Μιλώντας για νανοτεχνολογία σήμερα, 18 χρόνια μετά την καθιέρωση του όρου και γενικότερα αυτού του πεδίου τεχνολογικών εφαρμογών, αναφερόμαστε κυρίως σε ηλεκτρονικά κυκλώματα νανοκλίμακας, ή σε νανοσωματίδια που παίζουν κάποιο ειδικό ρόλο σε ορυκτέλαια, αντιηλιακά κ.τ.λ. Εχουν κατασκευαστεί και κάποιες μικροσκοπικές μηχανές, με πειραματική, αλλά όχι πρακτική σημασία. Ποιος θα περίμενε, λοιπόν, ότι η πρώτη πλήρως λειτουργική νανοσυσκευή, μια συσκευή με μετρήσιμη επίδραση στο μακρόκοσμο, θα ήταν τελικά ...ένα ραδιόφωνο.

Το ραδιόφωνο νανοσωλήνα άνθρακα που εφηύραν το 2007 ο φυσικός Αλεξ Ζεττλ και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνια πετυχαίνει κάτι εκπληκτικό και απρόσμενο: Eνας και μόνο νανοσωλήνας συντονίζεται στο ηλεκτρομαγνητικό σήμα που εκπέμπει κάποιος ραδιοφωνικός σταθμός, το ενισχύει, το μετατρέπει σε ηχητικό σήμα (το αποδιαμορφώνει) και το στέλνει σε ένα μεγάφωνο όπου μπορεί να ακουστεί καθαρά. Αν σας φαίνεται απίστευτο μπορείτε να επισκεφθείτε την ηλεκτρονική διεύθυνση: http://www.physics.berkeley.edu/research/zettl/projects/nanoradio/radio.html για να το ακούσετε με τα αυτιά σας και να το δείτε με τα μάτια σας. Γιατί το νανοραδιόφωνο είναι το μόνο ραδιόφωνο που κυριολεκτικά μπορείς όχι μόνο να το ακούσεις, αλλά και να το δεις να λειτουργεί!

Σύμφωνα με τους κατασκευαστές του, το νανοραδιόφωνο μπορεί να γίνει η βάση για πολλές εφαρμογές στην καθημερινότητα, όπως βοηθήματα για τη βαρηκοΐα, κινητά τηλέφωνα και ραδιόφωνα που να χωράνε ολόκληρα μέσα στον ακουστικό πόρο (σ.σ. αλίμονο!). Επειδή ουσιαστικά επιτρέπει την τηλεπικοινωνία από το μακρόκοσμο με νανοσυσκευές μέσα στον ανθρώπινο οργανισμό, ορισμένοι φτάνουν να δουν εφαρμογές του σε συστήματα διεπαφής με εγκεφαλικές ή μυικές λειτουργίες, ακόμα και έλεγχο νανοσυσκευών που θα κολυμπούν μέσα στο κυκλοφορικό σύστημα του ανθρώπου για να μεταφέρουν φάρμακα στο κατάλληλο σημείο ή να προειδοποιούν για επερχόμενες ασθένειες.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν εξαιρετικές ιδιότητες. Κατασκευάζονται σε διάφορα μεγέθη και σχήματα. Αλλοι έχουν μονοστρωματικό τοίχωμα, άλλοι διστρωματικό και άλλοι πολυστρωματικό. Μερικοί είναι ίσιοι, μερικοί έχουν σχήμα τόξου κύκλου και άλλοι σχηματίζουν δακτυλίους. Σε όλες τις παραλλαγές επιδεικνύουν μεγάλη αντοχή στον εφελκυσμό (τράβηγμα από τα δύο άκρα), γιατί η δύναμη που συγκρατεί τα άτομα του άνθρακα στο πλέγμα του νανοσωλήνα είναι ο ισχυρότερος δεσμός στη φύση. Επιπλέον, οι νανοσωλήνες είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού.

Ενα απλό ραδιόφωνο χαμηλής πιστότητας αποτελείται από τέσσερα βασικά μέρη: Μια κατάλληλη κεραία που να συλλαμβάνει τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα των ραδιοφωνικών σταθμών, ένα σύστημα συντονισμού σε κάποιο συγκεκριμένο σταθμό, έναν ενισχυτή που αυξάνει την ένταση του σήματος και έναν αποδιαμορφωτή, που διαχωρίζει το ηχητικό σήμα από το φέρον κύμα μέσω του οποίου μεταδίδεται. Το ηχητικό σήμα (με μορφή ηλεκτρικού κύματος) μεταφέρεται σε κάποιο μεγάφωνο, όπου τελικά παράγεται ο ήχος που εκπέμφθηκε από το σταθμό.

Ο νανοσωλήνας άνθρακα που είναι ο πυρήνας του νανοραδιοφώνου, αποδείχτηκε συνδυασμός τέτοιων εξαιρετικά ευνοϊκών χημικών, γεωμετρικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων, ώστε όταν τοποθετήθηκε ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια, αυτό το μικροσκοπικό στοιχείο πέτυχε και τις τέσσερις λειτουργίες που απαιτεί ένας ραδιοφωνικός δέκτης. Δεν χρειάστηκε κανένα άλλο εξάρτημα!

Ο Ζεττλ και οι συνάδελφοί του κατασκεύασαν ένα πολυστρωματικό νανοσωλήνα στην άκρη ενός ηλεκτροδίου, μια διάταξη όπου ο νανοσωλήνας μοιάζει με ιστό σημαίας στην κορυφή ενός λόφου. Επέλεξαν πολυστρωματικό νανοσωλήνα επειδή μπορούσε να είναι μεγαλύτερος από άλλα είδη νανοσωλήνων και ήταν ευκολότερο να προσαρμοστεί στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου. Ο νανοσωλήνας που χρησιμοποίησαν αρχικά είχε μήκος 500 νανόμετρα και διάμετρο 10 (περίπου όσο και ένας βιολογικός ιός). Σε μικρή απόσταση από την ελεύθερη άκρη του τοποθέτησαν κοίλο ηλεκτρόδιο, ώστε εφαρμόζοντας μικρή διαφορά δυναμικού και αξιοποιώντας ένα κβαντομηχανικό φαινόμενο να πετύχουν ροή ηλεκτρονίων μέσα από το διάκενο ανάμεσα στην άκρη του νανοσωλήνα και το κοίλο ηλεκτρόδιο.

Σε ένα κανονικό ραδιόφωνο, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα επάγουν ένα ασθενές ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στην κεραία, η οποία παραμένει σταθερή. Οι νανοσωλήνες, όμως, είναι τόσο ευαίσθητοι και ελαφριοί, ώστε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που πέφτουν πάνω τους μπορούν να τους προκαλέσουν μηχανική ταλάντωση. Στο νανοκόσμο η βαρύτητα και η δύναμη της αδράνειας παίζουν ασήμαντο ρόλο, ενώ κυριαρχούν οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Η ταλάντωση του νανοσωλήνα μεταβάλλει την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος εκπομπής πεδίου, κατά το οποίο ακόμα και μια μικρή διαφορά δυναμικού προκαλεί μεγάλη ροή ηλεκτρονίων από μια ακίδα σε κοντινό αντιηλεκτρόδιο. Ετσι ο νανοσωλήνας εκτός από κεραία λειτουργεί και ως ενισχυτής.

Στα συμβατικά ραδιόφωνα, η αποδιαμόρφωση, δηλαδή ο διαχωρισμός από το φέρον κύμα, του ενσωματωμένου σ' αυτό κύματος με τη μεταφερόμενη πληροφορία, γίνεται από ένα κύκλωμα ανόρθωσης και φιλτραρίσματος, με τη βοήθεια κατ' ελάχιστον μιας διόδου και ενός πυκνωτή. Ομως η ανόρθωση είναι ένα από τα χαρακτηριστικά του κβαντομηχανικού φαινομένου της εκπομπής πεδίου, που σημαίνει ότι αυτόματα η ηλεκτρική διακύμανση που προκαλείται από την ταλάντωση του νανοσωλήνα αντιστοιχεί μόνο στο ηχητικό τμήμα του ραδιοφωνικού σήματος. Τέλος, ο συντονισμός σε κάποιο σταθμό που στα κανονικά ραδιόφωνα γίνεται με τη βοήθεια ενός μεταβλητού πυκνωτή, στο νανοραδιόφωνο πετυχαίνεται με το τέντωμα του νανοσωλήνα - κάτω από την επίδραση διαφορετικής ισχύος ηλεκτρικού πεδίου - σα να ήταν χορδή κιθάρας.

Με κάποιες τροποποιήσεις, οι ερευνητές πέτυχαν τελικά να χρησιμοποιήσουν το νανοραδιόφωνο και ως πομπό με εμβέλεια αρκετών μέτρων.