Nano – en dvärg med jättars styrka

Nanotekniken kan vara svår att förstå. Som exemplet med att internettrafik ska kunna gå genom optiska fibrer med en diameter som mäts i miljarddels meter. I ännu högre hastighet dessutom. Anja Boisen ägnade 20 minuter på SingularityU Nordic 2018 åt att göra nanoteknik begripligare och beskriva några aktuella tillämpningar av tekniken. Häng med!

Vad är nano, en gång för alla?

Nano betyder dvärg på grekiska. Vi förstår att det är litet men nano ger ingen direkt uppfattning vilken skala det handlar om. Anja Boisen exemplifierar istället – “Tag Kaknästornet i Stockholm och tänk dig att du lägger en hög med A4-papper som går hela vägen upp till toppen. Hur många papper behövs? Någon? Jo, i runda tal 1 miljon.” Sen ber hon oss tänka att Kaknästornet istället är 1 mm högt, och att vi delar in det i 1 miljon delar. Där har vi nano-måttet – en miljondels millimeter.

En miljon A4-papper högt

Genombrott från fel forskare

Nanoforskningen fick en rejäl skjuts framåt 1981 då Gerd Binnig and Heinrich Rohrer skapade sveptunnelmikroskopet. De anade de att det var enskilda atomer de såg i okularet när de tittade riktigt noga. “Omöjligt!” var omvärldens första reaktion. Dessutom var deras område något helt annat, nämligen supraledning. Vad kunde forskare i supraledning veta om hur atomer skulle se ut, om man nu kunde se dem över huvud taget? Så småningom fick Binning och Rohrer helt rätt – de tilldelades Nobelpriset i fysik 1986. Det blev ytterligare ett exempel på upptäckter ibland kommer från ”fel håll”.

Kommersiella genombrott sker dagligen

Nya lösningar på nanonivå kan ge upphov till disruptiva kommersiella effekter. Som i fallet med en dansk tillverkare av katalysator-material (för avgasrening) som observerade vilka delar i ett material som deltog mest aktivt i den katalytiska processen. När kartläggningen var klar dök man ner på atomnivå för att se vad som utmärkte de aktiva atomerna och deras specifika omgivning – för att därefter tillverka material med högre andel aktiva atomer. Man observerade, skapade förståelse, designade och tillverkade ett anpassat material. Resultatet blev att företagets marknadsandel ökade från <10 procent till 40 procent.

Bokstäver, atom för atom

För att ytterligare understryka skalan vi talar om: IBM har visat hur man kan skapa bokstäver genom att flytta på enskilda atomer till önskat mönster. Genom den metoden skulle ett enskilt riskorn kunna få plats med hela bibeln på sin yta, 100 gånger om. Det får plötsligt gamla spionhistorier som använde mikrofilm att förpassas till stenåldern.

Vart och ett av riskornen får plats med hela bibeltexten – 100 gånger om

Naturen visar vägen

Det finns redan flera lösningar med nanoteknik ute i naturen. Nya upptäckter gör att vi kan härma naturen på ett sätt som inte tidigare varit möjligt. Som att Lotusblommans yta består av en ojämn nano-struktur som gör att smuts inte fastnar på bladen. När en vattendroppe rör sig på ytan tar den med sig all smuts. Genom att härma naturen går det nu att tillverka superhydrofoba material som har samma egenskaper som Lotusblommans blomblad.

Alltid ren

Morphofjärilen är ett annat exempel. Dess blå färg är intensiv och man kan undra vilket pigment som har den förmågan. Inget, är svaret. Det är sättet som ljusstrålarna reflekteras på som skapar den vackra färgen. Blå ljusvågor kommer tillbaka, övriga vågor stannar kvar alternativt släcker ut varandra vid reflektionen. Toyota erbjuder nu en av sina bilar med en lackstruktur som härmar Morpho-fjärilens vingar. Varför ska vi lacka bilar och flygplan om vi kan åstadkomma effekten utan att måla? Det kan skapa viktiga miljövinster.

Blå – utan tillsatser

”Dedicate time outside of your comfort zone”

Anja Boisen återkom vid flera tillfällen om betydelsen av att ligga utanför sitt vanliga område. Som när x o y plötsligt hade de öppnat dörren till nanoteknik trots att de egentligen forskade om något annat. Eller att Anja och hennes team använder gammal teknik – bluray-spelare – för att centrifugera och sätta spelarens laserljus på eventuella antikroppar mot Zika-virus. Processen kräver bara en droppe blod och tar mindre än 10 minuter. Det traditionella sättet tar ett par veckor. Nyttan med att snabba upp kartläggningen av smittan är lätt att förstå, och det gick att lösa med gammal teknik.

Manualen till vår egen framtid måste vi skriva själva

En lösning för tre miljarder (människor, inte dollar)

Det är lätt att glömma bort hur priviligierade vi är, då vi tar mycket för givet. Tre miljarder människor på jorden tillagar fortfarande sin mat över öppen eld? Ofta lagar man maten inomhus vilket gör att rökpartiklar andas in av de som finna på platsen. Detta leder indirekt till att fyra miljoner människor dör varje år – helt i onödan. Förutom all tid som går åt till att samla in ved för matlagningen. Det finns nu en polymerskiva som kan koncentrera solljuset genom en struktur av fresnel-linser som är integrerade i materialet. Det fungerar på samma sätt som att ha 100-tals förstoringsglas på en liten yta. Lösningen lämpar sig för masstillverkning och är en perfekt ersättare för öppen eld. Nu återstår det för beslutsfattare och hjälporganisationer att underlätta spridningen av lösningen. Vad är värdet på hundra människoliv? Tusen människoliv? Många gånger högre än kostnaden att tillverka ”solar cookers”.

Fresnel-linsen har i alla år använts i fyrar. ”Solar cookers” fungerar efter samma princip, men vänder på steken för att fånga solstrålar istället. Nano-tekniken gör det möjligt att tillverka och förpacka effekten i små polymerskivor

Nästa gång någon nämner nanoteknik är det läge att lyssna särskilt noga. Det handlar kanske inte om vad du tror från början. Det handlar inte heller alltid om ”cutting edge”-lösningar. Hela branscher kommer utmanas och 100.000-tals människoliv räddas. Nano kanske betyder dvärg, men det säger ingenting om dess förmåga.

Artikeln har också blivit publicerad på Voyager, från Warp Institute.

Läs andra Warp-relaterade inlägg.