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

Krantenbank Zeeland

de Stem | 1995 | | pagina 22