George Whitesides
Selvorganiserings superstar
juli 2002

Definitionen på nanoteknologi er at man arbejder i en målestok på under 100 nanometer. Det er ret småt må man sige, 100 nanometer svarer nogenlunde til en tusindedel af et hårs bredde.
I computerindustrien er man allerede ved at være nede i den størrelsesorden. De elektroniske baner på de nogle computerchips er ikke breddere end 100 nanometer, og industrien poster milliarder af dollars i at udvikle metoder der presse endnu flere kredsløb ned på en lille chip.
De fleste regner med at banerne på chips vil nå ned på 50, måske helt ned til 30 nanometers bredde i de kommende 10-15 år - men så begynder de sædvanlige metoder til fremstilingen at komme til kort. Hvis det skal være mindre, er man nødt til at skifte til en helt anden type teknologi.

Det store forbillede for computerne er vores hjerne. Den er langt mere kompakt og kompliceret end nogen computerchip - men den ER også bygget på en helt anden måde.
Egentlig er den slet ikke bygget - den er groet. Den har samlet sig selv, efterhånden som cellerne i fosteret har delt sig, og forbundet sig med hinanden i et enormt og kompliceret netværk.
I livmoderen sker det helt automatisk og alligevel overgår en nyfødts hjerne mageligt alt hvad selv de bedst udrustede ingeniører kan præstere.
Der er tydeligvis et trick eller to at lære fra naturen - og det taler forskerne en hel del om for tiden. Ikke mindst om det der med at tingene kan bygge sig selv - man kalder det self-assembly eller selv-organisering:

George Whitesides er professor i kemi ved Harvard university i Boston, og han konstaterer at vi er omgivet af avancerede ting, der bygger sig selv.
Ikke alene er alle dyr og planter selvorganiserede, krystaller finder også selv deres struktur, og det samme gør boblerne på overfladen af en kop kaffe. Der er ikke brug for at nogen udefra arrangerer tingene.
Så hvad nu hvis man kunne lure systemet af, ogbygge computere eller små maskiner ved at putte råmaterialerne i et reagensglas, skvulpe lidt rundt med det, og derefter trække et færdigt elektronisk kredsløb ud.

Whitesides har faktisk demonstreret noget i den stil. Et af hans forsøg går ud på at opløse noget der umiddelbart ligner støv i et glas med vædske. Nede i glasset er der også en lille cylinder og på siderne af cylinderne sidder et mønster af små klatter loddetin forbundet med tynde tråde af loddetin. Det støv, der blev opløst i væsken er i virkeligheden små bitte dioder, og forsøget gik ud på undersøge om de små dioder af sig selv kunne finde ud af at sætte sig på cylinderens små klatter af loddetin.
Det kunne de. Hvis man ryster lidt på væsken og venter nogle minutter, så sætter dioderne sig fast, og resultet bliver en lillebitte juletræskæde på lidt over hundrede dioder forbundet i et elektronisk kredsløb.

I andre forsøg har Whiteside efterlignet den måde proteiner af sig selv folder sig til en kompliceret facon, der er med til at afgøre hvordan molekylet fungerer.

Det er ikke fordi de konstruktioner Whitesides har skabt er fantastisk komplicerede. Under et mikroskop og med fine instrumenter kan man sagtens bygge noget lignende.
Pointen er, at efterhånden som de strukturer man vil skabe blive mindre og mindre, så kan man tilsidst ikke lave dem i hånden - og slet ikke hvis det er noget der skal fremstilles i stort antal:

Whitesides forsker i selve princippet bag selv-samling. I biologien har molekyler en stribe avancerede tricks til at genkende hinanden og binde sig sammen. Det bedste eksempel er den måde vores arvemasse, det der kaldes DNA, bliver aflæst i hver eneste lille celle og brugt til at bygge millioner af forskellige proteiner ud fra nogle ganske få grundmaterialer.

George Whitesides er ikke i tvivl om at man kan skabe processer der er selvorganiserende, hvis man ved, hvilke byggeklodser der skal bruges. Det store spørgsmål er imidlertid , hvordan man laver de komponenter. Man skal vælge molekyler der passer sammen kemisk eller elektrisk ligesom brikker i et puslespil.

Whitesides indrømmer at resultaterne med at skabe systemer, der kan bygge sig selv, stadig er meget langt fra noget, der kan anvendes i praktisk produktion. Men omvendt; det første integrerede kredsløb blev bygget i 1958 var også umådeligt fjernt fra de Pentium processorer der fremstilles idag. Man skal ikke lade sig slå ud af der ikke er en klar vej frem.

Det er måske på tide at give George Whitesides selv et par ord med på vejen. Som sagt er han professor ved Harvard university. Læser man hans CV ser det umiddelbart ud til at han har modtaget stort alle tænkelig videnskabelige priser, medaljer og udmærkelser - lige med undtagelse af Nobelprisen, men den er der tilgengæld mange der regner ham som en sikker kandidat til.

Whitesides er en lysende begavelse, det er fuldstændigt klart når man møder ham, man føler virkelig at man står overfor stereotypen på den brilliante videnskabsmand. Han er midt i tresserne, men hans entusiasme og intensitet er fuldstændig intakt, han nyder tydeligvis at udforske de sværeste problemer han kan udtænke - og det tager ham ikke et minut at trække den han taler med ind i de mest langhårede overvejelser og spekulationer.
Whitesides er en autoritet i det internationale forskermiljø - et af fyrtårnene. Hans udtalelser er omhyggeligt afvejede af et langt livs videnskabelig metodik. Han ved hvad han taler om, og ikke mindst, så ved han, når han ikke præcist ved han taler om.

Og alligevel så er han stærkt tilbøjelig til at skride ud i nogle uventede drejninger. Jeg spurgte ham hvor han forventer at vi først vil se kunstige selvorganiserende systemer i brug:
Efter Whitesides mening, så bliver det første eksempel på selvorganiserende systemer de agenter vi i stigende grad vil bruge til at søge informationer og udføre ordrer for os på internettet.
I det hele taget minder opbygningen af nettet påfaldende om naturens måde at bygge en hjerne på:

Naturen har hjerneceller, men vi har pentium chips, nogle kraftige indretninger, der udbredes i et voldsomt tempo samtidig med at de alle sammen via nettet, med det resultat at nettet bliver mere og mere kompliceret hele tiden.

Nettet er alt for kompliceret til at vi selv kan forstå at bruge det, og derfor bygger vi nogle meget selvstændigt arbejdende enheder, der kan hjælpe os - f.eks. søgemaskiner som Google. I stigende grad taler de systemer med andre systemer, de udveksler informationer og bearbejder dem inden de vender tilbage med et svar.
Efter Whitesides mening er det en form for selvorganisering, for der opstår komplekse løsninger uden at vi har fortalt systemet hvordan det skal gøre.

Når man arbejder med ting i nanostørrelse er der andre kræfter på spil end dem vi er vant til at omgås. Eksotiske begreber som tunnel-effekter og kvantemekanik bliver realiteter, man er nødt til at arbejde med - også selv om forskerne dårligt nok forstår, hvordan eksempelvis kvantefysik egentlig fungerer.

Der arbejdes på to måder at lave computere, som ganske vist ikke er nået meget længere end til at man har vist at de vitterligt kan foretage beregninger - men som på sigt kan vise sig at skabe computere der både er meget små, og først fremmest er usandsynligt hurtige. Den ene metode efterligner den måde DNA genkender lange strenge af informationer på, den anden metode metoder kaldes quantum computing - og den vil jeg ikke engang forsøge at beskrive, så kompliceret er det.

Når Whitesides siger at kvante-computere ville gøre det muligt at lave særdeles hurtige søgninger i særdeles omfattende databaser - så er det altså hastigheder og informationsmængder, der f.eks. ville gøre det muligt at få et uhyggeligt omfattende billede af enhver person. Efter George Whitesides mening vil privatlivet være et af de områder, hvor vi tydeligt mærke den nye teknologis effekt, fordi det vil være muligt på et øjeblik at sammenstykke informationer fra genetiske databaser, og fra utallige registre og overvågningssystemer.
Det smafundsmæssige perspektiv på nanoteknologi er også værd lige at tage med i en tid, hvor regeringer overalt i verden kører hårdt på med ideer om meget mere omfattende overvågning i terrorbekæmpelsens navn.