Nanogradnja

V računalniku ustvarite popoln digitalni model zgradbe, z vsemi stopnicami, okni, napeljavami. Na izbrano zemljišče pripeljete poseben visokoločljivostni projektor in ga čvrsto pritrdite nekaj metrov nad tlemi. Vanj vnesete digitalni model želene zgradbe. Na načrtovani tloris nanesete potrebno količino bionanorobotov, umetno ustvarjenih mikroorganizmov, programiranih za proizvodnjo ogljikovih nanocevk. Prižgete projektor, ki začne oddajati različne valovne dolžine svetlobe in pošiljati ukaze »nanodelavcem«, ti pa na podlagi prejetih ukazov atome ogljika sestavljajo v različne strukture karbonskih nanocevk, plast za plastjo. Če gradijo stene, izdelujejo inertne strukture, če gradijo napeljavo, mora struktura ogljikovih atomov v nanocevkah omogočati elektroprevodnost, če so na vrsti okna, pa prozornost materiala. Celotno zgradbo zgradite iz enega materiala, ogljika, ki ga bionanoroboti pridobijo kar iz okoliškega zraka. V nekaj deset dneh imate novo hišo. Projektor ugasnete, kar je znak bionanorobotom, naj se ugasnejo oziroma umrejo tudi sami. Preprosto.

Ideja

Tako bo v prihodnosti videti gradnja skoraj kateregakoli objekta, če se uresniči zamisel dr. Danijela Rebolja z mariborske Fakultete za gradbeništvo. »Nastala je kot neka sinteza dogajanj na področju nanotehnologije, biotehnologije in gradbene informatike, s katero se sam ukvarjam,« pojasnjuje. Res gre za zdaj le za koncept, vendar mu je kljub temu v kratkem času uspelo pridobiti zavidanja vredno ekipo, ki je pripravljena sodelovati pri nadaljnjem razvoju, med drugim tudi znamenitega Drewa Endyja z univerze Stanford, enega od pionirjev sintezne biologije, inženirskega pristopa k biotehnologiji.
Ko gre za izvedljivost zamisli, je tu še vrsta vprašanj, na katera bodo morale odgovoriti prihodnje raziskave, vendar pa naj najprej opišemo neverjetne možnosti, ki jih ponuja.
Prva in morda najpomembnejša prednost je v tem, da material za gradnjo preprosto dobimo iz zraka, in to iz ogljikovega dioksida, zloglasnega toplogrednega plina, ki se ga danes na vse pretege trudimo znebiti. Hkrati ni več potrebe po proizvodnji gradbenih materialov, navdušeno razlaga Rebolj. »V gradbeništvu je onesnaževanje velik problem. Pet odstotkov vseh izpustov ogljikovega dioksida, ki jih proizvedemo ljudje, nastane med proizvodnjo cementa. Potem je tu še izdelava stekla, plastike, prevoza materiala ... vse to ni več potrebno.« Omejitve glede velikosti stavb, ki bi jih lahko zgradili s to tehnologijo, so bistveno manjše, kot jih poznamo pri današnjem načinu gradnje. Ogljikove nanocevke so izjemno trdne, njihova natezna trdnost je stokrat večja od jekla. »Torej bi lahko malo posplošili in rekli, da bi bil lahko objekt iz tega materiala tudi stokrat višji. Glede na to, da je material bistveno lažji od jekla, pa bi lahko bil še nekoliko višji. Lahko bi šli neverjetno visoko, drugo vprašanje pa je seveda, ali je to smiselno, če ne bi gradili ravno stratosferskega dvigala.« Potrebne niso tudi več omejitve pri oblikah objektov, mora vsakega arhitekta. »Arhitekti si večkrat zamislijo kakšno rešitev, ki je z uporabo obstoječih tehnologij in materialov neizvedljiva. S tem materialom bi postale mogoče debeline in oblike, o kakršnih arhitekti danes samo sanjajo.« Graditi bi bilo mogoče vse, tudi mostove, ceste ... »Izum betona je bil radikalen preskok, vendar zbledi v primerjavi z gradnjo na molekularni ravni. Digitalni model, ustvarjen z računalnikom, bi lahko v želeni velikosti materializirali dobesedno iz zraka.«
Če gremo malo bolj v podrobnosti enodružinske hiše, ugotovimo, da bi imela hiša iz med seboj povezanih ogljikovih nanocevk zelo dobre izolacijske lastnosti, poleg tega je material vodoodporen. Zaradi izjemne trdnosti konstrukcije Rebolj meni, da bi bil večji problem morebitna načrtna razgradnja objekta kot pa njegova obraba s časom. Po izračunih bi s takim načinom gradnje glede na gostoto ogljika v zraku lahko zgradili približno meter višine na deset dni. Površina zgradbe bi bila omejena zgolj s količino bionanorobotov in zmogljivostjo projektorja oziroma projektorjev.

Izvedba

Kar se tiče izdelave digitalnega računalniškega modela želenega objekta, bi ustreznega brez večjih težav izdelali že danes. Tudi z razvojem ustreznega projektorja po Reboljevem mnenju ne bi smelo biti prevelikih težav. Zaplete se pri materialu. Ogljikove nanocevke, molekule iz atomov ogljika, kakršne v naravi ne obstajajo, danes že znamo ustvariti. Z ustrezno razporeditvijo ogljikovih atomov znamo načrtovati tudi njihove lastnosti, kot je električna prevodnost ali prosojnost. Ne znamo pa še sestaviti ogljikovih nanocevk v povezano, kompaktno strukturo. Kaj šele, da bi take strukture znali izdelovati gensko reprogramirani živi organizmi. »Do zdaj še nobeden od strokovnjakov, ki so se vključevali v razprave o nanogradnji, ni rekel, da to ni možno. Hkrati pa nihče ne ve, kako bi to bilo možno,« pravi Rebolj.
Razvoj biotehnologije je res neverjetno hiter. Letos je znani genetik Craig Venter svetu predstavil prvi organizem - bakterijo - s popolnoma umetno ustvarjenim genomom. Lani je skupina ameriških znanstvenikov predstavila sistem bakterij, ki so jih upravljali s pomočjo svetlobe. A do tega, da bi si lahko omislili mikroorganizme, ki ubogajo svetlobo in na ukaz izdelujejo ogljikove nanocevke, je še precej daleč. Osnove pa so tu. Organizme, ki iz ogljikovega dioksida s pomočjo sončne svetlobe proizvajajo gradbeni material - celulozo, namreč poznamo. Reče se jim rastline, tehniki pa fotosinteza. V prvi fazi razvoja bi bilo tako najverjetneje smiselno poskusiti z bionanoroboti, ki proizvajajo celulozo, nekakšen umetni les, ne pa ravno ogljikovih nanocevk. V tem primeru bi seveda lahko zgradili zgolj konstrukcijo, z instalacijami pa objekt opremili tako kot doslej. Celuloze namreč ni mogoče pripraviti do tega, da bi prevajala elektriko ali da bi tudi ob večji debelini prepuščala svetlobo. Vsekakor so obstoječi mikroorganizmi še najbliže konceptu nanorobota, ki bi bil sposoben tako kompleksne naloge, je prepričan dr. Andrej Šorgo, biolog z mariborske Fakultete za naravoslovje in matematiko, tudi eden od članov ekipe, ki naj bi se v prihodnosti ukvarjala z razvojem koncepta. »Ti organizmi so namreč že po naravni poti sposobni sintez izredno zapletenih organskih molekul, med katerimi so tudi različne mikrocevke. Morda so prav takšne mikrocevke prehodna tehnologija k sintezi ogljikovih nanocevk.« Nekoliko bolj zadržan je dr. Roman Jerala s Kemijskega Inštituta, sicer prav tako navdušen nad idejo. Kot opozarja, bo ogljikove nanocevke v bioloških sistemih zelo težko pridobiti, saj je vez ogljik-ogljik izjemno težko razbiti in sestaviti. »Možno pa bi bilo uporabiti ustrezen drug material z ugodnimi lastnostmi, kot na primer svilo ali celulozo.« Po njegovem mnenju sicer ni dvoma, da je mogoče s pomočjo svetlobne maske, torej svetlobnega »pogona« in nadzora, graditi strukture iz ustreznega materiala. »Najbrž pa bo težko z eno potezo rešiti vse probleme hkrati - izkoriščanje sončne energije, odstranjevanja ogljika in njegovo skladiščenje v zgradbah. Ampak že samo delna rešitev bi znala biti zelo uporabna.«

Dobrodošla miselnost

Izzivov na poti do uresničitve zamisli dr. Rebolja je tako več kot dovolj. A po mnenju dr. Šorga je največji med njimi že premagan. »Ta je bil, vsaj zame, premagan že ob samem sprejetju ideje, da je nekaj takšnega kot zgradba, ki se gradi bolj ali manj sama, realen projekt. Ko enkrat sprejmeš to idejo in besedo nemogoče zamenjaš z besedami, kot so: še ne vemo, še ne znamo, še nismo razmišljali o tem, sta s tem odpravljeni največja težava in ovira in odpre se veliko polje, kjer je ključ do napredka v inovativnosti in ustvarjalnosti.« Največja priložnost projekta pa je zanj prav v izzivu iskanja med seboj povezanih rešitev za veliko množico na videz povsem nepovezanih delnih problemov. »In ne nazadnje, ob iskanju rešitev se utegne kot stranska veja razviti tudi kakšen drug izdelek, kar ne bi bilo prvič v razvoju inovativnih tehnologij.«
Ravno »norost« ideje je tako njena največja dodana vrednost. »V Sloveniji manjka tovrstnih pristopov, pogosto smo zadovoljni s pobiranjem drobtin ali z malenkostnimi izboljšavami,« je prepričan dr. Jerala, ki ga soočanje z navidez prezahtevnimi zamislimi spominja na miselnost, ki prevladuje na ameriških univerzah, kot sta MIT in Stanford. Pravzaprav se je dr. Rebolju zamisel utrnila prav med njegovim lanskim obiskom na Stanfordu. »Ključna razlika med Stanfordom in mariborsko univerzo je v tem, da tam kakršnokoli idejo sprejmejo in razmislijo, kaj bi se iz tega dalo narediti, pri nas pa je žal prva stvar skepsa. Tako ni mogoče nič narediti. Tudi sam dvomim o izvedljivosti, to je nekaj najbolj normalnega. A če te okolje spodbuja, potem je ta dvom veliko laže premagati in priti do morebitnih rešitev. Če je okolje depresivno, pa vse skupaj pustiš in greš na pivo,« pravi Rebolj.
Za zdaj projekt ostaja na ravni koncepta, zatika se, jasno, pri denarju. Resno sicer razmišlja o tem, da bi s konceptom kandidiral za evropska sredstva v okviru sedmega okvirnega programa EU. Po Reboljevih besedah je razpisov, na katere bi se lahko prijavili s svojim konceptom, kar nekaj, problem je le v tem, da je zamisel še v zelo začetni fazi in da je koncept tako interdisciplinaren. Večja težava kot pridobivanje sredstev pa se mu tako ali tako zdi sestavljanje skupine primernih strokovnjakov, ki bi lahko dobršen del svojega časa posvečali razvoju koncepta. »Idealno bi vsekakor bilo, da bi imeli nekajmilijonski proračun, s katerim bi lahko postavili in vzdrževali delovanje nekega centra, v katerem bi idejo intenzivno razvijali naprej.« Po ocenah lahko prve konkretne rezultate, če ali - v bolj članku primernem optimističnem tonu - ko se bodo stvari premaknile naprej, pričakujemo v petnajstih letih. A ker je dr. Rebolj prepričan, da bi morala biti ta tehnologija javno dobro, je z objavo koncepta, poimenovanega n2mBuilding, pohitel, saj, kot pravi, že objavljene zamisli ni mogoče patentirati.