דוגמאות, שכולן אמורות להתרחש, על פי המומחים היפניים, בין השנים 2024 ל-2029. מטבע הדברים, ככל שמועד ההתממשות רחוק יותר כך אי-הוודאות עולה, ועימה מספר המומחים שמטילים ספק בהיתכנות המימוש. דבר זה הוא מעניין כשלעצמו, ולכן ליד כל תחזית מופיע (בסוגריים) אחוז המומחים שסברו שהנושא לא ימומש לעולם, או שהוא ימומש הרבה אחרי שנת 2030.

רפואה ומדעי החיים:
· הבנת המנגנון המולקולרי של ראשית החיים על פני כדור הארץ (13%)
· מחצית מההשתלות נעשות עם אברים המיוצרים בטכנולוגיה של הנדסת רקמות (5%)
· פיתוח אברים מלאכותיים בעלי תפקודים העולים על אלה של הטבעיים (18%)
· יכולת לעכב תהליכי הזקנות בעזרת מניפולציה גנטית (32%)
מחשוב:
· הבנת מנגנון היצירתיות האנושי כך שניתן יהיה ליישמו במחשבים (20%)
· פיתוח רובוטים נבונים עם חושים, חשיבה עצמאית ויכולת החלטה דמוית זו האנושית (23%)
· תוכנות מחשב מסוגלות להחליף שופטים ועורכי דין (48%)
· שימוש מעשי במחשבי-על הפועלים במהירויות שעון של מאות או אלפי ג'יגה-הרץ (38%)
· פיתוח שבבי בינה מלאכותית המשלבים אלקטרוניקה ותאים חיים (14%)
· פיתוח שבבי בינה מלאכותית המסוגלים להבין רגשות אנושיים ולהפגין שיתוף ברגשות (15%)
חלל:
· נחיתת אדם על המאדים וחזרתו אל כדור הארץ (2%)
· תחנה מאוישת קבועה על הירח לצרכי מחקר ופיתוח טכנולוגיות לשימוש במשאבים המצויים בירח (3%)
· אנשים חיים במשך תקופות ממושכות בתחנת חלל (13%)
· בניית מעבורת חלל למטרות תיירות, עבור הציבור הרחב (17%).
(אגב, לדעת המומחים היפניים עד שנת 2014 צפוי גילוי חיים חוץ-ארציים או עקבותיהם על המאדים)
ועל פני כדור הארץ (נושאים שמטבע הדברים זוכים לעניין מיוחד ביפן):
· הקמת ערים ימיות (19%)
· חיזוי רעידות אדמה רבות-עוצמה מספר שנים מראש (23%)

שיטת "דלפי" לחיזוי טכנולוגי הומצאה בתחילת שנות החמישים של המאה הקודמת ע"י אנשי מכון "ראנד" בארה"ב, למטרות של חיזוי בתחומי פיתוח אמצעי לחימה. לימים שוכללה השיטה וזכתה לפופולריות במיוחד ביפן, שם נערכים זה סקרי "דלפי" רחבי היקף באופן שיטתי, אחת ל-4 – 5 שנים, מאז תחילת שנות ה-70. ייתכן שהקשר בין עיתוי זה לבין עליית יפן כמעצמה טכנולוגית אינו מקרי. משנות ה-90 נעשו מחקרי דלפי במדינות רבות אחרות. בשנים האחרונות, נרתמו היכולות של רשת האינטרנט לעריכת סקרי "דלפי", ויש להניח שחיזוי "דלפי מקוון" יילך ויתפתח. מי שמעוניין יכול לנסות למשל את פרויקט הדלפי המקוון של אוניברסיטת ג'ורג' וושינגטון (בהנחה שהפרויקט עדיין פעיל, כמובן, בעת שאתם מנסים). תוכלו אפילו לקחת חלק פעיל בחיזוי ולשתף את מנהלי הדלפי הנ"ל בהגיגיכם – אם רק תצליחו לשכנע אותם שרמת הידע שלכם מצדיקה זאת.
 

(המאמר הופיע בעבר, בשינויים קלילים, ב"המימד העשירי", המגזין של האגודה הישראלית למדע בדיוני ופנטסיה")

העתיד על פי אנביק

האגדה מספרת שבשנת 1899, לפני שעלה השחר על המאה ה-20, הכריז ראש משרד הפטנטים האמריקני ש"כל מה שאפשר להמציא כבר הומצא". על אף שמחקרים הראו שאין שחר ל"ציטוט" המשעשע הזה (ואם הדברים אכן נאמרו זה היה בוודאי בבדיחות הדעת), מרבים להשתמש בו כדי ללגלג על מגבלות הדמיון האנושי. על כל פנים, אילו הסיפור הזה היה אמיתי, המחשבה המתבקשת היא מה היה קורה אילו אותו ראש משרד פטנטים היה פוגש פקיד אחר, אחד בשם אלברט איינשטיין, אשר בשנות עבודתו במשרד הפטנטים של שוייץ בתחילת המאה ה-20 הגה את תורת היחסות שלו. אלברט החביב היה מן הסתם חורץ לו לשון ארוכה, כמו באחת מתמונותיו המפורסמות. הוא, שחשיבתו הגאונית שינתה את פני המדע והטכנולוגיה של המאה ה-20, ידע בוודאי שכמות הדברים שעוד יומצאו עולה לאין שעור על אלו שהומצאו קודם. שהרי המדע המודרני והטכנולוגיה המבוססת-מדע הינם תופעה חדשה בהיסטוריה האנושית, בת כמה מאות שנים בלבד. ההישגים שהושגו בתקופה קצרה זאת, מרשימים ככל שיהיו, יתגמדו בוודאי אל מול ההתפתחויות של מאות השנים הבאות.

 

קל יותר לקבל תחושה של קצבי ההתפתחות והשינויים לאורך ציר הזמן כאשר מודדים את הזמן לא בשנים אלא בדורות (כאשר כל דור הוא כ-25 שנה). האדם התחיל להשתמש בכתב לפני כארבע מאות דורות. האוניברסיטה הראשונה הוקמה לפני כארבעים דורות. שימוש של ממש בדפוס החל לפני כעשרים וארבעה דורות. הפיסיקה של ניוטון היא בת שלושה עשר דורות בסך הכל. המהפכה התעשייתית התחוללה לפני עשרה דורות. הטלפון הומצא לפני חמישה דורות, והטלויזיה לפני שלושה. תורת היחסות תחגוג בקרוב ארבעה דורות. שימוש מעשי במחשבים – שני דורות, ואם מדברים על המחשב האישי אז רק דור אחד. רשת האינטרנט– חצי דור (אל תתנפלו עלי, אני יודע ששורשיה בשנות ה-60 של המאה הקודמת. אני מדבר על התצורה הנוכחית והשימוש ההמוני). ופענוח הגנום האנושי – עשירית הדור…

אתם קולטים? ה"הומו ספיינס" הופיע על פני האדמה לפני עשרת אלפים דורות, אך כל הסיפור של הטכנולוגיה המודרנית, זו הנשענת על המדע, הוא בסך הכל סיפור של עשרה דורות, פחות או יותר. מישהו יכול לנבא היום מה יהיו פני המדע והטכנולוגיה בעוד עשרה דורות? שני דורות? דור אחד?

לגבי דור אחד אולי אפשר להסתכן. או כך לפחות סבורים אנשי "מוסד המדע הלאומי" של ארה"ב (NSF). אבל כדי לעיין בהשקפותיהם בנוגע לעתיד האנושות אתם צריכים לעשות קודם כל היכרות עם אנביק. אנביק נשמע לכם כמו שמו של חייזר מאחת הפלנטות של מערכת ווגה? אתם צודקים, כך זה נשמע. אבל המשמעות של השם (באנגלית (NBIC אינה אלא ראשי תיבות של:Nano-Bio-Info-Cogno . תתרגלו לשם הזה,NBIC, כי זהו אחד המושגים החמים ביותר כיום בעיני בעלי החזון באשר לעתיד המדע והטכנולוגיה. למה הכוונה? להתלכדות (הנה לכם עוד מושג חם) בין תחומי הננוטכנולוגיה, הביוטכנולוגיה (כולל הדסה גנטית), טכנולוגיות המידע (כולל מיחשוב ותקשורת) ומדעי הקוגניציה (הכוללים את הנוירולוגיה ואת חקר המוח ותהליכי חשיבה). בדוח עב-כרס של ה-NSF תחת הכותרת "טכנולוגיות מתלכדות לשיפור ביצועי אנוש" מציגים מדעני ה-NSF את חזונם בדבר המהפכה המדעית-טכנולוגית הבאה: התלכדות ארבעת התחומים הנ"ל לכלל יכולת מאוחדת עם פוטנציאל "להעלות כיתה" את האדם וסביבתו: לשפר את גוף האדם, יכולתו השכלית ובריאותו ולהאריך את חייו, וליצור עבורו מגוון רחב של מוצרים ומערכות "חכמות" שיהפכו את חיינו לנוחים יותר ופוריים יותר.
רעיון "הטכנולוגיות המתלכדות" נובע מהתובנה שאבני הבניין של כל חומר או רכיב, אם בעולם הדומם ואם בעולם החי, הן אבני בניין בסקלה הננומטרית. למי ששכח, ננומטר הוא אלפית המיקרון, ומיקרון הוא אלפית המילימטר. אם נסדר בשורה עשרה אטומי מימן (האטומים הקטנים ביותר ביקום) נקבל אורך של ננומטר. רוחב "הסליל הכפול" של מולקולת דנ"א הוא כשני ננומטרים. תא חי גודלו מאות או אלפי ננומטרים, אך מצויים בו מרכיבים שממדיהם ננומטרים בודדים. הבנת התכונות של חומרים ומערכות בסקלה הננומטרית, ויתרה מזאת, היכולת לבנות דברים בסקלה הננומטרית, הם המפתח למגוון אדיר של אפשרויות: החל ממעגלים אלקטרוניים ה"צומחים" ומשכפלים את עצמם, דרך חומרים בעלי חוזק-על (שיאפשרו את בנייתה של "מעלית החלל", למשל), דרך חומרים "אינטליגנטיים" המשתנים בהתאם לצורך, ועד למניפולציות גנטיות, הנדסת רקמות, גידול איברים מלאכותיים ומה לא. המיקרואלקטרוניקה הופכת בעצם ימים אלה לננואלקטרוניקה, כאשר הממדים של הרכיבים שבשבבים האלקטרוניים יורדים אל מתחת ל-100 ננומטרים. "יוזמת הננוטכנולוגיה הלאומית" שעליה הכריז הנשיא קלינטון בשנת 2000 (וששודרגה ע"י הנשיא בוש תוך חקיקת "חוק הננוטכנולוגיה של המאה ה-21", עם הקצאת תקציבי עתק למחקר ופיתוח בהתאם) דיברה על "מחשבי-על בגודל של קוביית סוכר". "ננו-חלקיקים" הנקראים "נקודות קואנטיות" מתחילים לשמש לצרכי מחקר ואבחון רפואי. חלקיקים דומים נבדקים לצורך אספקת תרופות ממוקדת. הדורות הבאים שלהם עשויים להיות "ננו-רובוטים" שישייטו בגופנו ויעשו לנו כל מיני דברים טובים (במעבדות הדרך לכך עוד רחוקה, אך חובבי המדע הבדיוני התוודעו בוודאי לשמות כמו "נניטים" שכיכבו בפרקי "מסע בין כוכבים" ולאחרונה אפילו בסרט "אני, רובוט").

ויליאם ואלאס, אחד מעורכי הדוח של NSF תיאר כך,באופן ציורי, את "התלכדות הטכנולוגיות":

"אם מדעני המוח יכולים לחשוב את זה, אנשי הננו יכולים לבנות את זה, אנשי הביו יוכלו ליישם את זה, ואנשי ה-IT (טכנולוגיות המידע) יעשו את הניטור והבקרה של זה."

מה זה "זה"? בערך הכל…
ומה יהיו תוצרי "ההתלכדות", הפירות שיניב אנביק במהלך פחות מדור אחד, תוך עשרים השנים הבאות? הנה רשימה חלקית:

  • כל המוצרים והמכשירים שהאדם משתמש בהם ייבנו מחומרים "תפורים לפי מידה", מהונדסים מהרמה המולקולרית ומעלה, ידידותיים לסביבה, חוסכי אנרגיה, מסתגלים לשינויים סביבתיים ומתאימים את תכונותיהם לצרכים הנדרשים. 
  • יתאפשר ממשק ישיר בין מוח אנושי למחשב, או בעצם בין המוח לכל מכונה – שהרי המחשבים יהיו משולבים כחלק אינטגראלי כמעט בכל דבר, החל מטלפונים ניידים וטוסטרים ועד לבגדים שאנחנו לובשים. 
  • גוף האדם ישודרג ויהיה בריא יותר ועמיד יותר. (אחד הרעיונות: תאי דם מלאכותיים האוגרים חמצן פי 100 לעומת תאים רגילים. תארו לכם אפשרות לצלול ללא מיכלי חמצן במשך שעות!).
  • תהיה זמינות של חלקי חילוף לרוב אברי הגוף אם לא לכולם, אם בצורת אברים מלאכותיים ואם בעזרת "הצמחה" ביולוגית של האבר הדרוש.
  • זמינות של טיפול רפואי כמעט לכל חולי וליקוי גופני או מנטאלי, לרבות חיסול מוחלט של מחלות שונות, ביניהן שיתוק או עיוורון. 
  • גישה מיידית לכל מידע דרוש, לכל אחד, בכל זמן ובכל מקום.

    ומה יהיה מעבר לדור הבא? בעוד הרבה דורות? מדעני ה-NSF אינם מהססים להצביע במפורש על הכיוון המוכר לכל קוראי ספרות המדע הבדיוני: עליית מדרגה של האדם בסולם האבולוציוני, ולמעשה יצירת אדם חדש, מודל משופר של ההומו ספיינס, עם יכולות פיסיות וקוגניטיביות העולות בהרבה על הקיימות. עוד בטרם הוחל ביישום המידע שנוצר בפרויקט הגנום האנושי, הם קוראים להתנעת פרויקט חדש, אולי שאפתני יותר: פרויקט "הקוגנום האנושי" (Human Cognome Project). מטרתו של פרוקט הקוגנום תהיה לחקור, להבין ולמפות את המבנה והפונקציות של הדבר הנשגב שנקרא התודעה האנושית. אם תרצו – הרוח האנושית. האותיות "אנביק" לא יספיקו ככל הנראה לתאר נכונה את פרויקט הקוגנום האנושי. יהיה צורך להוסיף, מן הסתם, ראשי תיבות מתחומי מדעי החברה, הרוח, הפילוסופיה, התרבות. וזו אולי תהיה ההתלכדות האולטימטיבית.

    לקריאה נוספת (למי שיש סבלנות לקרוא דוח של כ-400 עמודים): http://wtec.org/ConvergingTechnologies

    המאמר פורסם בעבר ב"המימד העשירי", כתב העת של האגודה הישראלית למדע בדיוני ופנטסיה

חלומות ענק על מימדי ננס


חפשו "ננוטכנולוגיה" באינטרנט ותוצפו באוקיאנוס של מידע – עשרות אלפי דפי רשת כשמאמר זה נכתב לראשונה, ומעל 4 מיליון דפים כיום. נשיא ארה"ב מכריז על "יוזמה לאומית לננוטכנולוגיה". חתן פרס נובל, ריצ'רד סמולי, צופה שזו תהיה אחת הטכנולוגיות החשובות ביותר של המאה ה-21, אם לא החשובה שבהן. אוניברסיטאות בישראל מקימות מרכזי מחקר מיוחדים לננו-מדע וננוטכנולוגיה. על מה כל הרעש?
ננוטכנולוגיה היא טכנולוגיה "מפציעה" – כל עתידה עוד לפניה. וכנראה שנכון לה עתיד גדול. היא מבוססת על יכולת שכבר קיימת כיום, אמנם ראשונית אך מרשימה, לבצע מניפולציות במולקולות ואטומים בודדים: להזיזם ממקום למקום, ולסדרם בתצורות שונות. הקידומת "ננו" (מקורה הלשוני מ"ננוס" ביוונית או "ננס" בעברית) קשורה ליחידת האורך "ננומטר" – מיליונית המילימטר או אלפית המיקרון – כגודל מולקולות מסוימות. המעגלים האלקטרוניים הזעירים ביותר, ב"שבבים" שתעשיית המיקרואלקטרוניקה יודעת לבנות היום, גודלם פחות ממאה ננומטרים. מבחינה זאת, האלקטרוניקה נכנסה כבר לעידן הננו, ועלינו להשתמש במילה "ננואלקטרוניקה" במקום "מיקרואלקטרוניקה". הגודל קובע, אבל לא רק הגודל. 100 ננומטרים זה עדיין גודל ענק לעומת היעד של הננוטכנולוגיה המולקולרית, החותרת לשינוי תפיסה מהותי: לבנות דברים מאטומים ומולקולות, אבני היסוד של הטבע, משל היו קוביות "לגו" בידי ילד או ילדה. אטומים כקוביות לגו? וכי אפשר לאחוז אטום בודד? אפשר גם אפשר – אם כי לא בדיוק ביד.
סיפורה של הננוטכנולוגיה הוא סיפור מרתק שמעורבים בו חלומות של סופרי מדע בדיוני בצד חזונות של מדענים חתני פרס נובל, הגיגים של פנטזיונרים מול חששות של ספקנים, ראיה מפוכחת של אנשי טכנולוגיה מעשיים, מול נבואות של רואי שחורות. היום מעורב בסיפור גם כסף – ובעתיד הלא רחוק, הרבה מאוד כסף. זו גם דוגמה יוצאת דופן של מפגש בין חשיבה מדעית נועזת, אפילו ספקולטיבית, לבין חשיבה טכנולוגית-חברתית-כלכלית המנסה להעריך את המשמעויות מרחיקות הלכת של טכנולוגיה שתוצריה חבויים עדיין בעתיד, הקרוב או הרחוק.

קח את X, פרק אותו לאטומים, ובנה מהם את Y
הרעיון העקרוני אפילו אינו ממש חדש. ב-1959, נתן הפיסיקאי הנודע ריצ'רד פיינמן (שזכה כעבור שנים אחדות בפרס נובל לפיסיקה על מחקרו באלקטרודינמיקה קואנטית) הרצאה במכון הטכנולוגי של קליפורניה (CalTech), תחת הכותרת "יש עוד שפע של מקום בתחתית" – ציון דרך בתולדות הננוטכנולוגיה (אף כי המונח עצמו עדיין לא היה אז בשימוש). פיינמן טען באוזני הקהל הנדהם שאין שום חוק פיסיקלי השולל את האפשרות "לשחק" באטומים בודדים ולארגן אותם כרצוננו, אחד אחד. "זו התפתחות בלתי נמנעת," טען, וגם התנבא שיבוא יום שבו, אם יזדקק לניתוח, הוא לא יפקיר את עצמו לידיו של מנתח אלא פשוט יבלע אותו – רמז ל"ננו-רובוט" רפואי המשייט בתוך גופנו ושיוזכר בהמשך המאמר. הוא גם התווה את הנתיב העקרוני למימוש היכולת הננו-טכנולוגית: כלים מכאניים הבונים כלים קטנים יותר, אלה בונים כלים קטנים עוד יותר, וכך הלאה – עד ל"תחתית", כלומר עד לרמה האטומית.
ייתכן שפיינמן הושפע מסיפור מדע בדיוני בשם "וולדו" מאת רוברט היינליין, משנת 1942, שתיאר מערכת דומה של "ידיים" רובוטיות ההולכות ומתמזערות (אלא שאצלו התהליך לא הגיע עד לאטומים אלא "רק" לתאים חיים שבהם ה"ידיים" הזעירות ביצעו כל מיני מניפולציות). פיינמן דיבר למעשה על שכלול פנטסטי של תהליך ה-Top-Down, המזעור "מלמעלה למטה" המקובל בתעשיית האלקטרוניקה (וזאת בימים שלפני עידן המיקרואלקטרוניקה).
בשנת 1981 תיאר לראשונה אריק דרקסלר, מי שהפך לאחר מכן מעין "גורו" של חסידי הננוטכנולוגיה, גישה חדשה בתכלית, מהפכנית – בניית אובייקטים בדרך של Bottom-Up – מהאטומים הבודדים, אטום אחר אטום (או מולקולה אחר מולקולה), כלפי מעלה, עד למוצר המבוקש. כל זה היה אז תיאורטי לחלוטין, ודרקסלר נראה בעיני רבים כפנטזיטונר השוגה באשליות.
ב-1986 משתלב בסיפור פרס נובל נוסף, שהפעם קשור ישירות לעולם הננו. הפרס ניתן להיינריך רוהרר וגרד ביניג ממעבדות IBM בציריך, על המצאת המכשיר שסלל את הדרך למימוש, ולו חלקי והתחלתי, של החלום: ה-STM – "מיקרוסקופ מינהור סורק". הממציאים התכוונו בעצם "בסך הכל" לחקור חומרים ברזולוציה אטומית: לראות (או מוטב לומר "לחוש") אטומים נפרדים – יכולת שאין ערוך לחשיבותה למחקר במדעי החומרים. לב המכשיר היא מחט חדה ביותר, הסורקת את פני החומר הנבדק. אלקטרונים קופצים מחוד המחט אל האטום הקרוב שמתחת (זהו "מינהור" – אחת המוזרויות של פיסיקת הקוואנטים). זרם האלקטרונים נמדד ו"מתורגם" להדמיה ממוחשבת –שבה האטומים של החומר הנבדק נראים כגבשושיות ברורות. למרבה ההפתעה התברר, שנים אחדות אחרי המצאת המכשיר, שתוך בקרת "זרם המינהור", ניתן "לתפוס" אטום רצוי (הוא מתנתק מפני החומר ונצמד אל חוד המחט), להזיזו ממקומו, ולהניחו במקום אחר. זו כבר היתה מהפכה אמיתית: לראשונה עמד לרשות האדם כלי לאחיזה באטומים בודדים ולסידורם במבנה רצוי. ולא רק זאת. מדענים הצליחו גם למקם שני אטומים של חומרים שונים במקום מסויים על פני משטח, לקרבם זה לזה ולגרום לתגובה כימית ויצירת מולקולה רצויה, בדיוק במקום הרצוי – יכולת שמבשרת כימיה מסוג חדש (ננו-כימיה, או מכנו-כימיה), שבה יש שליטה מלאה, בדיוק אטומי, על התרכבות אטומים למולקולות.

מגלריית האמנות של מיקרוסקופ המינהור הסורק ועד ל"מאגדים אוניברסליים"

באתר האינטרנט "גלריית STM” של מעבדות IBM אפשר להתפעל מאוסף של "יצירות אמנות" – סידורים יפיפיים של אטומים שנעשו בSTM. מכאן הדרך קצרה להתפרעות הדמיון באשר לאפשרויות העתידיות של "ננו-הנדסה". אריק דרקסלר, "נביא" הננוטכנולוגיה המולקולרית, כתב ספר הנדסי שלם על "ננו-מערכות": מיסבים, גלגלי שיניים, זרועות רובוטיות – כולם מאטומים בודדים. חלק מהקהיליה המדעית הגיב בספקנות מוחלטת. אחרים אימצו בהתלהבות את חזון "הייצור המולקולרי": הרי כל דבר בעולם עשוי ממולקולות ואטומים, אז למה שלא יפותחו בעתיד "מאגדים אוניברסליים" (universal assemblers), מעין רובוטים זעירים שיוכלו לפרק כל דבר לאטומים, ולבנות מזה כל דבר אחר שנחפוץ בו. שוו בנפשכם שאי-מתי בעתיד נוכל "להוריד" מהאינטרנט תוכנה עם המבנה המולקולרי של מוצר כלשהו, כולל הוראות הרכבה, לחבר למתקן ייצור ביתי (בצרוף מעט אשפה כחומר גלם), ללחוץ על כפתור – וחיש מהר המוצר המבוקש (אולי סטייק עסיסי?) מוכן לשימוש. אותו מתקן מופלא יוכל גם לשכפל את עצמו, כמובן – לפי חזון הננוטכנולוגיה בנוסח דרקסלר. הקץ למפעלי הייצור המזהמים, הקץ למחסור ולרעב – וברוך בואכם לעידן השפע האולטימטיבי! מימוש החזון הזה עדיין רחוק מאוד – ויש אומרים, גם בלתי אפשרי. דון אייגלר, המדען מ-IBM שגילה את יכולת המניפולציה של ה-STM, אמר בזהירות שלפי שעה קשה לחשוב על שימוש תעשייתי מעשי, אלא רק על מחקר. התהליך אטי מדי, מסובך, לא מכל מולקולה ניתן לבנות תצורות, ואם ניתן – אז רק תצורות שטוחות, דו-ממדיות. ובכל זאת, בטווח הקרוב צפויים יישומים ראשונים של מדע הננו – למשל, ננו-אלקטרוניקה מולקולארית, שתחליף את המיקרואלקטרוניקה. התוצאה: מעגלים אלקטרוניים מולקולריים, אולי כאלה ש"בונים את עצמם" או "צומחים" בדומה לתאים ביולוגיים – ומכאן מחשבים מהירים ויעילים יותר, המעמידים בצל את שיא השכלולים של היום (למשל, מחשבי-על בגודל של קוביית סוכר). גם תחום ה-MEMS (מערכות מיקרו-אלקטרו-מכאניות, המשמשות כיום בין היתר במנגנוני ההפעלה של כריות אוויר במכוניות או בראשי מדפסות הזרקת-דיו) יהפוך בהדרגה ל NEMS (הקידומת "מיקרו" תוחלף ב"ננו"), כאשר ממדי המרכיבים המכאניים והאלקטרוניים יירדו לעשרות ננומטרים או ננומטרים בודדים.

תמונה שהפכה להיסטוריה. ההדגמה הראשונה של סידור אטומים בעזרת STM (בשנת 1989): 35 אטומי קסנון בצורת הלוגו IBM (מקור: IBM)

יישום חשוב נוסף של המחקר בננו-מדע הוא פיתוח של חומרים חדשים, בעלי תכונות מיוחדות, תוך בקרת המבנה המולקולרי. משפחה מעניינת במיוחד של חומרים הם ה"פולרנים" (Fullerenes) – מולקולות ענק הבנויות מאטומי פחמן. כאן אנו מגיעים לפרס נובל נוסף שהוא ציון דרך בהתפתחות הננוטכנולוגיה, וקושר בברור תגלית מדעית חשובה עם יישומיה הטכנולוגיים העתידיים. הפרס הוענק בשנת 1996 לשלושה מדענים: ריצ'רד סמולי ורוברט קורל מאוניברסיטת רייס בארה"ב, והרולד קרוטו מאוניברסיטת סאסקס בבריטניה, עבור הצלחתם (11 שנים קודם לכן) ליצור מולקולה חדשה, דמויית כדורגל שעל פניו ערוכים 60 אטומי פחמן. המולקולה נקראת בלשון הכימית C60 (60 אטומי פחמן מסודרים על פני המעטפת הכדורית) והיא חלק ממשפחת ה"פולרנים" הכוללת תצורת שונות דמויות כדורים או צינוריות שדפנותיהן עשויות מאטומי פחמן ("ננו-צינוריות פחמן" – Carbon Nanotubes). למעשה יצרו שלושת המדענים צורה חדשה של מולקולות פחמן שלא היתה ידועה קודם לכן (גרפיט ויהלום הן שתיים מצורות הפחמן האחרות, המוכרות לכל) – עם תכונות פיסיקליות מיוחדות במינן. למשל – יציבות גבוהה, חוזק פנטסטי (ביחס למשקל), ותכונות חשמליות ומגנטיות יוצאות דופן. בזכות תכונות אלה נעשו מולקולות הפולרן על צורותיהן השונות מועמדים רציניים לשמש כאבני בניין למוצרים שונים של הננוטכנולוגיה העתידית, החל מחומרים חדישים לבניית חלליות ועד ל"ננו-מכונות" כמו אלה שעליהן חלם דרקסלר. לדברי ריצ'רד סמולי, העומד היום בראש המרכז לננו-מדע וננוטכנולוגיה באוניברסיטת רייס, "השפעת הננוטכנולוגיה על בריאות, רווחה, וחיי האדם תשתווה לפחות לסך ההשפעות של המיקרואלקטרוניקה, ההדמיה הרפואית, ההנדסה הממוחשבת ותעשיית הפולימרים שפותחו במאה ה-20". הדברים נאמרו בעדות בפני חברי הקונגרס האמריקני ביולי 1999, חודשים אחדים לפני שהנשיא קלינטון הכריז על "יוזמת ננוטכנולוגיה לאומית".

מולקולת "פולרן" (או "כדור באקי") הבנויה מ-60 אטומי פחמן. אחד ממוקדי העניין של הננוטכנולגיה

ננובוטים בשרות הרפואה העתידית
בסרט המד"ב "המסע הפנטאסטי", משנת 1966, מוזערה קבוצת מדענים לממדים מיקרוסקופיים כדי לשייט במעין "צוללת" זעירה בתוך מחזור הדם של מדען השרוי בתרדמת, לחדור למוחו ולתקן, כמו אינסטלטורים מיומנים, את הדרוש תיקון. מזעור אנשים הוא דבר מופרך, אך רעיון ה"צוללת" הזעירה עשוי להתממש – ויותר מכך.
אחד הישומים המעניינים המצופים מהמחקר בננו-טכנולוגיות הוא "ננו-רפואה" – רתימת היכולת הננו-טכנולוגית, אולי במשולב עם הישגי ההנדסה הגנטית, לשרות הרפואה. חזון "בליעת המנתח" שהציע פיינמן לפני 42 שנה, בחצי הלצה, מתחיל להיראות היום בר-מימוש. קרוב לוודאי שתוך כ-10 שנים צפויים "ננו-רובוטים" (או "ננובוטים") רפואיים: כלים זערוריים שינועו באופן עצמאי בתוך הגוף, יאתרו ליקויים ויבצעו פעולות ריפוי – החל מהזלפת תרופות מבוקרת בדיוק לאן שצריך ועד לחיסול תאים סרטניים, וכל זאת תוך התאמה אישית למאפיינים הביולוגיים של המטופל. למעשה, אב-טיפוס ראשוני בכיוון זה כבר קיים, וכולו כחול-לבן: ה"גלולה" המצוידת במצלמת וידאו זעירה לצילום דפנות המעי הדק, פרי פיתוח החברה הישראלית Given Imaging. עם כל שכלולה של גלולת הוידאו זה עוד לא "ננו" אלא "מיקרו", דבר פרימיטיבי מאוד ביחס ל"ננובוטים" העתידיים.
תכנון ראשוני של אחד "ננובוט" רפואי מעניין הוצע לפני שנים אחדות ע"י רוברט פרייטס, מדען בחברה האמריקנית ZYVEX, אשר התיימרה לבנות אבטיפוס של ה"ננו-אסמבלר" הראשון תוך שנים אחדות. הננובוט של פרייטס, המכונה בפיו "רספירוסייט" (respirocyte) הוא בעצם כדורית דם מלאכותית משוכללת, בגודל של חיידק, מעוצבת במבנה כדורי על בסיס מולקולות פולרן, ומתפקדת כמיכל לחץ זעיר המכיל 9 מיליארד מולקולות חמצן ופחמן דו-חמצני. כשהכדורון יוזרק למחזור הדם, חישנים שעל פניו ימדדו את רמת החמצן והפחמן הדו-חמצני בדם. בהתאם לכך יופעלו בתוכו משאבות זעירות כדי לקלוט באופן מבוקר חמצן ולשחרר פחמן דו-חמצני (בתוך הריאות) או להיפך (ברקמות הגוף). הכדורונים הננו-רובוטיים יהיו, לפי פרייטס, יעילים בהרבה מכדוריות דם טבעיות: הם יאחסנו פי 200 יותר גז ליחידת נפח. יתרון אדיר בעת התקף לב, למשל: אספקת חמצן סדירה לרקמות עד 4 שעות מהרגע שהלב מפסיק לתפקד. שלא לדבר על היכולת לצלול במים למשך 4 שעות בלי צורך לנשום!
גירסה עתידנית יותר של ננובוט רפואי היא מכשיר לתיקון תאים, שיחליף כרומוזומים פגומים בגרעין התא בכרומוזומים תקינים (שהוכנו מראש מגנים בריאים של המטופל), וכך יאפשר לתא "לתכנת את עצמו מחדש" ולהתרפא. אך גם בכך לא נגמר הדמיון היצירתי של הוגי הננו-רפואה העתידנית. הם צופים דורות סופר-מתקדמים של ננו-רובוטים, שלא רק ירפאו מחלות אלא יעצרו את תהליכי ההזדקנות הרקמות. וגם זה לא הכל. ננו-מנועים שיושתלו בשרירים ישפרו את היכולת הגופנית. ולבסוף – רעיון שנראה היום כפרוע למדי: ננו-מחשבים דמויי תמנון רב-זרועות שיתחברו לרשת הנוירונים במוח וישפרו את כושר הזיכרון והחשיבה.

 

בציור זה נראות כדוריות דם מלאכותיות בין כדוריות דם רגילות. המלאכותיות יאגרו פי 200 יותר חמצן (מקור: אתר מכון פורסייט)

ציור עתידני של ננו-מעבדים המשולבים ברשת הנוירונים של מוח אנושי: מתיקון פגמים מוחיים ועד-אולי-יצירת מוח על. (מקור: אתר מכון פורסייט)

מהפכת הייצור המולקולרי
מכאן עדיין ארוכה הדרך עד ל"ננו-אסממבלרים האוניברסליים" של דרקסלר, המשכפלים את עצמם ובונים כל דבר מכל דבר. רבים סבורים שהם לא ייתכנו לעולם. אחרים (כמו ביל ג'וי, מראשי חברת "סאן מיקרוסיסטמס") מזהירים את העולם מהסכנה של "ננו-רובוטים" היוצאים מכלל שליטה עד כדי סכנה קיומית לאנושות. לדרקסלר וחסידיו יש תשובה ניצחת למפקפקים ביכולת האולטימטיבית של הננוטכנולוגיה המולקולרית. הרי יש לזה כבר הוכחת היתכנות, הם אומרים. הטבע עושה את זה, ואנחנו יכולים לחקות אותו ואולי אף לעשות זאת עוד יותר טוב. זו טענה חזקה, המבטאת השקפה מעניינת על הטכנולוגיה והקשר בינה לבין הטבע. כדאי לקרוא בעיון את הציטוט הבא מתוך ספר של דרקסלר משנת 1991 (בתרגום חופשי ועם קיצורים אחדים):

"תעשיה המוכרת לוקחת מחצבים מהאדמה, או עצים מהיער, ומעבדת אותם לדברים מועילים. עצים נהפכים לקרשים, ומזה לרהיטים. הרים נהפכים לעפרות, ואז לברזל מותך, ואז לפלדה, ובסוף למכוניות. חול הופך לגאז מטוהר, אחר כך לסיליקון, ואחר כך לשבבים אלקטרוניים. ככה זה הולך. כל אחד מהתהליכים הללו הוא גס – מבוסס על חיתוך, ערבוב, טחינה, איכול, אפייה, וכו'.
אבל עץ צומח אינו פועל באופן גס שכזה. כדי ליצור את חומר הגזע, את העלים או את הפירות, הוא קולט ומנצל אנרגיה מהשמש ע"י התקנים אלקטרוניים מולקולריים, בתהליך הפוטוסינתזה. הוא מנצל את האנרגיה להפעלת מכונות מולקולריות עם חלקים הנעים בדייקנות, כדי לעבד פחמן דן-חמצני ומים ולהפכם לחמצן ולאבני בניין מולקולריות. הוא משתמש במכונות מולקולריות כדי לצרף את אבני הבניין הללו וליצור שורשים, גזע, ענפים, קולטי שמש ומכונות מולקולריות נוספות. כל עלה הוא יותר מתוחכם ממטוס, ופרטיו מעוצבים בדייקנות העולה על כל שבב מחשב. ואת כל זה עושה העץ בלי רעש, חום, עשן רעיל או עבודת כפיים של פועלים, והוא אפילו צורך ומחסל חומרים מזהמים תוך כדי כך. כשמסתכלים על זה כך, מתברר שהעצים הם טכנולוגיה עלית, ולא שבבי מחשב או טילים."

האסכולה ה"דרקסלריאנית" של הננוטכנולוגיה מאמינה שהמחקר במדעי הננו אכן יוכל להוביל ל"ייצור מולקולרי", שיבשר אולי את המהפכה התעשייתית הבאה – ננו-מכונות שמפרקות, מרכיבות, משכפלות ומשתכפלות. ואכן, יותר ויותר מחקרים עוסקים לאחרונה בלימוד וחיקוי של תהליכים המתחוללים ב"ננו מכונות" של הטבע – וירוסים, חיידקים, תאים, גנים, חלבונים, דנ"א. בצמוד למונח "ננוטכנולוגיה" נתקלים יותר ויותר במונחים כמו "ננו-ביולוגיה" או "ננו-ביוטכנולוגיה", המשקפים מעין מיזוג בין הננוטכנולוגיה לבין ביולוגיה מולקולרית, הנדסה גנטית, הנדסת חלבונים וכו'. במעבדות כבר הצליחו להדגים מעגלים האלקטרוניים ש"בונים את עצמם" תוך שימוש המולקולות דנ"א – כך אולי ייבנו "ננו-מחשבים" עתידיים.

עידן הננו
מרכזי מחקר רציניים משקיעים הרבה משאבים בננוטכנולוגיה העתידית. בנאס"א, למשל, עוסקים בסימולציות ממוחשבות של מנועים ומכונות מולקולריות – שעדיין לא יודעים איך לבנותן בפועל, אך המחשב מוכיח את היתכנותם. הנשיא קלינטון הכריז בשלהי כהונתו על "יוזמת ננוטכנולוגיה לאומית" – בנאום שנשא, איך לא, באותו אולם במכון הטכנולוגי של קליפורניה שבו ניתנה הרצאתו הנבואית של פיינמן ב-1959. גם בישראל גוברת המודעות לחשיבות של קידום מחקרים בתחום. המרכז הבינתחומי לניתוח ותחזית טכנולוגית באוניברסיטת ת"א עוקב אחר ההתפתחויות בתחום החל מתחילת שנות ה-90, והצביע על הפוטנציאל הרב הטמון בו בעבודה מקיפה של הערכה טכנולוגית שבוצעה בשנים 1995-1996. בשנת 2000 קיים הפורום הבינתחומי של אוניברסיטת ת"א, ביוזמת המרכז לתחזית טכנולוגית, מפגש על "עולם הננו" בהשתתפות מדענים ואנשי תעשייה. בשנים האחרונות מוקמים, בהשקעות ענק, מרכזי מחקר בינתחומיים לננוטכנולוגיה במיטב האוניברסיטאות בארץ. משרד המדע הגדיר את התחום בבעל עדיפות לאומית במסגרת תכנית המחקר התשתיתי שהוא מממן. יש התחלות של מיזמים תעשייתיים בשטחים הקשורים לעולם הננומטרי. עידן הננו בפתח, גם בישראל.

המאמר ו/או חלקים ממנו פורסמו במועדים שונים (בגרסאות שונות) בעיתון "הארץ" ובכתב העת "אאוריקה" להוראת מדע וטכנולוגיה


לעיון נוסף: 

ספר פופולרי בעברית: "ננו – בריאת העולם מולקולה אחר מולקולה", מאת אד רג'יס (תרגם עמנואל לוטם), הוצאת זמורה-ביתן, 1998
גלריית האמנות של מיקרוסקופ המינהור הסורק STM
מכון "פורסייט"

 דף הבית של "יוזמת הננוטכנולוגיה הלאומית" של ארה"ב

אתר המכון לננומדע וננוטכנולוגיה באוניברסיטת תל-אביב