Hur kan man utnyttja potentialen i nanoteknologi och undvika deras potentiella negativa konsekvenser? Det var frågan som Christine Peterson ställde när hon grundade Foresight Institute, en ideell nanoteknologi-tankesal för trettio år sedan. Och nu, säger hon, fortsätter denna fråga att vägleda henne. Under de senaste tio åren har nanoteknologi gjort betydande framsteg och har funnit en viss praktisk tillämpning. Vissa utvecklar nanoskala-design för medicinska implantat som kan stimulera tillväxt av benceller och positivt genuttryck. Andra arbetar för att skapa hanterbara nanopartiklar som kan upptäcka och till och med förstöra cancerceller.
Idén om nanomachiner som reser genom din kropp och reparerar den på cellnivå har kommit närmare verkligheten tack vare utvecklingen av nanomotorer och nano-raketer. Men innan vi kommer till dem, tror Peterson att det finns andra intressanta konsekvenser för nanoteknologi. Till exempel självrengörande ytor och nanotek-katalysatorer som kommer att fånga växthusgaser och omvandla koldioxid till de ämnen som fabrikerna behöver.
Sent förra månaden talade Peterson vid Global Summit i San Francisco. I denna intervju kommer du att ta reda på hur, enligt hennes åsikt, nanoteknik kommer att hjälpa oss att lösa problemet med vatten, cancerbehandling och leda oss till en ljusare framtid.
Nanoteknologi idag: en vag punkt på den exponentiella kurvan?
Jag delar nanoteknologi i tre steg: material, apparater, system. Var och en av dem följer sin egen kurva. Just nu ser vi mestadels nanopartikelprodukter, men de har inte noggrannhet i molekylär skala - de är inte atomiskt korrekta. När denna parameter förbättras kommer vi att se uppkomsten av material med sådan precision, särskilt när det gäller filtrering och katalys.
När sådana produkter når marknaden kommer vi att se dem explodera som en raket. Efterfrågan på rent vatten är enormt. Efterfrågan på växthusgashantering är enorm. Den som kommer till dessa mål först kommer resultatet att vara positivt.
Kampanjvideo:
Förklara nanoteknik för en främling på gatan i ett nötskal
Naturen manipulerar enskilda molekyler för att skapa världens mest komplexa saker - växter, djur och våra egna kroppar. Utmaningen för nanoteknologi är att använda molekylära maskinsystem för att skapa vad vi vill med samma precision och att göra det lika rent som naturen.
2013 förutspådde du att framstegen inom nanoteknologi under de kommande tio åren inom medicin kommer att ha en betydande inverkan på upptäckt, avbildning och behandling av cancer. Vilka framsteg inom nanoteknologi har varit de viktigaste för medicinen under de senaste åren?
Det har tagit en enorm ansträngning - hundratals miljoner dollar - för att använda nanoteknik för att bekämpa cancer, och ansträngningen lönar sig.
Många olika grupper, såsom Stanford Center for the Advancement of Onkonanotechnology, experimenterar med nanopartiklar för att försöka få användbart beteende från dem, som att överföra en färgsignal när en cancercell hittas eller kopplas till en cancercell tills den studeras. De kan också programmeras för att frigöra en speciell signalmolekyl när en cancercell upptäcks.
Många mer ovanliga reaktioner kan skapas i laboratoriet. Till exempel kan en nanopartikel absorbera ljus och skapa en akustisk vibration med låg effekt när en tumör upptäcks, eller den kan frigöra värme för att förstöra en cell.
Vilka kliniska prövningar är mest uppmuntrande för dig?
En av mina favoriter är MagArray. Den fäster nanomagneter till cancerceller och identifierar dem sedan med ett prov på ett chip. Det tar mindre än en timme och kräver minimal teknisk utbildning. Förutom cancer kan denna metod användas för att övervaka cytokiner, vilket är användbart när man arbetar med Alzheimers och autoimmuna sjukdomar.
Naturligtvis, om vi kan bekämpa cancer - och vi verkligen kan - kommer Alzheimers att bli ett ännu större problem än det är nu. Att bara bekämpa cancer räcker inte. Vi måste fortsätta arbeta och hantera alla kroniska sjukdomar.
Finns det nya "smarta material" som testas i nanotekniska enheter och som snart kan ersätta modern teknik? Om så är fallet, vilka?
Till exempel: Jag gillar tanken på självrengörande material. University of Cambridge arbetar för att skapa ytor där fotokatalytiska titandioxid-nanopartiklar är inbäddade. De använder ultraviolett ljus för att omvandla ytsmuts till koldioxid och vatten. En droppe olja med ett fingeravtryck på en sådan yta avlägsnas på en och en halv timme.
En dag kommer vi att ha metallimplantat som inte är lämpliga för många ändamål. University of Montreal och partners har hittat ett sätt att skapa nanoskala mönster på ytan av sådana implantat, och de kan öka tillväxten av benceller, minska tillväxten av oönskade celler, stimulera stamcellsutveckling och förändra genuttryck på ett positivt sätt. Fantastisk. Många av dessa användningar har bokstavligen försvunnit från science fiction-sidorna.
I Australien arbetar RMIT och University of Adelaide på material som använder nanoskala kristaller - dielektriska resonatorer - för att överföra eller blockera ljus med en viss våglängd. Detta kan leda till att kontaktlinser skapas som ändrar det vi ser, eller till och med skapandet av en head-up-skärm som visar ytterligare information i vårt synfält. Slutligen kan jag komma ihåg namnen på människor jag har träffat tidigare.
När du grundade Foresight Institute, vad var dina inspiration? Vilken fråga oroade dig då?
Då var jag orolig för frågan: hur man kan utvinna kolossala fördelar från nanoteknologins möjligheter och undvika eventuella negativa konsekvenser, precis som kolossala?
Vi vill påskynda utvecklingen av avancerade medicinska och andra positiva tillämpningar och förhindra att militären utvecklas i samma takt. Att förstå kraften i nanoteknik i att förbättra livskvaliteten och särskilt medicinen har kommit långt, men på grund av olika begränsningar har medicinsk användning kontinuerligt försenats. På militärområdet är det motsatta: militären får tidig tillgång till ny teknik och militära applikationer finansieras tio gånger bättre.
Kombinera dessa trender, och det blir tydligt varför det är svårt att påskynda utvecklingen av medicinska tillämpningar av denna teknik och samtidigt bromsa militärets utveckling. Detta är en svår uppgift.
Det var år 2025, hur förbättrade nanoteknologin miljön?
Vid denna tid, och kanske till och med tidigare, kan det finnas två stora genombrott. Först kan vi lösa vattenproblemet med molekylär precisionsfiltrering. Denna teknik utvecklas redan av det privata företaget AquaVia med stöd från National Science Foundation.
För det andra kan vi rena luften från föroreningar, inklusive växthusgaser, med hjälp av nanotekniska katalysatorer som tar bort koldioxid från luften och omvandlar den till kemikalier som kan användas i industrin. Detta är vad Christian Schaffmeister från Temple University arbetar med.
Nästan alla miljöproblem som kan föreställas kan teoretiskt lösas med avancerad nanoteknologi. Det var denna dröm om miljöåterställning som drev mig in på detta område för decennier sedan, och det är bra att se att det äntligen börjar gå i uppfyllelse.
Vad kan stoppa oss under de kommande tio åren?
Båda dessa utsikterna är definitivt på väg. Den enda frågan är när. Vi måste investera mer resurser i FoU. Det finns talanger, det finns idéer, frågan är finansiering.
Vad är ditt favorit "smarta objekt" i framtiden?
Jag brukar vända mig till tankeexperiment. Föreställ dig en stol som består av molekylära maskinsystem. Dessa maskiner kan ordnas om till en annan form, till exempel ett bord. Hur lång tid tar det för dem att ändra form från en till en annan? Du kan lätt föreställa dig detta experiment eftersom du själv är sammansatt av molekylära maskiner.
Föreställ dig att du skvetter ner för att bilda en stol och släpper sedan ner på fyra och blir ett "bord". Hela operationen tar mindre än en sekund. Detta är den maximala tiden det tar för en avancerad nanomaterialstol att bli ett bord. Det kan vara snabbare om du sätter ett sådant mål.
Men min dröm är en "cellreparationsmaskin" som kan röra sig runt kroppen och reparera DNA, proteiner och andra molekyler. Att bygga en sådan bil blir inte lätt. Det kommer att ta många borttagbara verktyg som kan laddas och lossas efter behov. Men hon kunde analysera och sedan lösa nästan alla fysiska problem i våra kroppar, inklusive åldrande.
ILYA KHEL
