НАУКА

Прорыв

Шаг в будущее
Воплощенная в жизнь фантастика

Данной статьей БВ начинают цикл публикаций о самой современной области науки и технологий, называемых нанотехнологиями.

«Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией»
Ральф Меркье.

Ушедший век остался в истории науки и технологии как век, приведший к огромному скачку в познании и освоении окружающего мира человеком. Именно в 20-м веке человек расщепил атом, создал электронику, вырвался в космос и создал информационные технологии. Но в том же веке была заложена основа совершенно нового уровня технологий, которые по прогнозам некоторых футурологов приведут к коренному изменению всего окружающего нас мира.

Общее название этих технологий – нанотехнологии. Приставка нано означает, что эти технологии оперируют в размерах, составляющих одну миллионную долю миллиметра. Именно такие размеры атомы и молекулы вещества, окружающего нас. Сегодня ученые, в основном в лабораториях, уже научились производить технологические операции в таких размерах. Однако некоторые применения этих технологий уже сегодня вошли в нашу жизнь.

Эта статья призвана только ознакомить читателя с самыми азами этих технологий, а точнее просто перечислить те возможности, которые открываются перед человечеством.

Сами нанотехнологии развиваются в различных областях естестовознания, физике, химии, материаловедении, биологии, медицине. Но самое главное это то, что в ближайшем будущем, от 20 до 50 лет, эти технологии полностью войдут в нашу жизнь.

Но начнем с истории.

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп.

В 1959 году американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, где оценивались перспективы миниатюризации. Основные положения нанотехнологий были намечены в его легендарной лекции "Там внизу - много места". Фейнман научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов.

1981 год. Немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп - прибор, позволяющий осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне. Через четыре года они получили Нобелевскую премию

1985 год. Американский физики Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смолли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в один нанометр.

1989 год. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал нанотранзистор.

2000 год. Администрация США объявила "Национальную нанотехнологическую инициативу" (National Nanotechnology Initiative). Тогда из федерального бюджета США было выделено $500 млн. В 2002 сумма ассигнований была увеличена до $604 млн. На 2003 год "Инициатива" запросила $710 млн, а в 2004 году правительство США приняло решение увеличить финансирование научных исследований в этой области до $3,7 млрд. в течении четырех лет. В целом, мировые инвестиции в нанотехнологии в 2004 году составили около $12 млрд.

2004 год. Администрация США поддержала "Национальную наномедицинскую инициативу" как часть National Nanotechnology Initiative

Почти во всех странах мира, имеющих более или менее подготовленных ученых, программы в области нанотехнологий признаны приоритетными и поддерживаются государством и корпорациями.

К сожалению азербайджанским ученым приходится только мечтать об этом.

Итак Нанотехнология – это совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами.

Стремительное развитие нанотехнологий вызвано еще и потребностями общества в быстрой переработке огромных массивов информации.

Современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических ухищрениях уменьшаться ещё примерно до 2012 года. Но при ширине дорожки в 40-50 нанометров возрастут квантовомеханические помехи: электроны начнут пробивать переходы в транзисторах за счет туннельного эффекта (о нем речь пойдет ниже) что равнозначно короткому замыканию. Выходом могли бы послужить наночипы, в которых вместо кремния используются различные углеродные соединения размером в несколько нанометров. В настоящее время ведутся самые интенсивные разработки в этом направлении.

Впервые со времени изобретения человеком научного метода наступает эпоха, когда накопившаяся сумма технологий переходит в новое состояние, начиная менять не только качество и условия жизни – к чему мы давно уже привыкли, - а сами биологические устои человека, общественные институты и способ эволюции homo sapiens как вида. Если сбудутся надежды, возлагаемые сегодня мировым научным сообществом на разрабатываемые новые технологии, мы получим универсальный инструмент переустройства мира, позволяющий манипулировать веществом на уровне, который равноценен возможностям компьютера манипулировать информацией.

Накопленные знания вкупе с нанотехнологиями уже сейчас позволяют проектировать вещества с заранее заданными свойствами. Например, в связи с открытием углеродных нанотрубок ожидают фантастического прорыва в самых разных областях – от фотонных компьютеров с трехмерной архитектурой до телевизионных панелей нового типа, превосходящих по всем параметрам любые существующие образцы самых продвинутых плазменных панелей на порядки. Уже создан первый в мире углеродный материал толщиной в один атом. По сути, полученный образец углеродной "ткани" является гигантской двумерной молекулой. Новый материал получил название графен (graphene). Минобороны США (DoD) начало еще в 2002 году совместный пятилетний проект с Массачусетским технологическим институтом (MIT): военные и учёные создают новое обмундирование для пехотинцев. Это обмундирование, по заявлениям разработчиков, будет по своим возможностям выполнять чуть ли не функции БМП, вычислительного центра, центра связи и госпиталя в одном флаконе. Так что количество сообщений о новых открытиях в этой области нарастает с каждым днем, как снежный ком.

Не отстают от них и открытия биотехнологического сектора: стволовые клетки, расшифровка генома, использование генотерапии для восполнения дефицита функции гена (лечение врожденных генетических болезней), успехи в клонировании, создание трансгенных животных–доноров с совместимыми с человеком органами для трансплантации. Уже начинают появляться смежные области применения, что неудивительно, ведь биотехнология изначально работала в нанометровом диапазоне, и закономерно, если с появлением в этом диапазоне технологий создания машин начинаются совместные проекты. В Массачусетском технологическом институте (MIT) начали разрабатывать новую молодую науку – синтетическую биологию (Synthetic Biology), основной задачей которой является стереть границу между живым и машинами, чтобы прийти к действительно программируемым организмам. Группа американских учёных уже научилась печатать с помощью переделанных старых струйных принтеров Hewlett Packard и Canon живые биологические объекты.

Выше уже упоминалось, что нанотехнологии уже вошли в нашу жизнь. Созданные из тончайших нанотрубок материалы использованы для промышленного производства спортивных атрибутов. Велосипед на композите с углеродными нанотрубками сегодня участвует в Тур де Франс. Носки, наколенники, подушки с изготовленные применением нанотехнологий уже можно заказать в Интернете.

Применение нанотехнологий еще значительнее уменьшит размеры, в первую очередь электронных устройств. Портрет Мерилин Монро на этой странице имеет общий размер 10 на 6 микрон, а знаметая Джоконда 8 на 8 микрон. Знаменитому Левше такое даже не снилось.

В недалеком будущем появятся нанофабрики, способные на атомном уровне воссоздавать то, что им будет задано. В том числе и себе подобных, то есть обладать способностью к репликации. Такие нанофабрики, основными элементами которых будут так называемые ассемблеры и дизассемблеры, будут занимать очень мало места и приведут к очередной промышленной революции.

Но подробнее о том, как будут работать эти фабрики и какое влияние они окажут на современную цивилизацию мы расскажем в следующих номерах.

Алим Туси

Еженедельная аналитическая газета "Бакинские ведомости", № 14, 16 июля 2005
www.monitorjournal.com