Apa itu nanosains dan nanoteknologi ?

 

Kata Nanosains merujuk pada studi, manipulasi, dan rekayasa materi, partikel, dan struktur pada skala nanometer (sepersejuta milimeter, skala atom dan molekul). Properti penting dari material, seperti properti listrik, optik, termal, dan mekanik, ditentukan oleh cara molekul dan atom berkumpul pada skala nano menjadi struktur yang lebih besar. Selain itu, dalam struktur berukuran nanometer, properti ini sering kali berbeda dengan properti pada skala makro, karena efek mekanika kuantum menjadi penting.

Nanoteknologi adalah penerapan nanosains yang mengarah pada penggunaan nanomaterial dan komponen berukuran nano baru dalam produk yang bermanfaat. Nanoteknologi pada akhirnya akan memberi kita kemampuan untuk merancang material dan produk yang dibuat khusus dengan properti baru yang ditingkatkan, komponen nanoelektronik baru, jenis obat dan sensor "pintar" baru, dan bahkan antarmuka antara sistem elektronik dan biologis.

 

Disiplin ilmu yang baru lahir ini terletak di antarmuka antara fisika, kimia, ilmu material, mikroelektronik, biokimia, dan bioteknologi. Oleh karena itu, pengendalian disiplin ilmu ini memerlukan pendidikan ilmiah akademis dan multidisiplin.

 

Mengapa mempelajari nanosains & nanoteknologi?

Nanosains dan nanoteknologi berada di garis depan penelitian modern. Ekonomi yang tumbuh pesat di bidang ini membutuhkan para ahli yang memiliki pengetahuan luar biasa tentang nanosains yang dipadukan dengan keterampilan untuk menerapkan pengetahuan ini dalam produk-produk baru. Pendidikan ilmiah multidisiplin sangat penting untuk menyediakan para ahli berkualitas tinggi bagi industri dan lembaga penelitian yang memiliki latar belakang umum dalam berbagai subdisiplin seperti elektronika, fisika, kimia, ilmu material, bioteknologi, dan pada saat yang sama menjadi ahli dalam satu bidang tertentu. Inilah yang ditawarkan dalam program magister ini.

 

Dalam Magister Nanosains dan Nanoteknologi, Anda akan mempelajari dasar-dasar fisika, biologi, dan kimia pada skala nanometer, dilengkapi dengan kursus tentang teknologi dan teknik untuk meningkatkan pemahaman tentang aplikasi praktis. Selain itu, dalam program ini Anda juga akan dapat mengkhususkan diri dalam bidang nanosains tertentu. Kombinasi dasar ilmiah multidisiplin yang solid dan spesialisasi tingkat tinggi individual dalam bidang Nanosains tertentu (tahun kedua) adalah filosofi program EMM-Nano+.\

 

DASAR-DASAR NANOTEKNOLOGI

 

Apa sebenarnya nanoteknologi?

Nanoteknologi adalah rekayasa mesin-mesin kecil — kemampuan yang diproyeksikan untuk membangun sesuatu dari bawah ke atas di dalam “pabrik nano pribadi” (PN), menggunakan teknik dan alat yang dikembangkan saat ini untuk membuat produk yang lengkap dan sangat canggih. Pada akhirnya, nanoteknologi akan memungkinkan pengendalian materi pada skala nanometer, menggunakan mekanokimia. Tak lama setelah mesin molekuler yang dibayangkan ini tercipta, hal itu akan menghasilkan revolusi manufaktur, yang mungkin menyebabkan gangguan yang parah. Hal itu juga memiliki implikasi ekonomi, sosial, lingkungan, dan militer yang serius.

 

Nanometer adalah sepersejuta meter, kira-kira selebar tiga atau empat atom. Rata-rata rambut manusia memiliki lebar sekitar 25.000 nanometer.

 

Apa itu pabrik nano pribadi?

Itu adalah alat baru yang diusulkan, sesuatu yang mungkin diletakkan di atas meja dapur di rumah Anda. Untuk membangun “pabrik nano pribadi” (PN), Anda perlu memulai dengan fabrikator yang berfungsi, perangkat berskala nano yang dapat menggabungkan molekul-molekul individual menjadi bentuk-bentuk yang bermanfaat. Fabrikator dapat membangun pabrik nano yang sangat kecil, yang kemudian dapat membangun pabrik nano lain yang dua kali lebih besar, dan seterusnya. Dalam jangka waktu beberapa minggu.

 

Produk-produk yang dibuat oleh PN akan dirakit dari blok-blok nano, yang akan dibuat di dalam pabrik nano. Program desain berbantuan komputer (CAD) akan memungkinkan untuk membuat produk-produk canggih hanya dengan menentukan pola blok-blok nano yang telah dirancang sebelumnya. Pertanyaan tentang kapan kita akan melihat banjir produk-produk yang dibuat dengan nano bermuara pada pertanyaan tentang seberapa cepat fabrikator pertama dapat merancang dan membuat.

 

Terdapat sebuah film pendek berjudul Productive Nanosystems: from Molecules to Superproducts menggambarkan tampilan animasi dari sebuah pabrik nano dan menunjukkan langkah-langkah utama dalam proses pengambilan sampel yang mengubah molekul-molekul dasar menjadi komputer laptop dengan CPU miliaran.

 

Apa yang dapat diproduksi oleh pabrik nano?

• Robot medis yang menyelamatkan nyawa atau senjata pemusnah massal yang tidak dapat dilacak.

• Komputer jaringan untuk semua orang di dunia atau kamera jaringan sehingga pemerintah dapat mengawasi setiap gerakan kita.

• Triliunan dolar yang melimpah atau perebutan yang kejam untuk memiliki segalanya.

• Penemuan cepat produk yang menakjubkan atau pengembangan senjata yang cukup cepat untuk mengacaukan perlombaan senjata apa pun.

 

Bagaimana cara kerja 'mekanokimia'?

Ini sedikit seperti enzim (jika Anda tahu kimia): Anda menempelkannya pada satu atau dua molekul, lalu memutar atau menarik atau mendorong dengan cara yang tepat hingga reaksi kimia terjadi tepat di tempat yang Anda inginkan. Ini terjadi dalam ruang hampa, jadi Anda tidak memiliki molekul air yang saling bertabrakan. Dengan cara itu, semuanya jauh lebih terkendali.

 

Jadi, jika Anda ingin menambahkan atom ke suatu permukaan, Anda mulai dengan atom yang terikat pada molekul yang disebut "ujung alat" di ujung manipulator mekanis. Anda memindahkan atom ke titik di mana Anda ingin atom itu berakhir. Anda memindahkan atom di dekat permukaan, dan memastikan bahwa atom tersebut memiliki ikatan yang lebih lemah dengan ujung alat daripada dengan permukaan. Ketika Anda mendekatkannya, ikatan tersebut akan berpindah. Ini adalah kimia biasa: sebuah atom bergerak dari satu molekul ke molekul lain ketika mereka cukup dekat satu sama lain, dan ketika pergerakannya menguntungkan secara energetik. Yang berbeda tentang mekanokimia adalah bahwa molekul ujung alat dapat diposisikan dengan kontrol komputer langsung, sehingga Anda dapat melakukan satu reaksi ini di berbagai lokasi di permukaan. Hanya beberapa reaksi saja memberi Anda banyak fleksibilitas dalam apa yang Anda buat.

 

Mengapa beberapa ilmuwan mengabaikan hal ini sebagai fiksi ilmiah?

Seluruh konsep nanoteknologi canggih — “Manufaktur Molekuler” (MM) — begitu rumit dan tidak dikenal, dan begitu mengejutkan dalam implikasinya, sehingga beberapa ilmuwan, insinyur, dan pakar lainnya dengan tegas menyatakannya sebagai sesuatu yang mustahil. Perdebatan ini semakin membingungkan oleh sensasi fiksi ilmiah dan kesalahpahaman media.

 

Perlu dicatat bahwa tidak seorang pun dari mereka yang mengabaikan MM adalah pakar di bidang tersebut. Mereka mungkin bekerja di bidang kimia, bioteknologi, atau ilmu atau teknologi skala nano lainnya, tetapi tidak cukup familier dengan teori MM untuk mengkritiknya secara bermakna.

 

Banyak keberatan, termasuk keberatan mendiang Richard Smalley, tidak membahas proposal MM yang sebenarnya telah dipublikasikan. Sisanya adalah pernyataan yang tidak berdasar dan tidak benar, yang bertentangan dengan kalkulasi terperinci berdasarkan hukum fisika yang relevan.

 

Apakah nanoteknologi buruk atau baik?

Nanoteknologi menawarkan potensi besar untuk memberi manfaat bagi umat manusia, dan juga membawa bahaya yang parah. Meskipun sudah tepat untuk memeriksa dengan saksama risiko dan kemungkinan toksisitas nanopartikel dan produk lain dari teknologi skala nano, bahaya terbesar ditimbulkan oleh penggunaan manufaktur molekuler yang jahat atau tidak bijaksana. Fokus CRN adalah merancang dan mempromosikan mekanisme untuk pengembangan yang aman dan administrasi MM yang efektif.

 

Jika MM sangat berbahaya, mengapa tidak melarang semua penelitian dan pengembangannya?

Dilihat dengan pesimisme, manufaktur molekuler mungkin tampak terlalu berisiko untuk dibiarkan berkembang mendekati potensi penuhnya. Namun, pendekatan naif untuk membatasi R&D, seperti pengabaian, memiliki kekurangan setidaknya karena dua alasan. Pertama, hampir pasti mustahil untuk mencegah pengembangan MM di suatu tempat di dunia. Tiongkok, Jepang, dan negara-negara Asia lainnya memiliki program nanoteknologi yang berkembang pesat, dan kemajuan pesat teknologi pendukung seperti bioteknologi, MEMS, dan mikroskopi probe pemindaian memastikan bahwa upaya R&D akan jauh lebih mudah dalam waktu dekat daripada saat ini. Kedua, MM akan memberikan manfaat yang terlalu bagus untuk diabaikan, termasuk perbaikan lingkungan; manufaktur yang bersih, murah, dan efisien; terobosan medis; komputer yang sangat canggih; dan akses yang lebih mudah ke luar angkasa.

 

Bagaimana dengan "grey goo"?

Seberapa cepat manufaktur molekuler akan dikembangkan?

Berdasarkan penelitian kami, CRN yakin bahwa manufaktur molekuler dapat berhasil dikembangkan dalam sepuluh tahun ke depan, dan hampir pasti akan dikembangkan dalam dua puluh tahun.

 

Bukankah kita seharusnya menangani masalah saat ini seperti kemiskinan, polusi, dan menghentikan terorisme, alih-alih menginvestasikan uang pada teknologi masa depan yang jauh ini?

Kita harus melakukan keduanya! Pengembangan dan penerapan manufaktur molekuler jelas dapat berdampak positif pada penyelesaian banyak masalah paling mendesak saat ini. Namun, sama jelasnya bahwa MM dapat memperburuk banyak penyakit masyarakat. Mengetahui bahwa hal itu dapat dikembangkan dalam satu atau dua dekade mendatang (yang bukan "masa depan yang jauh"), menjadikan persiapan untuk MM sebagai prioritas yang mendesak.

 

Gray goo (juga dieja sebagai grey goo) adalah skenario bencana global hipotetis yang melibatkan nanoteknologi molekuler di mana mesin yang mereplikasi diri di luar kendali memakan semua biomassa (dan mungkin juga semua yang lain) di Bumi sambil membangun lebih banyak dari diri mereka sendiri, sebuah skenario yang telah disebut ecophagy (konsumsi literal ekosistem). Ide aslinya mengasumsikan mesin dirancang untuk memiliki kemampuan ini, sementara popularisasi telah mengasumsikan bahwa mesin mungkin entah bagaimana mendapatkan kemampuan ini secara tidak sengaja.

 

Bahaya nanobot yang mereplikasi diri — yang disebut grey goo — telah banyak dibahas, dan secara umum dianggap bahwa manufaktur molekuler sangat dekat dengan grey goo.

Akan tetapi, sistem produksi yang diusulkan yang didukung oleh CRN tidak melibatkan perakit yang bebas bergerak atau nanobot, tetapi pabrik yang jauh lebih besar dengan semua mesin berskala nano yang diikat dan tidak aktif tanpa kontrol eksternal. Sejauh yang kami ketahui, nanobot mekanokimia yang mereplikasi diri tidak dikecualikan oleh hukum fisika, tetapi hal seperti itu akan sangat sulit untuk dirancang dan dibangun bahkan dengan kemampuan manufaktur molekuler penuh. Fiksi seperti Prey karya Michael Crichton mungkin merupakan hiburan yang bagus, tetapi itu bukanlah sains yang sangat bagus.

 

Seberapa cepat manufaktur molekuler akan dikembangkan?

Berdasarkan penelitian kami, CRN yakin bahwa manufaktur molekuler dapat berhasil dikembangkan dalam sepuluh tahun ke depan, dan hampir pasti akan dikembangkan dalam dua puluh tahun.

 

Bukankah kita seharusnya menangani masalah saat ini seperti kemiskinan, polusi, dan menghentikan terorisme, alih-alih menginvestasikan uang pada teknologi masa depan yang jauh ini?

Kita harus melakukan keduanya. Pengembangan dan penerapan manufaktur molekuler jelas dapat berdampak positif pada penyelesaian banyak masalah paling mendesak saat ini. Namun, sama jelasnya bahwa MM dapat memperburuk banyak penyakit masyarakat. Mengetahui bahwa MM dapat dikembangkan dalam satu atau dua dekade mendatang (yang bukan "masa depan yang jauh"), menjadikan persiapan untuk MM sebagai prioritas yang mendesak.

 

Sumber Referensi:

https://www.emm-nano.org/what-is-nanoscience-nanotechnology/

http://crnano.org/basics.htm