Mis jääb tuumareaktori ja käekella vahele?



Grammi mikroprotsessori hind ületab juba mäekõrguselt kulla ja teemantide hinna, ning sellised asjad muutuvad üha suuremaks varanduseks. Selle kõige taga on põnev maailm - nanotehnoloogia, mida tutvustab om essees Marek Strandberg
Antiikajast saati on inimeste kujutluses olnud arusaam, et on jagamatud ilmaosakesed. Aatomid. See, mida kunagi aatomiks (jagamatuks) nimetati, osutus ometi jagatavaks ning tuumafüüsika ja mateeria alustalade uurimine on olnud ja tõotab ka tulevikus olla uute tehnoloogiate lätteks. Tuumaenergeetikat - seda aatomituumade lagundamisel/liitmisel püsivat - rakendatakse laialt esimestest pommidest saati. Nüüdisajal uuritakse enam tumeda või varjatud energia olemust (ingl. k. dark energy), mis arvamuste järgi on maailma vundamenti paigas hoidvaks moodustiseks. Kes siis ei ihkaks näppu ammendamatu jõu meepütti pista.
Teisalt näeme, kuidas meid ümbritsevad masinad on aina väikesemaks ja väiksemaks muutunud. Sadade aastate eest oli meistrimehi, kes väidetavalt kirbugi rautada suutsid. Üliväikesed skulptuurid ning riisiteradele kirjutatud tekstidki on käsitsitegemise ajaloost muidugi teada-tuntud asjad.
Juba mõne sajandi eest suutsid kellaseppmeistrid isegi sõrmusesse imepeene daamikella valmis ehitada ning eks ole harjumus teha täpseid ning väikseid asju jätkuvaks konkurentsieeliseks ka ðveitsi kellatööstusele. Zogelini-nimeline kellassepp valmistas 19. sajandil 5 mm läbimõõduga kellamehhanismi, mis paigutati briljantidega ehitud sõrmusesse. Brasiilia imperaatoriprouale kuulunud nipsasjakest valmistas Zogelin kolm aastat ja ta maksis selle eest töntsimaks jäänud nägemisega.
 

Tänaseks on nii luksuslike kui töökindlate kellade ekspordimaht ðveitsist ületanud 100 miljardi krooni piiri aastas.
Imeväikeste asjade tegemine sai hoo sisse siis, kui asuti tegema nii pooljuhtelemente kui 1960. aastatel ka mikrolülitusi, milles tänaseks on välja kasvanud tohutu mikroelektroonika ning mikroprotsessorite tööstus.
20. sajandi viimase kahe viiendiku saabudes oli tehnoloogia kuhjunud kahte suurde hunnikusse:
- ühes olid kõik alates üleskeeratavatest kelladest ja mänguasjadest ning triikraudadest kuni automootorite ja aurulaevadeni
- teises olid kõik alates tuumareaktoritest kuni putukamürkide ning imeliimideni. Seega ühes on kõik, mida saab suuremate asjade väiksemaks viilimisel, saagimisel ja söövitamisel, ning teises kõik, mida saab aatomite ja molekulide kombineerimisel uueks aineks või aatomituumade katkitegemisel või liitmisel.
Seega ühes on kõik, mida saab suuremate asjade väiksemaks viilimisel, saagimisel ja söövitamisel, ning teises kõik, mida saab aatomite ja molekulide kombineerimisel uueks aineks või aatomituumade katkitegemisel või liitmisel.
Seda, et kahe kuhja vahel võiks olla veel üks nendevahelist ühendust moodustav lüli, küll aimati, kuid tööstuse mõõtmed ning tehnoloogilise arengukire on see vallandanud alles viimasel kümnendil.
Tõsi, juba 1959. aastal pidas muuhulgas ka maailma üheks edukamaks loodusteaduste propageerijaks osutunud Richard Feynman Ameerika Füüsikaühingu aastakoosolekul loengu "Seal allpool on rohkelt ruumi." See oli kutseks uude füüsikavaldkonda ning avas tee kolmanda märkamisele eespool nimetatud kahe suure kuhja vahel. Soovitan selle loengu ülestähendust kindlasti lugeda () , kuna see annab hea kogemuse, mil moel selged ja argumenteeritud visioonid tegelikkuseks muutuvad. Lugedes ärge unustage, et tegemist on pea poole sajandi vanuse tekstiga, mitte lähimineviku artikliga majanduse või tehnoloogia arengust - sarnasus ja samasus tundub hämmastav. 

TEHNOLOOGIA, MIS SELLEST AJAST ALGUSE SAI, KANNAB NÜÜDSEKS nimetust nanotehnoloogia. Selle alla võib arvata ka teatava osa kaasaegsest elektroonikatööstusest, kuid nanotehnoloogia olemus ja võimalused on siiski laiemad.
Arutledes selle üle, kuidas mahutada Briti Entsüklopeediat nööpnõelapeale, formuleeris ta piisavalt selgelt meie tänase infotehnoloogia võimalused ning arenguteed. Feynman rääkis oma tulevikulugu ka Jack Kilby nimelisele mehele, kes Texas Instruments’i laboreis esimese mikrokiibi valmis meisterdas. Selle eest sai Kilby ka 2000. aasta Nobeli füüsikapreemia.
1960. aastast on elektroonikatoodangu turg kasvanud 29 miljardilt dollarilt tänase 1200 miljardini. Kilby loodud mikrokiipide turumahuks on hinnatud 180 miljardit dollarit aastas.
Head lood müüvad, kas pole? Kilbyta, õieti küll mikrokiibita, poleks sündinud seda, mida täna eneste ümber üldmõistetavaks peame. Ehk oleks määramatu olnud ka külma sõja lõpp, mis 1980. aastatel päädis ka meile siin sobivalt just lääne tohutu infotehnoloogilise ülekaalu tõttu. 

TEINE REALISEERUMA HAKKAV IDEESTIK PÄRINEB FEYNMANI ENESE õpilaselt Albert Hibbsilt, keda ta oma eespool mainitud ettekandes hea sõnaga mainis. Nimelt arvas Hibbs, et meditsiini jaoks võiksid omada erilist tähendust verevoolus liikuvad üliväikesed nanomeedikud-kirurgid, korrastades näiteks untsus veresooni, nagu makromaailmas korrastavad töömehed metrootunneleid või kanalisatsioonikollektoreid.
Kümmekond aastat enne seda mõtet oli Hibbs koos oma toakaaslasega Chicago Ülikoolist ruletimängu omapärasid uurides tuletanud garanteeritud võiduskeemi (hiljem selgus, et tegu oli ilmselt konkreetse ruletilaua omapäraga).
Ennustamisvõime tehnoloogiavaldkonnas oli aga Hibbsil samuti piisavalt hea.
Jättes kõrvale juba 1960. aastate keskpaigast kuni tänaseni vändatud filmid sellest, kuidas imemasinas vähendatud inimesed koos oma sõidukiga inimkehas ringi liiguvad, loodi 2000. aastal Saksa firma MicroTEC poolt poolemillimeetrise läbimõõduga ja 4 mm pikkune sond, mis suudab artereis liikudes mõõta erinevaid parameetreid ja toimetada vajalikule kohale ka ravimikoguse. Lahustamaks näiteks ummistust tekitavaid ihuollusi.
1999. aastal meisterdati Cornelli Ülikoolis (USA) valmis ühe bioloogilise katalüsaatori (ATPaasi) poolt käitatava mootoriga "nanohelikopter". 0,7 mikromeetri (miljondiku meetri) suurust tiiba, mis potentsiaalsel nanokopteril kehavedelikus kulgeda võimaldaks, käitab just biomolekulidest meisterdatud mootor. Esialgu pole selliste masinate loomine kuigi edukas - 400st loodud masinast tegid soovitud liigutusi vaid 5 ning spetsiaalsesse lahusesse uputatud mootor liikus bioloogilise energia arvelt paar tundi. See on esialgu veel teaduslik tegevus ning võimaluste otsimine uuteks tehnoloogiateks, nagu seda on ka Tallinna Tehnikaülikoolis toimivad materjaliuuringud elektrokeemiliste lihaste osas. Omapärane on aga see, et töövõtted, millega Cornelli Ülikoolis need "nanokopterid" loodi, kattub pea 100 % sellega, mida Feynman perspektiivseks pidas ja ennustas.
1966. aastal näitas Feynman, millisel moel ning tingimustel võiks töötada ülipisike (molekulaarsete mõõtmetega) põrkmehhanism. Põrkmehhanism on selline saehambuline ratas, mille vedruga varustet kiil võimaldab liikuda vaid ühes suunas. Ilmselt olete näinud samasugust kaadervärki erinevate vintside ja muu sellise juures, mis takistab näiteks pinge all trossil poolilt maha keerdumast. Kui nüüd põrkmehhanismi võlli külge panna lapikult labad ja kõik see luua imepisikese ja ülikergena, ilmneb, et molekulid, mis põrkuvad vastu labasid põrkmehhanismi poolt soodustatud suunas, võivadki selle põrkmehhanismi pöörlema panna, kuna teisest suunast tulnud molekulide põrkeid takistab liikumiseks muutumast saehambale vedruga nõjatuv kiil.
Seda, millisel juhul ning tingimustel selline molekulaarne ja toimiv põrkmehhanism võimalik on, näitas Richard Feynman 1966. aastal. Meie tänastele teadmiste tuginedes saame öelda, et nii toimivad tõenäoliselt ka paljud protsessid rakkudes ja elusaines, muundades Browni juhuslikku liikumist põhjustavat molekulaarset müra suunatud liikumiseks. 

Ilmselt on ka selles nähtuses võti saladuseni, miks nii mõnigi rakumembraanis kükitav ensüüm oma pöörlemisel samasugust väändemomenti arendab nagu õige mitmesaja hobujõuga luksusauto mootorgi.
Ennetades teie küsimust, et kas poleks siis parem kasutada hoopis nanomootoreid tavaliste patareide või elektriakude asemel, tuleb vastata, et on vist jah.
Sellel suvel avalikustati Birminghami Ülikooli (Suurbritannia) tööd nanomootorite loomisel, mille energiatootlikkus on sadu kordi üle tavaliste keemiliste vooluallikate oma. Ökoloogiliseltki on tavaline keemiline vooluallikas suisa õudusunenägu - selle loomiseks kulutatakse 2000 korda enam energiat, kui te lõpuks näiteks oma raadiot mängitades või taskulampi põletades seal kätte saate. Sama asja võiks ära ajada punt nanomootoreid, mis kaaluksid vähemgi kui tavalised akupatareid ning käivituksid näiteks tulemasinateski kasutatavast vedelgaasist või hoopis viljast kääritatud piiritusest. Taastuvkütusel mobiiltelefon oleks rohelisema ilmavaatega inimese jaoks kindlasti trendikaubaks. Pea miljardi mobiiltelefoni pidevaks käigushoidmiseks tänaseid tehnoloogiaid kasutades töötab maailmas nii umbes kuni viie Eesti jagu elektrijaamu ning automootoreid.
Pisikeste ja väikese materjali ja energiakuluga loodavate masinate kõrval on nanotehnoloogia üheks toodanguks ka üliväikesed, kuid väga kitsa suurusjaotusega osakeste kogumid. Mida ühetaolisemad oma kujult ja suuruselt ning samas, mida väiksemad osakesed, seda huvitavamad lisaomadused neist kombinatsioonis teiste materjalidega sünnivad. 

Üliväikeses koguses autorehvide kummisegule lisatud nanoosakesed parandavad üllatuslikult rehvide elastsus- ja vastupidavusomadusi. Umbes sel moel nagu homoöpaat, kes manustab kaduvväikese koguse valitud ainet inimorganismi ja suudab nii selle tasakaaluolekut mõjutada.
Nii on näiteks üliõhukese ja libestava plastikukihiga magnetilised nanoosakesed oluliseks komponendiks uute elektromagnetiliste liikurite valmistamisel: omavahel vähehõõrduvad magnetosakesed suudavad energiat märkimisväärselt kaotamata vormuda välise väljaga määratud kujju. Teatud lahendustes oleks selline jõuülekanne arvatavalt atraktiivsem kui pöörlevast elektrimootorist energiat kaotavate reduktorite abil saadud mehaaniline energia.
Samuti on valgust murdva plastikihiga nanoosakestel võime toimida omapäraste valgusjuhtidena. Seda omadust pole käest lasknud kosmeetikatööstus ning nii on keemiakontsernidel tänuväärseid kliente, kes nanoosakestest valgusjuhid näokreemi sisse segavad. Tulemuseks on kreem, mis nahakortsudesse sattudes nende põhja valgustavad Just samal määral, et need nahaga samal moel valgust peegeldaksid.
Korts ise on aga ju nähtav selletõttu, et selle põhjas olev vari tekitab tugeva kontrasti ülejäänud ja valgust peegeldava näonahaga. Paljude imekreemide mõju on aga just selline, kuid ega ilu polegi ju mujal kui vaataja silmades.
Kõige selle puhul ilmneb sageli, et selliste nanoainete puhul polegi sageli tähtis, milline on selle aine keemiline koostis - oluliseks muutub asjaolu, et need osakesed oleksid vaid piisavalt pisikesed ja piisavalt ühetaolised.
Väga väikeste asjade tegemine on kuldaväärt ja kipub muutumaks ka kullaauguks. Nii maksab juba täna gramm mikroprotsessorit mäekõrguselt üle kulla, plaatina või teemantide grammihinna. Teadaolevate omadustega üliväikeste asjade tegemine on edu ja heaolu taganud juba kirburautajaist saati. 

NANOTEHNOLOOGIATURGU ARVATAKSE KASVAVAT UMBES TRILJONI dollari suurusjärku. Üks valitsustest, kus suudetakse nina innovatiivse tööstuse arengutuules hoida, on kindlasti USA valitsus. Nende plaan on toetada maksumaksjate vahendeist nanotehnoloogia-alast uurimissuunda järgneva 3 aasta jooksul 2,3 miljardi dollariga. Külvata tuleb seda, mis idaneb ja kasvab, sinna, kus on soodus alus, ja siis, kui on õige aeg. Kas see, kui keset suve ärgata ja tõdeda, et põld vajaks kündmist ja seejärel ka seemet, on ikka parim tee? See viimane oli selge kivi meie infotehnolooga ja geenitehnoloogia kapsaaeda. Ma pole enam kindel, kas nanoseemnetegi külvamine täna meile ärisügisel küllust tooks. Aga olusid arvestades on lootust selleks kindlast rohkem.
Tehnoloogia areneb sedavõrd, kuivõrd suudetakse häid ja ettenägevaid lugusid välja mõelda ja rääkida. Nimetatagu neid lugusid siis visioonideks, teooriateks - milleks vaid. Need lood, nagu nägime nüüdki, on väga pika vinnaga asjad. Neid lugusid on räägitud majandusliku skaala mõttes piisavalt ammu, kuid järjepidev keskendumine neile lugudele on loonud selle, mida me nimetame täna maailmamajanduse kõrgtehnoloogiliseks osaks. Millised on Eesti lood, mida on räägitud siinses kultuuriruumis 40 aasta eest ning mis kujundavad meie tänast majandusilma? Suurtööstusele ja maailmavallutamisele orienteeritud lood - nõukogude kord ja ideoloogia ei võimaldanudki muid lugusid.
Kas abiks saab olla see, et me hakkame täna rääkima poole sajandi vanuseid lugusid või isegi kümne või viie aasta vanuseid lugusid? Lootuses, et see meid päästab või paremasse majandusseisu upitab? Vaevalt. See võimaldab meil vaid õppida, mil moel lood uuest mõjutavad maailma. Oma ja kindla majanduse ning ühiskonna loomiseks on meil vaja aga omi lugusid.


Ilmus ajakirjas Direktor
september 2003
Nimi:    
E-mail: 

Kommentaar:


(14.02.2017)


(14.02.2017)


(14.02.2017)


(25.01.2017)


(25.01.2017)


(25.01.2017)


(30.11.2016)


(30.11.2016)


(30.11.2016)


(07.11.2016)


1 / 2 / 3 / 4 / 5  Järgmised »»




Otsing
 
Supported by Labor & LaborintLaborSupported by Labor & LaborintLaborint