Physik: Neue Werkstoffe und mehr Geld als Bill Gates

Buckminster Fuller zu Ehren wurden bestimmte Kohlenstoffmolekühle „Fullerene“ getauft. Sie sind ebenfalls bekannt unter dem Namen Bucky Balls. Im Grunde genommen nichts anderes als Kohlenstoff. Der Kohlenstoff, der sich in unserem Leben sowieso schon äußerst interessant darstellt. Er kommt als Grapith in jedem Bleistift vor und jeder von uns hat schon damit gearbeitet. Unter großem Druck – sehr großem Druck und diesen sehr lange – wandelt sich Graphit zu einem anderen Stoff den wir alle kennen: Diamanten. Zugegeben, die wenigsten besitzen diese Art des Graphits, zumindest nicht in großen Mengen.
Es hat mich schon als Kind fasziniert, dass aus einfachem Kohlenstoff der wertvollste Stein der Welt entstehen kann. Die Bleistiftmine und der Diamant bestehen beide aus dem gleichen chemischen Stoff, nämlich reinem Kohlenstoff. Einzig die Anordnung der Molekühle ist anders und dadurch die Eigenschaften des Kohlenstoff sehr unterschiedlich. Und wenn ich bisher dachte, dass sei faszinierend, so haben die Forscher in den letzten Jahren etwas entdeckt was noch spannender ist. Man kann diese einzelnen Kohlenstoffmolekühle nämlich vorsätzlich in bestimmten Mustern zusammenbauen und dann werden daraus Supermoleküle (in der Fachsprache Makromoleküle) mit fantastischen Eigenschaften. Sie werden zu den so genannten Bucky Balls oder Fullerenen kombiniert. Das sagte mir erst einmal gar nix. Buckminster Fuller war ein amerikanischer Architekt, der herausgefunden hatte wie man eine sehr stabile selbsthaltende Kuppel aus fünf- und sechseckigen Teilen zusammen bauen kann. Diese so genannten geodätischen Kuppeln wurden von ihm in den 50 Jahren des letzten Jahrhunderts erfunden und zum Patent angemeldet. Eine Revolution in der Bauwirtschaft.

Was hat ein Architekt mit Chemie zu tun?

Die Makromolekühle, die aus 60, 70, 76, 80, 82, 84, 86, 90 oder 94 Kohlenstoffmolekülen bestehen, sind ebenfalls sehr stabil und sehr belastbar. Und sie bestehen aus reinem Kohlenstoff und ähneln in der Formgebung den geodätischen Kuppeln von Buckminster Fuller. Eine solche Kuppel ist kann man sich leicht als einen halbierten Fußball vorstellen, denn der besteht aus 2 halben geodätischen Kuppeln. Man kann auch sagen, dass die Kohlenstofffullerene wie Fußbälle aussehen, allerdings einige Millionen mal kleiner. Und hier ist der Hit: Man kann sie immer weiter aneinander bauen, so dass größere Strukturen daraus entstehen!

Was das bedeutet? Nun, stell dir einmal vor eine solche größere Struktur ist eine Leitplanke. Und jetzt stell die weiter vor, dass es keine molekulare Maschinen gibt, die solche Bucky Balls herstellen und aneinander bauen. Der benötige Kohlenstoff wird von diesen Maschinen, die auch unter dem Namen Nanomaschinen oder Nanobots bekannt sind, aus den CO2 Molekühlen aus der Luft genommen. Vielleicht hört sich dieser Gedanke, den ich hier gerade niederschreibe ja ein bisschen banal und selbstverständlich an. Für mich jedenfalls nicht, denn diese Technik wir unser Leben und unsere Zukunft sehr wesentlich verändern.

Eine Leitplanke wächst aus dem Nichts.

Ich will es nochmal genauer erklären: Kleine, aus einzelnen Molekülen zusammengesetzte Maschinen bauen aus dem Kohlenstoff, der zum Beispiel in der Luft als CO2 vorkommt, große Makromoleküle zu einzelnen Fullerenen zusammen. Das ist der Schritt 1. Dann, im Schritt 2 werden diesen dann zu größere Strukturen, wie zum Beispiel Leitplanken zusammen gebaut. Man nehme also eine Strasse und setzt an den Rand dieser Strasse ein mikroskopisch kleines Etwas, einen Nanobot, der dann den umliegenden Kohlenstoff zu einem Bucky Ball zusammen baut. Dann den nächsten und dann immer so weiter. Ausserdem verbindet der Nanobot die Bucky Balls zu größeren Einheiten und zwar solange bis eine Leitplanke daraus entsteht. Es sieht also so aus als ob am Rande der Strasse, sozusagen aus dem Nichts, eine Leitplanke wächst.Jetzt übertrage diesen Gedanken einfach auf andere Dinge, die die Bots bauen könnten und du weißt, dass die Welt in Zukunft anders sein wird als wir sie heute kennen.Das besonderen an den Bucky Balls ist einerseits ihre enorme Stabilität und andererseits gleichzeitig die Elastizität. Und deshalb prognostiziere ich für die Zukunft folgendes: In Zukunft werden eine Menge neuer Berufsfelder sich mit der Statik und der Architektur von Kohlenstoffverbindungen die aus Bucky Balls aufgebaut sind beschäftigen um die hervorragenden Eigenschaften nutzbringend einzusetzen. Dadurch wird eine sehr grosse Industrie mit enormen Umsätzen entstehen.

Vertrauen ist gut, Kontrolle absolut notwendig.

Bevor das in großem Maße geschehen kann, müssen jedoch die Forscher noch ein paar Probleme lösen. So wird es sicher sehr lange dauern, bis ein Nanobot die Leitplanke gebaut hat. Immerhin ist es ja eine Maschine auf Molekülgröße, die keine Leitplanken heben kann. Die Lösung – und auch die große Gefahr – liegt nun darin, dass man zunächst Nanobots baut, die wieder neue Nanobots bauen, die zum Bau von Bucky Balls und dem folgenden Leitplankenbau geeignet sind. Habt der erste Bot nun einen zweiten Bot gebaut und diese beiden dann zwei weitere Neue sind schon vier Helfer entstanden. Auch sozusagen aus dem Nichts.

Und da liegt die grosse Gefahr. Die Gefahr, die als das Grey-Go-Problem, bezeichnet wird und die mit der Zerstörung der Erde aufhört. Tatsächlich entstehen nämlich diese Bot nicht aus dem Nichts sondern aus Atomen und Molekülen, die aus der Umgebung stammen. Irgendwo werden also Atome aus anderen Molekülen ausgelöst und zu einem Bot zusammengebaut. Durch den Verdoppelungsmechanismus, also einer baut einen weiteren und diese beiden dann 2 weiter und diese 4 dann 8 weitere, entsteht ein quadratisches Wachstum. Mit diesem Problem habe sich in der Menschheitsgeschichte schon einige rum geschlagen. Das bekanntestes Beispiel ist der Berater des Königs, dem der König einen Wunsch erfüllen wollte. Der Berater bat nur darum, dass er ein Schachbrett voller Reiskörner erhalten wollte. Allerdings sollte die Anzahl der Körner von Feld zu Feld verdoppelt werden. Im ersten Feld war es also nur 1 Reiskorn, dann 2 und dann 4, 8, 16 und so weiter. Großzügig stimmte der König zu, nur um herauszufinden, dass es im ganzen Königreich nicht genügend Reis gab um die letzten Felder zu füllen. Das ist das Problem einer quadratischen Reihe.Und dies Problem haben wir auch mit den Nanobot, die immer mehr Atome aus anderen Stoffen herauslösen müssen um neue Bots zu bauen. Selbst wenn wir hier über Atome und Moleküle reden, also super winzige Teile, wird die Zahl der verwendeten Atome irgendwann, und zwar sehr schnell, so gross sein, dass die Bots alles was in ihre Nähe kommt zu Nanobot verwandeln werden und dann werden alle Atome umgewandelt; alle Atome, auch die Atome, die zuvor Gräser waren oder Tiere oder auch Menschen und es entstehen Abertrilliarden Nanobots. Und weil in den Bots oft Kohlenstoff verbaut ist, hat man diese Gefahr den Namen Grey-Go-Problem gegeben, weil Graphit grau ist und sozusagen eine grauer Schleier sich immer weiter ausdehnt. Dabei wird alles was zu fassen ist in grauen Schleim verwandelt und ganz zum Schluss eben die ganze Erde von diesem Schleim, also den Nanobots überzogen ist, die Leitblanken bauen, auf die wir dann auch verzichten können.

Kernfusion und Nanobots – gleiche Aufgabenstellung.

Dieses Problem gilt es zu lösen. Der Prozess muss gesteuert und kontrolliert werden. Sonst ist es eine nette aber sinnlose Idee, ganz so wie die Kernfusion die Lösung der Energieproblem der Erde ist oder eben das Ende der Welt, wenn eine Kernfusion ausser Kontrolle gerät. Wie könnte eine solche Lösung aussehen? Im Grunde brauchen wir ein Programm, eine Software, die den Prozess berechnet und vorgibt wie viele Replikate hergestellt werden. Ein zweiter Prozess Schritt wäre dann die Anweisung wie die Buckballs zu strukturiert und zusammen gebaut werden müssen, damit Leitplanken entstehen. Zudem muss noch die Richtung des Leitplanken Wachstums vorgegeben werden, da Strassen in der Regel nicht genau geradeaus verlaufen. Anstelle einer Software könnten Teile der Lösung ggf. auch auf molekulare Ebene gefunden werden. Ich kann keine Lösung bieten jedoch ein Schlagwort, welches eine Freundin von mir ins Spiel brachte (Danke Maria): DNA. Also ein molekularer Code, der den Zusammenbau der einzelnen Moleküle und Atome verantwortet und der irgendwo Sollbruchstellen beinhaltet an denen der Prozess gestoppt werden kann oder stoppt. Die DNA-Kette wird solange zu neuen Bots zusammengesetzt bis die Sollbruchstelle erreicht wird. Dann muss das Molekül an einer anderen Stelle schauen und eine bestimmte Information erhalten, damit diese Sollbruchstelle sozusagen gekittet wird. Falls diese Information, die zum Beispiel ein Atom sein kann, was aus einen anderen Molekül ausgelöst wird, nicht mehr vorhanden ist, kann diese Bruchstelle unter keinen Umständen überwunden werden und der Wachstumsprozess ist sicher beendet. Das Steuer-DNA-Modul, welches die Atome beinhaltet, die die Bruchstellen kitten muss also ein Molekül sein, welches in der Natur nicht vorkommt, damit es nicht zufällig durch eine herumschwirrendes Molekül ersetzt wird und der Prozess sich dann doch wieder automatisch fortsetzt und das Grey-Go-Problem entsteht. Vielleicht eigen sich dazu radioaktive Substanzen mit kleiner Halbwertszeit die sich in kontrollierten Rahmen auflösen und dadurch den Prozess stoppen. Der Vorteil von radioaktiven Substanzen ist, dass die meisten in der Natur nicht vorkommen und somit ein Automatismus unterbunden werden kann.Das natürlich nur ein Lösungsweg, besser gesagt eine mögliche Richtung. Ich bin jedoch überzeugt, dass die Zukunft in diesen Bereich liegt. Bucky Balls werden unsere Zukunft beherrschen.

Reicher als Bill Gates.

Und wie kann man damit Geld verdienen? Wie kann man damit reicher werden als Bill Gates? Nun, darauf habe ich eine definitive Antwort. Derjenige, der es schafft diese oben geschilderten Prozesse sicher zu steuern und diese Wissen dann so geheim hält wie die Formel für Coca Cola, der kann damit Milliarden verdienen. Denn über eins müssen wir uns natürlich im Klaren sein: Leitplanken sind eher triviale Dinge.

Natürlich geht die Entwicklung wieder mal zu Lasten von vielen Tausenden von Arbeitsplätzen. Denn wir werden keine Arbeiter mehr brauchen die Stahl erzeugen und zu Leitplanken formen. Wir brauchen keine Spediteure mehr, die die Leitplanken von LKWs zu dem Einsatzort fahren und wir brauchen keine Arbeiter mehr, die die Leitplanken mühevoll an der Autobahn entlang aufbauen. Dafür brauchen wir Ingenieure und Techniker, Statiker, Chemiker und Physiker, die diese Nanobots betreuen und berechnen. Insgesamt wird sich also der Arbeitnehmer noch weiter qualifizieren müssen. Aber das ist so oder so unvermeidlich und ich werde mich mit diesem sozialen Problemen an anderer Stelle beschäftigen.

Zur Zeit bin ich fasziniert von Bucky Balls. Denn über eins müssen wir uns natürlich im Klaren sein: Leitplanken sind tatsächlich triviale Dinge. Wie wäre es mit Häusern und Wolkenkratzern aus Fullerenen? Oder Türmen, die bis in den Weltraum ragen und stabil und elastisch genug sind gegen Wind, Wetter und extreme Temperaturen zu trotzen. Am Ende der Türme befinden sich Sonnensegel, die aus dem ungefiltert mit hoher Energie eintreffenden Sonnenlicht Strom erzeugen und somit auch das Energieproblem der Menschheit lösen. Wie gesagt, ich bin fasziniert von der Zukunft.