Nye materialer vil forandre verden

Gennem menneskets historie har nye materialer revolutioneret vores verden. Når håndværkere, fabrikanter og videnskabsfolk har fået nye materialer – tekstil, gummi, rustfrit stål, lithium – til rådighed, er det blevet muligt at skabe tøj, bildæk og smartphones, der før ikke havde været muligt.

Men hvad bliver det næste nye materiale, som vil ændre og forme den verden, der omgiver os?

Det er et af de store spørgsmål, som topforskere fra hele verden skal diskutere, når ESOF2014-konferencen trækker dem til København 21. til 26. juni. ESOF står for Euroscience Open Forum og konferencen afholdes samtidig med Science in the City-festivalen, der er åben for offentligheden og gratis.

Konferencen tager fat i otte store temaer inden for videnskaben, og diskussionen om materialer er et af dem under navnet ’Materials and Virtual World’. En af forskerne, der skal tale om fremtidens materialer er Karin Margarita Frei, der er seniorforsker på Nationalmuseet og forsker i bl.a. tekstiler – altså stoffer der er vævet, strikket eller filtet.

Hendes forskning viser, hvordan et materiale med årtusinder på bagen kan finde en ny anvendelse i en forskers hænder. Men hendes forskning i tekstilernes historie sætter også fokus på, hvor afgørende menneskers liv blev revolutioneret, da tekstiler blev opfundet som materiale.

»Der åbnede sig en helt ny verden. Mennesket kunne bo mange flere steder, fordi det fik noget tøj at tage på og tøj er nødvendigt for at overleve kolde steder,« siger Karin Margarita Frei.

Tekstil-forskning giver retsmedicinere svar

Samtidig med at det nye materiale altså gjorde det muligt at rejse til nye og koldere egne, forandrede det også samfundet.

»Uld blev en vare, der var luksuriøs, da man gik fra skindtøj til at kunne spinne og væve uld. Det var ikke noget, man bare lige havde og det krævede en kæmpe bearbejdning. For at få de bedste tekstiler rejste handelsfolk, og det skabte nogle kulturmøder, der ikke havde været der, hvis materialet ikke var kommet til. Samfundet blev udviklet,« siger Karin Margarita Frei.

Karin Margarita Frei har fulgt tekstilernes bevægelser gennem fortidens landskab ved at måle strontium-isotoper, som hun har påvist også kan måles i uld-tekstiler, som jo er hår fra dyr. Målingen af isotoperne kan give hende meget præcise informationer om, hvor ulden kommer fra, fordi den fortæller, hvor dyret har opholdt sig, mens håret har groet.

Men Karin Margarita Freis forskning tjener ikke bare som eksempel på, hvor stor betydning et nyt materiale kan have. Det viser også, hvordan videnskaben kan videreudvikle forståelsen af et materiale. For mens Karin Margarita Frei har brugt strontium-isotoper til at finde detaljerede oplysninger om fortidens tekstiler, så kan hendes viden også bruges i moderne retsmedicin på menneskehår og kortlægge, hvor en person har opholdt sig i den periode, håret voksede.

»Vi kommer til at kunne svare på nogle ting, som der ikke er andre metoder, der har kan svare på. Det giver nogle helt nye muligheder,«"siger Karin Margarita Frei.

DNA-harddiske kan overleve i årtusinder

Men diskussionen på ESOF-konferencen kommer ikke kun til at handle om fortiden. Dr. Nick Goldman, der er seniorforsker ved European Molecular Biology Laboratorys center i Storbritannien, skal tale om sin banebrydende forskning i et af fremtidens materialer. Han og hans team af forskere har vist, at man kan gemme computerdata i DNA-molekyler.

»DNA som kemisk molekyle har eksisteret i milliarder af år, men det nye er, at mennesker kan bruge det til noget brugbart. Det er det samme med andre materialer: Mennesket opfandt ikke jern, men det er kun få hundrede år siden, vi lærte at bruge det rigtigt effektivt. Så jeg mener godt, vi kan sige, at DNA er et nyt materiale,«"siger han.

Nick Goldman udnytter, at DNA-molekyler er opbygget af fire nukleotider – A, G, T og C – i en bestemt rækkefølge, mens en traditionel computerhukommelse er opbygget af kontakter, der står på enten 1 eller 0 i en bestemt rækkefølge. Ved at omskrive et computerprogram fra 1 og 0 til A, G, T og C har hans forskerhold kunnet gemme et billede, en lydoptagelse og Shakespeares sonetter i DNA-strimler og senere kunnet aflæse dem igen fra molekylerne.

»DNA skal ideelt opbevares mørkt, tørt og koldt – under de forhold kan de overleve i tusinder af år. En computerharddisk holder 3-5 år, en dvd måske 10 år. Hvis du har en diskette, er der formentlig ikke længere nogen computere, der kan aflæse din data, fordi teknologien udvikler sig. Men der vil altid være en maskine, der kan aflæse DNA, så længe mennesket er interesseret i sit helbred og hvor vi kommer fra," siger Nick Goldman.

Han understreger, at forskergruppens DNA med opbevarede data ikke kommer til at påvirke levende organismer, og at hans forskning udelukkende bruger DNA-molekylerne til et andet formål.

Kvantecomputere vil give sikker kommunikation

Endnu en udfordring for forskerne på ESOF2014-konferencen er at finde det rette materiale til udviklingen af nye teknologier, fortæller Elham Kashefi. Hun er lektor på School of Informatics på University of Edinburgh og forsker i kvantecomputere – altså computere, der modsat normale digitale computere gør brug af kvantemekanik til at behandle data og derfor kan foretage beregninger langt hurtigere.

»Vi er nødt til at bygge en computer, som følger kvantefysikkens love. Det vil gøre systemet langt mere sikkert og hurtigt. Men den anden side af historien er, at vi skal bygge et mikroskopisk system, som virker – en klassisk computer med klassiske transistorer har ikke de kvantemekaniske egenskaber,« siger Elham Kashefi. Ud over den øgede beregningshastighed er fordelen ved kvantecomputere, at de kan sikre sikker kommunikation.

»Hvis du har en normal computer og aflæser et 0 eller 1, så vil de stadig være 0 eller 1, men hvis du har en polariseret foton og aflæser den, så vil din aflæsning ændre den. Hvis du er hacker, så gør kvantemekanikken, at når du aflæser systemet, så vil du også forstyrre og ændre det. Og så vil en alarm lyde i den anden ende,«"siger Elham Kashefi.

Men mens det er lykkedes forskere at skabe små kvantecomputere, er det stadig en udfordring at bygge dem større og samtidig få dem til at virke, fortæller Elham Kashefi. Det er endnu en udfordring at bygge computerne af et materiale, der ikke forstyrrer kvantemekanikken.

»Nogle materialer har vist sig at være bedre end andre, men jeg vil ikke sige, at vi ved endnu, hvad der er det bedste materiale,«"siger Elham Kashefi.

Du kan læse mere om de tre forskeres oplæg på ESOF2014-konferencen og om de øvrige taler inden for Materials and Virtual World-temaet på www.esof2014.org.

Du kan også blive inspireret af filmen herunder eller vores artikelsamling om fremtidens materialer.

Video: Alphafilm