Elementarijum predstavlja listu od 10 novih materijala i uzbudljivih tehnologija koje bi mogle da promene svet u narednoj deceniji
Tekst: Ivana Horvat
Naučni napredak je iz godine u godinu sve veći. Više od milion naučnih radova objavljuje se svake godine, a broj naučnih otkrića i novih tehnologija raste brzinom koju pre nekoliko decenija nismo mogli ni da naslutimo. Iz ovog razloga, predviđati tok naučnog i tehnološkog napretka je vrlo nezahvalan posao.
Istorijska dešavanja neretko su nas učila da nismo bili u pravu. Prisetimo se samo lorda Kelvina, poznatog britanskog naučnika, koji je početkom 20. veka rekao da je nauka otkrila sve što se može otkriti i da nam preostaju samo preciznija merenja. Međutim, nekoliko godina potom, Maks Plank je utemeljio osnove kvantne fizike, a Albert Ajnštajn objavio postulate Specijalne teorije relativnosti. Samo deset godina kasnije, otkriveno je jezgro atoma. O uticaju ovih otkrića na progres čovečanstva čini se da je izlišno govoriti.
Uprkos ovome, u nastavku teksta predstavljamo listu najnovijih tehnlogija koje bi u narednom periodu mogle da dovedu do revolucije u nauci i da unaprede život svih stanovnika planete. Poznato je da su civilizacijskim pomacima uvek prethodile pojave novih materijala koji su bili u upotrebi, te nas i u ovom pogledu očekuju sjajne mogućnosti sa razvojem nanomaterijala.
1. Štampanje organa
Klasični 3D štampači više nisu novost. Njihovom upotrebom uspeli smo da postignemo ogroman uspeh u industriji, elektronici, pa čak i u izgradi automobila. Takođe, uspeli smo da „odštampamo“ i uzorke tkiva pojedinih organa. Sledeći cilj kom naučnici teže je štampa organa u celosti. Najveći problem u postizanju ovog cilja predstavljaju krvni sudovi koji prožimaju svaki organ i koje je gotovo nemoguće reprodukovati. Međutim, naučnici iz SAD i Australije pronašli su način kako da prevaziđu ovu prepreku, te u narednim godinama možemo očekivati i prvi samoodrživi, funkcionalani organ dobijen uz pomoć bio-štampača. Mogućnosti koje će se javiti nakon ovog uspeha su nemerljive, a liste čekanja transplatacije će se smanjivati. Iako će biti onih čiji se pogledi na svet se neće slagati sa ovom vrstom napretka, jedno je sigurno – a to je da će ilegalna trgovina ljudskim organima prestati da bude unosan biznis.
2. Providni organizmi
Da su poneka otkrića uvrnuta, dokazuje i to što su naučnici iz Laboratorije „Pol Paterson“ u Americi uspeli da učine tkiva životinja providnim. Istraživači su uspeli da eutanazirana tela laboratorijskih pacova učine providnim na taj način što su lipidne molekule, koji čine telo neprozirnim, zamenili providnom gel tečnošću, koja ispunjava čitav organizam. Ova vrsta supstance daje potporu i struktru tkivima. Proces plastifikacije delova ljudskog tela je poznat odranije, međutim, do sada nije bilo moguće očuvati određene ćelije i proteine neophodne za detaljna izučavanja neuroloških i imunoloških pojava.
Naučnicima je ova metoda pomogla da mapiraju periferne nerve o kojima se veoma malo zna. Takođe, uspeli su da prate širenje virusa u predelu mozga pacova na taj način što su viruse obeležili fluorescentnim rastvorom. Sledeći korak ovog tima je da u godinama koje slede proučavaju ćelije raka, matične ćelije, a prema njihovim rečima ovaj pomalo bizarni način ispitivanja će smanjiti broj laboratorijskih pacova koji se koriste pri standardnim istraživanjima. Takođe, naglašavaju da su dobijeni podaci mnogo precizniji i nadaju se da će u narednim godinama ova metoda dovesti do značajnih otkrića u vezi sa lečenjem nekih od najopakijih bolesti, kao što je rak.
3. Nanomaterijali u proizvodnji superprovodnika
Nedavno je još jedna nezamisliva stvar postala moguća: proizvodnja materijala čija se debljina meri brojem atoma. Tačnije, u proizvodnji su materijali debljine jednog atoma, što predstavlja najmanju moguću debljinu materijala. Naime, slojevi ovakvih materijala mogu se spajati na veoma stabilan način. Ovo nam pruža fantastične mogućnosti u pogledu izgradnje superprovodnika – materijala koji provode električnu energiju bez otpora. Iako je ovaj fenomen postignut na veoma niskim temperaturama, san naučnika je da se isti efekat postigne na sobnoj temperaturi. Kombinacija različitih materijala, kao i materijala debljine jednog atoma veoma obećava u ovom pogledu. Iako je proizvodnja ovako tankih materijala tek u začetku, u narednom periodu možemo očekivati velike pomake. Za sada su dobijeni materijali sastavljeni iz nekoliko slojeva tankih materijala čija ukupna debljina ne prelazi deset mikrona, što je manje od poprečnog preseka ljudske vlasi. Osim proizvodnje superprovodnika, ovi materijali će nam omogućiti da proizvedemo savitljive i providne materijale koje bismo mogli da primenimo u proizvodnji savitljivih ekrana i nove generacije kompjuterskih čipova.
4. Reprogramirajuće ćelije
Tim naučnika sa Masačusetskog instituta za tehnologiju je sasvim slučajno uspeo da na trenutak „prevari“ membrane ćelija i da u samu ćeliju ubaci određene supstance i materijale, poput raznih enzima i nanočestica, koji mogu da promene njeno ponašanje. Ovakvo programiranje ćelijskog ponašanja je osetljiv posao, međutim, tokom velikog broja pokušaja koje su imali, naučnici su primetili da kada bi uspeli dovoljno brzo da promene oblik ćelije, ona bi „otvorila“ svoju membranu i samim tim propustila supstance koje su naučnici želeli da ubace. Novootrkiveni način je bio mnogo otmeniji i može da se primeni čak i u slučaju veoma osetljivih ćelija, kao što su imune i matične ćelije.
Ako bismo uspeli da primoramo ćelije da se ponašaju na način na koji mi želimo, verovatno bismo uspeli da pobedimo ili čak sprečimo bolesti poput dijabetesa, raka, side itd. Najnovija metoda ubacivanja nukleinskih kiselina i raznih enzima, koji deluju na ćeliju tako što menjaju njeno ponašanje, otvara mnoga vrata za istraživanja koja se tiču lečenja za sada neizlečivih bolesti.
5. Genetički inženjering uz pomoć CRISP tehnologije
Izmena genoma, koji predstavlja skup gena određene jedinke, postala je moguća sedamdesetih godina prošlog veka i tada je promenila tokove moderne medicine. Međutim, metode koje su korišćene su bile izuzetno skupe i zahtevale su mnogo truda i vremena. Timovi naučnika sa Berklija u Americi i Univerziteta u Ulmeu pronaši su način kako da ovu vrstu genetskog poduhvata učine jednostavnijim, bržim i jeftinijim. Oba tima otkrila su da određene bakterije – u ovom slučaju streptokoke – imaju mogućnost da prepoznaju viruse koji su ih prethodno već bili napadali, tako što skladište „podatke“ o njihovom DNK lancu. Na primer, streptokoke koriste određen protein zvani Cas9 kao određenu vrstu oružja kojom uspešno uništavaju viruse kada im se približe. Ovaj protein ima ulogu svojevrsnih makaza za molekule, koje možemo da koristimo kada krojimo genetski materijal jedinki. Ubrzo nakon toga, tim sa Masačusetskog instituta za tehnologiju otkrio je kako uz pomoć ove metde mogu da se načine višestruke izmene u genomu jedinke i to odjednom, s velikom preciznošću. Iako će ova metoda u velikoj meri olakšati rad naučnika koji se bave ovom oblašću i izučavanje bolesti kao što su sida, Alchajmer i šizofrenija, jedan deo stručne i šire javnosti strahuje da bi upravo olakšan rad na genetičkom inženjeringu mogao da dovede do neetičkog ponašanja u ovoj oblasti.
6. Bežično prenošenje električne energije uz pomoć zvučnih talasa
Iako bežično prenošenje električne energije već postoji, dosta je ograničeno prostornom udaljenošću jer prenos elektromagnetnih talasa na ovaj način opada sa kvadratom rastojanja. Međutim, u slučaju mehaničkih talasa ovo ne bi predstavljalo problem. Uz pomoć pijezoelektričnog efekta – pojava stvaranja električnog napona na krajevima određenih kristala pri mehaničkom pritisku – mehaničke vibracije poput zvuka bi na efikasan način mogle da se pretvore u električnu energiju. Iako je u početku akademska zajednica bila skeptična prema ideji naučnice sa Univerziteta u Pensilvaniji, Meredit Peri je bila odvažna i osnovala je svoju kompaniju kako bi razvila ovu tehnologiju. Transmiter, koji je za sada još u fazi testiranja, ima ulogu zvučnika koji usmerava ultrazvuk, kako bi formirao hotspot energije. Prijemnik zatim „hvata“ ovu energiju i pretvara je u električnu. Prva tura novih uređaja biće spremna veoma brzo, a nov način prenosa električne enrgije i punjenja kompjutera, mobilnih aparata i drugih uređaja biće lakši nego ikada.
7. Nanomaterijali u proizvodnji odeće
Još jedna primena nanomaterijala i pijezoelektričnog efekta: intenzivno se radi na razvoju novih tehnologija koje bi omogućile da uz pomoć nanovlakana odeća koju nosimo postane „pametna“. Ona bi pretvarala energiju naših pokreta u električnu energiju, a što su ovi pokreti intenzivniji i življi, više električne energije bi se moglo proizvesti. S obzirom na to da se nanovlakna prave od organskih materijala, polivinil fluorida, oni su fleksibilni i udobni, a i relativno jeftini i jednostavni za proizvodnju.
8. Solarna energija
S obzirom na sve osetnije klimatske promene, solarna energija će uskoro morati da postane dominantan izvor energije kako bi u velikoj meri zamenila klasične fosilne izvore. Srećom, naučnici vredno rade na razvijanju novih nanotehnologija i ovo bi uskoro moglo da postane stavrnost. Fotoćelije bi jako brzo mogle da postanu jeftinije za izradu, a samim tim će biti u masovnijoj upotrebi. Takođe, naučnici sa Univerziteta u Severnoj Karolini osmislili su kako da uz pomoć sunčeve svetlosti vodu rastave na njene sastavne delove i zatim stvore vodonik. Vodonik bi se skladištio i koristio kao gorivo, a kiseonik bi se ispuštao u atmosferu. „Otrgnuti“ elektrone iz molekula vode je dosta teško, međutim, ovaj proces je u velikoj meri olakšan i pojednostavnjen uz pomoć novih tehnologija i nanomaterijala poput titanijum-dioksida. Neophodno je pronaći način za njegovo omasovljenje kako bi sunčeva svetlost zasigurno postala dominantan izvor energije na planeti.
9. E-ELT
Evropski izuzetno veliki teleskop najveći je teleskop čija se izgradnja planira u narednih deset godina. Za potrebe ovog teleskopa razviće se tehnologije koje do sada nisu bile u upotrebi i koje će dovesti do prave revolucije u astronomiji. Osim modernih tehnologija, ono što će ovaj teleskop učiniti tako revolucionarnim jeste i veličina primarnog ogledala koje će imati prečnik od neverovatnih 39 metara. Sa ovolikom površinom koja će skupljati svetlost udaljenih svemirskih objekata bićemo u mogućnosti da zavirimo u najskrovitije delove našeg univerzuma. Takozvani E-ELT (European Extremely Large Telescope) omogućiće nam da proučavamo udaljene vanzemaljske svetove i njihove atmosfere, kao i da proučavamo najranije objekte u svemiru, kao što su prve zvezde, galaksije i najstarije kvazare. Smatra se da će ovaj teleskop dovesti do nove revolucije u proučavanju svemira, slično kao Galileo Galilej pre 400 godina kada je prvi put posmatrao svemir kroz sočivo teleskopa.
10. Video-kamere za nanočestice
Hologramski mikroskopi nisu novina. Naučnici ih koriste već neko vreme. Funkcionišu tako što u određeni objekat uperimo laserski snop, nakon čega se svetlosni zraci odbijaju o njegovu površinu i formiraju hologramsku sliku. Međutim, ono što predstavlja veliki problem u ovom načinu posmatranju mikrosveta je poteškoća na koju naučnici nailaze kada treba da „izvuku“ informacije iz dobijenih holograma. Tim naučnika sa Univerziteta u Njujorku je pronašao način kako da iz holograma posmatranog objekta veoma brzo izvuče informacije o njemu. Rezolucija jednog ovakvog teleskopa će omogućiti istraživačima širom sveta da prate nanočestice koje se nalaze u raznim fluidima ili rastvorima. Ako bi takve nanočestice sadržale informacije o samom proizvodu – kada, kako i gde je napravljen – uz pomoć ovih mikroskopa bismo mogli da ispratimo ceo proces proizvodnje jednog modernog proizvoda i to praktično svakog njegovog delića. Ali, ono što je takođe veoma bitno, velike primene jednog ovakvog uređaja bi se mogle primeniti u medicini.