На главную страницу        >>>
  

 

 

Конструирование мира

Комментарии Версия для печати
Каким образом образуются сочные овощи и сладкие фрукты? Почему, бросая зернышко в кучу навоза, мы в итоге получаем сладкую клубнику?



Дело в том, что практически все вещества в этом мире состоят из одних и тех же атомов. И лишь упорядоченность атомов определяет, какое вещество мы в итоге получим. Задавшись как-то вопросом - почему бы не научиться самим менять эти атомы в произвольном порядке, ученые создали нанотехнологии.

История нанотехнологий началась в 1959 году, когда нобелевский лауреат Ричард Фейнман произнес буквально следующее: "Насколько я знаю, ни один физический или химический закон не мешает нам менять взаимное положение атомов". Из теории, разработанной Фейнманом, следует, что с помощью нанотехнологий можно создать практически все что угодно. В бетонной стене точно такие же атомы, как и в танке, следовательно, из стены можно сделать танк. Такая схема работает, правда, не для всех веществ. Например, из дистиллированной воды танк сделать нельзя, так как в ней не содержатся атомы углерода, необходимые для создания танка. Тем не менее нанотехнологии - настоящий прорыв в науке, да и в жизни вообще. Защита озонового слоя, производство любой ткани, любого вида топлива, физическое бессмертие организма - вот лишь краткий список того, что может привнести в нашу жизнь эта область науки.

"Атомы, упорядоченные одним образом, образуют почву, воздух и воду; упорядоченные другим - спелую землянику. Упорядоченные одним образом они образуют дома и свежий воздух; упорядоченные другим, они образуют золу и дым. Но законы природы дают большие возможности для прогресса, конкуренция толкает нас вперед. Хорошо это или плохо, но самое большое технологическое достижение в истории ожидает нас впереди", - считает Эрик Дрекслер, американский физик, футуролог и один из теоретиков в области нанотехнологий (см. его книгу "Машины создания. Грядущая эра нанотехнологии" по адресу www.foresight.org/EOC).

Согласно теории ученых из Института предвидения, возглавляемого Дрекслером, для того чтобы собирать из отдельных атомов нужные нам вещества, необходимо разработать миниатюрных роботов. Эти роботы сами должны состоять из небольшого количества атомов - нескольких сотен или тысяч, чтобы действовать в клетках человека. Уже сейчас генные инженеры могут программировать бактерии на создание белков от человеческого гормона роста до ренина, фермента, используемого в создании сыра. А фармацевтическая компания Eli Lilly в настоящее время продвигает на рынок хьюмулин - молекулы инсулина человека, произведенные бактериями.
Человечество уже встало на путь конструирования белков. Но, несмотря на универсальность, белок имеет недостатки как технический материал. Подобные белковые машины перестают функционировать при высушивании, замерзают при охлаждении и свариваются при нагревании. Поэтому в будущем предпочтение отдадут протеиновым машинам, которые способны строить более прочные вещества, чем белки. И вот как только нанотехнологии двинутся дальше использования белков, они станут проще в применении с точки зрения инженера. Молекулы будут собираться подобно детскому конструктору.

Что нам дадут нанотехнологии? Прежде всего способность создавать любые вещества буквально из ничего. Взять, к примеру, создание твердых тел с измененной молекулярной структурой, что на практике даст сверхпрочные металлы, ткани и пластмассы. Здесь уже можно на полном серьезе вспомнить о самовосстанавливающихся материалах, разговоры о которых до сегодняшнего момента велись лишь в фантастических романах. Такой материал больше не будет нуждаться в ремонте, умные нанороботы, живущие в нем, сами распознают поломку и тут же приступят к исправлению дефекта. Создание новых химических веществ перестанет быть проблемой, поскольку все соединения будут происходить без химических реакций. Такое применение нанотехнологий даст массу новых лекарств, которые врачи будут сами "настраивать" под пациента, исходя из его болезни. А впоследствии и подобные лекарства не понадобятся: наступит эпоха наномедицины.

По определению ведущего ученого в данной области Р. Фрейтаса, наномедицина - это "слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя разработанные наноустройства и наноструктуры". В действительности наномедицины пока еще не существует, есть лишь нанопроекты, воплощение которых в медицину, в конечном итоге, и даст результат. Ученые прогнозируют создание молекулярных роботов-врачей, которые будут жить внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения или предотвращая возникновение таковых. Предположительно, они появятся уже в первой половине XXI века. Для достижения этой цели человечеству осталось решить три основных вопроса.

1. Разработать и создать молекулярных роботов, которые будут ремонтировать молекулы.
2. Разработать и создать нанокомпьютеры, которые будут управлять наномашинами.
3. Создать полное описание всех молекул в теле человека, иначе говоря, создать карту человеческого организма на атомном уровне.

Могут ли нанотехнологии стать опасными для человека? Большинство ученых, конечно же, отгоняют от себя подобные мысли. Однако совсем недавно Билл Джой, один из основателей Sun Microsystems потряс мировую общественность своим призывом к запрету или ограничению развития технологий, которые могут быть слишком опасны. Его поддержали и другие ученые. В июне группа нанотехнологов из Института предвидения заявила, что стремительный рост нанотехнологий выходит из-под контроля. Но вместо простого запрета они предложили установить правительственный контроль над опасными исследованиями. Такой надзор, по их мнению, может предотвратить случайную катастрофу в этой области.

Но в чем же все-таки опасность нанотехнологий? Дело в том, что скоро миниатюрные ассемблеры (нанороботы) смогут приводить в движение линии сборки атомных масштабов, производя практически любой воображаемый продукт, будь то машина, ковер или клубника. Но, как всегда, есть и отрицательная сторона прогресса. Одну из проблем, связанную с развитием нанотехнологий, Эрик Дрекслер назвал grey goo problem - проблемой серой бездны, когда ассемблеры реплицируют сами себя до бесконечности, потребляя в качестве строительного материала все на своем пути, включая заводы, домашних животных и людей! К чему это приведет - догадаться несложно, планета Земля как минимум перестанет существовать, причем это может произойти буквально за 2 дня.

Механизм подобного явления выглядит приблизительно так. Как известно, ассемблеры, помимо клубники, способны также производить себе подобных роботов. Иначе говоря, они способны размножаться. Такой робот способен двигаться в 50 миллионов раз быстрее человека, а приблизительный его размер - около 150 миллионов атомов. Работая со скоростью миллион атомов в секунду, машина скопирует себя за тысячу секунд (приблизительно 15 минут) - это примерное время, за которое бактерия воспроизводит себя при хороших условиях. Каждая новая копия будет размножаться точно так же, как и ее "родитель". Это значит, что первый наноробот соберет свою копию за тысячу секунд, дальше уже два ассемблера построят еще два за следующие пятнадцать минут, потом четыре машины построят еще четверых собратьев, а следующие восемь построят еще восьмерых. Уже через десять часов будет иметься более 68 миллиардов репликаторов. И если через сутки их общая масса будет около тонны, то уже через двое суток их вес составит больше веса Земли, а уже через четверо суток их масса превысит массу Солнца. Вот что может случиться, если хотя бы один наноробот выйдет из-под контроля. А каковы гарантии, что этого не случится? Ведь в будущем на нас будут трудиться не одна сотня тысяч подобных машин!

Но пока что нанотехнологии неопасны и находят большое применение в самых различных областях. Например, в автомобилестроении. Audi совместно с рядом компаний работает над различными способами применения данных технологий. Уже закончились испытания электрохромной системы, которая будет использоваться для покрытия боковых и салонных зеркал. В процессе химической обработки ионы лития перемещаются и атомы образуют тончайший слой, который меняет прозрачность зеркала, создавая эффект затемненности. А наложение микрослоев на приборную панель позволяет ей отражать солнечные лучи без раздражающих бликов. Кстати, в модели "ТТ" уже давно применяется подобная технология. Еще одна область применения - шины. Наночастицы увеличивают гибкость резины и уменьшают износ. Военно-морской флот США уже давно использует нанотехнологии для производства защитных костюмов, которые отличаются особой прочностью, надежностью и долговечностью.

Таким образом, нанотехнологии постепенно входят в нашу жизнь. Пока что исследования в этой области доступны только крупным компаниям, так как такие опыты нуждаются в значительном финансировании. Корпорации выделяют с каждым годом все больше и больше средств на подобные исследования. Ведь перспективы этой области науки столь многообещающи.



Перспективы нанотехнологий

В геронтологии
Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и "облагораживания" тканей человеческого организма. Прогнозируемый срок реализации: конец XXI века.

В промышленности
Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами. Роботы будут собирать предметы потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет.

В сельском хозяйстве
Замена "естественных машин" для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами - комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более эффективным способом. Например, из цепочки "почва-углекислый газ-фотосинтез-трава-корова-молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется - почва-углекислый газ-молоко (творог, масло, мясо - все что угодно). Стоит ли говорить о том, что подобное "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы к концу XXI века.


В экологии
Устранение вредного влияния человеческой деятельности на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет использования в промышленности и сельском хозяйстве безотходных нанотехнологических методов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

В освоении космоса
Скорее всего, освоению космоса человеком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты; соорудит из подручных материалов - метеоритов, комет - космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.


По материалам
Foresight.org, Bessmertie.ru, Rsu.ru/rsu/nano, Wired.com

Комментарии  Версия для печати   Рейтинг: