A la fin des années 1950, Richard Feynman a imaginé une science célèbre où les chercheurs et les ingénieurs pourraient réaliser des exploits remarquables en manipulant la matière et en créant des structures jusqu'au niveau des atomes individuels.

Maintenant, plus de cinquante ans après "Il y a beaucoup de place en bas, " quatre éminents chercheurs -- David Awschalom, Angèle Belcher, Donald Eigler, et Michael Roukes -- partagent leurs réflexions sur l'avenir de la nanoscience et de la nanotechnologie. Dans un dialogue spécial avant un Symposium Kavli Futures sur le même sujet, les scientifiques se sont concentrés sur la façon dont la vision de Feyman pourrait évoluer au cours des cinquante prochaines années, en commençant par prendre la nanoscience dans une direction ascendante.

"Nous avons gagné des têtes de pont importantes dans la science, mais nous avons également fait très peu de progrès pour traduire cela vers ce que nous appelons souvent le "plein potentiel" de la nanotechnologie, " a déclaré Michael Roukes, professeur de physique, physique appliquée et bio-ingénierie à Caltech et co-directeur du Kavli Institute of Nanoscience. "En avant, Je pense que le défi est de franchir ce gouffre et... de traduire cela en choses qui affectent notre vie de tous les jours. [Il s'agira] d'utiliser les éléments constitutifs des atomes individuels, molécules, nanostructures individuelles, et les assembler dans des systèmes à plus grande échelle avec des fonctionnalités émergentes qui seront d'une grande utilité pour l'humanité. »

Roukes a expliqué qu'il y a beaucoup de choses très excitantes à pouvoir contrôler les choses à l'échelle atomique, puis - à partir du bas - - "revenir au milieu pour créer des systèmes complexes avec un contrôle incroyablement exquis sur ce que font ces systèmes complexes . ...[Un] domaine qui est absolument mûr pour des progrès incroyables est les sciences de la vie et la médecine, où les agrégations de nanodispositifs individuels pour créer des nanosystèmes nous permettront d'embrasser, plutôt que de fuir, la complexité des systèmes biologiques.

Ces avancées, a déclaré Roukes, pourrait "nous donner les outils, Je crois, pour comprendre et concevoir des circuits biologiques… et finalement, Je pense, donnera une base technologique pour la médecine personnalisée."

Donald Eigler est réputé pour ses travaux révolutionnaires dans la manipulation précise de la matière au niveau atomique. D'accord avec Roukes, Eigler a déclaré que l'impact des nanosciences en médecine « va croître considérablement au cours des 10 à 20 prochaines années, en particulier dans le domaine de la médecine régénérative. » Libérant son imagination, il pourrait aussi concevoir d'autres innovations, comme un jour « détourner les brillants mécanismes de la biologie » pour créer des nanosystèmes fonctionnels non biologiques. "Dans mes rêves, je peux imaginer un virus sans danger pour l'environnement, lequel, intentionnellement, fabrique et crache un additionneur 64 bits. Ensuite, nous coulons simplement l'effluent du virus sur nos puces et les additionneurs se fixent aux bons endroits.

"C'est un truc assez farfelu, mais je pense que c'est moins tiré par les cheveux que Feynman en 59."

Angela Belcher est largement connue pour son travail sur l'évolution de nouveaux matériaux pour l'énergie, l'électronique et l'environnement. Professeur d'énergie W. M. Keck, Science et génie des matériaux et génie biologique au Massachusetts Institute of Technology, Belcher pense que le grand impact de la nanotechnologie et de la nanoscience sera dans la fabrication - en particulier la fabrication propre de matériaux avec de nouvelles voies de synthèse des matériaux, moins de déchets et de matériaux d'auto-assemblage. "Ça se passe en ce moment, si vous regardez la fabrication de certains matériaux pour, dire, batteries pour véhicules, qui est basé sur la nanostructuration des matériaux et l'obtention de la bonne combinaison de matériaux à l'échelle nanométrique. Imaginez quel impact cela pourrait avoir sur l'environnement en termes de réduction des combustibles fossiles. Donc, la fabrication propre est un domaine où je pense que nous verrons certainement des progrès au cours des 10 prochaines années. »

David Awschalom est professeur de physique, électrique, et génie informatique à l'Université de Californie, Santa Barbara. Pionnier dans le domaine de la spintronique des semi-conducteurs, dans les dix ou deux prochaines années, Awchalom aimerait voir l'émergence d'une véritable technologie quantique. "Je pense à d'éventuels systèmes multifonctionnels qui combinent logique, espace de rangement, communication en tant qu'objets quantiques puissants basés sur des particules uniques dans la nature. Et si cela est enraciné dans un système biologique, ou un système chimique, ou un système à semi-conducteurs peut ne pas avoir d'importance et peut conduire à des applications révolutionnaires dans la technologie, Médicament, énergie, ou d'autres domaines." Awschalom a également expliqué comment il s'attend à ce que les nanosciences transforment d'autres domaines. "Je crois que le large parapluie de la nanoscience dissout rapidement les barrières traditionnelles [entre les disciplines scientifiques]."