För några år sedan skrev IBM sin logotyp med 35 individuella atomer. Dagens produktion av även minimala mikroprocessorer går till genom att skyffla flera miljarder atomer per moment. Genom nanoteknologin kommer det i stället att bli möjligt att bygga med enstaka atomer som legobitar. Föremål kan skapas från de minsta beståndsdelarna, vilket innebär dramatiskt ökade valmöjligheter och minskade kostnader. Där IT-revolutionen gav individen makt över information, kommer NT-revolutionen ge individen makt över materian. Det kan bli en ännu större revolution.
Thales från Miletos var den som började vårt aktiva sökande om naturlagarna och hur materian egentligen var beskaffad. Filosofin knoppade av det som skulle komma att bli naturvetenskap och övriga discipliner. Vetskapen om hur livets molekyler fungerar har lett till en ny revolution, eller snarare syntes, som lär bli en av de största upptäcker vi människor gjort.
Genom förra seklets genombrott inom biokemi, bioteknik och fysik vet vi relativt väl hur atomer och molekyler beter sig i sin miljö. Vad kan då hända om man kombinerar dessa kunskaper till ett fält? Om man kan förutse hur molekyler beter sig, formge nya med önskade egenskaper, och kombinera dem exakt börjar det som tidigare varit kemi snarast likna ingenjörskonst. På samma sätt börjar vi i dag förstå hur levande celler fungerar och bokstavligen programmeras.
Man kallar den (än så länge till stor del teoretiska) disciplin som utforskar metoder att styra atomer exakt och konstruera maskiner i molekylär skala för molekylär nanoteknologi. Termen används oftast för att beskriva framför allt den rent kemisk-fysikaliska inriktningen som sysslar med designermolekyler och artificiella strukturer. Gränslinjen mot bioteknik, där man i stället använder ämnen och strukturer från levande celler, är suddig. På sätt och vis är en bakterie som har modifierats att producera läkemedel också teknik.
Den nanoteknologiska syntesen visar på möjligheten att radikalt förändra vår syn på tillverkning. Nya material, mikroskopiska maskiner och tillverkningsprocesser blir möjliga i gränslandet mellan kemi och biologi. I den nanoteknologiska världen består materia av legobitar som kan tas isär och plockas ihop.
Från kiselplatta till processor
Vid första anblicken verkar något sådant osannolikt. Trots allt utgår man, vid tillverkning av den mest sofistikerade mikroprocessor, från en stor kiselplatta som man sedan etsar bort detaljer från, i varje steg slumpmässigt skyfflandes miljarder atomer hit och dit. Att den sedan fungerar beror på att alla atomer i medeltal hamnar ungefär rätt; om inte, kasserar man det misslyckade exemplaret och försöker igen.
Jämför detta med hur våra egna celler fungerar. I varje levande cell tillverkas proteiner, långa pärlband av aminosyror, exakt efter instruktioner kodade i DNA. Varje aminosyra läggs på rätt ställe, och hela strukturen vecklas ihop till just sin rätta tredimensionella form. De fungerar som de molekylära maskiner nanoteknologin föreställer sig, för även om de har ett levande ursprung är varje enzym i våra kroppar en liten maskin som utför en specifik uppgift bland molekylerna. De deltar i bygget av nya ämnen, de plockar isär, kombinerar och flyttar enstaka atomer från en plats till en annan.
För att beskriva hur nanoteknik används och hur vi kan gå vidare med våra kunskaper kan vi jämföra hur vi tidigare i historien har använt dessa tekniker.
Att använda och modifiera levande varelser har uråldriga anor. Människan har sedan länge tagit hjälp av mikroorganismer och arbetat med bioteknik när hon har framställt vin, filmjölk, bröd och ost. Grödor och husdjur har avlats i årtusenden, ofta så till den grad att de inte längre liknar originalet. Steget är inte långt till att utnyttja mer av vår samlade kunskap till att förbättra läkemedel och grödor.
Biologisk flexibilitet
Genom upptäckten av DNA och dess funktioner blev det möjligt att förstå inte bara varför aveln fungerade, utan också att allt liv delade samma genetiska kod. På senare tid har flera projekt som kartlägger DNA-sekvenserna hos olika arter, allt från bakterier till människan, avslutats. Snart kommer kunskaper om de flesta levande organismers totala DNA-sekvens att finnas samlade i databaser. Detta leder till att man, för första gången i historien, mycket snabbt kan jämföra och behandla data om vitt skilda ämnen och arter. En biokemist kan jämföra sina upptäckter med en zoologs och vice versa. Detta ger en oerhörd flexibilitet inom biologin.
Med hjälp av kunskapen om hur processerna går till, kan forskningen gå utanför kända mönster och tillverka helt nya former av förbättrade strukturer – från starkare fibrer till hållbarare grödor som klarar extrema förhållanden. Med hjälp av datamodeller kan forskare få en bild av hur strukturerna ser ut och förstå hur dessa fungerar. Kemisten har gått från att se på två klara vätskor och fundera på varför de har olika egenskaper, till att räkna ut hur den exakta molekylära konstruktionen ser ut. Protein som humelin, mänskligt insulin, kan i dag, för att rädda människoliv, göras billigare genom att man programmerar bakterier att tillverka det.
Kemister har lärt sig att skapa polymerer, kedjor och nätverk av molekyler som t ex plast, nylon, cellulosa och proteiner. I dag sker detta oftast genom att beståndsdelarna blandas i förhoppningen att de hittar rätt, vilket ofta leder till många misstag. I celler sker det automatiskt med hjälp av ribosomer, enzymgrupper, som läser av genetiska instruktioner och bygger ihop proteiner. De fungerar ungefär som löpande band. Biokemister kan i dag programmera bakterier att göra andra ämnen än sådana de ursprungligen gjorde, genom att ge dem nya genetiska instruktioner.
Nästa steg i forskningen är att efterlikna celler och deras förmåga att bygga molekyler, att göra en assembler, en artificiell ”ribosom” som kan bygga molekyler på beställning. Vi vet att det är möjligt, då naturliga ribosomer existerar, även om deras funktioner ännu inte är helt klarlagda. När detta löses, kommer tillverkningen av helt egna proteinsträngar att vara möjlig. Inom nanoteknologin diskuteras maskiner som kan flytta atomer dit de programmeras och hålla ihop dem så att rätt kemiska reaktioner sker. Med hjälp av scanning-tunnelelektronmikroskop kan vi redan i dag både se och manipulera atomer. För några år sedan lät IBM skriva sin logotyp med 35 individuella atomer. I dag experimenterar forskare med att bokstavligt talat knuffa omkring enstaka atomer som legobitar; detta är ett första primitivt steg mot en assembler.
Basvaror med enkla molekylformer
Med en assembler kan vi bygga saker molekyl för molekyl, vilket producerar starkare och mer komplexa ting än existerande proteinsträngar. Målet är att programmera den att kunna göra en kopia av sig själv; trots allt är en assembler bara en anhopning av atomer. Det skulle göra det möjligt att framställa obegränsade mängder assemblers till en oerhört låg kostnad; i stället för enstaka "handgjorda" individuella molekyler skulle de kunna massproduceras. Möjligheten för assemblern att replikera sig själv gör den mycket billig. Basvaror med enkla molekylformer kommer att bli billigare än i dag. Med hjälp av samverkan kan även större föremål tillverkas, med exakta specifikationer och minimala restprodukter.
Vi har vant oss vid IT- revolutionen och att den kommer att förändra mycket av det sätt vi lever och arbetar på. Men om nanoteknologin utvecklas de närmaste 10–15 åren, som vissa forskare förmodar, kommer den att bli nästa genomgripande revolution. Det står klart att dess framtida användningar, även i enkla former, blir omvälvande. Hur förändras individen och samhället? Det beror naturligtvis på hur billig och lättillgänglig den blir. Med en nanoteknik med assemblers kan hela distributionskedjor elimineras, kanske så långt att individuella, måttbeställda produkter kan konstrueras för kunden – designen blir det viktiga. Grundmodeller kan kanske bli public-domain, allmänt tillgängliga, men det som ger konsumenten ett värde som passar in i dennes livsstil, det blir den vara som kan betinga det högsta priser på marknaden.
Frågan, om vår personliga attityd till vad vi önskar konsumera, omformuleras. Särskilt när vi börjar diskutera möjliga områden för medicinsk nanoteknik. Förutom att kunna bota sjukdomar, kan nanoteknik även användas i preventiva och förbättrande syften. Detta kommer att utmana nuvarande medicinska doktriner samt ställa relevanta frågor om hur detta skall tillhandahållas och finansieras. Nanoteknik kan föra sjukvården mot decentralisering och systemförbättring. Då mer kan utföras i små vårdenheter, blir patientens önskemål viktigare.
Kanske är det bäst att inta en mer popperiansk syn på problemet, på vår begränsade kunskapsnivå? Då blir inte frågan vilket samhälle som skapas av en viss teknik, för det vet vi för lite om. Frågan blir i stället vilka samhällen, kulturmönster, ekonomiska strukturer etc blir omöjliga under påverkan av en viss, given teknik? Utifrån detta kan vi se att industrisamhällets gamla, centralistiska lösningar får det ännu svårare. IT- revolutionen decentraliserar makten över tanken. NT-revolutionen decentraliserar makten över materian.
Teknikens moraliska aspekt
Vi måste noga fråga oss vilka applikationer som är önskvärda och vilken mening dessa kommer att få för vår kultur. Humanioran kan få en unik uppgift i att definiera den kunskap som behövs för att rationellt hantera nanoteknik. Vetenskapen kan ge en abstrakt, teoretisk bild av teknikens möjligheter, men inte av dess praktiska applikationers konsekvenser och dessas moraliska värde. Humanioran har ofta beskrivit tekniska innovationer genom att problematisera dem och intaga en fientlig attityd. Om inte denna klyfta överbryggas, riskerar vi att få ett samhälle med en nödvändig teknik, vars applikationer vi inte förstår och vars värde vi inte kan uppskatta. Vissa intellektuella verkar betrakta svåra problem som irrelevanta. Denna attityd kan spåras till besvikelse över att tekniken inte automatiskt gav dess användare värdighet. Men värdighet följer av att göra goda val. För att kunna göra sådana, måste vi förstå teknikens goda applikationer genom att ge bra beskrivningar av dess möjligheter.
Att vägra ta del av utvecklingen kommer att allt snabbare leda till fattigdom. Vårt handlingsutrymme krymper om vi inte har de kunskaper, resurser och institutioner som ger oss möjlighet att påverka utvecklingen, särskilt med tanke på teknikens kumulativa och accelererande natur. Nanotekniken kommer att konfrontera oss med djupgående tekniska förändringar som kommer att få stora, samverkande, ekonomiska och sociala konsekvenser.
Det dominerande samtalet i samhället om hur man skall bevara det gamla kommer att bli alltmer ohållbart, det kommer att medföra stigande kostnader och allt sämre handlingsalternativ. Inriktas i stället samtalet på vilka förändringar som är praktiska och moraliska, kommer mer intressanta och viktigare frågor att få utrymme. Vill vi verkligen bota alla sjukdomar, även om det innebär en radikalt förändrad syn på vår kropp? Vill vi verkligen ha billiga, oerhört lättillgängliga varor, även om vi måste förändra vårt sätt att arbeta och konsumera? En principiell diskussion, med betoning på helhetsperspektiv och framtidsvision blir nödvändig, i stället för det nuvarande tekniskt-administrativa samtalet som rör sig inom ramen för ett givet samhällsprojekt.
Nanotekniken kommer inte att lösa alla våra problem. Men väljer vi rätt, kan den göra mänsklighetens problem bra mycket lättare att bära. Nanotekniken accentuerar nödvändigheten av förändringen som grundpremiss, så att vi bättre kan klara av de tekniska revolutioner som följer efter NT- revolutionen.
Kan nanoteknologin leda till att vi blir herrar över naturen? Thales kunde inte förutsäga denna utveckling, ty det slutna system han utvecklade gav inte denna möjlighet. Men att bli herrar över naturen är bara det första steget, för utmaningen ligger i att bli herrar över oss själva.
