Kilkadziesiąt czarnych trzymetrowych półek rozświetlonych jasnymi diodami w niczym nie przypominało komputera. A jednak konstruktorzy Einiaca mocno zachodzili w głowę, jak na powierzchni „zaledwie” 140 metrów kwadratowych zmieścić sprawnie liczący system. Choć dziś to osiągnięcie nie wzbudza sensacji, kilkadziesiąt lat temu wyznaczyło początek ery informatyzacji. Jej zdumiewający rozwój sprawia, że według niektórych naukowców Prawo Moore’a wkrótce przestanie obowiązywać.

Kalifornijski uczony Gordon Moore, współwłaściciel firmy Intel, największego na świecie producenta układów scalonych, zaobserwował, że moc obliczeniowa komputerów podwaja się co kilkanaście miesięcy. Wiąże się to bezpośrednio ze zwiększającą się stale ilością tranzystorów na chipach. Proces ten jest możliwy dzięki stosowaniu coraz mniejszych elementów. Zadanie godne nanotechnologii.

Historia tej dziedziny naukowej sięga lat 50. ubiegłego wieku, kiedy to twórca elektroniki kwantowej i laureat nagrody Nobla Richard Phillips Feynman zastanawiał się podczas jednego ze swoich wykładów, jak na główce od szpilki można by zmieścić 24-tomową encyklopedię. W grę weszły wielkości rzędu nanometrów, a uczony zafundował nam podróż w nanokosmos, w którym operacje na pojedynczych atomach zmieniają rzeczywistość. W niedługim czasie wizja Feynmana zyskała wielu zwolenników, a nanotechnologia stała się prężnie rozwijającą się gałęzią wiedzy. Jednak jej najnowsze osiągnięcia stanowią zaledwie kroplę w morzu potrzeb. By zrozumieć, jak małymi wielkościami operują nanotechnolodzy, można sobie wyobrazić właśnie kroplę wody składającą się z 1 000 000 000 000 000 000 000 atomów. Rozmiar jednego z nich to jedna dziesiąta nanometra, a nanometr to jedna milionowa metra. Wprawdzie atom można przemieścić na zasadach podobnych do oddziaływania pola magnetycznego na opiłki żelaza, ale prawdziwym wyzwaniem jest stworzenie zestawu nanonarzędzi. Naukowcy dysponują już węglowymi nanorurkami. Są to puste w środku walce o średnicy jednego nanometra, które dobrze przewodzą ciepło i mają unikalne właściwości elektryczne. W zastosowaniu są też nanopincety, dzięki którym można odmierzyć substrat o wadze bilionowych części grama oraz fullereny, czyli bardzo stabilne molekuły zbudowane z atomów węgla, przypominające pod mikroskopem elektronowym piłkę futbolową. By nanoprodukcja ruszyła pełną parą, potrzebne jest jeszcze coś, co połączy te elementy w całość.

Cząsteczka DNA to według ekspertów doskonała kandydatka na spoiwo nanostruktur. Składa się z dwóch kompletnych względem siebie łańcuchów, a rozplątana pod mikroskopem elektronowym przypomina spiralne schody. Naukowcy pracują nad tym, by w dowolny sposób sterować przyłączeniem DNA do kształtów, takich jak piramidy czy sześciany, i łączyć je ze sobą.

DNA jako spoiwo - technika zwana "DNA Origami"

Tym rozwiązaniem są też zainteresowani inżynierowie z grupy IBM, którzy operują uż wielkościami rzędu 90, 65 i nawet 45 nanometrów. Popularna jest litografia, podczas której wytwarza się nanochipy za pomocą światła. By to osiągnąć, dokładnie wypolerowaną powierzchnię materiału półprzewodnikowego powleka się światłoczułą warstwą ochronną, którą następnie naświetla się obrazem układu scalonego. Naświetlonym miejscom nadaje się właściwości elektryczne między innymi za pomocą wytrawiania. Ale na planach koncepcyjnych IBM-u pojawiają się już plany kombinacji litografii z samoorganizacją, czyli metodą układania struktur DNA na powierzchni kompatybilnej z dzisiejszymi półprzewodnikami. Naukowcy chcą osiągnąć metody produkcji w procesie niższym niż 22 nanometry. Do końca 2030 r. IBM zamierza stworzyć komputery kwantowe, których właściwości wyniosą przemysł nformatyczny na wyższy poziom.

Prace inżynierów IBM-u dotyczące struktury DNA są na etapie poznawania jego właściwości. Jak mówi główny technolog IBM-u Piotr Pietrzak, koncern przygotował już mikromacierz:
- Rozwiązanie budowane jest jako mikroprocesor posiadający niewielką szczelinę, przez którą wprowadza się DNA, które następnie jest analizowane. Układ wewnątrz posiada elektrody generujące pole elektryczne, mogące uwięzić ujemnie naładowane molekuły DNA, po czym układ może mierzyć i sekwencjonować łańcuchy DNA. Na produkt trzeba poczekać kilka lat, ale prace badawcze zaowocują nie tylko produkcją procesorów przyszłości.

Dokładna analiza kodu genetycznego pozwoli skuteczniej wykrywać potencjalne choroby i dostosowywać proces leczenia do konkretnego pacjenta, przyczyniając się do dużego postępu w medycynie. Ale według profesor Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej Małgorzaty Lewandowskiej to produkt finalny badań zupełnie ją zrewolucjonizuje:
- Można sobie wyobrazić nanoroboty jako takie małe laboratoria analityczne, które będą zbierały informacje o stężeniu i poziomie substancji w organizmie człowieka i wysyłały informacje do baz danych.

Nanotechnologia z wykorzystaniem DNA udoskonali też kryptologię. Tylko osoba wyposażona w odpowiedni marker będzie potrafiła swobodnie odszukać pojedynczy łańcuch z zakodowaną informacją w milionach innych łańcuchów.

Oprócz wielu optymistycznych perspektyw, postęp w dziedzinie nanotechnologii budzi też wiele kontrowersji. Nieznane są skutki oddziaływania nanorobotów buszujących po ludzkim organizmie. Nie wiadomo też, co działoby się z ich pozostałościami w ciele. Jak bardzo inteligentny może być komputer? Czy jego sztuczna inteligencja może kiedyś przewyższyć ludzkie zdolności? I czy kiedyś nie stracimy nad nim kontroli? Gorsze mogą być już tyko wizje dotyczące  szkodliwych działań samego człowieka – wykorzystania nanorobotów do działań terrorystycznych. Jednak mimo obaw nanotechnologia zmienia oblicze wielu dziedzin życia, między nnymi również mechaniki, optyki i elektrotechniki. I chociaż rzeczywistość wyznacza ciągle różne granice, jak chociażby te związane z drugim prawem Moore’a, które mówi, że wraz z podwajaniem się mocy układów scalonych wzrastają też koszty ich produkcji, to ludzka wyobraźnia na szczęście nie zna granic. Wyścig na miniaturyzację trwa…