НАУКА

Нанотехнология

Техносфера будущего

Как изменить мир

В одном из предыдущих номеров БВ (№14 от 16.07.2005), была опубликована первая статья из цикла, посвященного самым передовым достижениям современной науки – нанотехнологиям. Мы обещали продолжить публикации на эту тему, но к сожалению в связи с выборами и очень интересными политическими процессами не могли уделить места таким публикациям. Сегодня же, когда накал политических страстей стихает, мы считаем необходимым вернуться к данной теме.

Наномашины и нанофабрикиНаноробот

В прошлой статье, мы обещали рассказать о работе нанофабрик, основными элементами которых будут ассемблеры и дизассемблеры.

Итак, ассемблер – это молекулярная машина, способная к саморепликации, которая может быть запрограммирована строить любую молекулярную структуру или устройство из более простых химических строительных блоков. Дизассемблер – это наномашина, способная разбирать объект на атомы с записью его структуры на молекулярном уровне.

Главная задача ассемблера - соединение атомов и молекул в заданном порядке. Он должен уметь строить наносистемы любого назначения – двигатели, станки, вычислительные устройства, средства связи и т.д. Это будет универсальный молекулярный робот со сменными программами на "перфолентах" типа цепочек РНК или ДНК. Однако без биоподобных структур очень трудно манипулировать отдельными атомами и молекулами. Поэтому наномашины-ассемблеры должны представлять собой синтез живых и технических систем.

Внешний вид сборщика можно представить себе как "ящик" нанометрового размера с "рукой" - манипулятором длиной в сотню атомов. Исходным материалом для манипулятора могут служить атомы, молекулы, и химически активные молекулярные конструкции. Внутри сборщика размещены устройства, управляющие работой манипулятора и содержащие программу всех его действий. Поскольку составление больших молекул со сложной структурой потребует особой точности в позиционировании, ассемблер должен иметь несколько таких манипуляторов.

Возможно, что ассемблер будет чем-то похож на паука, при этом одними "лапами" он будет держаться за поверхность, а другими складывать сложные молекулярные структуры атом за атомом. Наиболее популярная схема наноассемблера представлена на рисунке.

Управлять наномашинами должны будут нанокомпьютеры, программируемые на каком-нибудь обычном языке управления промышленными роботами, и имеющие связь с обычным компьютером, управляемым человеком. Представим, что человек - оператор моделирует на компьютере некоторую конструкцию, особым образом задавая молекулярную структуру. "Нарисовав" нужный объект, человек передает команду ассемблерам, которые, начинают создавать его атом за атомом. И через некоторое время у конструктора появляется готовая вещь с заданными характеристиками при минимальном вмешательстве человека.

Ассемблеры могут работать в паре с дизассемблерами.- Например, для того, чтобы создать копию какого-то объекта, необходимо, чтобы дизассемблер разобрал его атом за атомом, и передал всю информацию о типе атомов, их положении и т.д. ассемблеру, который потом может создавать копии объекта сколько угодно раз. Теоретически такая копия ничем не будет уступать оригиналу - она будет повторять его вплоть до отдельного атома! Дизассемблеры также помогут ученым лучше узнать вещи и их атомную структуру

Ассемблеры будут обладать способностью к репликации (размножению). Когда речь идет об эволюции, то репликатор - это объект, который способен сам себя скопировать, включая любые изменения, которым он мог подвергнуться (подобно гену, миму или компьютерному вирусу). Реплицируется (размножается путём создания своей копии) ассемблер по команде от макрокомпьютера или в зависимости от окружения.

Самой большой проблемой ассемблеров является сложность их первоначального конструирования. Тем не менее, лаборатории всех мировых держав борются за право быть первыми в этом революционном прорыве. И уже есть первые результаты.

Перспективы наномира

У любого интересующегося этой проблематикой захватывает дух, стоит ему только представить даже самые незначительные последствия развития и применения таких технологий для нашей цивилизации.

Возможности использования нанотехнологий неисчерпаемы - начиная от "проживающих" в организме нанокомпьютеров, убивающих раковые клетки и ремонтирующих поврежденные ткани и органы и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду.

Но все же самой животрепещущей темой является то, что возможно создание нанороботов-врачей, которые способны "жить" внутри человеческого организма, циркулируя вместе с током крови, или даже внутри клетки, устраняя все возникающие повреждения либо предотвращая их возникновение. Теоретически нанотехнологии способны обеспечить человеку физическое бессмертие – за счет того, что наномедицина сможет бесконечно ремонтировать поврежденные и отмирающие клетки. По прогнозам журнала Scientific American уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства размером с почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать и впрыснет их в кровь.

Большие надежды возлагаются на достижение способности наномашин самим собирать себе подобные устройства. Тогда мы получим процесс идущий, в случае необходимости, в геометрической прогрессии. По подсчетам ученых, от создания первого наноробота до момента, когда они наполнят 200 г. стакан, пройдут одни сутки, затем, если не дать команду остановить самосборку, еще через одни сутки они покроют Землю слоем в несколько сантиметров. Сейчас проводятся исследования по возможности создания самосборки таких машин по типу живой клетки. Объединение компонентов в большие устойчивые структуры с новыми возможностями, которыми не обладают сами компоненты, известно как самосборка. Например, молекулы в теле человека собираются в клеточные структуры, известные как органеллы, которые, в свою очередь, собираются в клетки, и даже если разрушить клетку, оставив ее в растворе, спустя некоторое время она самособерется и будет работать как ни в чем не бывало.

Таким образом, от создания первой наномашины до момента их широкого использования могут пройти буквально часы. Единственное, что может помешать победному шествию нанороботов – отсутствие программного обеспечения по созданию той или иной продукции промышленности. Не надо забывать, что это все-таки машины, не наделенные, в отличие от живых существ, сознанием и свободой воли.

Крупнейшие государства мира провозгласили нано- и биотехнологии приоритетом в направлениях научных исследований, понимая, что тот, кто выиграет в этой гонке, приобретёт несоизмеримые преимущества перед своими противниками и соседями. Как сказал отец водородной бомбы Э.Теллер: «Тот, кто раньше овладеет нанотехнологией, займет ведущее место в техносфере будущего».

Ждать осталось не так уж долго. Оптимисты считают периодом расцвета практических нанотехнологий первую четверть наступившего века. Пессимисты отодвигают срок до середины века. Значит, тем, кто сегодня определяет свою будущую профессию, стоит задуматься - быть может, программист нанороботов и конструктор молекулярных компьютеров станут наиболее популярными специальностями уже через несколько лет.

А вот какие последствия в жизни общества, геополитике и прочих гуманитарных и экономических сферах могут вызвать внедренные нанотехнологии, мы расскажем в ближайших номерах.

Алим Туси

Еженедельная аналитическая газета "Бакинские ведомости", № 32, 19 ноября 2005
www.monitorjournal.com