Собирая материю из атомов

Нанороботы – «убийцы» инородных тел в организме человека.

По определению, данному пионером нанотехнологии Эриком Дрекслером, молекулярная нанотехнология – «ожидаемая технология производства, ориентированная на дешевое получение устройств и веществ с заранее заданной атомарной структурой».

Нано – приставка, обозначающая 10^-9, нанометр – 10^-9 метра. На отрезке длиной в один нанометр можно расположить восемь атомов кислорода. Как и ожидали ученые, нанотехнологии развиваются очень быстро и изменят нашу жизнь еще до того, как будут созданы первые наномашины.

Некоторые продукты с использованием нанотехнологий уже появились на рынке. Это стиральная машинка с наночастицами серебра, обеззараживающая белье, мяч для гольфа с улучшенными аэродинамическими характеристиками, мобильные телефоны с OLED-дисплеями, процессоры, изготовленные по 90 нм техпроцессу и др.

А в 2006 году у вас появится шанс купить первый плоский телевизионный дисплей на основе нанотрубок (FED NT TV) от компании Samsung, который будет гораздо дешевле не только плазменных панелей, но и современных жидкокристаллических! Вместе с тем такой дисплей характеризуется более высоким разрешением, контрастностью и цветопередачей. Он будет легче и тоньше плазменных и LCD-панелей. Соответственно нано-TV будет более экономичным. Средняя плазменная панель потребляет около 500 ватт мощности, новый FED прототип таких же размеров – около 100 ватт.

Основная проблема на сегодняшний день – управляемый механосинтез, то есть составление молекул из атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи. Для обеспечения механосинтеза необходим наноманипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. Наноманипулятор должен управляться либо макрокомпьютером, либо нанокомпьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего манипулятором. На сегодня подобных манипуляторов не существует. Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время производят перемещение отдельных молекул и атомов, ограничена в диапазоне действия, и сама процедура сборки объектов из молекул из-за наличия интерфейса «человек–компьютер–манипулятор» не может быть автоматизирована на наноуровне.

Институтом молекулярного производства (IMM) и Эриком Дрекслером разработан предварительный дизайн наноманипулятора с атомарной точностью. За изготовление такого устройства назначена премия из фонда IMM в размере 250 тыс. долларов. Как только будет получена система «нанокомпьютер–наноманипулятор» (эксперты прогнозируют это в 2015–2020 гг.), можно будет программно произвести еще один такой же комплекс – он соберет свой аналог по заданной программе, без непосредственного вмешательства человека. Такая «самосборка» называется репликацией, а робот-репликатор – ассемблером.

На основе системы «нанокомпьютер–наноманипулятор» можно будет организовать сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать любые макроскопические объекты по заранее снятой либо разработанной трехмерной сетке расположения атомов.

Компания Xerox в настоящее время ведет интенсивные исследования в области нанотехнологий, что наводит на мысль о ее стремлении создать в будущем самых настоящих «дубликаторов материи». Комплекс роботов (дизассемблеров) будет разбирать на атомы исходный объект, а другой комплекс (ассемблеры) будет создавать копию, идентичную, вплоть до отдельных атомов, оригиналу (эксперты прогнозируют это в 2030–2040 гг.). Это позволит упразднить имеющуюся в настоящее время сеть фабрик, производящих продукцию с помощью «объемной» технологии, так как достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт – и он будет собран и размножен сборочным комплексом.

Фабрика, насчитывающая миллиарды нанороботов, которые составляют атомы по заданной программе, сможет обеспечить товарами и продуктами питания все человечество. Каждый человек сможет обзавестись нанофабрикой, поскольку, помимо продуктов, заказанных ей человеком, она сможет делать собственные копии. Крис Феникс, исследователь Центра надежных нанотехнологий, недавно предложил проект подобной нанофабрики. Она копирует саму себя за два часа, и при желании через пару месяцев после старта репликации каждый житель земли обзаведется персональной нанофабрикой, способной производить что угодно из чего угодно. NASA недавно, после длительных исследований, доказало возможность построения самореплицирующихся механизмов, тем самым открыв дорогу к проектированию ассемблеров, нанороботов и нанофабрик.

Благодаря нанофабрикам и наноробототехнике станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, любых построек в Мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это в 2050 гг.). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии.

С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация отходов и улучшение систем типа «recycling» позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества. Станут возможными глобальный экологический контроль, погодный контроль благодаря системе взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно.

С появлением наномедицинских роботов станет возможным отдаление человеческой смерти на неопределенный срок. По словам Роберта Фрайтаса, ведущего ученого в области наномедицины, «можно сказать с уверенностью, что наномедицина, использующая нанороботов, сможет полностью устранить старение организма». «Если бы мои коллеги и я получили достаточные ресурсы (персонал и финансирование) для развития молекулярных нанотехнологий применительно к медицине, то мы бы решили проблему старения уже через 20–30 лет», – считает ученый.

Компьютерная техника трансформируется в единую глобальную информационную сеть огромной производительности, причем каждый человек будет терминалом благодаря непосредственному доступу к головному мозгу и органам чувств.

Область материаловедения существенно изменится – появятся так называемые умные материалы, способные к мультимедиаобщению с пользователем. Также появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие. Например, с помощью автоматизированного механосинтеза можно будет из кусков угля получить алмазоид – материал со всеми физическими и химическими свойствами алмаза. Это достигается путем перестановки отдельных атомов углерода таким образом, что они образуют пространственную структуру, аналогичную структуре алмаза. При этом производство алмазоида будет быстрым (Эрик Дрекслер оценил механосинтез алмазоида одной нанофабрикой размерами 0,5х0,5х0,5 м в 1–2 кг в час).

На сегодняшний день ученые не обнаружили никаких физических законов, опровергающих возможность манипулирования материей атом за атомом. Таким образом, нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. Ральф Меркле сказал: «Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией».