Nanotech: Seni dari Kemungkinan

Dalam garis kerja George M. Whitesides, benda diukur dalam nanometer. Satu nanometer adalah sepersejuta meter, dan untuk memahami betapa kecilnya itu, lupakan analogi dengan lebar rambut manusia atau kepala peniti. Skala nano tidak ada hubungannya dengan item yang sudah dikenal. Anda perlu memikirkan tempat di mana objek-termasuk perangkat yang sedang dikerjakan oleh Whitesides dan lainnya-hanya sedikit lebih besar dari atom.



Membangun sesuatu pada skala itu disebut nanoteknologi. Ini adalah bidang yang berkembang pesat dengan potensi besar; perangkat kecil dapat merevolusi komputasi, penyimpanan informasi, komunikasi, dan sejumlah area yang tidak terduga. Tapi itu juga merupakan area yang rentan terhadap janji yang dilebih-lebihkan, dengan spekulasi tentang mesin nano yang lebih mungkin ditemukan di Star Trek daripada di laboratorium.

Pemerintah Web yang Tidak Terpilih

Kisah ini adalah bagian dari edisi November 1998 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Seorang ahli kimia dan ilmuwan material terkemuka, Whitesides telah menjelajahi dunia yang sangat kecil ini selama bertahun-tahun. Setelah hampir 20 tahun di MIT, Whitesides bergabung dengan departemen kimia Universitas Harvard pada tahun 1982. Peneliti Harvard telah menyediakan fabrikasi mikro dan nano dengan beberapa teknik konstruksi yang paling berguna. Tetapi Whitesides juga terus memeriksa realitas yang terlatih dengan baik di dunia nano. Terlepas dari antusiasmenya yang jelas untuk lapangan, dia berniat mendefinisikan apa yang ada, dan apa yang tidak, akan menjadi mungkin.

ANAK-ANAK Editor Senior David Rotman baru-baru ini mengunjungi Whitesides, Profesor Kimia Mallinckrodt di Harvard, di kantornya di Cambridge untuk memilah fakta dari fiksi ilmiah dalam nanoteknologi.

TR: Mari kita mulai dengan pertanyaan dasar. Seberapa kecil kualifikasi untuk nanoteknologi?
PUTIH: Definisi standar adalah struktur fungsional yang memiliki ukuran fitur kurang dari 100 nanometer, tetapi saya pikir jumlahnya mungkin harus 50 nanometer atau kurang.



seberapa besar otak lalat

TR: Mengapa nanoteknologi begitu menarik?
PUTIH: Ini adalah perpanjangan dari mikroteknologi. Dan mikroteknologi adalah dasar pembuatan komponen komputer, dan itu adalah masalah yang sangat besar. Mikroteknologi telah berjalan bersama selama bertahun-tahun dengan gagasan bahwa membuat hal-hal yang lebih kecil membawa manfaat-mereka lebih murah, Anda mendapatkan lebih banyak portabilitas dan lebih banyak kinerja per dolar. Idenya adalah karena lebih kecil telah bekerja dengan mikroelektronika, Anda dapat melanjutkan tren itu di luar ukuran mikroelektronika saat ini, dan penyusutan ini membawa Anda ke dunia yang disebut nano.

TR: Teknologi spesifik apa yang bisa dihasilkan dari pekerjaan seperti itu?
PUTIH: Contoh yang baik adalah penyimpanan informasi. Saat ini ukuran tempat pada disk CD berada di urutan 10 mikrometer persegi. Orang-orang, khususnya orang-orang IBM, telah membuat ekuivalen CD yang menggunakan lubang pada disk yang berputar tetapi lubangnya sekarang berukuran 50 nanometer. Anda bisa mendapatkan, dalam ukuran jam tangan, mungkin setara dengan 1.000 CD. Itu mulai mendekati sebagian kecil dari perpustakaan referensi yang Anda butuhkan untuk hidup Anda. Itu menimbulkan pertanyaan menarik: Apa yang terjadi ketika Anda dapat menempatkan semua informasi yang Anda butuhkan untuk sebagian besar hidup Anda di jam tangan Anda, daripada benar-benar harus mempelajarinya? Itu adalah salah satu ide yang sedikit menggeser gagasan tentang bagaimana kehidupan harus dipimpin. Anda dapat mengambil ide-ide itu dan memperkirakannya. Anda memasang sistem penentuan posisi mikro atau global pada jam tangan Anda, sehingga Anda tahu di mana Anda berada. Anda dapat memiliki kemampuan untuk menemukan diri Anda sendiri, untuk melakukan perhitungan, menggunakan informasi, untuk berkomunikasi.

patch diabetes pada kulit

TR: Di mana kita dalam hal benar-benar menyadari beberapa hal ini?
PUTIH: Pada tahap prototipe laboratorium. Orang-orang telah membuat CD kecil, tetapi itu bukan sesuatu yang dapat Anda gunakan di luar laboratorium. Akan sangat sulit untuk memperluas metode fabrikasi yang sekarang digunakan orang untuk membuat struktur kecil ini menjadi apa pun yang benar-benar dapat diproduksi, tetapi itu akan terjadi.

TR: Seberapa besar tantangan ini?
PUTIH: Kami memiliki demonstrasi prinsip dari mikroelektronika bahwa jika Anda dapat membuat sesuatu lebih kecil, orang akan menemukan banyak hal menarik untuk dilakukan dengan mereka. Saat ini, kami dapat membuat hal-hal kecil di laboratorium, tetapi kami tidak tahu bagaimana membuat hal-hal yang sangat kecil secara massal di lingkungan manufaktur. Dan kami tidak tahu cara menggunakannya setelah kami membuatnya. Sampai masalah manufaktur itu terpecahkan, kita tidak akan tahu barang apa yang bisa dibuat, dan kita tidak akan tahu seperti apa teknologinya nanti.



TR: Fotolitografi yang menggunakan sinar ultraviolet untuk menggoreskan pola pada chip silikon merupakan teknologi yang dominan dalam pembuatan mikroelektronika pada skala mikrometer. Tapi, saya ambil, Anda tidak melihatnya memiliki banyak masa depan dalam hal nanoteknologi?
PUTIH: Fotolitografi telah sangat sukses. Kami telah melakukan perjalanan yang luar biasa dengan teknologi ini, dan ada banyak alasan untuk berpikir bahwa ini akan berlanjut untuk sementara waktu. Tapi sekarang Anda mulai mundur sedikit dan berkata, yah, sulit untuk mencapai di bawah 100 nanometer, dan Anda tidak dapat membangun benda 3-D. Ini benar-benar tidak berfungsi untuk terlalu banyak bahan selain silikon dan hal-hal seperti itu. Kami ingin membuat hal-hal kecil sehingga bisa cepat dan murah dan portabel dan tidak memakan daya. Bagaimana kita melakukannya?

TR: Apa sajakah alternatifnya?
PUTIH: Salah satunya adalah berkas elektron, yang perwujudannya adalah Pisau Bedah. [Scalpel adalah sistem yang dikembangkan di Bell Labs Lucent Technologies yang menggunakan berkas elektron untuk membuat pola wafer silikon]. Pesaing lainnya adalah litografi sinar-X [proses ini menggunakan sinar-X untuk membuat pola wafer]. Keduanya memiliki banyak masalah teknis yang sangat sulit, yang kami anggap akan diselesaikan lebih atau kurang, tetapi apakah mereka benar-benar cukup murah adalah pertanyaan lain. Dan kemudian ada teknologi baru yang datang, saya pikir, tembakan panjang yang sah, seperti litografi menggunakan atom netral atau berkas ion. Saat ini, ini adalah pacuan kuda yang nyata tentang teknologi mana yang akan digunakan dalam nanoteknologi. Tapi ini baru permulaan.

TR: Apakah keterbatasan dalam fotolitografi cukup mendasar untuk mendorong bidang teknologi yang sama sekali baru untuk membuat mikroelektronika?
PUTIH: Mereka bisa. Fotolitografi menjadi sangat rumit dan sangat mahal. Untuk fab generasi baru [fasilitas fabrikasi untuk membuat chip semikonduktor] yang sedang direncanakan sekarang untuk tahun-tahun terakhir 2000, biaya modal per fab diperkirakan miliar hingga miliar. Jika Anda ingin pengembalian investasi 20 persen, dan Anda memasukkan miliar, berapa banyak microwidget yang harus Anda jual setiap tahun selama beberapa tahun sehingga fab itu canggih? Jawabannya, banyak. Dan orang-orang yang harus mengeluarkan uang tidak suka itu.

TR: Jadi masih menjadi pertanyaan bagaimana hal-hal yang sangat kecil akan dibuat. Apa saja hal-hal lain yang tidak diketahui tentang masa depan nanoteknologi?
PUTIH: Ada masalah bahwa perangkat, ketika Anda turun ke ukuran nano yang sebenarnya, tidak lagi berfungsi seperti yang diharapkan berdasarkan ekstrapolasi perangkat yang ada. Anda mendapatkan pendapat yang agak berbeda tentang seberapa jauh teknologi yang ada dapat diekstrapolasi. Dugaan saya adalah bahwa seseorang dapat mengambil sistem yang ada dan mengekstrapolasinya ke suatu tempat di wilayah 50 hingga 100 nanometer. Saat Anda mulai mendekatkan kabel, transistor, dan komponen lain, mereka mulai berbicara satu sama lain, dan crosstalk ini menjadi masalah yang sangat serius. Sifat-sifat bahan dasar yang digunakan-doping silikon-juga menjadi sulit dikendalikan.

TR: Selain menyusutkan mikroelektronika menjadi lebih kecil dan lebih kecil, ada banyak pembicaraan tentang penggunaan nanoteknologi untuk jenis aplikasi mekanis lainnya.

PUTIH: Ada banyak hal yang berkisar dari yang berpotensi nyata hingga hal-hal yang fiksi ilmiah. Ada gagasan tentang mesin otonom yang sangat kecil yang berenang di aliran darah atau semacamnya. Saya tidak melihat cara untuk menyadarinya. Alasannya adalah bahwa, selain masalah dalam membangunnya, ada masalah mengerikan dengan kekuatan dalam segala hal yang merupakan sistem otonom. Harus ada beberapa penemuan yang benar-benar mendalam sebelum ada yang mengetahui cara memberi daya pada sistem otonom kecil. Kami memiliki contoh sistem bertenaga: misalnya, sel hidup, atau organel di dalam sel. Tapi sel sebenarnya bukan benda kecil. Sel mamalia berukuran sekitar 25 mikrometer dan bahkan sel bakteri berukuran 1 hingga 3 mikrometer. Virus, yang jauh lebih kecil, tidak diberdayakan. Jadi kekuasaan adalah salah satu pertanyaan mendasar. Gesekan dalam sistem yang bergerak kecil adalah sedetik. Manufaktur adalah yang ketiga.

TR: Apakah menurut Anda beberapa dari aplikasi ini telah dilebih-lebihkan?
PUTIH: Apa Eric Drexler [K. Eric Drexler adalah peneliti di Institute for Molecular Manufacturing di Palo Alto, California; bukunya Engines of Creation membantu mempopulerkan nanoteknologi] dan yang lainnya lakukan adalah membangun serangkaian ide berdasarkan membuat hal-hal yang ada menjadi lebih kecil. Mereka mengatakan jika Anda memiliki Rotorooter besar, mengapa tidak memiliki Rotorooter kecil?

cara menjual seni kripto

TR: Tapi itu jelas kasus di mana hanya karena mereka lebih kecil ...
PUTIH: Mereka belum tentu lebih baik. Lebih kecil tidak selalu lebih baik.

TR: Dan mereka tidak selalu berfungsi hanya sebagai salinan yang lebih kecil.
PUTIH: Benar. Tidak hanya mereka tidak selalu lebih baik, terutama jika harganya lebih mahal, tetapi juga mereka mungkin tidak bekerja dengan menggunakan prinsip yang sama. Artinya, untuk struktur yang sangat kecil, kita mungkin harus menemukan arsitektur baru dan cara berpikir baru tentang masalah tersebut, sehingga kita dapat menangani kekhasan mesin kecil ini. Dan tentu saja salah satu pertanyaan yang menarik adalah, di mana akan sepadan dengan usaha untuk membuat mesin yang benar-benar sangat kecil?

TR: Jika kita melakukan percakapan ini lima atau 10 tahun dari sekarang, adakah tebakan apa yang akan kita bicarakan?
PUTIH: Saya pikir kita mungkin memiliki percakapan yang sedikit berbeda. Salah satu yang kurang tentang bagaimana nanoteknologi telah mengubah dunia dan lebih tentang bagaimana mikroteknologi murah telah mengubahnya. Saat ini, kami mencadangkan dunia struktur pembuatan mikrofabrikasi antara beberapa ratus nanometer dan beberapa mikron [satu mikron adalah mikrometer, sepersejuta meter]- untuk mikroprosesor elektronik dan sistem komputer. Ini adalah pertanyaan yang sangat sah untuk bertanya apa yang terjadi ketika Anda memperluas banyak hal yang sekarang dibuat pada skala sentimeter dan milimeter ke skala mikrometer, dan fungsi baru apa yang Anda dapatkan?

TR: Apa yang Anda pikirkan?
PUTIH: Ungkapan yang saya gunakan adalah teknologi skala mikron dengan ekonomi kertas koran. Misalnya, daripada membeli koran, Anda mungkin membeli selembar kertas; sisi belakangnya akan menjadi baterai, sisi depannya akan menjadi layar. Anda membacanya, menggulir untuk menemukan karya referensi di dalamnya, melihat ilustrasi animasi, dan setelah selesai, Anda membuangnya. Salah satu hal yang mungkin akan kita bicarakan dalam 10 tahun mendatang adalah bagaimana elektronik skala mikron menggunakan teknologi baru telah merambah ke segala macam hal. Keyakinan saya adalah bahwa hampir semuanya-sepatu, jendela, mainan anak-anak, label belanjaan, label pengiriman, kartu kredit-akan memiliki barang elektronik dalam beberapa tahun.

TR: Anda sering menyebut biologi dan sistem alam. Apa yang biologi katakan tentang nanoteknologi?
PUTIH: Biologi membuat semua jenis struktur kecil yang sangat fungsional. Drexler berbicara tentang motor kecil; kami memiliki contoh yang bagus dari motor kecil dalam biologi, yang merupakan motor flagellar pada bakteri. Motor ini benar-benar bekerja dengan sangat baik, dan sebenarnya sangat mirip dengan motor. Bisakah kita belajar bagaimana menggunakan hal-hal biologis ini dengan cara yang tepat di perangkat kita, atau memahami prinsip-prinsip biologi dengan lebih baik dan kemudian belajar bagaimana menanamkan prinsip-prinsip ini dalam sistem non-biologis? Contoh lainnya adalah sensor. Banyak hal yang dilakukan dalam sistem biologis apa pun adalah penginderaan. Retina, hidung, semuanya bergantung pada molekul yang merupakan sensor berskala nano. Bagaimana kita bisa menggunakan ide-ide ini untuk membuat mata dan hidung palsu?

TR: Apakah biologi memberi tahu Anda tentang tantangan di depan?
PUTIH: Kami terdiri dari serangkaian struktur dan komponen hierarkis. Kami memiliki molekul pada tingkat skala nano yang dikumpulkan ke dalam organel, yang berukuran 10 nanometer hingga mungkin 100 nanometer, dikumpulkan dan bekerja secara kolektif dalam sel, yang kemudian bergabung menjadi jaringan yang menjadi kita. Salah satu masalah dalam elektronik adalah bahwa kami hanya bekerja dalam dua skala. Transistor dan kumpulan transistor-dan itulah perangkatnya. Tetapi untuk memanfaatkan nano sepenuhnya, kita harus memikirkan hierarki tingkat struktur secara penuh.

TR: Apa saja pelajaran besar yang telah diajarkan oleh penelitian Anda di bidang nanoteknologi?
PUTIH: Salah satunya adalah gagasan bahwa fungsi seringkali hierarkis dan diprioritaskan. Molekul melakukan hal-hal tertentu, objek yang berukuran 10 nanometer melakukan hal-hal tertentu yang berbeda, objek yang berukuran 100 nanometer melakukan hal-hal lain yang berbeda. Untuk fungsionalitas yang kompleks, seseorang harus belajar bagaimana membangun dari potongan kecil menjadi objek besar dengan memanfaatkan kemampuan unik masing-masing. Yang kedua adalah bahwa ada fenomena yang spesifik ukuran. Salah satu hal yang dilakukan seseorang dalam skala apa pun adalah mencari kesesuaian antara fenomena yang Anda lihat dan objeknya. Setiap kali Anda melihat fenomena dan strukturnya memiliki ukuran yang sama, ada hal menarik yang bisa Anda lakukan. Hal ketiga adalah bahwa untuk skala nanometer khususnya tidak ada gudang ide dan strategi menarik yang lebih kaya daripada biologi.

kami peta tulang punggung internet
bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan