Handen van de HemeP?
Supercomputer zo groot
als een suikerklontje
Waarmee trek je de
DE STEM
Wetenschappers breken zich het
hoofd over de beste bestrijding
van sprinkhanenplagen
pëSTEM
jüTederland 2
suske en wiske:
GIDS
Het kleinste deel van een ele
ment, het atoom, danst via na
notechnologie naar de pijpen
van de wetenschap, De toepas
singen zijn vrijwel onbegrensd,
van ruimtevaart tot medicij
nen. En data-opslag wordt zo
gecomprimeerd dat er straks
een computer komt zo groot als
een suikerklontje, krachtiger
en van meer geheugen voorzien
dan alle huidige computers ter
wereld bij elkaar. Het wonder
gebeurt op een miljoenste mil
limeter. Wetenschap in een we
reld waarbij de opening van
een injectienaald een oceaan
lijkt.
Door Jan Koesen
Het lijkt nu nog onvoorstelbaar, maar in de
volgende eeuw zijn deze zaken waarschijnlijk
allemaal te realiseren:
•Onkwetsbare tanks, zo licht als een perso
nenauto en kogels die letterlijk door alles
gaan.
•'Duikbootjes' zo groot als een atoom, die
kankercellen opsporen en vernietigen.
•Produkten honderd maal goedkoper en tien
maal beter dan de huidige.
•Vliegtuigen, schepen, auto's, veel lichter en
sterker dan voorheen. Roestvrij en met nog
oneindig veel meer toepassingen.
•Een encyclopedie op een zandkorreltje.
Het wonder heet nanotechnologie: natuur
kunde op het kleinste niveau, het atoom zelf.
Wetenschap verrichten op een oppervlak zo
klein als een miljoenste millimeter (nanome
ter). Atomen en moleculen, de ultieme bouw
stenen van de materie, individueel verplaat
sten en richten. Nu nog iets meer dan pure
wetenschap. Over tien, twintig jaar een ver
bluffende technologie waarmee je uiterst
vreedzame dingen kunt doen, maar ook een
high tech oorlog kunt voeren.
De cyborg en de bionische mens, nu nog fictie,
zijn dan wellicht mogelijk. Bedrijven als Xer
ox, IBM en Philips hebben al de eerste stap
pen gezet om de theorie over te brengen op de
praktijk. Met geavanceerde apparatuur, zoals
de Scanning Tunneling Microscope (STM)
kun je afdalen tot je zweeft boven een enkel
atoom. Je kunt nu al atomen een voor een, of
in heel kleine bundeltjes, wegetsen, waardoor
je ultrafijne structuren op een oppervlak kunt
aanbrengen. Zo kun je chips maken met een
dichtheid die het duizendvoudige van een ge
wone chip is. Met andere woorden, de nano-
chip kan veel en veel kleiner worden dan een
gewone chip. Of een nanochip met dezelfde
afmetingen als een klassieke processor bevat
vele, vele malen meer data. Moleculen worden
de digitale informatiedragers en wat je daar
vervolgens mee kunt doen, tart alle verbeel
ding.
Maïskorrels
Er is een nieuwe fysica in opkomst.
Prof.dr.Herman van Kempen, vaste stof-fysi-
cus van de Katholieke Universiteit Nijmegen,
laat enthousiast afbeeldingen zien van indivi
duele atomen. Daar liggen ze, als maïskorrels
in een kolf, als eieren in een eierdoos, als sol
daten in een peloton, keurig gerangschikt met
Door Jan Koesen
ROND 1300 voor Christus
leidt Mozes zijn volk uit
Egypte, nadat hij eerst Farao
Ramses 2 murw heeft gemaakt
met tien plagen. Drie van die
plagen gelden insecten: mus
kieten, vliegen en sprinkha
nen. In Exodus 8-10 strijken
sprinkhanen massaal neer op
de velden. Dit Bijbelse ver
haal is fatale pr geweest voor
de sprinkhaan. Het beest richt
lang niet zoveel onheil aan als
de volksmond en de politiek
vermoedt.
Maar de 'Tanden van de Hemel',
zoals de poëtische Arabische taal
het profetenvoer noemt, is af en
toe niet te houden. Met name niet
na een nat seizoen als hij van so
litair, gregaire wordt, van enke
ling tot zwermeenheid.
Politici voelen aan dat er actie
van hen verlangd wordt en Wes
terse donorlanden landen zijn
maar al te bereid de helpende, -
lees spuitende - hand te bieden.
In de plaag van '86 tot '89 werd
voor een half miljard aan bestrij
dingsmiddelen verkocht, big bu
siness dus.
Maar zomaar en zoveel spuiten is
fout, zeggen wetenschappers, zo
als de Wageningse entomoloog
dr.ir.Arnold van Huis, een van 's
werelds grootste woestijnsprink-
haankenners.
Onlangs stonden twintig Afri
kaanse landen op zijn stoep om
over de Holle Bolle Gijs van de
Tropen te praten. Conclusie: er
moet eerst een balans opgemaakt
worden van wat men wil en wat
men kan. Spuiten werkt vaak
averechts. Ook natuurlijke be
strijders, zoals bacteriën, vogels,
reptielen, schimmels en virussen
staan machteloos als een zwerm
sprinkhanen explodeert. En dan
is er nog grote onzekerheid over
het moment waarop de zespoters
bestreden moeten worden. Als ze
nog klein zijn en niet kunnen
vliegen (maar dan zijn ze on
zichtbaar en praktisch onvind
baar in het onmetelijke gebied
van de Sahel en omgeving), of als
ze groot zijn en gevleugeld (dus
mobiel)?
Zonder piloot
De Wereldbank, om advies ge
vraagd, heeft in een rapport ge
steld dat alle betrokkenen eerst
de koppen bij elkaar moeten ste
ken om de uitgangspunten te be
palen. Zonder die eenheid wordt
plaagbestrijding een hap-snap
beleid. Van Huis: „Een project
zonder strategie is als een vlieg
tuig zonder piloot. Preventie
blijkt niet mogelijk. En er is geen
overeenstemming over de beste
bestrijding. We willen een inter
nationale discussies. Alles doods
puiten is niet haalbaar. In Mau-
retanië werd eens voor 10 miljoen
D-Mark verspoten, maar slechts
vier procent van de sprinkhanen
ging er aan."
„En dieldrin is verboden als zijn
de een gevaar voor het milieu,"
zegt Van Huis spijtig. „Dat was
een ideaal middel. Je legde het
neer in de woestijn, je had er ver
der geen omkijken naar en het
spul bleef drie maanden actief en
verzamelde zich in de sprinkhaan
tot een dodelijke dosis was be
reikt." „Nu moet je eerst de
zwerm vinden en met contactin
secticiden werken. Dat is veel
moeilijker en riskanter. Je moet
ze nu opzoeken en erbij blijven.
Een zwerm is al gauw tien vier
kante kilometer groot, soms dui
zend (en in dat laatste geval gaat
het niet om een enkele reusach
tige zwerm, maar om een verza
meling zwermen). In de woestijn
zijn dat echter uiteindelijk zulke
kleine stukjes, die vind je daar
absoluut niet terug. Heel Neder
land zou verzuipen in die lege
ruimte." „Daar hebben wij geen
idee van, hoe groot dat gebied is.
We hebben het over een strook
van 16 miljoen vierkante kilome
ter, 25 landen. En dan vraag je je
af wat nu schadelijker is voor het
milieu, die tonnen aan bestrij
dingsmiddelen of dieldrin
Demon
De meest spectaculaire en scha
delijke soort is de woestijn
sprinkhaan. Dit hongerige beest
je vervulde zijn rol als uitsmijter
in Bijbels Egypte. In de Exorcist
films is het de belichaming van
een demon. Een sprinkhaan be
gint eenzaam, als solitair. Twee
sprinkhanen die elkaar in die fa
se ontmoeten gaan liever een
blokje om dan dat ze iets gezel
ligs doen. Maar soms, als de om
standigheden gunstig zijn - zoals
bij regenval - verzamelen ze zich.
Een metamorfose voltrekt zich,
een Jekyll wordt Hyde. Een soli
taire sprinkhaan is binnen twee
uur veranderd van kleur en ge
drag als hij in de groep zit. Dan
worden ze gregaire-, zevormen
een groep, bij elkaar gehouden
door geurstoffen. Hetkan gebeu
ren dat ze en masse gaan marche
ren, op zoek naar voedsel. Het
lijkt alsof er tafelbladen met
10.000 insecten over de woestijn
gaan.
Verduisterend
In een volgende fase, als ze vleu
gels hebben gekregen, stijgen de
sprinkhanenop, de zon verduiste
rend. Als ze vervolgens landen,
vindt er een kaalslag plaats. Op
zulke momenten laten de tanden
van de hemel zien hoe verwoes
tend ze kunnen uithalen. Op een
vierkante kilometer zitten dan
vijftig miljoen exemplaren, die al
vretende vlijtig paren. De tweede
generatie is zestien maal groter
dan de eerste. Een kleine zwerm-
bevat al gauw honderden miljoe
nen uitvreters. „Elke sprinkhaan
vreet dagelijks zijn eigen gewicht
aan voedsel. Hij weegt maar twee
gram, maar vermenigvuldig dit
maar even met een paar honderd
miljoen, dat weet je waaraan ze
hun reputatie te danken hebben,"
zegt Van Huis. De sprinkhanen
VRIJDAG 17 MAART 1995
■1
he
tde
n
büt
r doven
B
op iets ter grootte van een zandkorrel jJ
kun je complete bibliotheken meedrasen
vestjeszak. Die gemanipuleerde atomen
zich al dan niet verenigd hebben totckl
moeten straks in staat zijn zich zelf te
meerderen, net zoals bacteriën dat doenl
biologische chip komt eraan. Miljoenen I
miljoenen bits heel dun uitgesmeerd on
plaatje. En net zoals bij een computer hei!
taverkeer wordt bepaald door bits, doorsc
keiaartjes op transistors die aan of uit
binair dus, zo kan ook door het verand:
van de stand van moleculen dat aan- en
ritme wordt gekopieerd. Er zijn n:
hoogstandjes om het binaire gedrag van
bit te imiteren. De grens van wat kan woi
opgeslagen, is nu langzamerhand
Ook chemici werken aan het dress
moleculen. Zo vangen twee gekoppelde
heermoleculen een gastmolecuul. Ze klap:
dicht als de kaken van een krokodil, als ei
gastmolekuul in de buurt komt. Maarbn
die 'kaken' kan een molecuul zich nog
zins bewegen: hij kwan twee standen i
men, rechtop, of op zijn kop. De gas
zijn dan gevangenbewaarders geworden'
ook hier worden de gevangen moleculen
dwongen te dansen naar de pijpen
STM. Een naaldje ter grootte van een atooi
gaat over het oppervlak en stuurt een kli
stroompje door ieder molecuul. De nchti
van het stroomje bepaalt de stand van 1
molecuul. Verwant aan de nanotechnologii
de mesoscopische fysica, een samengaan!]
sen natuurkundigen en elektrotechnici.!!
derland,, met Delft voorop, speelt hierin e
grote rol. De TU Delft en het Philips Natai
kundig Laboratorium hebben hun kracht
gebundeld. Fundamentele onderzoekers hel
ben niet zoveel geld en middelen als het b
drijfsleven en kloppen daarom graag bij j
grote heren aan, die natuurlijk ook het eenl I
ander aan vernuft en hardware in huis he
ben. De wetenschappers zoeken naar de jj
heimen van de natuur, de bedrijven zorg
voor eventuele praktische toepassingen, a
natuurlijk in het achterhoofd produkten vo
de consument.
Militairen
Het ontzaglijk kleine atoom is nu het slagvt
van een geavanceerde studie, omdat niet i
leen de wetenschap daarmee gebaat is, nu
ook omdat zo een technologie kan ontstal
die elk produkt kan maken, wel honderd ta
zo goedkoop en tien keer zo goed. Geen'
brieken meer, maar produceren vanaf eent
reau. Het is niet verwonderlijk dat metnai
militairen en politici belangstelling
voor deze nieuwe wereld. De
breekt de doos van Pandora open metrespi
tabele bedoelingen, maar business,
en defensie zien meteen onzuivere
gen. De duizend maal versterkte ijzeren pa
van prof. van Kempen kan natuurlijk ook
duizend maal versterkte tank van de genera
worden. Zelfs échte ruimtevaart, in plaa
van die sprongetjes richting maan, komtt
derbij.
De ruimteschepen van de toekomst zijni
melijk vederlicht, ultrasterk en volgesto®
met mini-elektronica. De Amerikaanse
derzoeker Dr.Drexler van Xeroc Pare in Ca
fornië gelooft zelfs dat nanotechnologie di
per zal ingrijpen dan destijds de industni
revolutie, een stelling waarbij prof. Van Ka
pen in Nijmegen toch zijn vraagtekens
Maar dat de maatschappij zal worden vera
derd met high tech op atomair niveau sla
wel vast.
^gSiRlANDI
^5*00 Tekst 'tv
00 Koekeloere (tot 09
2,30 Nederland en
11 (tot 09.50)
,000 (TT) Nieuws uit -
Jjj 20 Fjildblommen: it
in40 Vasten
;00 (TT) Schooltv-Weekj
„30 Tekst tv
)6 ,3 Nieuws voor
,6.20nd(TT) Ja natuurlijk:
flf Willem Wever
715 Trekking Bankloteri
,729 Cartoon Club mei
Woody Woodpecker en Daffy
1757 Boggle, spelletje
.g 29 A Different World,
57 prettig weekend, u.
,928 (TT) Stedentrip: Li^
Culturele Hoofdstad van Eurc
20.00 (TT) Journaal
203, Lieve Martine, prot
gS Brandpunt, actualite
2,58 NYPD Blue, politiese
2247 Sporen: Choice an<
portret ouders Israëlische re^
pi Reibenbach die diverse cc
kampen overleefden
23 47 Trekking Giroloteri
2359 Journaal
07.00 Journaal
0706 Lingo, spelletje
07.29 Ontbijt tv met om 7]
journaal
08.28 Journaal
08.33 Boggle, spelletje
09.00
09.05
Journaal
(PP): AOV
Kook tv
Via Ria
Frans voor beginm
Italiaans voor
09.29
10.19
10.47
Pronto
„.,6 Alle dieren tellen i
zine
11.41 Natuur in eigen la
gels
,2.08 Lucky lotto live
13.00 ournaal
13.08 (TT) Oppassen!!!, c|
13.38 Sonja, talkshow
14.28 (TT) Bureau Kruisl;
15.20 (TT) Jules unlimite
16.00 (TT) Journaal
16.07 Peppi en Kokki, kir
16.24 The Teenage Hero
16.49 Bassie en Adriaan
vol verrassingen, jeugdser
17.23 Keeping up Appe:
medy
17.58 (TT) 2 Vandaag mi
ten met om 18.00 Journaal,
journaal en 18.47 Hoofdpu
nieuws
,8.55 De dierenspoedkl'
19.30 (TT) Onderweg na
20.01 (TT) De leukste thi
Een mier draagt een computerchip van twee vierkante millimeter in zijn bek. Met behulp van nanotechnologie kunnen in de nabije toekomst chips worden geproduceerd met een
dichtheid die nog duizend keer groter is. foto anp
af en toe een oneffenheid. Het is het ritme van
het kleinste, het is de orde van de microkos
mos. De foto's zijn gemaakt met de STM en de
computer. Een medewerker van Van Kempen
schroeft een soort van roestvrijstalen/tita
nium wandelstok in elkaar, een staaltje van
hogere instrumentmakerij. De STM werkt
niet met een lens. Hij werkt volgens de quan-
tummechanica, die ons leert dat deeltjes zich
op plaatsen kunnen bevinden waar ze volgens
de klassieke wetten van de fysica niet mogen
zijn. Bij de STM springen (tunnelen) elektro
nen van het ene materiaal over naar het ande
re, door de tussenliggende barrière heen. Een
van die materialen is een zeer spits naaldje
van wolfraam of platina/iridium. Door het ui
terste puntje, zo groot als een atoom, wordt
een stroompje gestuurd. Vervolgens wordt het
een en ander van het atoom zichtbaar. Zo zie
je het als een atoom zich wat uitgewerkt heeft
boven zijn broertjes. Als atomen engeltjes
waren, zouden er bijna een miljoen van dan
sen op de punt van een naald. De techniek
heeft met zulke kleine afstanden te maken,
dat er natuurlijk niets mag trillen. De STM
wordt daarom geklemd in een stabiele con
structie, waarin desgewenst de temperatuur
tot bijna het absolute nulpunt kan worden te
ruggebracht. Bij min 273 graden onder nul
staan atomen en moleculen praktisch stil.
Warmte is immers snelheid van de molekulen.
Bovendien staat het geheel op superschokbre-
kers op het stabielste plekje van de universi
teit, de voormalige atoomschuilkelder. Behal
ve de STM is er ook nog de AFM, de Atomic
Force Microscope, die geen gebruik maakt
van een stroom tussen twee materialen, maar
van de kracht tussen de atomen onderling.
Aan het einde van deze atoomkrachtmicro
scoop zit een atoom diamant. Diamant is het
bruikbaarste materiaal. Het is licht, vijftig
keer zo sterk als staal en een perfecte halfge
leider en warmtegeleider. Met de AFM heeft
computergigant IBM zelfs xenon-atomen op
nikkel zo kunnen hergroeperen dat ze samen
het woord IBM vormen: PR in de microkos
mos.
Goudlaagjes
Het wezenlijke van dit alles is de mogelijk
heid om atomen individueel te manipuleren.
Ze kunnen verplaatst woren, van richting
veranderd enzovoorts. Van Kempen: „We zijn
niet alleen theoretisch, maar ook al praktisch
bezig. Zo bestudeert een collega van mij laag
jes van een tot tien atomen dik op een ander
materiaal. Bijvoorbeeld een filmpje goud op
een ijzeren plaat. Dat hele dunne laagje goud
is voldoende om er voor te zorgen dat het ijzer
niet meer roest." Met nanotechnologie kan
men ook ultra-sterke stoffen maken. „Neem
een modern tennisracket. Het kunststof van
de snaren is versterkt met minieme koolstof
vezels, waardoor die snaren veel en veel ster
ker zijn geworden. Welnu, zo kunnen we ook
een ijzeren paal door het inbrengen van ge
manipuleerde deeltjes wel duizend maal zo
sterk maken." „Maar in het begin van de na-
notechnologiè hebben we vooral te maken
met data-opslag. Elke twee jaar verdubbelt
die opslag. En na weer twee jaar krijg je-dus
een verdubbeling van een verdubbeling,' en
zovoort. Zo rond het jaar 2010 is al veel van
de theorie toepastbaar in de technologie. Die
onkwetsbare tanks zie ik nog niet zo snel zit
ten, maar die computer zo groot als een sui
kerklontje wel." Een molecuul wordt een bit.
Kleiner kan het niet. De verdichting van da
ta-opslag wordt met deze truc enorm ver
groot. En dat is ook noodzakelijk, want straks
wordt alles wat nu gedrukt is digitaal opge
slagen en dan is het van belang om zoveel mo
gelijk in de kleinste ruimte te proppen. Dan
kan een encyclopedie gedrukt worden worden
Eind jaren tachtig voltrok de ernstigste sprinkhanenplaag in dertig jaar zich in Afrika.
worden begrensd door het kli
maat, hun vijanden en de ocea
nen. Maar het is gebeurd dat een
zwerm werd aangetroffen in de
Caraïbische zee, meegesleurd
door luchtstromingen. Of dat le
gioenen neerstreken op een schip
midden op zee. Arnold van Huis
gaat voor, een warme kamer in,
waarin bakken met ontelbare
sprinkhanen, van larf tot grote
jongen. Ze zoemen, kruipen,
knisperen, paren en doen al die
ondoorgrondelijke dingen waar
insecten patent op hebben.
„Wanneer moet je ze nu bestrij
den?" zegt hij en hij wist op de
larfjes die, zeker gezien vanuit de
lucht, vrijwel onzichtbaar zijn.
„Als ze nog zo jong zijn en geen
vleugels hebben? Alleen, dan
vind je ze niet. Of als ze een ge
vaar gaan worden en een zwerm
kunnen vormen?" De weten
schapper loopt naar een kooi
waar forse gevleugelde exempla
ren grimmig knabbelen aan el
kaar of ander voedsel. Hij raapt
een ontsnapt insect op. Het dier
tje springt, Olympische records
verbrijzelend, op en blijft dan
weer verstijfd staan. „We hebben
computersimulaties gemaakt die
de gebieden weergeven waarin
we de sprinkhanen hadden ver
stopt. Ondanks de gunstige om
standigheden konden de experts
maar viertot zes procent van de
larven vinden. "Afrikaanse lan
den zijn niet rijk. Daarom
Van Huis: „Politici daar ne
er baat bij om de schade
wassen door sprinkha
overdrijven. Zij weten
goed dat er dan westerse
komt, compleet met au
vliegtuigen en heel vei
Sommige van die arme
bidden zelfs om een sp
nenplaag, want dan tol
weer middelen om wat te
doen."
HAMBONE