Материал: Введение в нанотехнологии (Рыбалкина), c.87

веществ и многое другое. Это позволит эффективнее бороться с онкологическими, вирусными и генетическими заболеваниями.

Представьте себе, что вы подхватили грипп (при этом вы даже еще не знаете, что его подхватили). Тут же среагирует система искусственно усиленного иммунитета - десятки тысяч нанороботов начнут распознавать (в соответствии со своей внутренней базой данных) вирус гриппа и за считанные минуты ни одного вируса у Вас в крови не будет! Или у вас начался ранний атеросклероз и искусственные клетки начинают чистить механическим и химическими путями Ваши сосуды 12.

Во-вторых, возможно создание нанороботов-врачей, которые способны "жить" внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая их возникновение. Последовательно проверяя и если надо "исправляя" молекулы, клетку за клеткой, орган за органом, наномашины вернут здоровье любому больному, а затем просто не допустят никаких заболеваний и патологий, в том числе генетических. Теоретически, это позволит человеку жить сотни, может быть, тысячи лет.

В-третьих, появится возможность быстрого анализа и модификации генетического кода, простое конструирование аминокислот и белков, создание новых видов лекарств, протезов, имплантантов. В этой области рядом исследователей уже проводится проверка различных наноматериалов на совместимость с живыми тканями и клетками.

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.

Нужно отметить, что появление высоких технологий из-за их высокой стоимости привнесли в здравоохранение ряд новых проблем, в том числе моральноэтического свойства, связанных с наличием и доступностью медицинских услуг для широких слоев населения. Тем не менее, как бы сильно ни развивалась научнотехническая основа медицины, главными факторами исцеления больного всегда были и останутся профессиональная подготовка, этические и человеческие качества врача.

Материаловедение

Качество многих привычных материалов может быть улучшено за счет использования наночастиц и атомарной обработки. Нанотехнологии позволят создавать более легкие, тонкие и прочные композитные (смешанные, сложносоставные) материалы. Появятся так называемые «умные» материалы, способные изменять свою структуру в зависимости от окружающей среды. Также появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие (на основе фуллерена или алмазоида), которые могут использоваться в аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Электроника, компьютерные технологии, робототехника.

12 Свидиненко Юрий, "Медицинские нанороботы: перспективы развития"

41

С появлением новых средств наноманипулирования возможно создание механических компьютеров, способных в кубе с ребром 100 нм функционально повторить современный микропроцессор Intel Pentium II.

Применение нанотехнологий в микроэлектронике (т.е. теперь уже наноэлектронике) позволит перейти от планарной технологии изготовления процессоров (с количеством транзисторов 108 шт. на см2) к 3D-технологии, то есть к 1012 транзисторов на см3 соответственно, что в 10 тыс. раз больше, чем на современном этапе.

Развитие методов атомно-силовой микроскопии может обеспечить производство памяти с поверхностной плотностью данных до 17 терабит/см2. Это позволит создать компьютеры и микропроцессорные системы гораздо большей производительности, чем существующие сейчас.

В 2002 году компания HP создала память с электронной адресацией, имеющую на сегодняшний день наибольшую плотность данных. Опытный лабораторный образец 64-битной памяти использует молекулярные переключатели (ключи), как активные устройства и по размерам не превосходит квадратного микрона. Эта область настолько мала, что более, чем 1000 таких устройств могут поместиться на торце человеческого волоса. Плотность битов в устройстве более чем в 10 раз больше, чем в современных кремниевых аналогах. С течением времени предполагается дальнейшее уменьшение компьютерных компонентов с помощью нанотехнологии. Это приведет к оснащению практически всех бытовых электронных устройств встроенными компьютерами.

Планируется создание нанороботов размером всего 1-2 микрон, оснащенных бортовыми механокомпьютерами и источниками энергии, которые будут полностью автономны и смогут выполнять разнообразные функции, вплоть до самокопирования.

На основе нанотрубок уже сейчас создают детали наномашин – подшипники, передачи. Создание наномоторов на основе АТФ (особого нуклеотида, выполняющего во всех биологических системах роль универсального аккумулятора и переносчика энергии) позволит приводить в движение нанороботов, а развитие беспроводной лазерной связи позволит управлять ими и служить «энергопроводом».

Микроскопия и средства визуализации.

Если на сегодняшний день основными средствами визуализации являются СЗМ - сканирующие зондовые микроскопы, то с появлением нанороботов откроются новые возможности в наноманипулировании, сканировании и средствах визуализации макромолекулярных структур, так как можно будет обрабатывать их с атомарной точностью.

Социальные последствия

По прогнозам Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии США

(National Nanotechnology Initiative), развитие нанотехнологий через 10-15 лет позволит создать новую отрасль экономики с оборотом в $1.000.000.000.000 и примерно 2 млн. рабочих мест.

Принципиально иным станет образование. Дети получат карманные наноконструкторы, создающие движущиеся модели животных, машин и

42

космических процессов, которыми они смогут управлять. Соответственно, изменится и сам подход к обучению, традиционная безличная классно-урочная система канет в прошлое, изменятся учебные программы. Игровые и учебные наномашины откроют доступ к мировому знанию, разовьют по индивидуальной программе умственные способности каждого ребенка.

Труд в современном смысле, то есть "в поте лица", который с незапамятных времен был главным содержанием жизни, перестанет существовать. Потеряют смысл и нынешние понятия стоимости, цены, денег. Зато повысится, вероятно, стоимость идеи–конструкции определенной вещи для построения ее ассемблерами.

Как считает Дрекслер, в таком полностью обновленном обществе осуществится настоящая утопия но не из тех, где дается рецепт коллективного счастья в типовых общежитиях. Наоборот, каждый человек получит максимальное разнообразие вариантов существования, возможность, не мешая другим, свободно избирать и менять образ жизни, экспериментировать, ошибаться и начинать сначала.

Домашний быт и сельское хозяйство.

Нанотехнологиии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы способны будут производить пишу, заменив в этом качестве растения и животных. Для этого они будут использовать любое "подножное сырье": воду и воздух, где есть главные нужные элементы - углерод, кислород, азот, водород, алюминий и кремний; остальные, как и для живых организмов, потребуются в микроколичествах.

К примеру, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено - корову. Человеку не придется убивать животных, чтобы полакомиться жареной курочкой или копченым салом. Предметы потребления будут производиться "прямо на дому".

Промышленность и космонавтика

Ожидается, что уже в 2025 году появятся первые ассемблеры, созданные на основе нанотехнологий. Теоретически возможно, что они будут способны конструировать из готовых атомов любой предмет. Достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт - и он будет собран и размножен сборочным комплексом нанороботов.

В своих "Машинах созидания" Дрекслер описывает, как примерно будет выглядеть создание, или точнее говоря "выращивание" ракетного двигателя:

"Процесс идет в баке, на дно которого помещают подложку - основание. Крышка бака герметически закрывается, и насосы наполняют его вязкой жидкостью, содержащей миллионы ассемблеров, запрограммированных на функции сборщиков двигателя.

В центре подложки находится "зародыш" - нанокомпьютер, хранящий в памяти все чертежи будущего двигателя, а на поверхности имеющий участок, к которым могут "прилипать" сборщики из бурлящей вокруг взвеси. Каждый из них получает информацию о назначенном ему пространственном положении относительно зародыша и приказ захватить своими манипуляторами несколько других сборщиков из взвеси. Они также подключаются к компьютеру "зародыша" и получают аналогичные приказы. За несколько часов в жидкости вырастает некое

43

подобие кристаллической структуры, с мельчайшими подробностями очерчивающей форму будущего двигателя.

Снова включаются насосы, и взвесь в баке заменяет сборщиков раствором строительных материалов – триллионами атомов различных химических элементов. Компьютер зародыша отдает команду, и часть составляющих каркас строителей отпускает своих соседей, складывает манипуляторы и также вымывается, оставляя ходы и каналы, которые будут заполнены нужными атомами и молекулами.

Специальные усики оставшихся сборщиков интенсивно гребут, создавая в каналах непрерывный ток жидкости, содержащей "топливо" и исходные материалы и выносящей из рабочей зоны отходы и тепло. Система связи, замкнутая на компьютер зародыша, передает команды каждому строителю. Там, где требуется наибольшая прочность, сборщики складывают атомы углерода в алмазную решетку. Где критичны тепловая и коррозионная устойчивость, на основе окиси алюминия создаются структуры кристаллической решетки сапфира. В тех местах, где напряжения невелики, сборщики экономят вес конструкции, меньше заполняя поры. И по всему объему будущего двигателя атом за атомом выкладываются клапаны, компрессоры, датчики и т.д. На всю работу потребуется менее суток времени и минимум человеческого внимания.

На что похож этот двигатель? Это уже не массивный кусок свареного и скрепленного болтами металла, он без швов, подобный драгоценному камню. Его пустые внутренние ячейки, построенные в ряды, находящиеся примерно на расстоянии длины волны света друг от друга, облегчают структуру, уже сделанную из самых легких и прочных известных материалов. В сравнении с современными металлическими двигателями, этот усовершенствованный двигатель будет иметь более, чем на 90 процентов меньшую массу.

Он выдерживает длительное и интенсивное использование, потому что прочные материалы позволили разработчикам включать большие запасы прочности. Поскольку ассемблеры позволили проектировщикам делать его материал таким, что он при приложении усилия течет до того, как ломается, двигатель не только прочен, но и износостоек.

При всем своем превосходстве, этот двигатель по сути вполне обычен. В нем просто заменили плотный металл тщательно устроенными структурами из легких, прочно связанных атомов.

Но это все еще самые простые возможности нанотехнологии. Из теории известно, что ракетные двигатели работали бы оптимально, если бы могли менять свою форму в зависимости от режима. Только с использованием нанотехнологии это станет реальностью.

Конструкция, более прочная, чем сталь, более легкая, чем дерево, сможет, подобно мускулам (используя тот же принцип скользящих волокон), расширяться, сжиматься и изгибаться, меняя силу и направление тяги. Космический корабль сможет полностью преобразиться примерно за час.

Нанотехника, встроенная в космический скафандр и обеспечивающая круговорот веществ, позволит человеку находиться в нем неограниченное время, к тому же превратив оболочку скафандра в "умножитель силы".

Нанороботы способны воплотить также мечту фантастов о колонизации иных планет - эти устройства смогут создать на них среду обитания, необходимую для

44

жизни человека. Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, любых строений 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.

В освоении космоса начнется новая эра.13

Космический лифт

Тот, кто думает, что с помощью нанотехнологии можно создать только что-то субмикроскопическое, невидимое для человеческого глаза, вероятно, будут удивлены проектом, разрабатываемым в последнее время специалистами из NASA и привлекшим столько внимания со стороны ученых и широкой общественности. Речь идет о проекте так называемого космического лифта.

Космический лифт – так называется трос длиной в несколько десятков тысяч километров, соединяющий орбитальную космическую станцию с платформой, размещенной посреди Тихого океана.

Идее космического подъемника более века. Первым о нем заговорил в 1895 году Константин Циолковский, основоположник современной космонавтики. Он указывал на то, что принцип, положенный в основе современного ракетостроения не позволяет современным ракетоносителям быть эффективным средством для доставки груза в космос. Причин тому несколько.

Во-первых, КПД современных ракет очень мал, из-за того, что львиная доля мощности двигателей первой ступени уходит на работу по преодолению силы земного тяготения. Во-вторых, известно, что значительное увеличение массы топлива в несколько раз даёт лишь небольшой прирост скорости ракеты. Потому, например, американский ракетный комплекс "СатурнАполлон" при стартовой массе 2900 тонн выводил на орбиту только 129 тонн. Отсюда астрономическая стоимость космических запусков с помощью ракет. Так, стоимость вывода килограмма груза на низкую орбиту составляет в среднем около $10 тыс.14

И несмотря на многократные попытки снизить стоимость запуска ракет, повидимому, радикально удешевить транспортировку грузов и людей на орбиту до стоимости стандартных авиаперевозок на базе современных ракетных технологий принципиально невозможно.

Для того, чтобы отправлять грузы в космос более дешевым образом, исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории предложили создать космический лифт. Цена запуска груза с помощью лифта по предварительным оценкам может снизиться с нескольких тыс. долларов до $50-100 за кг. Ученые полагают, что космический лифт сможет в буквальном смысле перевернуть мир, дав человечеству совершенно новые возможности.

По своей сути, лифт будет представлять собой кабель, соединяющий орбитальную станцию с платформой на поверхности Земли. Кабинки на гусеничном

13По материалу статьи Б. Понкратова "Что будем делать в третьем тысячелетии, или последняя технократическая утопия" / "Техника - молодежи", 1989, № 12

14Будущее пилотируемой космонавтики ???

Михаил Висенc "По веревке в космос"

45