Conception artistique d'un bio-nanorobot. Crédit d'image: NASA. Cliquez pour agrandir
Lorsqu'il s'agit de faire le prochain «saut géant» dans l'exploration spatiale, la NASA pense petit - vraiment petit.
Dans les laboratoires du pays, la NASA soutient la science naissante de la nanotechnologie. L'idée de base est d'apprendre à traiter la matière à l'échelle atomique - pour être en mesure de contrôler suffisamment les atomes et les molécules pour concevoir des machines de la taille d'une molécule, une électronique de pointe et des matériaux «intelligents».
Si les visionnaires ont raison, la nanotechnologie pourrait conduire à des robots à portée de main, à des combinaisons spatiales auto-réparatrices, à des ascenseurs spatiaux et à d'autres appareils fantastiques. Certaines de ces choses peuvent prendre plus de 20 ans pour se développer complètement; d'autres prennent forme au laboratoire aujourd'hui.
Simplement réduire les choses a ses avantages. Imaginez, par exemple, si le Mars rovers Spirit and Opportunity aurait pu être aussi petit qu'un scarabée, et pourrait se précipiter sur les rochers et le gravier comme un coléoptère, échantillonner des minéraux et rechercher des indices sur l'histoire de l'eau sur Mars. Des centaines ou des milliers de ces robots minuscules auraient pu être envoyés dans les mêmes capsules qui transportaient les deux rovers de la taille d'un bureau, permettant aux scientifiques d'explorer beaucoup plus la surface de la planète - et augmentant les chances de tomber sur une bactérie martienne fossilisée!
Mais la nanotechnologie ne se limite pas à réduire les choses. Lorsque les scientifiques peuvent délibérément ordonner et structurer la matière au niveau moléculaire, de nouvelles propriétés étonnantes émergent parfois.
Un excellent exemple est cette chérie du monde des nanotechnologies, le nanotube de carbone. Le carbone se présente naturellement sous forme de graphite - le matériau doux et noir souvent utilisé dans les mines de crayon - et sous forme de diamant. La seule différence entre les deux est l'arrangement des atomes de carbone. Lorsque les scientifiques organisent les mêmes atomes de carbone en un «fil de fer» et les enroulent dans de minuscules tubes de seulement 10 atomes de diamètre, les «nanotubes» qui en résultent acquièrent des traits plutôt extraordinaires. Nanotubes:
- avoir 100 fois la résistance à la traction de l'acier, mais seulement 1/6 du poids;
- sont 40 fois plus résistantes que les fibres de graphite;
- conduire l'électricité mieux que le cuivre;
- peuvent être soit des conducteurs soit des semi-conducteurs (comme des puces informatiques), selon la disposition des atomes;
- et sont d'excellents conducteurs de chaleur.
Une grande partie de la recherche actuelle en nanotechnologie dans le monde se concentre sur ces nanotubes. Les scientifiques ont proposé de les utiliser pour un large éventail d'applications: dans le câble à haute résistance et de faible poids nécessaire pour un ascenseur spatial; comme fils moléculaires pour l'électronique à l'échelle nanométrique; intégré dans des microprocesseurs pour aider à siphonner la chaleur; et comme de minuscules tiges et engrenages dans des machines à l'échelle nanométrique, pour n'en nommer que quelques-uns.
Les nanotubes occupent une place prépondérante dans les recherches menées au NASA Ames Center for Nanotechnology (CNT). Le centre a été créé en 1997 et emploie maintenant environ 50 chercheurs à temps plein.
«[Nous] essayons de nous concentrer sur les technologies qui pourraient donner des produits utilisables d'ici quelques années à une décennie», explique Meyya Meyyappan, directrice de CNT. «Par exemple, nous examinons comment les nanomatériaux pourraient être utilisés pour le maintien de la vie avancé, les séquenceurs d'ADN, les ordinateurs ultra-puissants et les minuscules capteurs de produits chimiques ou même les capteurs de cancer.»
Un capteur chimique qu'ils ont développé à l'aide de nanotubes devrait effectuer une mission de démonstration dans l'espace à bord d'une fusée de la Marine l'année prochaine. Ce minuscule capteur peut détecter aussi peu que quelques parties par milliard de produits chimiques spécifiques - comme des gaz toxiques - ce qui le rend utile à la fois pour l'exploration spatiale et la défense du territoire. CNT a également développé un moyen d'utiliser des nanotubes pour refroidir les microprocesseurs des ordinateurs personnels, un défi majeur à mesure que les CPU deviennent de plus en plus puissants. Cette technologie de refroidissement a été concédée sous licence à une start-up de Santa Clara, en Californie, appelée Nanoconduction, et Intel a même manifesté son intérêt, dit Meyyappan.
Si ces utilisations à court terme de la nanotechnologie semblent impressionnantes, les possibilités à long terme sont vraiment ahurissantes.
Le NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC), une organisation indépendante financée par la NASA située à Atlanta, en Géorgie, a été créée pour promouvoir la recherche prospective sur les technologies spatiales radicales qui prendront de 10 à 40 ans pour se concrétiser.
Par exemple, une récente subvention du NIAC a financé une étude de faisabilité de la fabrication à l'échelle nanométrique - en d'autres termes, en utilisant un grand nombre de machines moléculaires microscopiques pour produire tout objet souhaité en l'assemblant atome par atome!
Cette subvention du NIAC a été décernée à Chris Phoenix du Center for Responsible Nanotechnology.
Dans son rapport de 112 pages, Phoenix explique qu'une telle «nanofabrication» pourrait produire, disons, des pièces de vaisseau spatial avec une précision atomique, ce qui signifie que chaque atome dans l'objet est placé exactement là où il appartient. La pièce résultante serait extrêmement résistante et sa forme pourrait être dans la largeur d'un seul atome de la conception idéale. Les surfaces ultra-lisses n'auraient besoin d'aucun polissage ou lubrification et ne subiraient pratiquement aucune «usure» au fil du temps. Une telle précision et fiabilité des pièces des engins spatiaux est primordiale lorsque la vie des astronautes est en jeu.
Bien que Phoenix ait esquissé quelques idées de conception pour une nanofactory de bureau dans son rapport, il reconnaît que - à moins d'un «projet Nanhatten» à gros budget, comme il l'appelle - une nanofactory fonctionnelle est dans au moins une décennie, et peut-être beaucoup plus.
S'inspirant de la biologie, Constantinos Mavroidis, directeur du Computational Bionanorobotics Laboratory de la Northeastern University de Boston, explore une approche alternative aux nanotechnologies:
Plutôt que de partir de zéro, les concepts de l’étude financée par le NIAC de Mavroidis utilisent des «machines» moléculaires fonctionnelles préexistantes qui peuvent être trouvées dans toutes les cellules vivantes: molécules d’ADN, protéines, enzymes, etc.
Façonnées par l'évolution au cours de millions d'années, ces molécules biologiques sont déjà très habiles à manipuler la matière à l'échelle moléculaire - c'est pourquoi une plante peut combiner l'air, l'eau et la saleté et produire une fraise rouge juteuse, et le corps d'une personne peut se convertir en dernier dîner de pommes de terre de nuit dans les nouveaux globules rouges d'aujourd'hui. Le réarrangement des atomes qui rend ces prouesses possibles est effectué par des centaines d'enzymes et de protéines spécialisées, et l'ADN stocke le code pour les fabriquer.
L'utilisation de ces machines moléculaires «préfabriquées» - ou les utiliser comme points de départ pour de nouvelles conceptions - est une approche populaire de la nanotechnologie appelée «bio-nanotechnologie».
"Pourquoi réinventer la roue?" Dit Mavroidis. "La nature nous a donné toute cette grande nanotechnologie hautement raffinée à l'intérieur des êtres vivants, alors pourquoi ne pas l'utiliser - et essayer d'en apprendre quelque chose?"
Les usages spécifiques de la bio-nanotechnologie que Mavroidis propose dans son étude sont très futuristes. Une idée consiste à draper une sorte de «toile d'araignée» de tubes fins comme des cheveux remplis de capteurs bio-nanotechnologiques sur des dizaines de kilomètres de terrain, afin de cartographier en détail l'environnement d'une planète extraterrestre. Un autre concept qu'il propose est une «seconde peau» pour les astronautes à porter sous leurs combinaisons spatiales qui utiliseraient la bio-nanotechnologie pour détecter et répondre aux radiations pénétrant la combinaison, et pour sceller rapidement toute coupure ou crevaison.
Futuriste? Certainement. Possible? Peut être. Mavroidis admet que de telles technologies sont probablement dans des décennies et que la technologie à ce jour sera probablement très différente de ce que nous imaginons maintenant. Pourtant, il dit qu'il pense qu'il est important de commencer à réfléchir maintenant à ce que la nanotechnologie pourrait rendre possible de nombreuses années plus tard.
Étant donné que la vie elle-même est, en un sens, l'exemple ultime de la nanotechnologie, les possibilités sont en effet passionnantes.
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
