Нанотехнологии: большое в малом, или как изменить мир

«Наноармия у наших границ!», «Нанороботы заменят человека!», «Нанотехнологии накормят и вылечат всех!» – подобными заголовками пестрят печатные издания. Солидные научно-популярные журналы сообщают о том, что вот-вот, благодаря этим самым чудо-технологиям, в мире наступит рай земной. Или ад – в зависимости от того, как человечество ими воспользуется. Объективно разобраться в том, что такое эти самые нанотехнологии и что они нам обещают, читателям «Оракула» помогает кандидат физико-математических наук Сергей СЛЮСАРЕНКО.

Маленький, да удаленький

«Нано» (от греч.nanos- карлик) приставка, которая используется для обозначения малых единиц. Чаще всего эта приставка встречается при обозначении линейных размеров. Например, одна тысячная доля микрона – нанометр. Согласитесь, крохотная величина.

Физики многие годы спокойно оперировали такого рода единицами в своих работах – измеряли расстояния в нанометрах, время – в наносекундах и напряжение – в нановольтах. Так что в самой приставке «нано» нет ничего экзотического. Термин же «нанотехнология» ввел в обиход японец Норио Танигучи в 1974 году. Он предложил называть так технологии, оперирующие размерами менее одного микрона. Все надежды были связаны с тем, что при переходе на такой уровень точности появится возможность не только получать сверхминиатюрные объекты, но и воздействовать на вещество уже на атомарном уровне, что не только позволит создавать новые, невероятные материалы, но изменит само понятие об окружающем мире.

Инструмент для атомов

Первый серьезный шаг в появлении нанотехнологий сделан в 1986 году, когда был создан так называемый атомно-силовой микроскоп (atomic forces microscope – AFM). Принцип его работы основан на использовании сил, действующих между атомами вещества. Именно с помощью АFМ удалось сначала передвинуть отдельный атом на поверхности образца, а потом и создать их комбинацию. Впервые люди смогли не только наблюдать за атомами, но и управлять ими! Появилась возможность, манипулируя щупом AFM, создать цепочку из атомов – молекулу – с любыми заданными параметрами. Казалось, человечество стоит уже в двух шагах от новой эры всеобщего благоденствия.…

Но оказалось, что создавать новое вещество, двигая один за другим атомы, – чертовски малоэффективная и трудная работа. И все же с помощью атомного силового микроскопа химики научились синтезировать сначала фуллерены – молекулы-сферы, состоящие из атомов углерода, а потом и знаменитые нанотрубки – гигантские молекулы, «собранные» тоже из атомов углерода, но таким образом, что молекула имеет вид трубки с толщиной стенки в единицы нанометров и длинной в сотни. Уникальные свойства таких молекул позволили ученым надеяться на создание сверхпрочных композитных материалов, состоящих из этих трубок, а также новых электронных приборов.
Впрочем, сегодняшние достижения нанотехнологий не слишком будоражат воображение. А вот завтрашние…Тут стоит рассмотреть каждое из находящихся на слуху направлений в области «нанороботостроительства», чтобы, наконец, отделить правду от чистого вымысла.

Скоро сказка сказывается…

Нанороботы, или нанобо?ты. Что это такое?

Возможность их разработки рассмотрел в своей книге «Машины созидания» американский ученый Эрик Дрекслер. Он утверждает, что скоро можно будет создавать машины величиной с молекулу. Эти машины будут способны сами передвигаться, получать и перерабатывать информацию, принимать решения и выполнять работу. Более того, нанороботы будут способны к размножению – воссозданию самих себя или даже к созданию усовершенствованных копий. Когда же все это произойдет?

В настоящее время уже созданы наноэлектромеханические устройства, ограниченно способные к передвижению, которые можно считать прототипами нанороботов. Типичный пример – молекула, расположенная на поверхности образца (например меди), которая под внешним воздействием (химическим или электрическим) перемещается по поверхности. Не более того.

Мы все хорошо знаем современных – больших – роботов. Это и станки-автоматы на автосборочных конвейерах, и роботы-саперы на минных полях, и самолеты разведчики, и детские игрушки, и многое-многое другое. Так вот, если сравнить временную и технологическую дистанцию, которую надо преодолеть чтобы нанороботы достигли такого же прогресса, как и обычные, то аллегория может быть такая: мы только что изобрели колесо – и уже боимся, что в будущем роботы заменят человека. А от колеса до робота, как мы знаем, прошла не одна тысяча лет….

Кто «починит» клетку?

В медицинской сфере применения нанотехнологий больше всего сейчас шумит НАСА. И не зря! Благодаря хорошо организованной рекламной кампании этой организации, уже давно превратившейся из космического центра в гигантскую бюрократическую машину, удалось получить многомиллионный грант на создание нанотехнологий лечения лучевой болезни. В чем суть проекта? В процессе облучения происходит нарушение клеток. Эти пострадавшие клетки отличаются от здоровых. Они не могут функционировать нормально и нуждаются в лечении. На таком уровне лечение больше похоже на ремонт. Необходимо найти больную клетку, определить, в каком она состоянии и как ее лечить. Далее необходимо проникнуть внутрь клетки и произвести манипуляции на атомарном уровне – заменить в молекуле одни атомы на другие. В принципе методы современной биофизики и биохимии позволяют делать все это. Однако пафосный проект НАСА – создать наноробота, который, путешествуя по организму человека, займется этой непростой работой.

К сожалению, на сегодняшний день самый большой и единственный успех у данного проекта – получение больших денег. Не мудрено, что реализовать свою систему лечения авторы проекта обещают как раз к полету на Марс. Или Юпитер. В общем, когда-нибудь.

Этот страшный боевой наноробот…

«В третьей мировой войне основными средствами ведения боевых действий будут нанороботы. Они будут скрытно проникать на территорию врага и, объединяясь в группы, производить внезапные атаки, получая тактическое и стратегическое превосходство»…
Подобной ерундой, увы, грешат не только плохие научно-фантастические романы, но и современные военные обозрения. Красивая, но совершенно бессмысленная идея заполонила умы. В основном, потому что магическое слово «нано» позволяет легко выуживать деньги на финансирование. Однако пугая обывателя наноармиями, многие забывают – ядерное оружие в силу своей мощности не требует особо скрытных методов доставки. Баллистическая ракета с большим запасом вероятности поразит не только назначенную цель, но еще, к радости военных, с десяток дополнительных. И обойдется в тысячи раз дешевле гипотетических боевых нанороботов. Так что пока можно не особо бояться, что завтра в вашу дверь постучится наноробот и начнет угрожать вам нанопушкой. Не все так плохо.

Намалеванный черт

В 1986 году Дрекслер, описывая в книге «Машины созидания» нанозаводы будущего, предсказывал роботов-сборщиков размером с бактерию, способных манипулировать молекулами. Однако автор сразу предупредил – существует вероятность, что нанороботы выйдут из под контроля и станут превращать в себе подобных все, что их окружает. Роботы-репликанты начнут перерабатывать для самовоспроизведения всю доступную им материю, стремительно превращая окружающий мир в «серую слизь» (gray goo). Мир будет уничтожен мириадами наносозданий, которые шаг за шагом распространятся все дальше, в неведомые галактики.

Жуткая картина. Именно ею сейчас пугают весь мир противники нанотехнологий и научных исследований. При этом забывая, что весь кошмар – вымышленный от начала и до конца. Не создано не только воспроизводящихся нанороботов, не создано никаких. И миру пока ничего не грозит. А что касается нанотехнологий – то они появились и существуют совершенно независимо от того, что происходит в художественной и прочей литературе. Кстати, хотя работа Дрекслера небезынтересна, его коллеги-ученые относятся к ней довольно прохладно, находя в книге массу ошибок и натяжек. Зато менеджеры, отвечающие за финансирование научных проектов, Дрекслера искренне любят: благодаря его не слишком проверенным идеям, они получили возможность выбивать колоссальные гранты…

Что есть и что будет

Так что же такое настоящие нанотехнологии?

Корпорация «Интель»: процессор Core 2 Duo собран по технологии, позволяющей создавать элементы величиной 65 нанометров. Это истинная нанотехнология. Исследовательские группы всего мира ведут работы над созданием электронных компонент с еще меньшими размерами, более того – с трехмерной компоновкой элементов, что позволит резко – в 300 раз! – увеличить мощность процессоров.
Медики и биофизики работают над способами контроля ДНК – возможности вычленять из молекулы ДНК отдельные участки и заменять их другими. Это прямой путь к борьбе с наследственными и опухолевыми болезнями.

Материаловеды создают на основе углеродных нанотрубок композитные материалы, способные выдерживать громадные нагрузки и адские температуры.

Фармацевты, используя нанотехнологии, создают лекарственные препараты, работающие на самых тонких механизмах обмена веществ.
Так что нас ждет в будущем? Серая слизь вместо целого мира или новые неснашиваемые ткани и сверхпрочные колеса для автомобилей? «Умные» лекарства или наноробот с нанобомбой в манипуляторах? Выбор очевиден и не требует никаких усилий с нашей стороны.