עשר הטכנולוגיות המפציעות של 2016, חלק שני: החומרים הדו-ממדיים שישנו את העולם

 

לפני שבוע התחלתי לסקור את דו"ח "עשרת הטכנולוגיות המפציעות של 2016" שהפורום הכלכלי העולמי שחרר לאחרונה. ברשומה האחרונה בנושא כתבתי על שלוש מהטכנולוגיות שבדו"ח: האינטרנט של הננו-דברים, סוללות יעילות יותר שמקדמות אותנו לעולם בו ניהנה משפע של אנרגיית שמש, והביזוריות והאבטחה המוגברת שמאפשרת טכנולוגיית הבלוקצ'יין.

זו הנקודה להזכיר שמדובר עדיין בטכנולוגיות מפציעות – כלומר, אם הן ייכנסו לשימוש נרחב בעשור הקרוב, זו תהיה הפתעה משמחת. יש סיכוי גדול יותר שרק בעוד עשור או שניים נראה את השפעתן המלאה על החברה האנושית. אבל אני חושב שתסכימו איתי אחרי הקריאה שבהחלט שווה לחכות להן.

התכנית המקורית הייתה לסקור בכל רשומה עוד שלוש טכנולוגיות, אבל תוך כדי הכתיבה אני כבר מבחין בבעיה: הנושאים פשוט מרגשים ומעניינים מדי. אני מוצא את עצמי כותב אלף מילים על כל טכנולוגיה, וכדי שהרשומה הנוכחית לא תהיה באורך של כמה אלפי מילים, החלטתי להתמקד לפחות כרגע רק בטכנולוגיה מרתקת נוספת שמוזכרת בדו"ח.

 

טכנולוגיה פורצת-דרך רביעית: חומרים דו-ממדיים

אחד הסיפורים המרגשים ביותר בהיסטוריה האנושית הוא זה של האלומיניום. האלומיניום היה חומר מוערך כל-כך בסוף המאה ה- 19, שנפוליאון השלישי הגיש לאורחיו המכובדים ביותר מטעמים על צלחות אלומיניום. האורחים הפחות מכובדים נאלצו להסתפק בצלחות מזהב. אלא שתוך זמן קצר הומצאה שיטה זולה ויעילה למיצוי האלומיניום מתוך מינרלים. התוצאה הייתה ברורה ומיידית, כפי שמספר מייקל שרמר בספרו נפש השוק. מחיר קילוגרם אלומיניום ירד מ- 1,100 דולרים בסוף המאה ה- 19 ל- 40 סנט בלבד לקראת אמצע המאה העשרים. במילים אחרות, באותו מחיר בו ניתן היה לרכוש קילוגרם אחד של אלומיניום באמצע המאה העשרים, הייתם יכולים לרכוש כמעט שלוש טונות חמישים שנים לפני כן.

אנו חיים את המשמעות המלאה של אותה פריצת דרך טכנולוגית. האתר "שימושים ב-" מפרט את השימושים באלומיניום. מוכנים? הנה רשימה חלקית מאד: אפשר למצוא אלומיניום בידיות הדלתות, במסגרות החלונות, בסכו"ם, בסירים ובמחבתות, בטוסטרים, במקררים, בנדנדות בגינה, במקלות גולף, בפנסי רחוב, בגשרים, בסולמות, במעקים, בכבלים, בצינורות ביוב, בצבע מבודד, בניירות עטיפה, בפחיות שימורים, בפחיות שתייה קלה, במכוניות, במטוסים, ברכבות, ובעוד שפע של מקומות אחרים.

האלומיניום, במילים אחרות, שינה את חיינו. אילו היה אדם מאמצע המאה ה- 19 מזנק קדימה מאה וחמישים שנים בזמן, הוא לא היה מזהה את סגסוגות האלומיניום בהן אנו משתמשים. חומר קל, חזק וזול כל-כך פשוט לא היה קיים בזמנו.

 

פירמידת האלומיניום הטהור שמעטרת את ראש אנדרטת וושינגטון. בסוף המאה ה- 19, האלומיניום היה יקר יותר ומוערך יותר מזהב. היום אפשר למצוא אותו בכל בית ובכל כיס.

פירמידת האלומיניום הטהור שמעטרת את ראש אנדרטת וושינגטון. בסוף המאה ה- 19, האלומיניום היה יקר יותר ומוערך יותר מזהב. היום אפשר למצוא אותו בכל בית ובכל כיס. מקור לתמונה: Mental Floss.

 

סיפורו של האלומיניום מראה לנו כיצד חומרים חדשים יכולים לשנות את העולם ולפתוח מגוון חדש ונרחב של אפשרויות עבור האנושות. הוא גם מראה כיצד טכנולוגיות פורצות-דרך יכולות להשפיע על זמינותם ועלותם של אותם חומרים. לא מוגזם לטעון שהאלומיניום, ביחד עם הפלדה והסיליקון, הם החומרים שעיצבו מחדש את המאה ה- 20.

ובכן, מה יהיו החומרים שיעצבו את פני המאה ה- 21? הפורום הכלכלי העולמי מאמין שהחומרים החדשים הללו יהיו דו-ממדיים. בלשון כותבי הדו"ח, החומרים הללו –

"יגרמו לפלדה ולסיליקון, מיסודות התעשייה של המאה ה- 20, להיראות מגושמים וגסים בהשוואה".

מהם חומרים דו-ממדיים? בהכללה, הם מורכבים משכבה אחת בלבד של אטומים. כל חומר שאנו רואים בעולם מסביבנו מורכב משלד תלת-ממדי של אטומים המחוברים זה לזה בדרכים שונות. השאלה – האם יכול להתקיים חומר המורכב משכבה אחת בלבד של אטומים, ומהן תכונותיו – העסיקה תיאורטיקנים שנים רבות. בשנת 2004 היא נבחנה לראשונה באופן מעשי כאשר שני פיזיקאים – אנדרה גיים וקונסטנטין נובוסלוב – פיתחו שיטה פשוטה עד גיחוך ליצירת שכבות בודדות של אטומי פחמן. השניים הצמידו נייר דבק לפיסת גרפיט – אותו חומר הנמצא בעיפרון שלכם, ומורכב מאטומי פחמן – וקילפו פשוטו-כמשמעו את החומר שכבה אחר שכבה. השכבות שקיבלו מכונות גרפן, ועל הישג זה הם זכו בפרס הנובל בפיזיקה בשנת 2010.

מאז המשיך התחום להתפתח, ופותחו טכניקות מתוחכמות יותר מנייר דבק להפקת גרפן, כך שמחירו ירד וממשיך לרדת באופן דרסטי. כפי שכתב דקסטר ג'ונסון ב- IEEE Spectrum –

"…יש כל סיבה לחשוב שאספקת הגרפן בכל צורותיו עומדת לגדול באופן עצום בשלוש השנים הקרובות, מה שיביא למחיר שירד במהירות."

 בשנים הקרובות עתיד הגרפן להיות זול יותר מסיליקון, וכשיגיע לנקודה זו נוכל לשלב אותו בכל חפץ ועצם בו נחשוק. באופן דומה אפשר לצפות שגם עלות הייצור וההפקה של חומרים דו-ממדיים אחרים תרד עם הזמן.

 

הירידה הצפויה במחיר הגרפן. מקור: חברת גרפניאה.

הירידה הצפויה במחיר הגרפן. מקור: חברת גרפניאה.

 

ולמה ההתרגשות הגדולה?

מסתבר שלחומרים דו-ממדיים יש תכונות שונות מאלו של החומרים התלת-ממדיים. אפשר למצוא את החומרים הדו-ממדיים שנהנים מתכונות הולכת חום והולכה חשמלית משופרות, שניתן ליצור מהם קבלים יעילים יותר או אפילו להצמיד שכבות שונות זו לזו כדי ליצור שבבים שיבצעו פעולות חישוביות, אבל כדברי הפיזיקאי מרקו פוליני לנייצ'ר

"…ללא התחממות, ללא אובדן אנרגיה, וכל הבעיות שאנחנו יודעים עליהן ייעלמו – זו התקווה."

חלק מהמדענים מנסים להשתמש בחומרים הדו-ממדיים ליצירת תאים סולאריים משופרים, למשל, שאמורים להגיע ליעילות תיאורטית של 60 אחוזים – גבוהה פי שניים מהשיא כיום העומד על 32 אחוזים. אחרים משתמשים בהם למיגון, מכיוון שגרפן חזק יותר מכל חומר קיים. ומכיוון שניתן להשתמש בשכבות של חומרים דו-ממדיים להפקת אור באורכי גל שונים, הם צפויים לאפשר לנו ליצור מסכים גמישים כבר בעתיד הנראה לעין.

 

שכבות של חומרים דו-ממדיים המחוברים ביחד ליצירת התקן אחד. מקור: אוניברסיטת מנצ'סטר (ופורסם באתר GizMag).

שכבות של חומרים דו-ממדיים המחוברים ביחד ליצירת התקן אחד. מקור: אוניברסיטת מנצ'סטר (ופורסם באתר GizMag).

 

כחוקר עתידים, החומרים הדו-ממדיים מייצגים עבורי את אחד הקשיים הגדולים ביותר במקצוע, מכיוון שהם מראים כמה קשה לספק תחזית לעתיד הרחוק. איך אפשר לדבר על העתיד, כאשר איננו מודעים אפילו לקיומם של החומרים שירכיבו אותו? הרי לפני תריסר שנים בלבד, מדענים לא היו מודעים כלל לקיומם של החומרים הללו או לאפשרות להפיקם. כפי שאמר זוכה פרס נובל סר אנדרה גיים בראיון ל- CNN

"האינטואיציה הפיזיקלית שלי, שהתפתחה לאורך שלושים השנים האחרונות, אמרה לי שהחומר הזה לא אמור להתקיים. ואם היית שואל 99.9 אחוזים מהמדענים מסביב לעולם, הם היו אומרים שהרעיון של חומר דו-ממדי הוא שטויות, ושגרפן לא אמור להיות קיים."

אף על פי כן, חומרים דו-ממדיים קיימים בהחלט, והם עומדים לשנות את פני העולם. אלו חומרים נוספים נגלה בעשורים הקרובים, שישנו לחלוטין את הדרך בה נחשוב על בנייה, על הפקת אנרגיה, על העברת מידע וחישה וכל אספקט אחר של חיינו? איננו יכולים לדעת. החומרים הדו-ממדיים המעניינים ביותר הם אלו שעדיין לא גילינו אפילו, ושאת תכונותיהם איננו מכירים עדיין. כפי שאמר ג'ונתן קולמן, אחד המדענים המובילים בתחום, בראיון לכתב העת המדעי המוערך נייצ'ר

"החומר הדו-ממדי המרגש ביותר כנראה עדיין לא נוצר."

מכיוון שכך, הנה תחזית פשוטה אך ממצה, שאינה נוגעת בחומרים עצמם אלא בשימושים שנעשה בהם. אם מחירי החומרים הדו-ממדיים ימשיכו לרדת כצפוי, הרי שאנו נגיע לעתיד בו הם ישולבו בכל חפץ ועצם בעולם. חלק מהחפצים ייהנו מ- 'עור' – שכבה דקה שתספק להם תכונות שונות: מקליטת אור שמש, דרך הגנה פיזית ועד למסכי מגע. בחפצים אחרים ישולבו החומרים הדו-ממדיים בתוך החומר המרכיב אותם, כך שיהפכו להיות חסונים יותר, או שיכילו בתוך עצמם חיישנים, אמצעי שידור, או רכיבים חישוביים. נוכל למצוא אפילו חומרים דו-ממדיים בתוך הגוף האנושי, כשבבים וכרכיבי שידור וקליטה.

התחזית הזו עונה לעקרון "האקטיבציה של הכל" עליו כתבתי בבלוג באנגלית. כאשר הטכנולוגיות שלנו מתקדמות, אנו מצליחים להטמיע במכשירים שלנו פעולות משוכללות ומרשימות יותר ויותר, בעלות נמוכה יותר. הסמארטפון, למשל, מייצג אקטיבציה – כלומר, הוספת תכונות – לחפץ בגודל של ארנק. באופן דומה, כל חומר וכל חפץ יזכו בעשורים הקרובים בתכונות נוספות המשרתות את המין האנושי.

 

סיכום

אם התחזית הזו נשמעת לכם אופטימית, אני מסכים בהחלט. היא באמת אופטימית, מכיוון שהיא נוגעת בעתיד הרחוק – בעוד מספר עשורים – ולא בכאן ובעכשיו. אבל ההיסטוריה של הטכנולוגיה מראה לנו שבטווח הארוך התחזיות האופטימיות ביותר הן אלו שקרובות ביותר לאמת – ובדרך כלל גם הן מתגלות כפסימיות מדי.

יש עוד זמן רב עד לאקטיבציה של הכל שתמומש בין היתר בזכות החומרים הדו-ממדיים. עד אז נצטרך לפתור אתגרים שונים: למשל, למצוא דרכים להפיקם ביעילות גבוהה יותר, לייצבם בטמפרטורת ובאוויר החדר, ולהבין האם הם רעילים לגוף האדם או לסביבה. אך בעיות אלו ייפתרו. איך אני יודע? כי אנו פותרים בעיות דומות לאורך מאות השנים האחרונות, בקצב הולך וגובר. זה מה שאנו עושים, כבני-אדם, כחוקרים ומדענים ומהנדסים. ונמשיך בדרך זו, אל העתיד שעומד להיות מופלא יותר, מרגש יותר ובעיקר מוזר יותר מכל מה שאנו מדמיינים כיום.

 


 

מעניין אתכם? רוצים לדעת עוד? הירשמו לבלוג (בצד ימין) וכך תוכלו לקבל התראה כאשר יתפרסם החלק הבא בסדרת "עשר הטכנולוגיות המפציעות של 2016" !

2 מחשבות על “עשר הטכנולוגיות המפציעות של 2016, חלק שני: החומרים הדו-ממדיים שישנו את העולם

  1. "במילים אחרות, באותו מחיר בו ניתן היה לרכוש קילוגרם אחד של אלומיניום באמצע המאה העשרים, הייתם יכולים לרכוש כמעט שלוש טונות חמישים שנים לפני כן" – הפוך, גוטה, הפוך.

    אהבתי

  2. פינגבק: עיר העתיד: רכבים אוטונומיים, רחפנים ורובוטים | מדע אחר

כתיבת תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s