Aus Wiki1

Aktuelle Version vom 17:38, 11. Jun. 2024

Im Hype der Nanotechnik wurde von einigen "Visionären" die Idee der Nano-Maschinen geboren: winzige U-Boote, Roboter mit Greifarmen, Pumpen, autonome Maschinen, die durch unser Körperinneres jagen, Karzinome aufspüren, Eindringlinge vernichten, Gefäße von Ablagerungen befreien oder sich auf sonst denkbare Weise nützlich machen.

Wieder einmal führte eine neu erworbene Fähigkeit der Wissenschaftler zu überschießenden Fantasien und ein wenig Größenwahn. Im Artikel Nanotechnologie Zeit 2007 - November - 15 wird dargestellt, wie wenig diese Ideen eigentlich mit Wissenschaft und wie viel mit Ausprobieren, Spielen und Fantasieren zu tun haben.

Besonders bemerkenswert erscheint in diesem Zusammenhang das völlige Ausblenden der real existierenden "Nano-Maschinen": Bakterien, Einzeller, Viren - sie alle zeigen uns, mit welchen Konzepten autonome Systeme auf molekularer Ebene möglich sind. Sie sind erprobt und funktionieren seit Milliarden Jahren. Wer wirklich etwas über die Möglichkeiten der Nanotechnik erfahren will, sollte zunächst einmal die vielfältigen Konstruktionsvarianten in der Welt der einzelligen Lebewesen studieren - anstatt sich auf die Verkleinerung von selbstgeschafffene Maschinensystemen zu konzentrieren. Wie und warum sind die Systeme so und nicht anders gestaltet. Gibt es hierfür physikalische Gründe oder chemische oder biologische? Die Betrachtungsweise der Bionik wäre hier mehr als angebracht. Nur durch genaue Analyse der natürlichen Nano-Maschinen lässt sich das Hintergrundwissen aufbauen, das man benötigt, um funktionierende Nanostrukturen und künstliche Nano-Maschinen zu entwickeln und deren Wirkungen in der komplexen Wirklichkeit abzuschätzen.

Die Übertragung von technischen Konzepten in die Welt der Nanostrukturen, das hat sich inzwischen herausgestellt, ist nämlich aus rein physikalischen Gründen mit unzähligen quantenmechanischen Hürden verbunden. Viren, Bakterien und Einzeller haben sich schon vor Millarden Jahren mit diesen Randbedingungen auseinandersetzen müssen und haben Lösungen gefunden. Bevor wir von autonomen, medizinischen Nanorobotern schwadronieren, sollten wir versuchen ein "simples" Spermium nachzubauen - mit Nanotechnik natürlich.

Wer einen Einzeller in Bewegung sieht, bekommt vielleicht ein Gefühl dafür, was ein autonomes Wesen ist. Obwohl es sich - rein wissenschaftlich gesehen - "nur" um ein kompliziertes "chemisches System" handelt (es gibt nur mehr oder weniger komplizierte Moleküle, die zusammenwirken) verfügt dieses System bereits über ein autonomes Verhalten, das in seiner Komplexität jede Maschine in den Schatten stellt: Es bewegt sich gezielt in einer dynamischen Umgebung, es nimmt Nahrung auf, es kommuniziert mit anderen Organismen und es vermehrt sich selbstständig.

Neuronen sind keine Transistoren

Es gibt Leute, die glauben, eine Nervenzelle unseres Gehirns mit einem Transistor gleichsetzen zu können und leiten aus dem Vergleich der Anzahl Transistoren eines Computers mit den Nervenzellen eines Gehirns eine vermeintliche Annäherung von Gehirn und Computer ab. Dabei ignorieren sie, dass es sich bei einem Transistor um ein einfaches technisches Element mit einer einzigen Funktion handelt: er kann einen großen Strom mit Hilfe einer kleinen Spannung beeinflussen. Dem gegenüber erfüllt eine Nervenzelle unzählige Aufgaben - von der Regelung des eigenen Stoffwechsels über die Speicherung von Signalen bis hin zu deren Verstärkung. Um all diese Aufgaben mit technischen Einrichtungen zu erfüllen, wäre ein aktueller Mikroprozessor mit Millionen von Transistoren nicht ausreichend!

siehe auch folgendes Zitat von 2013[1]: 
Fujitsu hat es mit seinem Großrechner
geschafft, die Rechenleistung eines 
Prozentes des menschlichen Gehirn zu
simulieren. 
Das hinter dem Experiment stehende 
Forschungsinstitut RIKEN benötigte dabei
allerdings 40 Minuten um diese 
Hirnaktivitäten eine Sekunde lang
nachzubilden. 
Bei der Simulation wurden virtuelle 
1,73 Milliarden Nervenzellen geschaffen,
die über 10,4 Billiarden Synapsen
verbunden waren. Die Berechnungen wurden
dabei mit dem japanischen Superrechner 
K gemacht, der 2011 leistungsstärkster
Rechner der Welt angesehen wurde. Im
Inneren des Großrechners sind 82944
Prozessoren verbaut.

Die Zeiten ändern sich

Inzwischen hat die Technik aufgeholt. So arbeitet man an der gezielten Manipulation der "Teilsysteme" von Viren. Es gibt z.B. in einigen Viren motor-ähnliche Strukturen, die in der Lage sind, langkettige Moleküle - wie etwa DNA-Stränge - aufzuwickeln. Es wird versucht, diese Systeme zu isolieren bzw. gezielt zu verändern. In Japan wurde ein Molekularmotor (Rotor für ATP Synthase) so präpariert, dass seine Drehung im Mikroskop sichtbar gemacht werden konnte: https://www.youtube.com/watch?v=QeHCAFKaWM8

Näheres hierzu unter: http://www.res.titech.ac.jp/~seibutu/main.html?right/~seibutu/projects/f1_e.html (Diese Quelle stammt aus dem Buch Was treibt das Leben an?)

Andere Wissenschaftler versuchen mechanische und biologische Strukturen zu kombinieren. So konnte eine metallische Nanostruktur mit Herzzellen zu einem sich selbst fortbewegenden System kombiniert werden. Allerdings tut dieses System auch nichts weiter als sich zu bewegen.

DNA-Origami

Die Wissenschaft lernt: Inzwischen (2024) schaffen es Wissenschaftler, natürliche und künstliche DNA-Teile zu echten, steuerbaren Proteinmaschinen zusammen zu setzen.

DNA-Origami Google^TM

Links

• Ein beeindruckender visueller Überblick über den Kenntnisstand der molekularen Vorgänge in unserem Körper anhand der Zellteilung und der Malariainfektion Astonishing Molecular Machines
• http://www.g-o.de/dossier-54-1.html
• google-Bilder zu nanorobots
• http://www.izew.uni-tuebingen.de/bib/thema-nanotech-dossier2.html
• http://www.profil.at/wissenschaft/medizintechnik-nanoroboter-krebs-5829825
• https://youtu.be/fpHaxzroYxg
• Grundprinzipien von Proteinmaschinen https://youtu.be/zm-3kovWpNQ
• Nanoroboter: Vorbild Natur