Nanótækni er í rauninni samheiti yfir fjöldamargt sem ekki á endilega neitt annað sameiginlegt en að vera alveg ótrúlega smágert. Og vísindamennirnir láta sig dreyma um að geta einn góðan veðurdag búið til svo fullkomin efni að eiginleika þeirra megi ákvarða með nákvæmni sem ekki skeikar svo miklu sem einni frumeind. Svo langt erum við að vísu ekki komin en nanótæknin hefur engu að síður þegar fært okkur upp í hendurnar efni sem hafa hina furðulegustu eiginleika.

Í þeim tilgangi að spara okkur vinnu við hreingerningu hafa vísindamennirnir t.d. rannsakað blöð lótusblómsins. Hve skítugt sem vatnið er í því stöðuvatni þar sem plantan vex, koma blöðin alltaf tandurhrein upp úr vatninu. Hvorki óhreinindi né bakteríur ná neinni festu á blaðinu og jafnvel minnsti vatnsdropi hrekkur strax af því.

Blöð lótusplöntunnar eru alþakin smásæjum göddum og bilið milli þeirra er ekki nema þúsundustu hlutar úr millimetra. Þetta gerir það að verkum að jafnvel vatn nær ekki að þrengja sér á milli þeirra, heldur leggst ofan á gaddana, líkt og fakír á nagladýnu. Á venjulegu laufblaði dreifa vatnsdroparnir úr sér og mynda raka á blaðinu, en smæð gaddanna veitir lótusblaðinu þann sérstaka eiginleika að það hrindir vatninu frá sér. Vatnið myndar því samhangandi dropa, sem komast nánast ekki í snertingu við blaðið en velta þess í stað út af því eins og bolti og grípa á leiðinni með sér óhreinindi og bakteríur.

Nanóeiningar eru svo smágerðar að það má kalla óskiljanlegt mannlegum huga – hundraðfalt minni en hinir örsmáu gaddar lótusblaðsins. Og slíkar einingar má nú auðveldlega festa þétt saman á klæði, gler eða byggingarefni. Séu slíkir nanógaddar gerðir úr réttu efni, mynda þeir vatnshrindandi yfirborð og ekkert verður auðveldara en að skola óhreinindin af því.

Nanóafurðir á hvert heimili

Lótusáhrifin hafa fagmenn nú þegar nýtt sér í allmörg ár til að skapa vatnshrindandi yfirborð á þök og veggi bygginga, en nú nýlega hefur öllum almenningi einnig gefist kostur á að kynnast hinum framúrskarandi eiginleikum þeirra á eigin heimili. Allmörg fyrirtæki eru nefnilega tekin að framleiða upplausn með nanógöddum. Afurðin er seld í flöskum eða úðabrúsum og eftir að þessu efni hefur verið úðað á sófann, borðstofuborðið, gluggarúðurnar eða yfirhöfnina, verður mun minni fyrirhöfn að halda þessu hreinu.

Nanóhúðin slitnar að vísu af með tímanum og því þarf nokkuð reglubundið að endurnýja hana, en öfugt við t.d. vax eða sílíkon sitja nanógaddarnir ekki alveg þétt saman og þess vegna getur t.d. flík “andað” áfram eins og ekkert hafi í skorist og sviti getur því áfram gufað upp út í gegnum föt eða skó. En þótt eitthvert efni hafi verið gert vatnshrindandi með nanómeðhöndlun, getur það reyndar samt orðið óhreint. Ef sultusletta fær t.d. að liggja óáreitt á matarborðinu, festir hún sig og þá verður ekki hjá því komist að taka borðtuskuna og beita henni af venjulegu afli. Af þessum sökum hafa vísindamennirnir líka þróað annað efni sem ekki er vatnshrindandi, heldur dregur þvert á móti að sér vatn. Þegar vatnsdropi lendir á þessu efni, sýgur það hann til sín þannig að heita má að efnið sé sífellt þakið þunnri vatnshimnu sem nær niður á milli nanógaddanna og alla leið að sjálfu yfirborðinu. Þetta vatnslag er svo ofurþunnt að hvorki er unnt að finna það né sjá, en engu að síður síður kemur það í veg fyrir að óhreinindi nái að festa sig. Það þarf ekki einu sinni að úða vatni á þetta efni til að viðhalda vatnshimnunni. Svo fast halda nanóeindir efnisins í vatnið að því veitist erfitt að gufa upp og efnið sýgur meira að segja til sín raka úr loftinu.

Borðplötu sem meðhöndluð hefur verið með vatnsdragandi efni, má þess vegna alltaf gera skínandi hreina með því einu að strjúka yfir hana með rökum klút. Gluggarúður og speglar öðlast til viðbótar þann eftirsóknarverða eiginleika að móða getur ekki með nokkru móti sest á glerið. Móðan er nefnilega samsett úr ofursmáum vatnsdropum sem spegla ljósi í allar mögulegar áttir og þeir verða því illa gagnsæir. Nýju nanóeindirnar gera það hins vegar að verkum að móðudroparnir renna strax saman í jafna himnu og ljósið skín beint í gegn.

Silfur gegn svitalykt

Nanótæknin getur líka komið að haldi gegn táfýlusokkum og óþefjan úr handarkrikum. Séu fötin að auki meðhöndluð með nanóeindum úr silfri, má með því móti koma í veg fyrir að þessi lykt myndist. Það eru nefnilega bakteríur sem koma svitanum til að taka á þessa óþægilegu lykt. Silfur hefur þann sérstaka eiginleika að vera banvænt bakteríum og öðrum örverum. Nanóeindirnar eru afar áhrifaríkar í þessu sambandi og mörg fyrirtæki eru þegar farin að framleiða sokka sem ekki mynda neina táfýlu, jafnvel þrátt fyrir margra daga samfellda notkun – ásamt öðrum flíkum sem halda sér ferskum í lyktarlegu tilliti um lengri tíma.

Erfiðasta verkefnið er þó að fá nanóeindir til að setja sig nægilega fastar til að þær losni ekki af t.d. í þvotti. Þetta er einfaldast að gera með því að koma þeim fyrir á efninu sem allra fyrst, sem sagt þegar á framleiðslustigi trefjanna – áður en þær eru spunnar í þráð, sem síðan er notaður í fataefnið. Sama gildir um gluggarúður eða borðplötur. Þar má nota ákveðin tækniferli, t.d. hitameðhöndlun til að festa nanóeindirnar þannig að þær sitji fastar mun lengur en ef neytandinn úðar þeim á efnið síðar.

Úðabrúsar með nanóeindum hafa líka valdið talsverðum umræðum í fjölmiðlum, vegna þess að enn er afar lítið vitað um hvaða áhrif þessar eindir kynnu að hafa á heilsu fólks sem t.d. andar þeim að sér meðan úðunin stendur yfir. Nanóeindir eru á stærð við allra minnstu einingar líkamsfrumu og sumir vísindamenn óttast að þær gætu komist úr lungunum inn í blóðrásina og þaðan áfram inn í hvaða frumur líkamans sem vera skal. Einstakar rannsóknaniðurstöður hafa bent til þess að t.d. nanóeindir úr títanoxíði – sem getur brotið niður lífræn efnasambönd – viðhaldi hæfni sinni inni í líkamanum og geti þar með reynst frumunum skaðlegar. Það er á hinn bóginn enn algerlega óvíst hvort nanóeindir gætu sett líkamann í einhverja raunverulega hættu.

Bíllinn gerir við sig sjálfur

Önnur háþróuð efni nýta nanótæknina á allt annan hátt og teygja sig djúpt til að halda yfirborðinu í góðu lagi. Þessi “sjálfsviðgerðarefni” má t.d. nota í bílalakk þar sem þau geta séð til þess að fíngerðar rispur lokist sjálfkrafa nánast um leið og þær myndast. Vissulega getur slíkt efni aðeins lagfært fíngerðar rispur, en það getur engu að síður haft mikil áhrif á endingu lakksins til langs tíma litið.

En jafnvel meiriháttar skemmdir má gera við sjálfvirkt með enn öðru efni. Þetta efni er markaðssett undir heitinu “Automend” og getur gert við sprungur og göt með hitun einni saman, þar eð ekki þarf annað en hitun til að plastefnið bráðni og renni saman þannig að rifan eða gatið lokist. Þetta efni gagnast því sérstaklega vel þegar það er notað í grennd við aflvél eða á öðrum stöðum þar sem hitastig er yfirleitt hátt.

Stórt, bandarískt efnafyrirtæki, DuPont, að nafni, selur nú svipað efni og bandarísk hernaðaryfirvöld eru einmitt nú að reyna hæfni þess til smíði eldsneytisgeyma í flugvélum og skriðdrekum. Sjálfsviðgerðarhæfni efnisins er nefnilega svo mikil og virkar svo hratt að hitinn frá byssukúlu sem skotið er gegnum bensíngeymi dugar til að koma efnaferlinu af stað og því er lokið örskömmu eftir að kúlan er komin í gegn. Eldsneytisgeymirinn er þar með heill á ný áður en byrjar að leka úr honum og eldur gæti myndast. Tilraunir lofa góðu en vísindamennirnir eiga þó í ákveðnum erfiðleikum vegna þess að eldsneytið sjálft tærir efnið sem þeir hafa nú í höndunum.

Rafstraumur þéttir sprungur

En það er ekki bara hiti sem getur nýst til að hefja sjálfvirkt viðgerðarferli. Rafsvið getur líka leyst slíkt ferli úr læðingi. Þetta nýta menn sér þegar þeir þróa einangrunarefni sem geta sjálfvirkt lokað sprungum og komið í veg fyrir skammhlaup, ef eitthvað skyldi fara úrskeiðis.

Það voru vísindamenn við Princeton-háskóla í Bandaríkjunum sem fengu þessa hugmynd og þróuðu hana áleiðis. Nú er hún m.a. í skoðun hjá NASA. Fram að þessu hefur reynst erfiðast að lækka kostnaðinn. Það er sem sé ennþá mjög dýrt að framleiða þá aukaeinangrun utan um raflínurnar sem til þarf. Af þeim sökum má vænta þess að rafleiðslur af þessu tagi verði fyrst einungis notaðar í geimskipum og öðrum ámóta dýrum flugtækjum þar sem skammhlaup getur haft ógnvænlegar og kostnaðarsamar afleiðingar.

Rafmagn gegnir líka stóru hlutverki í nýrri gerð hátækniglers sem ætlað er í glugga. Þetta gler getur breytt um lit eftir skipun og þannig má hafa stjórn á því hversu mikið af sólarljósinu berst inn í húsið. Þetta gler virkar samkvæmt sömu lögmálum og ákveðnar gerðir af sólgleraugum sem verða dekkri í sterku sólskini en gagnsærri eftir því sem birtan minnkar. Stóri munurinn er hins vegar sá að sólgleraugun laga sig eftir ljósstyrknum hvort heldur maður telur sjálfur ástæðu til þess eða ekki en með því að ýta á hnapp má stjórna því hversu miklu ljósi nýju gluggarúðurnar sleppa í gegn.

Þetta nýja gler hefur síðasta áratuginn eða svo verið í þróun hjá franska glerframleiðandanum Saint Gobain og er á tæknimáli nefnt “elektrókrómt” gler og við gætum kannski kallað það “rafeindalitað” á íslensku. Það er byggt upp eins og samloka, þar sem öllum tæknibúnaðinum er komið fyrir milli tveggja laga af ósköp venjulegu gleri.

Þessar hátæknilegu gluggarúður nota aðeins rafmagn þann stutta tíma sem það tekur að skipta um eiginleika þess og það tekur innan við mínútu að skipta alveg um lit. Í fyrstu útgáfunni sem sett er á markað er mögulegt að útiloka allt að 40% af sólarljósinu.

Þeir sem vilja fá að prófa þetta gler strax, þurfa reyndar að verða sér úti um Ferrari 575-sportbíl, en þar er nýja glerið notað í þaklúguna. En hjá Saint Gobain stefna menn ótrauðir áfram og reikna með að nýja glerið verði innan tíðar komið í glugga bæði í skrifstofu- og íbúðarhúsnæði. Með rafeindalituninni má nefnilega ekki aðeins stjórna því hve mikið ljósmagn berst inn, heldur einni hve mikið sólarljósið á að hita herbergið upp. Þannig verður víða unnt að spara dýr kælikerfi, með því einu að stilla rúðuglerið dekkra.

Mjúkt vesti breytist í brynju

Allt önnur gerð hátækniglers þjónar svo þveröfugum tilgangi og er ætlað að draga sem allra mest sólskin inn um gluggann. Þegar sólin skín inn um glugga, lenda geislar hennar á gólfinu og ná þannig ekki mjög langt inn. Því hærra sem sól stendur á himni, því minni ánægju er hægt að hafa af henni, svo lengi sem maður er staddur innan dyra.

En úr þessu má bæta. Nú þegar er hægt að kaupa rúðugler sem í eru steyptir láréttir speglar með fáeinna sentimetra millibili, alla leið upp úr og niður úr. Þegar sólargeislarnir falla í gegnum rúðuna skáhallt ofan frá, endurkastast hluti þeirra upp í loft herbergisins og ná þannig lengra inn. Það er einkum á hinum norðlægari slóðum sem þetta gler getur nýtt sólskinið miklu betur en áður hefur verið unnt og auk þess að veita meiri birtu inn í herbergið, má einnig spara nokkra upphitun með þessu móti.

Það má þannig segja að framtíðin sé björt fyrir hinn almenna neytanda, en þróun hátækniefnanna er þó síður en svo komin á neina endastöð hér. Einhvers staðar langt inni í þokukenndri framtíð láta nanótæknivísindamennirnir sig dreyma um að bílasalar afhendi viðskiptavinum sínum poka með dufti, sem sjálft byggi úr sér bíl þegar kaupandinn kemur heim og hellir úr pokanum á bílastæðinu. Ef við lítum öllu nær raunveruleikanum, má nú þegar kaupa fatnað með innbyggðum rafrásum, þannig að t.d. má stjórna MP3-spilaranum með því að snerta innbyggða hnappa í jakkaerminni. En það er líka verið að þróa efni sem breyta beinu álagi í rafboð sem nýta má til að greina ástand efnisins. Þannig getur flugmaður t.d. samstundis fengið upplýsingar um hvort álagið á stél flugvélarinnar sé svo mikið að hætta sé á að það rifni af.

Hjá fyirtækinu nanoTronic er nú verið að þróa efni sem rafleiðandi eiginleika málms, en á hinn bóginn ámóta sveigjanlegt og gúmmí og þolir hvort heldur suðu eða steikingu við 200 gráðu hita. Önnur ný efni eru fljótandi við venjulegar aðstæður en verða aftur á móti hörð sem stál ef ýtt er á einn hnapp. Slík efni prófa nú hernaðaryfirvöld til að nota sem skotheld vesti fyrir hermenn í bardaga. Einnig má nefna sveigjanlega málma sem hafa þann eiginleika að “muna” upprunalegt form sitt og breytast þannig aftur í t.d. bréfaklemmu við hitun.

Listinn er langur og þegar þessi nýju og spennandi efni koma á markað einhvern tíma í framtíðinni, ættum við að hafa nógan tíma til að leika okkur með þau. Við þurfum nefnilega ekki lengur að eyða neinum verulegum tíma til að halda heimilinu hreinu.