2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Utak a mikro- és a nanotechnológia felé Gyulai József MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Vázlat A Credo-m EU kitekintés, NMP, ICT,… A nanotechnológia módszerei Néhány általam látott gond A megbízhatóság kérdése… A biomimetika és gondjai Végső motto: "Spaceship Earth“ Következtetések 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Az alapkérdés a XXI. században: az energia, -előállítás, -gazdálkodás az emberi életkor nyújtása…hmmm? Az "írástudók" tudhatják csak a megoldást megtalálni: minden technológiát át kell gondolni, hogy azonos feladatot kevesebb energiával, anyaggal, zárt termelési-fogyasztási folyamatokat létrehozni. A fejlett országokban az 1$ GDP megtermeléséhez szükséges energia évi 5-6%-kal csökken Felelősségünk, hogy a fejlődő országokba ne száműzzük a „rossz” technológiákat Az idejében való elfogadtatás: a politika, társadalom érettsége… 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

A Credo-m: a "multidiszciplina"... Olyasmit várok az élettudományokban, mint ami a kémiával történt 1930 táján: a fizika, matematika, elektronikus méréstechnika „kémiává” szervült Azaz, a XXI. század "biológiája" jobban fog hasonlítani a XX. század fizikájára, kémiájára, informatikájára, mint az akkori-mai biológiára… De: a paradigmaváltást én két szinten is vágyom: nem csak a fizikai-kémiai metodikák bevitele, alkalmazása az élő rendszerekre, amely ismert, hanem az élettelen természettudományok gondolkodásmódjának, azaz az első elvekre való visszavezetésnek a célul tűzése 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

EU kitekintés, NMP, ICT,… Rálátásom az NMP-re van, ami „inter-szektoriális” : Health, Food, Security, Space, ICT, Energy, Environment ésTransport. 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

A válságból való kikecmergés, 2010 után… A lisszaboni célok mentén: Lakosság, Üzleti szféra, infrastruktúra & energia Innováció a gyártásban, Építőiparban, Automobil szektorban. R&D Megvalósítás PPP konstrukcióban: A jövő gyára - "Factories of the future", Energiahatékony épületek - "Energy efficient buildings" „zöld” autó - "Green cars". 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Célok - továbbiak Magas hozzáadott értékű termékek és technológiák, amelyek megfelelnek a fogyasztói igényeknek, valamint a Növekedés, Népegészségügy, Foglalkoztatási biztonság, Környezetvédelem és a Társadalmi értékeknek és elvárásoknak. Fenntarthatósági meggondolások (egyensúlyos gazdasági növekedés, társadalmi jólét és környezetvédelem) A Környezetvédelem, azaz a klímaváltozás, a források ritkulása egyszerre korlát és kihívás 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Az ETP European Technology Platform (ETPs) mintegy 30 stratégiai témában definiál kutatásokat. Az NMP szempontjából a versenyképesség, innováció és fenntarthatóság integrálása a cél 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Példák a várható irányokra Nanotudomány és nanotechnológia “zöld nanotechnológia", Termoelektromos energia-konverzió, Új bányászati technológiák, Nanorészecskék és veszélyek, stb. Anyagok, tervezett szerves-szervetlen hibridek (elektronika, fotonika) Vázszerkezetek bioaktív anyagoknak (szerv-regeneráció), Kémiai anyagoknak (membránok katalitikus reaktoroknak) Magashőmérsékletű szupravezetők, stb. Új gyártástechnológiák, PPPk megsegítése „A jövő gyára " „Energia-hatékony épületek” „Zöld gépkocsi” 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Az irányok integrálása Nanotechnologia-alapú megoldások Rákellenes megoldások Sokparaméterű szenzorok Tervezett tulajdonságú termékek Szál-alapú termékek Az integrációban segítenek a tervezett ERAnet-ek, valamint az European Technology Platformok (ETPs). 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

A pályázati formák Változatlanok: Collaborative Projects: Small or medium scale focused research projects and Large scale integrating projects Coordination and Support Actions A KKV-k minden pályázati formában részt vehetnek Lesznek azonban dedikált kiírások is. 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Az ipari célszektorok A gyártás és a kémiai ipar a fő terület, de látszólag hagyományosabb területek is számba jönnek, mert ezek a csúcstechnológia irányába fejlődnek: Építőipar Textil, stb. Az EU vezető szerepét is jelentő technológiai területek is megmaradnak: Elektronika Fotonika Orvosi eszközök, stb. A gyártás és építőipar főleg a PPP konstrukcióban lesz támogatott. 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

A nanotechnológia elvi súlypontjai A nanotechnológia társadalmi elfogadtatása ennek etikájában a „Best practices” kimunkálása A nanoanyagok valósidejű karakterizálására alkalmas új elvű eszközök A „zöld nanotechnológia” révén anyagok, ill. komponensek helyettesítése 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Felfutó területek Nanotechnológiai elvű termoelektromos energia-konverterek Nanotechnológiai elvű energiahatékony hőszigetelő rendszerek Nanorészecskék kockázati tényezőinek referenciái Az elektronika és fotonika szerves-szervetlen hibrid anyagai Szövet-regeneráció bioaktív szerkezeti elemei Katalitikus reaktorok új anyagai, membránok Hatékony energiatároló anyagok Nanotechnológiai elvű rákkutatási eszközök (felismerés, diagnózis, terápia) 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

A kémia és a „nano” A kémikusok, főleg a kolloidkémikusok gyakran mondják, hogy ők mindig is nanotechnológiát csináltak. Ez majdnem a teljes igazság: korábban azonban nem volt fontos, hogy a terméket a reaktorban molekulánként meg lehessen találni. Ma – „valódi” nano-alkalmazásoknál – címezhetőnek kell lennie minden egyes molekulának – nagy kihívás a kémiának Én, pl. a katalízist úgy vizualizálom, hogy a katalizátor atom – a maga elektronszerkezetével, üres d-, f-héjaival létrehoz egy olyan dinamikus elektromágneses teret, amelybe ha ‘betévednek’ az atomok, ionizálódnak és vegyülnek. 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

A nanotechnológia módszerei A pásztázó szondás módszerek mint kísérleti preparatív technika: egyes atomok rendezése – ezzel indult, de ez termelére alkalmatlan Az önszerveződés: a természettörvények, ha tudják, eljuttatják az atomokat az egyensúlyi állapotba – amolyan "laissez-passer"– azaz "magától" épül a kívánt szerkezet De ezzel vannak gondok – pl. a termikus zaj, azaz az épülő szerkezet inherens hibákkal alakul ki! Ami vagy tolerálható, vagy nem (teljesen)… 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Mérnöki gondolkodás a biológiában - kevesebb antropomorfizmus Pl. a stressz protein Megtalálja a sérült fehérjét, hogyan? megméri, hogyan? Átadja a saját testének egy részét – milyen energetika vezérli? Tudjuk, csak atomi erők szerepelhetnek Én ennek megértését tekintem a biológia új életének 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Vagy a megbízhatóság kérdése… A mikroelektronikai eszközök mintegy 1010 művelet esetén téveszthetnek egyet – ami még redundáns szervezéssel javítható is, A gyógyszeripar megbízhatósági kritériumai kemények, de néhány ppb felesleges molekula aligha okoz gondot. A nanoelektronikai eszközök előállításában használt önszerveződő folyamatokban a képződött molekulát címzetten meg kell tudni találni… új precizitási lépcsőfok A mai nanotechnológia inkább „laborszint”, még adós az „ipari” megbízhatósággal De ez nem egyszerű: 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Paradigmaváltás a nanotudományban Mai műszaki ipar Terv, kísérlet Gyártás TQM tolerancia, elfogad, kidob Mikroelektronika biztonsága Kontrollált redundancia Nanovilágban Pásztázó szondák, ill. önszerveződés TQM, de hogyan? Jó az élővilág modellje? ‘Gyorsított evolúció'? a mutáció a mai “majdnem” selejt? kiválasztódás felgyorsítva? A gyógyszer-jellegű TQM rendben Kontrollálatlan (?) redundancia 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Megbizhatóság (Swiss Fed. Labs for Matls Testing and Res.) A nem-skálázó fizikai folyamatok tömeg és hődiffúzió, elektromos vezetőképesség, reakciókinetika, korróziós folyamatok, stb. Fáradás, súrlódás, fáradás, javítási mechanizmusok mások az atomi és molekuláris léptékben. Redundancia, a kvantumállapotok korrelációja is kvantumstatisztika- és hulláminterferencia-függő Modellezés, kutatásigényes Hibatűrő megoldások igénye 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Biomimetika és gondjai A nano tanulni kíván a természettől. De nem egyszerű: az evolúció mindig némileg másra optimált! Bioüzemanyag: a fotoszintézis „túlprocesszálja” a napenergiát – cellulózzá. Így a napelemmel, szélerőművel való összevetésnél a már tárolt energia (hidrogén, stb.) kinyerésével kell hasonlítani, ami még ront a bioetanol hatásfokán. A pókháló vs. kevlar: egyetlen fizikai paraméterben van különbség köztük, a lassú, ill. gyors deformáció munkájában. Ettől jó az egyik légyfogásra, ill. golyóálló mellénynek a másik. A van der Waals erők természetbeni szerepe. A fotonikus kristályok a természeti „színekben”? 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Van der Waals erők – soxorozva Sima felülethez tapadás gekkó: 20N erő – szemben a 43 g saját tömeggel ugrópók: 624 000 szőrszál a nyolc lábon elbírja a saját súlyának 170-szeresét van der Waals-erő (nemrég volt Nature cikk: hogyan választja el magát?) A nanotudomány igyekszik ellesni, megvalósítani: “spidar”… 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

El tudjuk-e tanulni ezt a bottom up "gyártást"? A forgómozgás és az evolúció E.Coli baktérium csillója 100 000 ford./perc, proton-ugrás, nanomotor Adenotrifoszfát, ATP, átalakítása nanomotorrá (Cornell) El tudjuk-e tanulni ezt a bottom up "gyártást"? 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Operating Manual for Spaceship Earth - Buckminster Fuller (1969) Biosphere, Montreal, 1967 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Végső motto: "Spaceship Earth" "One outstandingly important fact regarding Spaceship Earth, and that is that no instruction book came with it…" Operating Manual for Spaceship Earth - the architect Buckminster Fuller (1969) 2009. március 18. Gábor Dénes Klub

Következtetések Reciklizálható és bottom up technológiák, az önszerveződés bűvszó – kihívás a fizikának, kémiának Az energia-igény redukciója, a megújuló energiaforrások arányának nem-piaci növelése Álmom a "szemétdomb", ahol a hulladékok a Nap hatására visszaalakulnak nyersanyaggá… Társadalmi elfogadtatás: a társadalom és a politika érettsége... A humaniórák és – kinek-kinek – a hit tehetik ezt a világot élhetővé 2009. március 18. Gábor Dénes Klub