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Qu'est-ce que la nanotechnologie - Exemples, applications futures et risques


En 1959, le physicien Richard Feynman prédisait un futur dans lequel les scientifiques pourraient, en manipulant des atomes et des molécules, construire des matériaux et des structures de plus grande résistance, d'un poids plus léger, d'un meilleur contrôle du spectre lumineux et d'une plus grande réactivité chimique.

Tout ce qui est de nature physique - êtres humains, plantes, minéraux, air - est composé de combinaisons d'atomes et de molécules liées entre elles par la forme ou la charge électronique. Manipuler des atomes à l'échelle nanométrique permettrait théoriquement aux humains de tout reproduire, des diamants aux aliments.

Bien que les avantages d'une telle technologie soient virtuellement innombrables, certains ont craint que la manipulation moléculaire ne cause involontairement plus de problèmes que de solutions, jusqu'à l'extinction de l'espèce humaine. Des organisations telles que les Amis de la Terre d'Australie, les individus qui se tournent vers la sauvagerie au Mexique et l'Association des consommateurs de produits biologiques en Amérique s'opposent activement à tout développement ultérieur de projets à l'échelle nanométrique.

Qu'est-ce que "Scale" et pourquoi est-ce important?

La nanotechnologie est la science qui traite de la manipulation de la matière à l'échelle atomique, moléculaire et supramoléculaire - en d'autres termes, beaucoup plus petit que ce que l'œil nu peut voir. Chaque nanomètre est un milliardième de mètre - environ la longueur d'un ongle se développe en une seconde. Pour mettre cela en perspective, un cheveu humain a une largeur d'environ 80 000 à 100 000 nanomètres, un globule rouge de 2 500 nanomètres et un brin d'ADN humain de 2, 5 nanomètres de diamètre.

Ce n'est que grâce au développement d'instruments de précision extraordinaires, tels que le microscope à effet tunnel et le microscope à force atomique, que la nanotechnologie est devenue possible. Sa promesse et son risque découlent de notre compréhension croissante de la physique quantique, qui traite des objets ultra-petits. Étonnamment, le comportement des substances à l'échelle nanométrique est souvent contraire à ses propriétés à plus grande échelle.

Par exemple, les substances en vrac qui ne peuvent pas transporter une charge électrique - des isolants - peuvent devenir des semi-conducteurs à un niveau nanométrique, tout comme les points de fusion et d'autres propriétés physiques peuvent changer. Un coke d'aluminium peut se broyer en une poudre de 20 à 30 nanomètres qui peut s'enflammer spontanément dans l'air - une propriété qui en fait un catalyseur de carburant de fusée. De même, à la fois un diamant et le graphite dans un crayon sont fabriqués à partir de carbone, mais ils ont des propriétés très différentes en raison de la façon dont les atomes de carbone se lient.

Nano-terminologie

Comme la science s'est étendue dans le domaine «nano», la terminologie l'est aussi. Voici quelques définitions de base:

  • Nanotechnologie: Toute technologie, y compris les procédés industriels et chimiques traditionnels, qui implique des structures entre un et cent nanomètres, avec des propriétés nouvelles. Les revêtements de nanotechnologie sont déjà utilisés pour fabriquer des vêtements avec des fibres résistantes aux taches et des lotions solaires à haute performance, par exemple.
  • Nanofactories: À l'échelle nanométrique, chaque méthode de fabrication est simplement une méthode d'arrangement des atomes. Aussi appelés «assembleurs moléculaires», les nanofactories sont de minuscules unités de fabrication à système fermé qui manœuvrent, combinent et manipulent des molécules réactives pour construire des structures physiques et biologiques complexes - des minéraux aux organes humains et aux os. Une seule cellule humaine est l'exemple parfait d'une unité de fabrication moléculaire moléculaire, ou nanofactory, qui lit le matériel génétique numérique (ADN) pour guider le processus de combinaison. John Burch du Foresight Institute prédit que les applications de l'ingénierie et de la fabrication moléculaires biologiques devraient s'étendre et évoluer rapidement d'ici le milieu du XXIe siècle.
  • Nanobots: Ce sont des produits de nanofactories, mais on ne s'attend pas à ce qu'ils soient autoréplicatifs ou dirigés. Les nanobots se situent à l'intersection de la nanotechnologie et de la robotique et sont plus de la science-fiction que de la science, à ce stade. Cependant, il existe certainement des possibilités intrigantes pour leur utilisation, en particulier dans les corps humains. Certains futurologues projettent que les nanobots pourraient un jour traverser la circulation sanguine pour rechercher et traiter des cellules malades spécifiques. Un exemple pourrait être un nanobot qui attaque et détruit seulement les cancers d'un type spécifique.

Utilisations actuelles et futures de la nanotechnologie

Selon la Society of Toxicology, les progrès de la nanotechnologie produisent déjà une variété de nouveaux matériaux. Ils adaptent également de vieux matériaux, tels que le carbone, leur donnant ainsi «un grand potentiel pour améliorer les produits industriels et de consommation, répondre aux besoins énergétiques critiques, améliorer les systèmes de sécurité et améliorer le domaine médical».

Les nanotubes de carbone - imaginez une feuille d'atomes de carbone enroulés - apparaissent maintenant dans des produits de consommation comme les raquettes de tennis et les clubs de golf. Ils présentent 200 fois la résistance et cinq fois l'élasticité de l'acier, cinq fois la conductivité électrique du cuivre et la moitié de la densité de l'aluminium. En outre, ils ne rouillent pas, ne se dégradent pas et ne se dilatent pas ou ne se contractent pas avec le changement de température. À cet égard, l'attrait de leur application dans des produits tels que les automobiles et les avions devient tout à fait évident.

Le projet sur les nanotechnologies émergentes à Virginia Tech répertorie plus de 1790 produits de consommation existants qui sont nano-activé, y compris les draps de coton, dégraisseurs, puits de golf, peinture et cosmétiques. Certains scientifiques ont même prédit que les cellules solaires pourraient éventuellement être développées avec une telle durabilité et à un coût si bas qu'elles pourraient être utilisées dans les toitures, les trottoirs et les routes - faisant place à un approvisionnement énergétique non polluant, abondant et peu coûteux.

Des exemples spécifiques de produits existants utilisant la nanotechnologie sont les suivants:

  • Le système MineralWater de Seldon Technologies est un dispositif de filtration de nanotubes de carbone qui élimine les agents pathogènes et les contaminants tels que les virus, les bactéries, les kystes et les spores pour fournir de l'eau potable supérieure à la norme USEPA.
  • L'encre à nanotube de carbone de Linde Electronics est destinée aux écrans, aux capteurs et aux appareils électroniques tels qu'un smartphone doté d'un écran enroulable ou un dispositif GPS transparent intégré dans le pare-brise d'une voiture.
  • Les produits de protection solaire qui comprennent du dioxyde de titane ou des nanoparticules d'oxyde de zinc réfléchissent ou absorbent la lumière ultraviolette cancérigène. Ces produits sont invisibles et durables, et ont des substances irritantes et allergènes plus faibles que les filtres solaires traditionnels.
  • Beaucoup de bandages en vente libre contiennent maintenant des nanoparticules d'argent qui préviennent l'infection autour des coupures et des abrasions, en mélangeant efficacement l'onguent antibiotique avec le pansement.
  • Liquides de piscine antibactériens. Ceux-ci sont plus efficaces pour lutter contre les bactéries nocives tout en réduisant l'exposition des nageurs aux produits chimiques agressifs des produits précédents.

Comme l'a prévu le Foresight Institute, les avantages quotidiens d'une disponibilité accrue de nanofactories seraient les suivants:

  • Nanorobots médicaux qui guérissent la maladie et le vieillissement inverse . Robert Freitas, chercheur principal à l'Institute for Molecular Manufacturing, projette dans sa série de livres Nanomedicine un avenir où les nanorobots médicaux sont introduits dans le corps humain pour effectuer des chirurgies cellulaires et microscopiques, réparer des blessures spécifiques et patrouiller le corps pour identifier et résister à la maladie. . Sur le site Web de l'Institut pour l'éthique et les technologies émergentes, Burch a décrit un scénario où une pilule ingérée fournirait aux matériaux moléculaires des instructions aux nanobots de former de nouveaux neurones pour remplacer les cellules cérébrales endommagées ou mourantes. Ces nouvelles cellules du cerveau traiteraient l'information beaucoup plus rapidement qu'un cerveau biologique, tout comme un membre artificiel peut être plus fort qu'un bras ou une jambe humaine.
  • Coût réduit des produits manufacturés . Les coûts de base tomberont à la valeur des matières premières telles que le carbone, l'azote et l'oxygène et l'énergie nécessaire pour faire fonctionner les nanofactory. Imaginez une automobile construite en fibres de carbone et créée dans des nanoformes - plutôt qu'avec des matériaux qui nécessitent l'extraction, le traitement et la configuration. Théoriquement, pratiquement n'importe quel matériau ou objet peut être assemblé de bas en haut par une combinaison de nanofactories. Les résultats à grande échelle se produisent lorsque des processus nanométriques simultanés et synergiques sont combinés. Eric Drexler, un ingénieur américain connu pour populariser la nanotechnologie, prédit un avenir d'usines de bureau fabriquant de gros produits utiles, similaires au «réplicateur» de la célébrité de «Star Trek». En fait, en juin 2014, l'Institut des sciences de la santé de Nestlé a annoncé un nouveau projet qui pourrait éventuellement aboutir à une «machine de cuisine capable de créer des suppléments personnalisés - ou même de la nourriture».
  • Développement de l'intelligence artificielle générale (AGI) . Selon le Foresight Institute, les nanofactories comprendront des systèmes de machines pour l'ingénierie et le travail technique qui, à leur tour, produiront des ordinateurs qui sont des milliers de fois plus puissants et moins coûteux que les ordinateurs actuels. À mesure que les machines apprennent et transfèrent les connaissances d'une application ou d'un environnement à une autre, des progrès rapides deviennent probables. Cependant, il y a une question quant à la rapidité avec laquelle AGI peut être atteint. Depuis 1990, un prix de 100 000 $ a été mis à la disposition de toute personne dont la machine peut tromper des juges indépendants en leur faisant croire qu'elle est humaine lorsqu'elle est engagée dans une conversation libre. Le prix n'a pas encore été attribué.
  • Élimination de la pollution chimique industrielle . Puisque chaque atome dans le stock d'aliments biologiques est utilisé dans le produit final, ou dirigé dans des déchets correctement emballés, aucun atome polluant n'est libéré dans l'environnement. Par exemple, le charbon naturel produit des polluants tels que le dioxyde de soufre, les oxydes d'azote, les particules physiques en suspension dans l'air et le mercure lorsqu'il est brûlé. Construire un carburant artificiel qui élimine les sous-produits, ou les convertit en une forme non nuisible, serait plus sain et moins cher.

Les périls et les risques de la nanotechnologie

Même les partisans de la nanotechnologie, tels que Burch et Drexler, reconnaissent son potentiel de nuire et éventuellement d'anéantir la race humaine si la technologie est incontrôlée ou mal dirigée. Ces effets potentiellement nocifs sont les suivants:

  • Surpopulation Le taux de mortalité chez les humains de plus de 80 ans a diminué d'environ 1, 5% par an depuis les années 1960. Robert Freitas, Jr. suggère que les progrès de la nanotechnologie élimineront toutes les maladies génétiques et ralentiront le vieillissement, «augmentant la santé humaine au moins dix fois». Si les augmentations de la longévité ne réduisent pas les naissances, la race humaine augmenterait exponentiellement, exacerbant les tensions sociétales et potentiellement épuisant. Ressources.
  • Augmentation du crime et du terrorisme . Les armes chimiques et biologiques pourraient devenir plus mortelles et plus faciles à dissimuler ou à suivre, surtout si elles deviennent disponibles sur le marché noir ou peuvent être construites dans une usine à domicile. Les nanofactories pourraient théoriquement produire une arme anti-personnel intelligente de la taille d'un insecte capable de porter une dose létale de botulisme. Le nombre de ces armes capables de tuer tous les êtres humains sur la planète pourrait être emballé dans une seule valise.
  • Disparité entre Haves et Have-Nots . Les développements de la nanotechnologie seront probablement coûteux au départ et, par conséquent, protégés par des couches de brevets, de lois et d'obstacles anticoncurrentiels. Par conséquent, les avantages d'une réduction des coûts sont susceptibles d'être limités aux propriétaires de la technologie. La pauvreté et la disparité des revenus pourraient devenir plus exagérées, générant ainsi des troubles sociaux.
  • Conflits sur les croyances religieuses et les styles de vie . Dans le monde entier, les produits sont interdits ou restreints en fonction de principes religieux ou moraux qui ne sont pas nécessairement partagés par la majorité. Les exemples incluent les armes à feu en Grande-Bretagne, l'alcool dans les sociétés musulmanes et les drogues récréatives dans divers pays. La capacité de produire des produits interdits dans les nanofactories personnelles pourrait causer des perturbations dans ces sociétés.
  • Apparition de "Grey Goo . " Certains scientifiques sont préoccupés par le fait que les nanofactories autoréplicatives peuvent se déchaîner, mangeant la biosphère dans un effort frénétique pour faire des copies illimitées d'elles-mêmes. Tout comme le comportement antisocial est irrésistible pour un certain pourcentage de la population - comme en témoigne le nombre de virus informatiques existants - des personnes et des groupes irresponsables sont susceptibles de fabriquer des nanofactories autoréplicables, augmentant ainsi la possibilité de catastrophe.

Dernier mot

Steve Jurvetson, directeur général de la société de capital-risque Draper Fisher Jurvetson, affirme que l'avenir de la nanotechnologie n'est pas une question de «si» mais de «quand». Josh Wolfe, co-fondateur de Lux Capital et éditeur du Forbes / Wolfe Nanotech Report est d'accord, disant que tout - vêtements, nourriture, voitures, logement, médicaments, appareils de communication, l'air que nous respirons et l'eau que nous buvons - subiront un «changement profond et fondamental». Et par conséquent, la structure socio-économique du monde en dépendra. "

La nanotechnologie sera-t-elle la «pierre philosophale» capable de réaliser chaque souhait, ou l'ouverture de la boîte de Pandore, déclenchant des difficultés et des horreurs inimaginables sur la vie humaine telle que nous la connaissons?


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