Há muito espaço no fundo - There's Plenty of Room at the Bottom

A miniaturização (publ. 1961) incluiu a palestra como seu capítulo final

" Há muito espaço no fundo: um convite para entrar em um novo campo da física " foi uma palestra proferida pelo físico Richard Feynman no encontro anual da American Physical Society em Caltech em 29 de dezembro de 1959. Feynman considerou a possibilidade de manipulação direta de átomos individuais como uma forma mais poderosa de química sintética do que os usados ​​na época. Embora versões da palestra tenham sido reimpressas em algumas revistas populares, ela passou despercebida e não inspirou o início conceitual do campo da nanotecnologia . A partir da década de 1980, os defensores da nanotecnologia a citaram para estabelecer a credibilidade científica de seu trabalho.

Concepção

Feynman considerou algumas ramificações de uma habilidade geral de manipular matéria em escala atômica. Ele estava particularmente interessado nas possibilidades de circuitos de computador mais densos e microscópios que podiam ver coisas muito menores do que seria possível com microscópios eletrônicos de varredura . Essas ideias foram posteriormente realizadas com o uso do microscópio de tunelamento de varredura , o microscópio de força atômica e outros exemplos de microscopia de varredura de sonda e sistemas de armazenamento como o Millipede , criado por pesquisadores da IBM .

Feynman também sugeriu que deveria ser possível, em princípio, fazer máquinas em nanoescala que "arranjassem os átomos da maneira que quisermos" e fazer síntese química por manipulação mecânica.

Ele também apresentou a possibilidade de " engolir o médico ", ideia que creditou no ensaio ao amigo e aluno de graduação Albert Hibbs . Este conceito envolveu a construção de um pequeno robô cirúrgico engolível.

Como um experimento mental, ele propôs desenvolver um conjunto de mãos de manipulador de um quarto da escala, escravas das mãos do operador para construir máquinas-ferramentas em escala de um quarto, análogas às encontradas em qualquer oficina mecânica. Esse conjunto de pequenas ferramentas seria então usado pelas mãozinhas para construir e operar dez conjuntos de mãos e ferramentas na escala de um décimo sexto, e assim por diante, culminando em talvez um bilhão de pequenas fábricas para realizar operações massivamente paralelas . Ele usa a analogia de um pantógrafo como uma forma de reduzir os itens. Essa ideia foi antecipada em parte, até a microescala, pelo autor de ficção científica Robert A. Heinlein em sua história de 1942, Waldo .

À medida que os tamanhos diminuíam, seria necessário redesenhar as ferramentas, porque a força relativa de várias forças mudaria. A gravidade se tornaria menos importante e as forças de Van der Waals , como a tensão superficial, se tornariam mais importantes. Feynman mencionou esses problemas de escala durante sua palestra. Ninguém ainda tentou implementar esse experimento mental; alguns tipos de enzimas biológicas e complexos enzimáticos (especialmente ribossomos ) funcionam quimicamente de uma maneira próxima à visão de Feynman. Feynman também mencionou em sua palestra que poderia ser melhor eventualmente usar vidro ou plástico porque sua maior uniformidade evitaria problemas em escala muito pequena (metais e cristais são separados em domínios onde a estrutura de rede prevalece). Esse pode ser um bom motivo para fazer máquinas e aparelhos eletrônicos de vidro e plástico. Atualmente, existem componentes eletrônicos feitos de ambos os materiais. No vidro, existem cabos de fibra ótica que amplificam os pulsos de luz em intervalos regulares, utilizando o vidro dopado com o elemento de terras raras érbio . O vidro dopado é unido à fibra e bombeado por um laser operando em uma frequência diferente. No plástico, os transistores de efeito de campo estão sendo feitos com politiofeno , um polímero inventado por Alan J. Heeger et al. que se torna um condutor elétrico quando oxidado. Em 2016, um fator de apenas 20 na mobilidade do elétron separava o plástico do silício.

Desafios

Na reunião, Feynman concluiu sua palestra com dois desafios, e ofereceu um prêmio de $ 1000 para o primeiro que resolvesse cada um. O primeiro desafio envolveu a construção de um minúsculo motor , que, para surpresa de Feynman, foi realizado em novembro de 1960 pelo graduado da Caltech William McLellan , um artesão meticuloso, usando ferramentas convencionais. O motor atendeu às condições, mas não avançou a arte. O segundo desafio envolvia a possibilidade de reduzir letras pequenas o suficiente para caber toda a Encyclopædia Britannica na cabeça de um alfinete, escrevendo as informações de uma página de livro em uma superfície 1 / 25.000 menor em escala linear. Em 1985, Tom Newman , um estudante de graduação de Stanford, reduziu com sucesso o primeiro parágrafo de A Tale of Two Cities em 1 / 25.000 e recebeu o segundo prêmio Feynman. O orientador da tese de Newman, R. Fabian Pease, leu o artigo em 1966, mas foi outro aluno de pós-graduação no laboratório, Ken Polasko, que o leu recentemente, que sugeriu tentar o desafio. Newman estava procurando um padrão aleatório arbitrário para demonstrar sua tecnologia. Newman disse: "O texto era ideal porque tinha muitas formas diferentes."

Recepção

O New Scientist relatou que "o público científico ficou cativado". Feynman tinha "girado a ideia do topo de sua mente", sem nem mesmo "notas de antemão". Não havia cópias do discurso disponíveis. Um "admirador previdente" trouxe um gravador e uma transcrição editada, sem as piadas de Feynman, foi feita para publicação pela Caltech. Em fevereiro de 1960, Engenharia e Ciência da Caltechpublicou o discurso. Além de trechos do The New Scientist , as versões foram impressas na The Saturday Review e na Popular Science . Os jornais anunciaram a vitória do primeiro desafio. A palestra foi incluída como o capítulo final do livro de 1961, Miniaturização .

Impacto

K. Eric Drexler mais tarde pegou o conceito de Feynman de um bilhão de pequenas fábricas e acrescentou a ideia de que eles poderiam fazer mais cópias de si mesmos, por meio do controle do computador em vez do controle por um operador humano, em seu livro de 1986, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotecnologia .

Após a morte de Feynman, estudiosos do desenvolvimento histórico da nanotecnologia concluíram que seu papel em catalisar a pesquisa em nanotecnologia não foi bem avaliado por muitas das pessoas ativas no campo nascente nas décadas de 1980 e 1990. Chris Toumey, um antropólogo cultural da Universidade da Carolina do Sul, reconstruiu a história da publicação e republicação da palestra de Feynman, junto com o registro de citações de "Plenty of Room" na literatura científica.

No artigo de 2008 de Toumey "Reading Feynman into Nanotechnology", ele encontrou 11 versões da publicação de "Plenty of Room", além de dois exemplos de uma palestra intimamente relacionada de Feynman, "Infinitesimal Machinery", que Feynman chamou de "Plenty of Room, revisitada "(publicado sob o nome" Infinitesimal Machinery "). Também nas referências de Toumey estão os videoteipes dessa segunda palestra. A revista Nature Nanotechnology dedicou um número em 2009 ao assunto.

Toumey descobriu que as versões publicadas da palestra de Feynman tiveram uma influência insignificante nos vinte anos após sua primeira publicação, conforme medido por citações na literatura científica, e não muito mais influência na década após o Microscópio de Túnel de Varredura foi inventado em 1981. O interesse por "Plenty of Room" na literatura científica aumentou muito no início dos anos 1990. Isso provavelmente ocorre porque o termo "nanotecnologia" ganhou muita atenção pouco antes dessa época, após seu uso por Drexler em seu livro de 1986, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology , que citou Feynman, e em um artigo de capa intitulado "Nanotecnologia" , publicado no final daquele ano em uma revista de grande circulação voltada para a ciência, OMNI . A revista Nanotechnology foi lançada em 1989; o famoso experimento Eigler-Schweizer , manipulando precisamente 35 átomos de xenônio, foi publicado na Nature em abril de 1990; e a Science teve uma edição especial sobre nanotecnologia em novembro de 1991. Esses e outros desenvolvimentos sugerem que a redescoberta retroativa de "Plenty of Room" deu à nanotecnologia um pacote de história que forneceu uma data inicial de dezembro de 1959, além de uma conexão com Richard Feynman.

A análise de Toumey também inclui comentários de cientistas da nanotecnologia que dizem que "Plenty of Room" não influenciou seus primeiros trabalhos, e a maioria deles não o tinha lido até uma data posterior.

A estatura de Feynman como ganhador do Prêmio Nobel e como uma figura importante na ciência do século 20 ajudou os defensores da nanotecnologia e forneceu um vínculo intelectual valioso com o passado. Mais concretamente, sua estatura e conceito de fabricação atomicamente precisa desempenhou um papel na obtenção de financiamento para pesquisas em nanotecnologia, ilustrado pelo discurso do presidente Clinton de janeiro de 2000 pedindo um programa federal:

Meu orçamento apóia uma nova e importante Iniciativa Nacional de Nanotecnologia , no valor de US $ 500 milhões. A Caltech conhece bem a ideia da nanotecnologia, a capacidade de manipular a matéria nos níveis atômico e molecular. Há mais de 40 anos, o próprio Richard Feynman do Caltech perguntou: "O que aconteceria se pudéssemos organizar os átomos um por um da maneira que os queremos?"

A versão da Lei de Pesquisa e Desenvolvimento em Nanotecnologia aprovada pela Câmara em maio de 2003 exigia um estudo da viabilidade técnica da fabricação molecular, mas esse estudo foi removido para salvaguardar o financiamento de pesquisas menos polêmicas antes de ser aprovado pelo Senado e assinada pelo presidente George W. Bush em 3 de dezembro de 2003.

Em 2016, um grupo de pesquisadores da TU Delft e do INL relatou o armazenamento de um parágrafo da fala de Feynman usando código binário onde cada bit era feito com uma única vacância atômica. Usando um microscópio de tunelamento de varredura para manipular milhares de átomos, os pesquisadores elaboraram o texto:

Mas não tenho medo de considerar a questão final se, em última análise - no grande futuro - podemos organizar os átomos da maneira que quisermos; os próprios átomos, até o fim! O que aconteceria se pudéssemos organizar os átomos um por um da maneira que queremos (dentro do razoável, é claro; você não pode colocá-los de forma que sejam quimicamente instáveis, por exemplo). Até agora, nos contentamos em cavar no solo para encontrar minerais. Nós os aquecemos e fazemos coisas em grande escala com eles, e esperamos obter uma substância pura com tanta impureza e assim por diante. Mas devemos sempre aceitar algum arranjo atômico que a natureza nos dá. Não temos nada, digamos, com um arranjo em "tabuleiro de xadrez", com os átomos de impureza dispostos exatamente separados por 1.000 angstroms, ou em algum outro padrão particular.

Este texto usa exatamente 1 kilobyte, ou seja, 8128 bits, feitos com 1 átomo vazio cada, constituindo assim o primeiro kilobyte atômico, com uma densidade de armazenamento 500 maior do que o estado da técnica aborda. O texto necessário para " organizar os átomos da maneira que quisermos ", em um padrão quadriculado. Este tributo autorreferencial à visão de Feynman foi coberto tanto por periódicos científicos quanto pela grande mídia.

Subprodutos de ficção

  • Em " The Tree of Time ", um conto publicado em 1964, Damon Knight usa a ideia de uma barreira que deve ser construída átomo por átomo (uma barreira de tempo, na história).

Edições

  • Feynman, Richard P. (2 de abril de 1960). "As maravilhas que aguardam um micro-microscópio". The Saturday Review . pp. 45–47.
  • Feynman, Richard P. (novembro de 1960). "Como construir um automóvel menor que este ponto" . Ciência popular . New York, New York: Popular Science Publishing Co., Inc. pp. 114-116, 230-232 . Página visitada em 08/07/2018 . Uma versão condensada da palestra.
  • Feynman, Richard P. (1961). "Há muito espaço no fundo". Em Gilbert, Horace D. (ed.). Miniaturização . Reinhold. pp. 282–296.
  • Feynman, RP (1 de março de 1992). “Há muito espaço na parte inferior (armazenamento de dados)”. Journal of Microelectromechanical Systems . 1 (1): 60–66. doi : 10.1109 / 84.128057 . S2CID  40094454 . Uma reimpressão da palestra.
  • Feynman, R. (1993). "Maquinaria infinitesimal" . Journal of Microelectromechanical Systems . 2 (1): 4–14. doi : 10.1109 / 84.232589 . S2CID  138577784 . Uma sequência de sua primeira palestra.

Veja também

Referências

links externos