Για την Βιοτεχνολογία (Biotechnology) και τους Biohackers έχουμε μιλήσει σε προηγούμενα άρθρα. Θα συνεχίσουμε με αυτό το θέμα, κλείνοντας με το παρόν άρθρο που είτε αφορά μια πραγματικότητα, είτε είναι θεωρία συνωμοσίας.
Όπως και να έχει η αλήθεια είναι πως η τεχνολογία που έχει στην διάθεση του ένας μέσος άνθρωπος, σχετικά με την υπαρκτή είναι μια τεραστια απόσταση και σίγουρα αυτό δεν είναι τυχαίο.
Είμαι υποχρεωμένος να επισημάνω το γεγονός πως δεν είμαι ειδικός του αντικειμένου, οπότε συγχωρέστε τυχόν αστοχίες σε ορισμένους τεχνικούς όρους. Πιστεύω όμως πως το παρακάτω άρθρο, δίνει πλούσια πληροφόρηση
Μηχανικοί ανέπτυξαν ραδιοϊσότοπο MEMS πηγής ενέργειας για πρόγραμμα εντόμων… κατασκόπων
Στη Διεθνή Συνάντηση Συσκευών Ηλεκτρονικής [International Electron Devices Meeting (IEDM), (IEDM)], στη Βαλτιμόρη, οι μηχανικοί του Πανεπιστημίου Cornell, έχουν παρουσιάσει έρευνα κυβερνητικών οργανισμών που δείχνει την πρόοδο στην τροφοδοσία με μια ραδιενεργό πηγή καυσίμου.
Ο αναπληρωτής καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, ο Amit Lal και ο μεταπτυχιακός φοιτητής Steven Tin έχουν παρουσιάσει ένα πρωτότυπο microelectromechanical (= μικροηλεκτρονικο-μηχανικό) σύστημα (MEMS).
Πρόκειται για μια συσκευή πομπό RF που εκπέμπει και τροφοδοτείται από μια ραδιενεργό πηγή με ημίσεια ζωή 12 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσε να λειτουργήσει αυτόνομα για δεκαετίες.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η νέα ραδιενεργός πηγή-πομπός RFID, η οποία παράγει 5 milliwatt ανά 10 μικροδευτερόλεπτα, με παλμό ραδιοσυχνότητας στα 100 megahertz (μεγαχέρτζ), θα μπορούσε να οδηγήσει στην ευρεία χρήση των ραδιοϊσοτόπων πηγών ενέργειας.
Το έργο χρηματοδοτείται από την Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), η οποία χρηματοδοτεί επίσης τόσο τον αναπληρωτή καθηγητή Lal όσο και τον μεταπτυχιακό φοιτητή Tin για ένα άλλο έργο, που ονομάζεται Hybrid Insect Micro-Electro-Mechanical Systems (HI-MEMS), στόχος του οποίου είναι η δημιουργία υβριδικών κυβερνητικών οργανισμών.
Στην παρουσίασή του ο Tin δήλωσε ότι ένα μέρος του στόχου του έργου του πομπού ραδιοϊσοτόπων είναι να τροφοδοτήσουν με ενέργεια τα έντομα, με τα οποία πειραματίζεται η ομάδα ανάπτυξης για την DARPA.
Το HI-MEMS πρόγραμμα, έχει εμπλουτιστεί με πολλά είδη εντόμων-σκώρων και με σκαθάρια που εμφυτεύονται με ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου. Με τους ελέγχους αυτούς, μπορούν να οδηγηθούν από έναν απομακρυσμένο χειριστή σε «εφαρμογές stealth» (= “αόρατες” εφαρμογές) αλλά και στην αντιμετώπιση καταστροφών.
Τα ίδια τα έντομα κινούνται με δικούς τους ζώντες ιστούς, αλλά οι ενσωματωμένοι ηλεκτρονικοί αισθητήρες και πομποί τους απαιτούν μια ξεχωριστή πηγή ενέργειας.
Τα έντομα, όμως, είναι πολύ ελαφριά για να μεταφέρουν μπαταρίες και υλικοτεχνικά προβλήματα θα αποτρέψουν συχνές αλλαγές μπαταρίας.
Ως εκ τούτου, ο Lal και η ομάδα του στο Cornell, για να δημιουργήσει την απαραίτητη ισχύ, στράφηκε στα ραδιενεργά ισότοπα.
Για να διατηρηθεί η κατάσταση της μνήμης σε έναν τυπικό, χαμηλής ισχύος, ασύρματο αισθητήρα, προϋποθέτεται ισχύς από 1 έως 10 nanowatts. Για περιοδική αίσθηση και επεξεργασία, η απαίτηση μεταπηδά σε ισχύ από 0,1 μέχρι και 1 mW.
Αν τώρα θέλουμε να έχουμε αισθητήρα με ικανότητα περιοδικής επικοινωνίας, τότε η απαίτηση ισχύος κυμαίνεται μεταξύ 1 και 100 mW.
Με τη χρήση μόνο μιας μικρής ποσότητας ραδιενεργού υλικού MEMS, που βασίζεται στην πιεζοηλεκτρική γεννήτρια, η ομάδα του Πανεπιστημίου Cornell ήταν σε θέση να δημιουργήσει αρκετή ενέργεια για να καταστεί δυνατή έξοδος υψηλής ισχύος RF παλμού κάθε τρία λεπτά. Το εν λόγω υλικό είναι νικέλιο-63 (Ni-63), ελαφρώς ραδιενεργό ισότοπο, που έχει μερικά επιπλέον νετρόνια στον πυρήνα του. Όταν το Ni-63 διασπάται, εκπέμπει beta σωματίδια-ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που είναι, σχετικά, αβλαβή.
Ο πομπός RFID μετατρέπει την ενέργεια της ραδιενεργού διάσπασης σε μηχανική κίνηση, μέσω μιας συσκευής MEMS.
Ένας μικροσκοπικός πιεζοηλεκτρικός πρόβολος (πρόβολος = δοκός κυρτή προεξέχουσα) από πυρίτιο, πάχους 40 μικρόμετρα και μήκους από 4 έως και 8 χιλιοστά, αιωρείται σε ένα τσιπ πάνω από την ραδιενεργό λεπτή μεμβράνη –όπως ένας βατήρας σε μια πισίνα. Κάτι παρόμοιο ήταν και οι πυρηνικές μικρομπαταρίες (microbatteries) που ο Lal και ο πυρηνικός μηχανικός του Πανεπιστημίου του Wisconsin, James Blanchard περιέγραφαν στο IEEE Spectrum, το 2004.
Πως λειτουργεί
Τα ηλεκτρόνια εκτινάσσονται από το ραδιοϊσότοπο και συσσωρεύονται στον πρόβολο, δίνοντας ένα αρνητικό φορτίο. Τώρα ο πρόβολος έλκεται προς την (σχετικώς) θετική Νί-63 λεπτή μεμβράνη και αρχίζει να κάμπτεται προς την κατεύθυνση αυτή. Αμέσως μόλις λυγίσει αρκετά για να αγγίξει την Νί-63, τα φορτία μεταπηδούν προς τα πίσω, πάνω στη λεπτή μεμβράνη, και ο πρόβολος απελευθερωμένος από τα αυξανόμενα ηλεκτρόνια, επανέρχεται στην αρχική του θέση.
Η δύναμη παράγεται όταν ο πρόβολος «κουμπώνει» πίσω στην αρχική του θέση. Συνεχίζει με αυτό τον τρόπο μέχρις ότου η ραδιενέργεια του ισοτόπου εξαντληθεί πλήρως, κάτι που -σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των συγγραφέων- θα μπορούσε να διαρκέσει έως και 100 χρόνια.
Κάθε κίνηση «τραμπάλα» διαρκεί τρία λεπτά για να ολοκληρωθεί. Ο Tin εξήγησε στους παρευρισκόμενους στο IEDM ότι θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν κάποια αντισταθμίσματα μεταξύ του ποσού της ισχύος εξόδου και του μεγέθους συσσώρευσης των ηλεκτρονίων.
Για να επιτευχθεί μια ριπή κάθε 30 δευτερόλεπτα, για παράδειγμα, η ισχύς της κάθε ριπής θα πρέπει να μειωθεί.
Λόγω του μηχανικού τρόπου που είναι κατασκευασμένος ο πομπός, μόνο μια μικρή ποσότητα της Ni-63 είναι απαραίτητη για την παραγωγή υψηλής ισχύος παλμών. Ωστόσο, ο Tin είπε ότι επειδή η συσκευή εξακολουθεί να είναι ένα πρωτότυπη, καμία βελτιστοποίηση δεν είχε γίνει, και η αποτελεσματικότητά της στην μετατροπή της ενέργειας του ραδιοϊσοτόπου ήταν μόλις 0.06 τοις εκατό. Ολόκληρη η συσκευή είναι 1 τετραγωνικό εκατοστό.
Το έργο επέφερε μικτές αντιδράσεις
Ο ερευνητής Yoshihiro Hayashi, μέλος της NEC Electronics research, αναρωτήθηκε αν η συσκευή θα είναι μια σταθερή πηγή ενέργειας, λόγω της στοχαστικής φύσης της ραδιενέργειας.
Ένας άλλος μηχανικός αμφισβήτησε την αξιοπιστία του πομπού.
Θα μπορούσαν, τα beta σωματίδια που εκπέμπονται από την πηγή Ni-63, να υποβαθμίσουν τους ενσωματωμένους ηλεκτρονικούς αισθητήρες και πομπούς του εντόμου, ενδεχομένως, και το ίδιο το έντομο; Και τι θα… περιελάμβανε το «πακέτο»; Πόσο πιο δυνατή θα έπρεπε να είναι η ακτινοβολία στο μέλλον;
Ο Tin ήταν αισιόδοξος σε αυτό το σημείο, τονίζοντας ότι τα Ni-63 beta σωματίδια διεισδύουν, περίπου, μόνον 21 μm σε μια επιφάνεια.
Τα Cyborg έντομα δεν είναι οι μόνες «συσκευές» που αναμένεται να επωφεληθούν από τη νέα έρευνα. (Και τη λέξη «συσκευές», δεν τη βάζω καθόλου τυχαία μέσα σε εισαγωγικά, καθώς δεν πρέπει να ξεχνάμε πως τα cyborg έντομα είναι ζωντανά πλάσματα και ΟΧΙ συσκευές!)
Ο Lal και ο Tin ισχυρίζονται ότι με τη χρήση ραδιοϊσοτόπων, όπως προτείνουν, θα μπορούσαν να φέρουν την επανάσταση στη μακροπρόθεσμη αξιόπιστη ανίχνευση και παρακολούθηση.
Τα εργαστήρια HP Labs έχουν, προ πολλού, αναφέρει ότι σημειώνουν συνεχώς πρόοδο πάνω σε ένα project που αφορά τέτοιους μακροπρόθεσμους αισθητήρες του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος της Γη (CeNSE), του οποίου στόχος είναι να σκεπάσει τη Γη με μικροσκοπικούς αισθητήρες! (Ναι, σωστά διαβάσατε!)
Αλλά εκείνη την εποχή, ο Peter Hartwell, ανώτερος ερευνητής στα εργαστήρια της HP, στο Palo Alto της Καλιφόρνια, παραδέχθηκε ότι η ισχύς, ως κινητήρια δύναμη, ήταν μία από τις τελευταίες εναπομείναντες θεμελιώδεις προκλήσεις που περιμένει τη λύση της.
Ο νέος αισθητήρας της HP απαιτεί ισχύ, λίγο κάτω από 50 mW, κάτι που σίγουρα θεωρείται πρόοδος (?), σε σχέση με τους υψηλής απόδοσης αισθητήρες, οι οποίοι τώρα απαιτούν περίπου 1 watt.
Σύμφωνα με τον Lal και τον Tin, οι συσκευές που τροφοδοτούνται από ραδιοϊσότοπα θα μπορούσαν να κατασκευαστούν άμεσα σε συγκεκριμένες υποδομές, όπως σε γέφυρες και αυτοκινητόδρομους και θα μπορούσαν να παραμείνουν λειτουργικές για εκατοντάδες χρόνια.
Προβληματισμοί
Κάποια ερωτήματα που θα μπορούσαν να τεθούν είναι τα εξής:
- Η συσκευή αυτή, (the mammalian cyborgs = τα θηλαστικά κυβερνοσώματα) θα μπορούσε να «δουλέψει» και πάνω στους ανθρώπους; Και αν ναι, μήπως οι ειδικοί σε θέματα ηθικής κοιμούνται… «τον ύπνο του δικαίου;»
- Για να είμαστε ακριβείς, τα “Cyborg έντομα είναι ζωντανά πλάσματα, ΟΧΙ “συσκευές”. Έχει, λοιπόν, κανείς αναλογιστεί τις επιπτώσεις από τη χρήση των ραδιενεργών ηλεκτρονίων που παρακάμπτουν τους ζώντες ιστούς ενός εντόμου;
- Και κάτι ακόμα: Τα θέματα δημόσιας υγείας που συνδέονται με την κατανομή των ραδιονουκλιδίων είναι πραγματικά και πρέπει να αντιμετωπιστούν. Ένα νεκρό bug διασπάται, και σε αυτή την περίπτωση, Νί-63 απελευθερώνεται στο περιβάλλον, εισβάλλοντας δυναμικά στην τροφική αλυσίδα. Κατά συνέπεια, ενδεχομένως, θα διέρχεται στον ανθρώπινο οργανισμό.
- Τελευταίο, αλλά σίγουρα όχι και υποδεέστερο! Αν και υπάρχει η δυνατότητα για επωφελή χρήση, πρέπει κανείς να αναρωτηθεί την ανάγκη για ακόμη μία συσκευή που έχει την ικανότητα να εισβάλει στην ιδιωτική μας ζωή!
Πηγές:
- https://spectrum.ieee.org/nuclearpowered-transponder-for-cyborg-insect
- https://technabob.com/blog/2009/05/06/night-watch-concept-killer-mosquito-robot/
