Οι μικρομηχανές είναι μια από τις πιο ενδιαφέρουσες επαγγελίες της νανοτεχνολογίας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον προκαλούν δύο είδη νανομηχανών, που το ένα έχει ανάλογο στις μεγάλες μηχανές, ενώ το άλλο είναι εντελώς καινούριο. Το πρώτο είναι το υποβρύχιο νανοκλίμακας (μήκους μερικών δισεκατομμυριοστών του μέτρου ή μερικών εκατοντάδων ατόμων), που υποτίθεται ότι θα είναι χρήσιμο στην ιατρική, για να ταξιδεύει μέσα στο κυκλοφορικό σύστημα, να αναζητά τα άρρωστα κύτταρα και να τα καταστρέφει.

Το δεύτερο, ο λεγόμενος νανοσυναρμολογητής, είναι μια πιο ριζοσπαστική ιδέα. Υποτίθεται ότι θα αποτελεί τη μηχανή παντοκατασκευαστή, αφού θα μπορεί να κατασκευάσει οποιαδήποτε συσκευή, μεταξύ αυτών και τον ίδιο της τον εαυτό, με διαχείριση συστατικών σε ατομική κλίμακα. Φανταστείτε νανολαβίδες που θα «πιάνουν» άτομα και θα τα τοποθετούν εκεί ακριβώς που πρέπει για να κατασκευαστεί οτιδήποτε, άτομο το άτομο. Η κατασκευή μιας τηλεόρασης ή ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή θα μπορούσε να γίνει μέσα σε λίγες ώρες με αμελητέο κόστος. Αυτή η νανομηχανή έχει και τη σκοτεινή της πλευρά. Θα μπορούσε, σύμφωνα με μερικούς οραματιστές της νανοτεχνολογίας, να μετατρέψει τη Γη σε γκρι γλίνα: μυριάδες αυτοαναπαραγόμενων νανοσυναρμολογητών, που δε θα σταματούσαν να αναπαράγονται πριν εξαντληθούν όλα τα διαθέσιμα υλικά γύρω τους.

Η ίδια η ιδέα των νανομηχανών έχει βάση; Θα μπορέσουν ποτέ να κατασκευαστούν; Αν αυτό γίνει θα είναι συρρικνωμένες εκδόσεις των γνωστών σε όλους μεγάλων ξαδερφιών τους, ή θα λειτουργούν με εντελώς διαφορετικές αρχές; Μπορούν πράγματι να καταστρέψουν τη Γη;

Τι είναι μηχανή; Σύμφωνα με έναν από τους απλούστερους ορισμούς, μηχανή είναι μια συσκευή που επιτελεί ένα συγκεκριμένο έργο. Κάθε μηχανή έχει μια αρχιτεκτονική. Κατασκευάζεται με κάποια διαδικασία. Χρησιμοποιεί ενέργεια. Μια απλή μηχανή λειτουργεί με βάση πληροφορίες που ενσωματώθηκαν σ' αυτήν κατά την κατασκευή της. Αν και όταν μιλάμε για μηχανές εννοούμε κατασκευάσματα που σχεδίασε σκόπιμα ο άνθρωπος. Ενα πολύπλοκο μοριακό σύμπλεγμα που πραγματοποιεί μια λειτουργία θα μπορούσε να θεωρηθεί μηχανή, έστω κι αν είναι προϊόν της βιολογικής εξέλιξης και όχι ανθρώπινης πρόθεσης.

Με αυτή την έννοια, οι νανομηχανές ήδη υπάρχουν στη μορφή των μοριακών συστατικών των κυττάρων (όπως τα μόρια των πρωτεϊνών και του RNA, τα συμπλέγματα μορίων και οι οργανέλλες) και μάλιστα σε μεγάλο αριθμό και ποικιλία. Το ερώτημα, αν μπορούν να υπάρξουν οι νανομηχανές έχει ήδη απαντηθεί από τη φύση. Το ερώτημα που προκύπτει είναι: Ποια είναι τα πιο ενδιαφέροντα σχέδια για τις μελλοντικές νανομηχανές; Εμπεριέχουν κινδύνους και ποιους;

Τα κύτταρα περιέχουν μερικές μοριακές μηχανές που μοιάζουν με τις μηχανές ανθρώπινης κλίμακας: Τον ηλεκτροκινητήρα και την αλυσίδα συναρμολόγησης (βλέπε εικόνες). Αλλες μοριακές μηχανές δεν έχουν μακροσκοπικό ανάλογο, όπως στην περίπτωση της πρωτεΐνης που ξεδιπλώνει το DNA, όταν αυτό τυλιχτεί υπερβολικά. Ο τρόπος που κατασκευάζονται οι κυτταρικές οργανέλλες (μια αποτελεσματική σύνθεση μακρομορίων σε συνδυασμό με μοριακή αυτοσυναρμολόγηση) είναι ένα μοντέλο υψηλής οργάνωσης και οικονομίας πόρων, σε πλήρη αντίθεση με τον ακατέργαστο τρόπο που προβλέπεται να λειτουργεί ο μηχανικός νανοσυναρμολογητής.

Από τη σκοπιά της επιστήμης της χημείας, ο νανοσυναρμολογητής είναι απλώς ακατόρθωτος. Για να μπορούν οι λαβίδες του να πιάνουν άτομα με κάποια δεξιότητα θα πρέπει να είναι μικρότερες απ' αυτά, πράγμα αδύνατο αφού καθεμιά θα αποτελείται από τουλάχιστον τρία άτομα (το ανάλογο είναι η συναρμολόγηση ενός ρολογιού χωρίς εργαλεία, μόνο με τα δάχτυλά μας). Επιπλέον, τα άτομα έχουν την τάση να συνδέονται (να αντιδρούν χημικά) με άλλα άτομα. Σημαντική ποσότητα ενέργειας θα χρειαζόταν για να σπάνε αυτοί οι δεσμοί (πρόβλημα παροχής ενέργειας) και σημαντική ενέργεια θα απελευθερωνόταν όταν το άτομο θα τοποθετούνταν στη θέση του (πρόβλημα ψύξης). Αλλά μάλλον οι «λαβίδες» θα ήταν έτσι κι αλλιώς διαρκώς κολλημένες με κάτι, είτε το άτομο που μεταφέρουν, είτε το σημείο αποκόλλησής του, είτε το σημείο προσκόλλησής του (το ανάλογο είναι η συναρμολόγηση ενός ρολογιού που τα γραναζάκια του έχουν βουτηχτεί σε κόλλα).

Μήπως, όμως, το νανοϋποβρύχιο θα μπορούσε να λειτουργήσει; Τα μόρια του νερού θα ήταν, βέβαια, μικρότερα απ' αυτό, αλλά όχι αρκετά μικρότερα ώστε να μην του δημιουργεί πρόβλημα η θερμική τους κίνηση, που είναι ιδιαίτερα ορμητική σε νανοκλίμακα. Οι συγκρούσεις ενός αντικειμένου νανοκλίμακας με τα μόρια νερού το κάνουν να αναπηδά διαρκώς προς τη μια ή την άλλη κατεύθυνση, ένα φαινόμενο γνωστό από παλιά σαν κίνηση Μπράουν. Θα ήταν αδύνατο να κινηθεί το νανοϋποβρύχιο προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Τα ερυθρά και λευκά αιμοσφαίρια, αντικείμενα 10 έως 100 φορές πιο μεγάλα από ένα νανοϋποβρύχιο, δεν οδηγούν τον εαυτό τους προς κάποια κατεύθυνση, αλλά αφήνονται να τα παρασύρει το ρεύμα του αίματος. Για να μη σκεφτούμε το ογκώδες μικροεργαστήριο που θα έπρεπε να υπάρχει μέσα στο νανοϋποβρύχιο για να ανιχνεύει τα άρρωστα κύτταρα, το πρόβλημα της παροχής ενέργειας και πολλά άλλα.

Οσο για την καταστροφή της Γης από τις νανομηχανές, με μια έννοια τα βιολογικά κύτταρα έχουν ήδη «ρημάξει» τη Γη. Πριν εμφανιστεί η ζωή, ο πλανήτης μας ήταν πολύ διαφορετικός απ' ό,τι σήμερα. Η επιφάνειά του αποτελούνταν αποκλειστικά από ανόργανα συστατικά και η ατμόσφαιρά του ήταν πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα. Η ζωή μεταμόρφωσε ραγδαία τον πλανήτη: «Μόλυνε» την επιφάνειά του με μικροοργανισμούς, φυτά και οργανικά υλικά που παράγονται απ' αυτά, αφαίρεσε το μεγαλύτερο μέρος του διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και τη «δηλητηρίασε» με τεράστιες ποσότητες οξυγόνου που παρήγαγαν τα φυτά. Τα κύτταρα - αυτοαναπαραγόμενες συλλογές από μοριακές νανομηχανές - μεταμόρφωσαν εξ ολοκλήρου την επιφάνεια και την ατμόσφαιρα της Γης, αλλά κανένας δε σκέφτεται αυτή τη μεταμόρφωση σαν καταστροφή, ακριβώς γιατί ήταν απαραίτητη, για να δημιουργηθούν οι σημερινές συνθήκες που ζούμε. Ενας εξωτερικός παρατηρητής (μη γήινος) ίσως, βέβαια, να είχε άλλη άποψη πάνω στο θέμα.

Το όραμα του νανοσυναρμολογητή είναι πιο χρήσιμο σαν μια μεταφορά παρά σαν μια πραγματικότητα και είναι περισσότερο η ελπίδα για ένα θαύμα παρά μια λύση σε ένα πρόβλημα. Παίρνοντας υπόψη τους πολλούς περιορισμούς και τα προβλήματα στη λειτουργία των νανομηχανών, φαίνεται ότι αν και όταν κατασκευαστούν θα μοιάζουν περισσότερο με αρχαία βιολογικά συστήματα παρά με συσκευές που έχουν μηχανικά μέρη. Η βιολογία και η χημεία και όχι κάποιο εγχειρίδιο μηχανολογίας δείχνουν προς την κατεύθυνση που πρέπει να αναζητήσουμε απαντήσεις. Σ' αυτή την κατεύθυνση πρέπει να εστιάσουμε και τις ανησυχίες μας γύρω από οργανισμούς ή συσκευές που θα αναπαράγονται ανεξέλεγκτα. Η ζωή προσφέρει πληθώρα επιβεβαιωμένων σχεδίων και στρατηγικών στο χώρο των νανομηχανών. Καθώς καταπιανόμαστε με ένα δύσκολο αντικείμενο, είναι λογικό να μελετήσουμε κοντά σε κάποιο φτασμένο δάσκαλο, έστω κι αν αυτός είναι ένα βακτήριο.