E’ capitato più volte nella storia dell’umanità che particolari progressi nella tecnologia abbiano portato a cambiamenti radicali nella società e nel modo in cui viviamo. Esempi assai vicini a noi sono i computer, la telefonia cellulare, Internet, o appena un po’ più lontane, la televisione e le automobili. Per un uomo vissuto anche solo cento anni fa, sarebbe stato estremamente difficile persino immaginare il nostro presente: molte delle cose che oggi diamo per scontate e normali, gli sarebbero sembrate frutto di un sogno assai ardito. Vorrei infatti sottolineare ancora una volta come gli avanzamenti tecnologici sopracitati abbiano cambiato permanentemente il nostro stile di vita, le azioni che compiamo quotidianamente. Per un uomo moderno è assolutamente normale scambiare un messaggio in tempo reale con qualcuno che vive dall’altra parte del globo, colloquiare con persone distanti senza bisogno di fili, spostarsi velocemente da un punto all’altro del globo.
Certamente, visto l’enorme impulso odierno allo sviluppo scientifico e tecnologico, altre conquiste potrebbero rivoluzionare ancora una volta il nostro modo di vivere, e una tra le più promettenti in questo senso è la cosiddetta nanotecnologia. Di solito, quando si cerca di fare qualche previsione sugli sviluppi futuri della tecnologia, gli scienziati manifestano grande prudenza, in particolare quando si arriva a fare previsioni sul quando una determinata tecnologia sarà disponibile. Ad esempio, per l’utilizzo pratico di una fonte energetica virtualmente illimitata come la fusione nucleare (a caldo) gli scienziati stimano una cifra prudente di cinquant’anni; in generale, più rivoluzionaria è una determinata tecnologia e più si tende alla prudenza (ovviamente in queste stime giocano un ruolo anche le difficoltà intrinseche più o meno elevate nella sua realizzazione pratica!).
E’ quasi un paradosso quindi vedere come, per quello che riguarda la nanotecnologia, le stime degli scienziati che attualmente stanno lavorando per svilupparla siano a breve, se non addirittura a brevissimo termine (dai 5 ai 10 anni secondo alcuni, mentre i più prudenti arrivano a 50 anni). Una cosa però mette tutti d’accordo: una volta sviluppata pienamente, la nanotecnologia cambierà il mondo in un modo talmente radicale da far impallidire tutti i cambiamenti precedenti. Vi sembra esagerato? Provate allora a pensare ad un mondo dove i normali processi produttivi utilizzati oggi per produrre uno qualsiasi degli oggetti che vi circondano diventino storia antica: i prodotti vengono sintetizzati direttamente al calcolatore come modelli molecolari e "costruiti" atomo per atomo. Immaginate pavimentazioni stradali che convertono l’energia solare in elettricità con ogni loro centimetro quadrato, replicatori di qualsiasi materiale (anche il cibo!), la fine dell’inquinamento, la fine delle malattie e dei difetti genetici, il prolungamento della vita media a valori inconcepibili. Vi sembra fantascienza? Ebbene sono proprio questi e tanti altri ancora i cambiamenti che ci aspettano se le nanotecnologie manterranno quello che promettono oggi. E la maggior parte degli scienziati sono concordi sul fatto che non si tratta più di una questione di "se" ma solamente di "quando"; in altre parole, il sentiero da seguire appare già tracciato, si tratta solo di percorrerlo risolvendo uno alla volta i problemi che si presentano.
Ma cosa si intende propriamente con nanotecnologia? Un primo indizio ce lo dà il nome stesso: il prefisso "nano-" identifica come è noto un sottomultiplo pari a un miliardesimo di una certa unità di misura; ad esempio un nanometro è pari alla miliardesima parte di un metro (o se preferite alla milionesima parte di un millimetro). Per darvi un idea di quanto piccolo sia un nanometro, pensate che esso equivale più o meno alla larghezza di tre atomi!
La nanotecnologia si occupa della manipolazione diretta di atomi e molecole per "costruire" mattone per mattone strutture anche complesse (qualsiasi cosa: dalle materie prime a oggetti finiti) come se si trattasse di un gioco di Lego. Per sviluppare in pieno quest’idea c’è bisogno di un cosiddetto "assemblatore", una nanomacchina1 in grado di costruire quanto richiesto, e in primis una copia di se stessa! Provate a pensare a alcune migliaia di queste nanomacchine, assolutamente invisibili ad occhio nudo, immerse in un bagno di coltura; debitamente istruite, potrebbero in pochissimo tempo diventare miliardi autoreplicandosi, per poi passare alla costruzione di un qualunque materiale di cui sia nota la struttura molecolare.
La costruzione di un "assemblatore" schiuderà le porte ai sogni più folli; proprio oggi alle università Cornell e Stanford ed anche alla Zyvex (una azienda che si dedica esclusivamente allo sviluppo di nanotecnologie) schiere di ingegneri stanno lavorando alacremente per costruire i primi modelli di nanomacchine assemblatrici. Le difficoltà tecniche sono naturalmente enormi, dato che gli atomi non si comportano proprio come i mattoncini dei Lego, è estremamente difficile "metterli" proprio dove si vuole! Ad ogni modo le stime variano dai 5 a i 18 anni per avere il primo "assemblatore", e alcuni decenni per avere finalmente la possibilità di costruire materiali finiti.
Le possibilità sono enormi: pensate solo all’impatto che potrà avere sull’economia e sui normali processi produttivi industriali l’introduzione delle nanomacchine: invece di avere enormi macchinari che fabbricano beni di consumo o lavorano materie prime, il processo produttivo si ridurrà soltanto al "design" al calcolatore di modelli molecolari descrittivi, mentre tutto quanto sarà assemblato da miliardi di nanomacchine a partire da elementi puri in apposite vasche. Significativa a questo proposito la frase di un ricercatore di nanotecnologia, "matter will become software".
Altrettanto rivoluzionarie le applicazioni in campo medico o ambientale: chi avrà contratto una grave malattia potrà semplicemente bere un cucchiaio di una soluzione contenente nanomacchine debitamente programmate per combattere il virus nel suo organismo.
In campo ambientale, oltre all’ovvio vantaggio di non dover più sfruttare direttamente alcune risorse naturali (come il legno ad esempio) potendole infatti costruire, si avranno nuvole di nanomacchine nell’atmosfera, appositamente studiate per decomporre a livello atomico gli agenti inquinanti… sono in molti gli addetti al settore che vedono nella nanotecnologia la fine dell’inquinamento.
Naturalmente si aprono anche scenari inquietanti: cosa accadrà all’economia mondiale quando il commercio perderà molte delle sue ragioni d’essere? Cosa accadrà quando i computer arriveranno ad un livello di complessità, di velocità e di miniaturizzazione superiori a quelle di un cervello umano? Cosa accadrebbe se un qualche dittatore pazzoide liberasse una nube di nanomacchine assassine programmate per distruggere esseri umani? Cosa faremmo se nanomacchine mal programmate sfuggissero al controllo e si replicassero esponenzialmente senza sosta fino a ricoprire tutto il pianeta?
Nei prossimi anni avremo il tempo, si spera, di ponderare bene l’uso che vorremo fare di queste tecnologie.
Ma oggi, a che punto siamo? Quanto lontani siamo dagli scenari appena descritti, che sembrano presi di peso da un romanzo di fantascienza?
Tra le difficoltà che si presentano agli scienziati che approcciano la nanotecnologia, la più grande è probabilmente la programmazione delle nanomacchine. Quand’anche si riuscisse a costruire un assemblatore (e non ci siamo molto lontani) come fare per dirgli cosa costruire e in che modo farlo? Come si passa dalla simulazione al calcolatore della struttura molecolare di, ad esempio, un’assicella di legno, ad un programma per le nanomacchine che dovranno costruirla? Questa, a detta di molti, è l’autentica sfida di questo settore emergente.
Le nanomacchine rudimentali che siamo riusciti ad ottenere oggi eseguono semplici compiti, ad esempio ruotano o si flettono su un determinato asse quando vengono stimolate da una particolare onda elettromagnetica. Si sono costruiti i primi prototipi di "motore" (una struttura rotante che converte l’energia in moto rotatorio) e di "pinze" in grado di "prendere" un singolo atomo (!). Questi prototipi sono nanomacchine, pertanto sono costuiti da pochissimi atomi!
Sono passati ormai parecchi anni quando un gruppo di ricercatori stupì il mondo scrivendo le lettere "IBM" con poche decine di atomi perfettamente allineati, ciascuno manipolato direttamente. Ormai non è più un sogno (come sembrava anche solo pochi anni fa) "vedere" gli atomi, recentemente si è avuta persino conferma visiva dell’esistenza degli orbitali atomici, "fotografati" grazie ad una particolare tecnica.
Il professor Richard E. Smalley, docente di fisica e chimica alla Rice University, ha presentato agli occhi delle comunità scientifica i suoi "buckytubes" (il nome deriva da Buckminster Fuller, inventore della sfera geodesica), tubi piccolissimi fatti con molecole di carbonio a forma geodesica ("Buckyballs"), ovvero fibre di carbonio del diametro di pochi nanometri e dalle incredibili caratteristiche fisiche (dalle 100 alle 150 volte più forti dell’acciaio, con un peso quattro volte inferiore).
Ricercatori della Cornell University hanno dimostrato quanto avanzate siano oggi le tecniche di manipolazione diretta degli atomi costruendo letteralmente una chitarra (una buona approssimazione di una Fender Stratocaster!) delle dimensioni di un globulo rosso (!!!)
Quasi certamente, tra le prime conquiste della nanotecnologia (ancora prima degli assemblatori) ci saranno nuovi materiali dale incredibili caratteristiche, che rivoluzioneranno molti campi. Un intero discorso a parte meriterebbe la nanotecnologia al servizio dell’informatica. Pensate solo a cosa significa oggi ottenere componenti elettronici sempre più minuscoli…. Se riuscissimo a ridurli fino alle dimensioni di pochi nanometri, potremmo veramente costruire microprocessori potentissimi piccoli come cellule…
Quello che mi preme sottolineare in questo articolo, è come la nanotecnologia non sia affatto oggi una chimera inseguita da qualche scienziato pazzo, ma un campo in fortissima espansione sul quale stanno lavorando alacremente i migliori gruppi di ricercatori di tutto il pianeta. In Giappone il governo stesso dichiara che la nanotecnologia sarà la chiave di volta del futuro prossimo, e lo stesso MITI (il potentissimo ministero dell’industria e del commercio) stanzia fondi per la ricerca. In Europa le conferenze sulle nanotecnologie sono seguite dai migliori scienziati, molte università (come quelle di Birmingham in Inghilterra e la Technical University in Danimarca) stanno impegnandosi alacremente nella ricerca. Negli Stati Uniti ben 11 agenzie governative stanno sovvenzionando studi nulle nanotecnologie, tra questi il NIH (National Institutes of Health), la NASA, il DARPA, I dipartimenti dell’Energia e della Difesa. Le università più prestigiose stanno effettuando ricerca: MIT, Stanford, Cornell, Rice..
Insomma, sembra proprio che tutte le maggiori risorse umane e tecnologiche del pianeta stiano lavorando come non mai per far sì che la nanotecnologia si trasformi da sogno in realtà, e probabilmente questo accadrà in molto meno tempo di quanto ci aspettiamo. Per ora, ma solo per ora, accontentiamoci di contemplare la migliore (e molto probabilmente insuperabile) opera di nanotecnologia molecolare esistente nel Creato…ogni volta che ci guardiamo nello specchio la mattina.
Massimo Borri
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