Pomocí nanotechnologií budeme moci počítače integrovat do lidských buněk

0

NA NOc prosím zhasínejte

Jako obvykle nelze začít jinak než několika definicemi. Nanotechnologie (či zkráceně „Nanotech“) je věda, která se zabývá studiem kontroly hmoty na atomární, resp. molekulární úrovni. Za obecnou hranici mezi běžným světem a nanosvětem se pokládá rozměr aspoň jedné strany pod 100 nm (včetně), který by měl dotyčný nano-předmět mít, aby se za nanotechnologii mohl pokládat. To je zhruba 100–250× méně, než kolik má lidský vlas.

Takto vypadá uhlíkové nanovlákno ve srovnání s lidským vlasem, zdroj: TryNano

Moderní věda samozřejmě neoperuje pouze s atomy a molekulami, ale velmi ráda zabrousí i do oblasti nano-produktů připomínajících svými funkcemi ty velké, ovšem v patřičně miniaturním měřítku. Věda je to velmi rozsáhlá a dalo by se rozhodně s klidnou myslí konstatovat, že její vliv bude časem růst identicky, jak se nám bude dařit odhalovat nová a nová zákoutí této sféry lidského zkoumání.

Dnes bohužel musíme přeskočit některé vědy jako je v medicíně nanotoxikologie a nanosenzorika, o nanorobotice a podobných ani nemluvě, a rovnou přejdeme k těm nejzajímavějším pro konstrukci budoucích a mimořádně rychlých PC. A že si říkáte, k čemu dnes někdo potřebuje ještě větší výkon? Vyhneme se populárnímu (a již trochu trapnému) citátu s 640 kB RAM a přejdeme rovnou k praxi. Nějaký ten výkon navíc se lidem hodí vždy, jelikož jim umožňuje simulovat různé přírodní děje ve stále přesnějším měřítku. Vezměme si kupříkladu programy počítající výbuchy atomových bomb. Podobný plánuje jednou používat Lawrence Livermore National Laboratory s tisíci procesory pod svojí taktovkou k testování extrémně složitých paralelních programů se statisíci řádky kódu, jež tvoří podobné komplexní nukleární simulace. 

Počítače pro předpověď počasí patří mezi největší vůbec, na obrázku je Blizzard z institutu DKRZ v Hamburku, zdroj: TreeHugger

Nemusíme ale chodit pro příklad právě do armády. Dalším skvělým příkladem je počasí. To se nám sice daří již s dnešní technikou předpovídat za pomoci matematických modelů velmi dobře, nicméně jsou jisté situace, kdy jde o naprosto dokonalou předpověď skutečně po všech stránkách – ano, máme na mysli hurikány a tornáda. Jistě budete souhlasit, že pokud by se vám mělo zítra přehnat po dvorku tornádo, jistě byste nechtěli slyšet den předtím z rádia: „Možná“. Matematické modely pro výpočet hurikánů jsou také stále komplexnější a to přirozeně vyžaduje výkon, který i dnes zvládnou jen ty nejsilnější superpočítače na Zemi. Pro tuto sezónu (od 1. června do 30. listopadu) bylo pro zajímavost po pěti letech tvoření programu a po bilionech operací vypočítáno, že proběhne 17 bouří a 10 se vyvine v hurikán. (Dlouhodobý průměr v této oblasti činí 11 bouří a z nich pak je na 6 hurikánů.)

Menší je lepší

Ačkoliv si to ani neuvědomujeme, jsme pěkní obři. Naše tělo tvoří miliony a miliony organizovaných buněk, takže prostor ke zmenšování techniky máme naštěstí velmi dobrý. Ovládací prvky či vstupní interface pochopitelně musí i u toho nejmenšího zařízení zůstat v rámci mezí pohodlných pro naše ovládání (známý syndrom neovladatelného mini-mobilu). Na druhou stranu ale, vlastní procesní část se může zmenšit, jak jen bude libo. Již dnes vědci umí vytvořit částečky, materiály i miniaturní roboty, jež jsou tak malí, že je k jejich spatření potřeba elektronový mikroskop.

Za pár let už budeme do lidských buněk veliké 10 μm2 vkládat počítače s tisíci tranzistory, zdroj: NanoWerk

Představují se uhlíkové nanotrubičky

V souvislosti s nanotechnologiemi v PC je nutno zmínit ještě jeden novodobý pojem – uhlíkové nanotrubičky. To je alotropická modifikace uhlíku, která má tvar cylindrické nanostruktury. Materiál je unikátní tím, že dosahuje nejlepšího poměru mezi délkou a průměrem na světě (132 milionů proti jedné). Materiál však má i spoustu dalších nových vlastností, které jej činí nesmírně zajímavým pro budoucí využití v optice, elektronice, fyzice, biologii a na zhruba desítce dalších míst. Předně, jde o takřka dokonalé vodiče tepla a jde také o nejpevnější materiál dosud člověkem vyvinutý. Kdybychom jej vytvořili jako provázek s průřežem 1 mm2, pak by se přetrhl až u zatížení 6422 kg. Vědcům se podařilo z tohoto typu uhlíku vytvořit materiál tvrdší než diamant. A teď to nejzajímavější. V závislosti na konstrukčních poměrech se uhlíkové nanotrubičky mohou chovat jako polovodiče, nebo jako kovy, což z nich dělá ideální kandidáty pro konstrukce budoucích procesorů.

I sedminásobný šampion Tour de France – Lance Armstrong – jezdí na kole z uhlíkových vláken, zdroj: SkyTowerCasino

Jak pomohou nanotechnologie budoucím PC?

Základním obecným přínosem nanotechnologií jsou počítače menší i lehčí zároveň. Pro představu, procesor vytvořený kompletně v nano-škále bude mít rozměry o 3–4 řády nižší a přitom bude znatelně rychlejší, nežli vše, co dnes z běžných PC známe. Díky své tepelné vodivosti téměř 10× tak velké jako u oceli z nich budou i skvělá chladicí zařízení. Abychom však jen nechválili, poslední dobou se hodně píše o působení uhlíkových nanotrubiček na lidské zdraví. Diskutovaná toxicita prozatím nebyla prokázána, a to z toho propstého důvodu, jelikož o tomto materiálu zkrátka zatím nevíme dost. Podobný výzkum právě začal, jeho data jsou tudíž dosud fragmentovaná a také ještě neprošla ani vědeckou kritikou. Dostupná data nicméně jasně ukazují schopnost nanotrubiček prostupovat biologickými membránami, takže je do budoucna zaděláno minimálně na fibrotické problémy v buňkách, zkrátka, nanomateriály by se za podobné konstelace nesměly dostat z PC ven. Čas nám ale ukáže více.

Když nemůže buňka za PC, musí PC za buňkou!

Budoucnost má být dle vědců velmi lákavá. Kromě nejpokročilejších nanotechnologií se v ní máme setkat i s počítači umisťovanými do běžných lidských buněk. Je tedy docela dobře možné, že člověka jednou půjde „vytunit“ do podoby, jakou mu příroda upřela. Vezměme si například ušní buňky zajišťující sluch. Pokud by ke každé z nich byl přidán miniprocesor, patřičné senzory, vyřešilo se napájení atd., pak by člověk mohl třeba slyšet i zvuky z pásma daleko za 20 kHz. Podobné věci jsou dnes sice ještě stále doménou sci-fi, nicméně lidé již mnohokrát dokázali, že i nemožné lze překonat…

Zdroj: Science Daily (1, 2), BrightHub, NanoWerk

Pomocí nanotechnologií budeme moci počítače integrovat do lidských buněk

Ohodnoťte tento článek!