TED分享 | The next step in nanotechnology

今天分享George Tulevski關於奈米技術發展的演講——The next step in nanotechnology。他將奈米粒子的自組裝比作雕塑自行創作，生動形象地為我們描述了奈米科技的未來以及他正在研究的課題。

讓我們想像一個雕刻家在雕琢一個作品，用他的鑿子細細打磨，米開朗基羅用這樣一種優雅的方式來描述這件事：「每塊石頭中都藏著一個雕塑，而雕刻家的工作就是去發現它。」但是如果要從完全相反的方向去做呢？不是從一個完整的石頭中，而是從一堆塵埃中，通過某種方式將這數百萬的顆粒黏結在一起形成雕塑。我知道這聽起來很荒唐，這應該不太可能吧。唯一一種能夠從塵埃中得到雕塑的方法就是讓雕塑自行創造，想出某種辦法，強制使得這些微粒聚集在一起形成雕塑。

這也許聽起來很奇怪，但這就是我一直以來在實驗室中研究的課題。我不用石頭創作，我用奈米材料創作。它們就是這些不可思議的細小的、神奇的東西。他們如此微小，以至於如果這個遙控器就是一個奈米顆粒的話，那麼人的一根頭髮就將有整個房間這麼大。它們也是我們所說的奈米科技的核心，我們都聽說過奈米科技，我們都聽說過它將如何改變一切。當我還是一名研究生的時候，那也是奈米技術發展最令人激動的時期。很多科技突破接連不斷，各種會議四處召開，投資機構的資金大量湧入。原因就是，當物體變得很小的時候，它們所遵循的物理定律和我們熟悉的普通物體遵循的物理定律完全不同，我們稱其為量子物理。而量子物理告訴你的，就是你可以通過一些看似細微的改變，來精確調整它們的行為，例如增加或是減少部分原子，或者改變形狀。它們就像是終極工具箱你甚至會覺得它們無所不能；就像是可以做出世間萬物一樣。

我們一直都在從事這項研究，「我們」指的是我那一代的研究生們。我們試圖用奈米材料製作超快計算機，我們制備那些量子點，終有一天它們會進入人體內部，發現並對抗疾病。甚至還有一批人嘗試利用奈米管製造通向太空的電梯。你們可以查查看，這些都是真的。總的來說，我們認為這項技術將會影響科學技術的方方面面，從計算到醫藥。

必須要承認，我徹底屈服於這項技術了，我的意思是，完完全全地。那是15年前的事了——研究奇妙的科學現象是十分重要的工作。我們從中學到很多，但我們卻從未能夠將這種科學轉化為新的技術，那種能夠真正影響人們的技術。原因在於這些奈米材料就像是雙刃劍，它們那種有趣的特質，微小的體積，使得操操縱它們變得極其困難。這無異於嘗試用一堆塵埃來創作雕塑。我們就沒有小到能夠用於操縱它們的工具。但是即便我們有了這樣的工具也並不會改變什麼，因為我們不可能將成千上萬的微粒一個個擺在一起，來打造這項技術。因為這樣的原因——所有的那些期許與激動，遲遲未能變為現實。我們並沒有得到那些對抗疾病的奈米機器人，沒有得到通向宇宙的電梯，而在我最感興趣的領域也沒有得到新的計算機運行方法。最後一點，也是最重要的一點，我們必須繼續去預期計算機運行的發展步伐，將無窮無盡地延續下去。我們整個的經濟體都是構建於這個想法之上的。

這樣的步伐之所以存在，是我們能夠將越來越多的設備安裝在電腦晶片上。當這些設備變得越來越小時，他們會運行更快，耗能更少，價格也更加便宜。這些因素的匯集帶給我們這樣不可思議的發展步伐。舉個例子：如果說我拿來那個房間大小、把三個人成功送上月球並接回的計算機，然後通過某種方式壓縮它，將當代最偉大的計算機壓縮，它們和你的手機一般大——就是你花300美元，每隔兩年就換一部的那種——會完爆它。你完全不會被它驚艷，你的手機能做的，它什麼也做不了。它運行起來很慢，你沒法在上面安裝東西，要是運氣好的話沒準可以看兩分鐘《陰屍路》，問題是這種發展不是漸進的，是以指數形式持續不斷的，這樣年復一年疊加直到某個時間點，當你把這一代人的科技與下一代的比較，已經是面目全非了。我們有責任讓這種發展繼續下去。我們十年、二十年、三十年以後，還是想要重復這樣的話：看看我們在過去三十年里都做了些什麼。但是我們明白這樣的發展不可能一直持續下去。事實上，這場派對已經開始走下坡路了，就好比酒吧的「最後一單」，對吧？如果你看到本質，從一些像是速度和性能的標準而言，它的發展已經趨於停滯了。所以，如果我們想要讓這場派對繼續下去，我們就必須去做長久以來一直堅持的——那就是創新。

所以我們團隊的角色，我們的任務就是利用碳奈米管去創新，我們認為它會給我們提供一條道路，讓我們能保持這樣的發展步伐。名副其實，它們非常小，是由碳原子組成的中空管，奈米級微小的體積也帶來了優異的電學特性。科學告訴我們，如果能夠將它們運用到計算中，性能就能夠得到10倍的提升，仿佛一步跨越了好幾代科技發展。所以我們找到了這個真正重要的問題，還有這個近乎理想的解決方案。科學在向我們咆哮：「這就是你們該做的！去解決你們的問題！」

那麼，讓我們開始吧，準備大幹一場，但是你很快又會回到那把雙刃劍。這個理想答案包含了一種我們不可能操作的材料，為了製作一個電腦晶片，我必須要排列數以億萬計個的碳奈米管。同樣的問題似乎永遠無解。這時我們會說，「停一下，先別繼續。先想想還缺了點什麼，有什麼必要的環節被遺漏了？」就像是「教父」，對吧？當弗雷多背叛他的兄弟麥克，我們都知道他下一步要做什麼，弗雷多必須要離開。但是麥克居然放過了。好吧我知道了，他們的媽媽還活著，這會令她傷心的。我們就是想說，「在我們這里，是什麼扮演著弗雷多的角色呢？我們錯過了什麼？我們到底遺漏了什麼，才導致無法成功。」而答案是，這個雕塑必須自行創造，我們必須找到一種方法，通過某種途強迫這些成千上萬的微粒自行組裝成我們想要的技術。我們沒辦法代它們完成，它們必須自己來。這很困難，不是什麼簡單的小事。而在這種情況下，這也是唯一的辦法。

現在結果表明這個問題並不過分，只是我們平時不這樣造東西而已，人們也沒有這麼製造過什麼東西。但當你環顧四周——到處都是這樣的例子——大自然以這樣的方式創造萬物，任何事物都是從無到有。你可以去沙灘，會發現這些簡單的生物利用蛋白質，甚至是各種分子，利用沙子作為模板，將它從海中拉出來，建造這些奇特的作品。但自然不像我們這樣粗魯，到處亂砍亂伐，她端莊且睿智，用手邊的材料，一個一個分子地創造出這些各式各樣的複雜結構，而以我們人類的能力根本不可能做到。而自然早就達到了奈米級，她已經在那個等級待了上億年了，我們人類才是遲來的那個。所以我們決定，也要用大自然的工具——化學。

化學就是那個被忽略的工具。在這種情境下使用化學，是因為這些奈米級的小顆粒都和分子差不多大小，所以我們可以利用化學反應來控制這些小顆粒，像工具一樣。這就是我們在實驗室里所做的。我們設計了一種能夠進入這些塵埃，這些奈米粒子堆的化學反應，它能準確挑選出我們所需的奈米粒子，然後利用化學反應將上億的粒子排列成我們制備電路所需的形狀。因為我們能夠做到那一點，我們就能制備出比運用奈米材料之前快好幾倍的電路。

化學就是那個被忽略的工具。每天，我們的工具都會變得更加鋒利，更加精準。最後我們也希望在幾年內，就可以達到最開始的那些預期中的一個。運算只是一個例子，是我感興趣的，我們的團隊研究的領域，但是在很多其他領域，再生能源、醫藥、建築材料等，科學都將引領我們走向奈米技術，這就是最大的好處。但是，如果我們想要這麼做，現在和未來的科學家們就需要向我所描述的那種一樣的新工具，重點是他們需要化學。科學的美麗之處就在於，一旦你研發了新的工具，它就唾手可得了，變得無處不在，任何人在任何地方都可以隨時拿來用，來幫助做到那些奈米科技的承諾。

非常感謝你們。