Сверхтехнологии

Нанотехнологии

Термин «нанотехнологии» ввел Эрик Дрекслер в 1986 году.

Нанотехнологии — это технологии создания микроскопических механизмов, построенных с атомарной точностью, которые способны решать различные классы задач, и в том числе саморепликацию.

Если будет создана хотя бы одна управляемая наномашина, способная к саморепликации, то вскоре можно будет получить неограниченное количество таких машин, что снизит их стоимость почти до нуля. В результате человек сможет обрести власть над материей, аналогичную власти над информацией, которую он получил благодаря компьютеру.

Основные вопросы, которые возникают в связи с созданием наномашин.

Как их создать и на основе каких принципов?

Когда они будут скорее всего созданы? Каковы возможные риски?

Каковы будут последствия молекулярного производства для медицины, военного дела, экономики и других сфер жизни?

Отметим сразу, что принципиального «запрета» на создание молекулярных машин нет, потому что вся живая природа — это молекулярная машина.

Клетки кишечной палочки способны делиться каждые 15 минут. При этом их ДНК сохраняется при копировании, что говорит об атомарной точности производства.

Возможные пути создания нанотехнологий

Апгрейд живых клеток с целью научить их производить нужные молекулярные конструкции и создание организмов с заданными функциями.

Создание микроскопических машин по лекалам макромасштабных механизмов, то есть с использованием шестеренок и другой точной механики.

Атомная сборка уже сейчас может осуществляться с помощью атомного силового микроскопа, который представляет собой тонкое острие, способное захватывать отдельные атомы и помещать их точно в указанное место. Интересной выглядит и такая идея: наиболее трудную атомную сборку осуществляют живые клетки методами химического синтеза, а получившиеся более крупные детали собираются вместе механическим путем.

Использование метода ДНК-оригами, при котором цепочка ДНК, взятая из вируса и имеющая известную заранее последовательность нуклеотидов, достраивается до нужной формы с помощью маленьких дополнительных кусочков, рассчитанных на компьютере, которые прикрепляются к ней в определенных местах и изгибают ее.

Основная проблема на пути создания самокопирующейся наномашины — отсутствие экономической отдачи на промежуточных ступенях реализации проекта.

Тем не менее постепенно накапливаются технологические приемы, необходимые для производства наномашин.

Появляются чертежи наномашин и программные среды для их проектирования (Nanoingener 1.0). Эта программа является системой автоматизированного проектирования, в которой можно строить детали наномашин из отдельных атомов и моделировать их работу.

Растет скорость перемещения атомов с помощью атомных силовых микроскопов. Эти устройства могут наблюдать отдельные атомы по отклонениям сканирующей поверхность иглы, а при приложении к ней электрического напряжения — захватывать атомы и переносить с места на место. Сейчас развивается направление многоигловых микроскопов, которые могут быстрее переносить атомы, как печатающие головки у принтера.

Ведется поиск способов создания искусственных белков с заранее заданной функцией, не существовавшей в природе, и их синтеза в специально модифицированных клетках. Например, в Техническом университете Мюнхена создали новый, не существующий в природе светящийся белок.

Возможные сроки создания нанотехнологий

Согласно дорожной карте, созданной ведущими инженерами отрасли в 2007 году, прогнозируемые сроки появления нанотехнологий колеблются от 15 до 30 лет, охватывая период от 2022 до 2037 года. Прогноз опирался на внутреннюю динамику развития технологий, не учитывая возможные внешние факторы: как ускоряющие (гонка вооружений или некие суперинвестиции), так и замедляющие (экономический кризис, политический запрет, организационные проблемы, непредвиденные технологические трудности). Известно, что любые оценки, сделанные специалистами изнутри, обычно слишком оптимистичны, а прогнозы, сделанные сторонними наблюдателями, могут быть, наоборот, слишком пессимистичны.

Правило Вестгеймера из книги «Закон Мёрфи» гласит: «Если вы нечто планируете, умножьте ожидаемый срок завершения проекта на два и замените единицу измерения на единицу следующего порядка, например, 1 час замените на два дня».

К похожим результатам приходит и Даниэль Канеман в статье «Робкие решения и смелые предсказания», когда пишет, что проект, планировавшийся на 1,5 года, в среднем завершается за 7 лет.

Таким образом, более пессимистичная оценка срока появления нанотехнологий составляет не 15 лет, а порядка 100 лет.

Прогнозируя сроки возникновения чего-либо, следует называть три цифры:

момент самого раннего возможного появления;

наиболее вероятный момент, следующий из известных тенденций;

момент, когда это наверняка будет создано, если не случится глобальной катастрофы или не будет доказана принципиальная невозможность создания.

В отношении нанотеха эти даты таковы.

Возможно, уже сейчас реализуется очень секретный проект по созданию нанотехнологий.

Как известно, некоторые военные проекты существовали порядка 5–10 лет, будучи совершенно засекреченными. Например, проект по созданию ядерного оружия.

Исходя из наблюдаемых тенденций, создание первой наномашины может произойти в районе 2030 года.

С уверенностью можно прогнозировать, что первая наномашина будет создана до конца XXI века. Об этом свидетельствуют: успехи в управлении живыми клетками; экспоненциальный рост числа атомов, которыми могут в секунду манипулировать сканирующие микроскопы; экстраполяция общей тенденции к миниатюризации, в том числе и закон Мура.

Основные концепции нанотеха

Существуют две основных концепции нанотехнологической системы, способной к саморепликации: наноробот и нанофабрика. Идея наноробота более ранняя: о ней говорил еще Ричард Фейнман в своей знаменитой лекции «Там, внизу, полно места!», которую он прочитал в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте, а в дальнейшем ее развил Эрик Дрекслер в книге «Машины созидания...», вышедшей в 1986 году. Идея нанофабрики появилась гораздо позже, в начале 1990-х годов.

По расчетам Дрекслера, минимальные теоретические размеры способного к репликации наноробота — около 1 млн атомов, то есть гораздо меньше, чем в живой клетке. От этой идеи в целом отказались, поскольку нанороботом трудно управлять и сложно его позиционировать.

Нанофабрика — это устройство размером с настольный принтер, способное производить любые трехмерные объекты, в том числе и собственные копии с атомарной точностью. Основой нанофабрики является поверхность большого размера, покрытая наномеханическими устройствами, которые производят объемный продукт.

В целом наноробот и нанофабрика взаимно эквивалентны — они могут создавать друг друга.

Существует прямая связь между ИИ и нанотехом. Если удастся создать сильный ИИ, то это резко упростит задачу по созданию наномашин, так как он сможет рассчитать необходимую конструкцию и найти пути к ее реализации. И наоборот, возникновение нанотеха резко удешевит и ускорит суперкомпьютеры, а также упростит познание принципов работы человеческого мозга, поскольку облегчит его сканирование и даст возможность наблюдать за каждым нейроном живого мозга.

Таким образом, создание ИИ и нанотехнологическая революция, скорее всего, будут отделены друг от друга временным периодом в 2–5 лет.

Можно выделить несколько эпох развития нанотехнологий, соответствующих четырехступенчатой схеме будущего, описанной в начале этой книги.