Bet kokia žmogaus veikla yra apaugusi mitais. Nanotechnologijos, pagrindinis šių laikų mokslinis ir technologinis projektas, nėra išimtis. Be to, mitų kūrimas liečia pačią esmę. Dauguma žmonių, net priklausančių mokslo bendruomenei, įsitikinę, kad nanotechnologijos pirmiausia yra manipuliavimas atomais ir objektų konstravimas juos surenkant iš atomų. Tai yra pagrindinis mitas.
Moksliniai mitai yra dvejopi. Kai kuriuos iš jų sukuria mūsų žinių apie gamtą neišsamumas ar informacijos stoka. Kiti yra sukurti sąmoningai pagal konkretų tikslą. Nanotechnologijų atveju turime antrą variantą. Dėl šio mito ir iš jo kylančių pasekmių pavyko pritraukti valdančiųjų dėmesį ir dramatiškai paspartinti nanotechnologijų projekto pradžią, padidinant autokatalitines investicijas. Iš esmės tai buvo šiek tiek apgaulė, gana priimtina pagal žaidimo taisykles aukščiausiu lygiu. Mitas atliko savo naudingą proceso iniciatoriaus vaidmenį ir, kalbėdamas apie pačią technologiją, buvo laimingai pamirštas.
- „Salik.biz“
Tačiau mitai turi nuostabią savybę: kai jie gimsta, jie pradeda gyventi savo gyvenimą, tuo pačiu demonstruodami nuostabų gyvybingumą ir ilgaamžiškumą. Jie taip tvirtai įsišakniję žmonių galvose, kad daro įtaką realybės suvokimui. Realūs nanotechnologiniai procesai, tiek užsienio, tiek „Rusnano“projektai, iš esmės prieštarauja mitui, kuris jų galvose sukelia sumaištį (dauguma žmonių vis dar nesupranta, kas yra nanotechnologijos), atmetimą (tai nėra tikros nanotechnologijos!) Ir net paneigimą dėl nanotechnologijų. kaip toks.
Be pagrindinio mito, nanotechnologijų istorija mums parodo keletą lydinčių mitų, kurie jaudina skirtingas gyventojų grupes, vienose sukeldami nepagrįstas viltis, o kitose - paniką.
Steigiamojo tėvo mitas
Labiausiai nekenksmingas mitų virtinei yra kvantinio lauko teorijos ir dalelių fizikos specialisto Ričardo Feynmano nurodymas, kad jis yra vienas iš nanotechnologijų tėvo. Šis mitas kilo 1992 m., Kai nanotechnologijų pranašas Ericas Drexleris Senato komitete kreipėsi į klausymą tema „Naujos darnaus vystymosi technologijos“. Siekdamas įgyvendinti jo sugalvotą nanotechnologinį projektą, Drexleris paminėjo Nobelio fizikos premijos laureato pareiškimą, kuris senatorių akivaizdoje yra nepalenkiamas autoritetas.
Deja, Feynmanas mirė 1988 m., Todėl negalėjo nei patvirtinti, nei paneigti šio teiginio. Bet jei jis galėtų tai išgirsti, greičiausiai jis linksmai nusijuoktų. Jis buvo ne tik puikus fizikas, bet ir garsus juokdaris. Nenuostabu, kad jo autobiografinės knygos pavadinimas buvo: „Žinoma, jūs juokaujate, pone Feynmanai!“Atitinkamai buvo priimta Feynmano paminėta kalba Amerikos fizikų draugijos naujametinėje vakarienėje Kalifornijos technologijos institute. Anot vieno iš to susitikimo dalyvių, amerikiečių fiziko Paulo Schlickto prisiminimų: „Apskritai auditorijos reakcija gali būti vadinama džiugia. Dauguma manė, kad kalbėtojas vaidina kvailį “.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Bet žodžiai: „Mums žinomi fizikos principai nedraudžia kurti objektų„ atomas pagal atomą “. Manipuliavimas atomais yra gana realus ir nepažeidžia jokių gamtos dėsnių “, - sakė jie, tai faktas. Likusi dalis buvo spėlionės dėl miniatiūrizacijos kartu su futurologinėmis prognozėmis. Praėjus ketvirčiui amžiaus, kai kurias Feynmano idėjas „kūrybiškai“sukūrė Ericas Drexleris ir jos sukėlė pagrindinius nanotechnologijų mitus. Be to, mes dažnai grįšime prie šios kalbos norėdami prisiminti tai, ką iš tikrųjų pasakė Feynmanas, ir tuo pačiu pasimėgauti didžiųjų mokslininkų formuluočių aiškumu ir vaizdiniais.
Mitų apie bekvapę technologiją
Kurdami objekto atomą pagal atomą, mes akivaizdžiai taikome technologiją be atliekų. Žodis „akivaizdžiai“čia vartojamas pačia pirmiausia prasme - kai žmonės, pirmiausia pareigūnai, žiūri į paveikslėlius, vaizduojančius manipuliavimą atomais, nemato atliekų, dūmų vamzdžių, teršiančių atmosferą, ir pramoninių nuotekų, teršiančių vandens telkinius. … Pagal numatytuosius nustatymus aišku, kad norint nutempti beveik nesvarų atomą kelių nanometrų atstumu vienas nuo kito, reikia nedaug energijos. Apskritai, ideali „darnaus vystymosi“technologija - koncepcija, kuri buvo ypač populiari praėjusio amžiaus 90-aisiais.
Klausimas, iš kur ateina surinkimo atomai, yra beveik nepadorus. Natūralu, kad iš sandėlio, iš kur jie tikriausiai tiekiami ekologiškais elektromobiliais. Didžioji dauguma gyventojų mažai žino, iš kur jie kilę. Pavyzdžiui, medžiagos, iš kurių gaminami įvairūs pramoniniai produktai, kurių sunaudojame vis daugiau. Šių produktų ryšys su chemijos pramone nėra matomas. Chemija kaip mokslas yra nuobodus ir nelabai reikalingas dalykas, o chemijos pramonė, kaip neabejotinai kenksminga aplinkai, turi būti uždaryta.
Chemijos pramonė, daugumos nuomone, yra grobuoniškas gamtos išteklių švaistymas, savo procesams naudojant naftą, dujas, rūdas ir mineralus. O naujajai technologijai, kaip įsivaizduoja jos šalininkai, reikalingi tik atomai: šiame sandėlio skyriuje mes laikome aukso atomus, kitame - geležies atomus, paskui natrio atomus, chloro atomus … Apskritai, visa Mendelejevo periodinė lentelė. Esame priversti nuvilti šio idilinio paveikslo autorius: patys atomai, išskyrus inertinių dujų atomus, egzistuoja tik vakuume. Visomis kitomis sąlygomis jie sąveikauja su savo rūšies ar kitais atomais, chemiškai sąveikaudami, sudarydami cheminius junginius. Tokia yra daiktų prigimtis ir nieko negalima dėl to padaryti.
Bet kuri technologija reikalauja tam tikrų pritaikymų, gamybos būdų, kurie taip pat pašalina apologų dėmesį daiktams surinkti iš atomų. Tačiau kartais, atvirkščiai, jie pritraukia jų dėmesį ir traukia juos į širdelę. Iš tikrųjų tunelio ir galios mikroskopai yra gražūs prietaisai, matomi žmogaus proto galios įrodymai. Ir apskritai laboratorijos, kuriose manipuliavimas atomais yra ateities technologijų įvaizdis Alvino Tofflerio „Trečiosios bangos“dvasia: vadinamosios švarios patalpos su oro kondicionavimu ir specialiu oro valymu, prietaisai, kurie išskiria mažiausią vibraciją, specialiuose drabužiuose dirbantis operatorius, turintis universitetinį laipsnį. kišenė.
Ar visa tai taip pat bus surinkta iš atomų be atliekų? Įskaitant pamatus, sienas ir stogus? Manome, kad net patys aršiausi šios technologijos šalininkai neišdrįs atsakyti į šį klausimą teigiamai.
Žmonija kada nors sukurs ekologiškas, be atliekų atliekas, tačiau jos bus grindžiamos skirtingais principais arba iš esmės skirtinga technika.
Nanomažo mitas
Tiesą sakant, iš pradžių buvo kalbama apie kitokią techniką. Akivaizdi mintis, kad norint sukurti nanoskalą, būtina turėti tinkamo dydžio manipuliatorių. Štai kaip Richardas Feynmanas pamatė šios idėjos įgyvendinimą:
Tarkime, aš padariau dešimt manipuliatoriaus ginklų, sumažintų iki keturių kartų, ir sujungiau juos laidais į originalias valdymo svirtis, kad šios rankos vienu metu ir tiksliai sektų mano judesius. Tada aš vėl gaminsiu dešimties ketvirčio dydžio ginklų rinkinį. Natūralu, kad per pirmuosius dešimt manipuliatorių pagaminsite 10x10 = 100 manipuliatorių, tačiau juos sumažinsite 16 kartų …
Niekas netrukdo mums tęsti šį procesą ir sukurti tiek mažų mašinų, kiek norime, nes ši gamyba neturi jokių apribojimų, susijusių su mašinų išdėstymu ir jų medžiagų sunaudojimu … Akivaizdu, kad tai iškart pašalina medžiagų kainos problemą. Iš principo galėtume suorganizuoti milijonus identiškų miniatiūrinių gamyklų, kuriose mažytės mašinos nuolat gręžtų skyles, štampuotų detales ir pan. “
Šis požiūris yra tiesus miniatiūrinių prietaisų kūrimo idėjos įgyvendinimas. Tai, nors ir turinti daug apribojimų, veikia mikrolygmeniu, ką patvirtina vadinamieji mikroelektromechaniniai įtaisai. Jie naudojami sistemose, skirtose oro pagalvių išsisklaidymui automobiliuose, įvykus avarijoms, lazeriniuose ir rašaliniuose spausdintuvuose, slėgio davikliuose, buitiniuose oro kondicionieriuose ir degalų lygio rodikliuose dujų bake, širdies stimuliatoriuose ir žaidimų konsolėse. Pažvelgę į juos po mikroskopu, pamatysime mums pažįstamus krumpliaračius ir velenus, cilindrus ir stūmoklius, spyruokles ir vožtuvus, veidrodžius ir mikroschemas.
Tačiau nanoobjektų savybės skiriasi nuo makro- ir mikroobjektų savybių. Jei rasime būdą proporcingai sumažinti tranzistorių dydį nuo šiandien 45-65 nm iki 10 nm, tada jie paprasčiausiai neveiks, nes elektronai pradės tunelį per izoliatoriaus sluoksnį. Ir jungiamieji laidai taps plonesni atomų grandinei, kuri srovę veiks kitaip nei masyvūs pavyzdžiai, ir dėl šiluminio judesio pradės išsibarstyti į šonus, arba, atvirkščiai, susirinks krūva, pamiršdami apie užduotį palaikyti elektrinį kontaktą.
Tas pats pasakytina apie mechanines savybes. Mažėjant dydžiui, paviršiaus ploto ir tūrio santykis didėja, ir kuo didesnis paviršius, tuo didesnė trintis. Nano objektai tiesiogine prasme prilimpa prie kitų nano objektų ar paviršių, kurie jiems dėl savo mažumo atrodo lygūs. Tai yra naudingas gekono, lengvai vaikščiojančio ant vertikalios sienos, bruožas, tačiau ypač žalingas bet kokiam įrenginiui, kuriam reikia važiuoti ar slysti ant horizontalaus paviršiaus. Norėdami tiesiog perkelti jį iš savo vietos, turėsite išleisti neproporcingai daug energijos.
Kita vertus, inercija nedidelė, judėjimas greitai sustoja. Padaryti nano švytuoklę nėra sunku - pritvirtinkite kelių nanometrų skersmens aukso dalelę prie 1 nm skersmens ir 100 nm ilgio anglies nanovamzdelio ir pakabinkite jį nuo silicio plokštės. Bet ši švytuoklė, jei pasuksite ją ore, sustos beveik iškart, nes net oras yra reikšminga kliūtis jam.
„Nanoobjektai“, kaip sakoma, turi didelę išraišką, todėl juos klaidinti paprastai lengva. Daugelis tikriausiai stebėjo Browno judesį mikroskopu - atsitiktinį mažos kietos dalelės mėtymą vandenyje. Albertas Einšteinas dar 1905 m. Paaiškino šio reiškinio priežastį: nuolatinės šiluminės judesio metu veikiančios vandens molekulės smogia į dalelės paviršių, o nekompensuota smūgio iš skirtingų pusių jėga dalelėms įgauna pagreitį viena ar kita kryptimi. Jei 1 μm dydžio dalelė jaučia mažų molekulių smūgio jėgą ir keičia judėjimo kryptį, tai ką mes galime pasakyti apie 10 nm dalelę, kuri sveria milijoną kartų mažiau ir kuriai svorio ir paviršiaus ploto santykis yra 100 kartų mažesnis.
Nepaisant to, mokslinėje ir populiariojo mokslo literatūroje, ypač žiniasklaidos leidiniuose, nuolat randami įvairių mechaninių dalių, krumpliaračių, veržliarakčių, ratų, ašių ir net pavarų dėžių nanokopijų aprašymai. Manoma, kad jie bus naudojami kuriant darbinius nanodalinių ir kitų prietaisų modelius. Šių darbų nesiimkite nepagrįstai rimtai, smerkdami, stebėdami ar žavėdamiesi. „Aš esu asmeniškai įsitikinęs, kad mes, fizikai, galėtume išspręsti tokias problemas tik dėl savo malonumo ar linksmybių“, - sakė Richardas Feynmanas. Fizikai juokauja …
Tiesą sakant, jie puikiai supranta faktą, kad norint sukurti nanomechaninius ar nanoelektromechaninius prietaisus, reikia naudoti projektavimo metodus, kurie skiriasi nuo makro- ir mikroanalogų. Ir čia pradžiai net nereikia nieko sugalvoti, nes per milijardus evoliucijos metų gamta sukūrė tiek daug skirtingų molekulinių aparatų, kad dešimties metų nepakaks mums visiems suprasti, nukopijuoti, pritaikyti savo poreikiams ir pabandyti ką nors patobulinti.
Garsiausias natūralaus molekulinio variklio pavyzdys yra vadinamasis bakterinis žvynelinis variklis. Kitos biologinės mašinos užtikrina raumenų susitraukimą, širdies plakimą, maistinių medžiagų transportavimą ir jonų pernešimą per ląstelės membraną. Molekulinių mašinų, kurios paverčia cheminę energiją mechaniniu darbu, efektyvumas daugeliu atvejų yra artimas 100%. Tuo pačiu metu jie yra ypač ekonomiški, pavyzdžiui, mažiau nei 1% ląstelės energijos išteklių išleidžiama elektrinių variklių, užtikrinančių bakterijų judėjimą, veikimui.
Man atrodo, kad aprašytas biomimetinis (iš lotyniškų žodžių „bios“- gyvenimas ir „mimetis“- imitacija) požiūris yra pats realiausias nanomechaninių prietaisų kūrimo būdas ir viena tų sričių, kur fizikų ir biologų bendradarbiavimas nanotechnologijų srityje gali duoti apčiuopiamų rezultatų.
Nanorobotų mitas
Tarkime, kad mes sukūrėme nano prietaiso eskizą ant popieriaus arba kompiuterio ekrane. Kaip ją surinkti, o geriausia ne viename egzemplioriuje? Galite, vadovaudamiesi Feynmanu, sukurti „mažytes mašinas, kurios nuolat gręžtų skyles, antspauduotų detales ir pan.“ir miniatiūriniai manipuliatoriai gatavam produktui surinkti. Šiuos manipuliatorius turi valdyti asmuo, tai yra, jie turi turėti kažkokią makroskopinę įrangą arba bent jau veikti pagal žmogaus duotą programą. Be to, būtina kažkaip stebėti visą procesą, pavyzdžiui, naudojant elektronų mikroskopą, kuris taip pat turi makro matmenis.
Alternatyvią idėją 1986 m. Iškėlė amerikiečių inžinierius Ericas Drexleris futurologiniame bestseleryje „Kūrimo mašinos“. Augdamas, kaip ir visi jo kartos žmonės, apie Izaoko Asimovo knygas, pasiūlė nanodalelių gamybai naudoti tinkamo (100–200 nm) dydžio mechanines mašinas - nanorobotus. Tai nebebuvo gręžimo ir pramušimo klausimas, šie robotai turėjo surinkti prietaisą tiesiai iš atomų, todėl jie buvo vadinami surinkėjais - surinkėjais. Tačiau požiūris liko grynai mechaninis: montuotojas buvo aprūpintas kelių dešimčių nanometrų ilgio manipuliatoriais, varikliu manipuliatoriams judinti ir pačiu robotu, įskaitant anksčiau minėtas pavarų dėžes ir transmisijas, taip pat autonominiu energijos šaltiniu. Paaiškėjo, kad nanorobotą turėtų sudaryti kelios dešimtys tūkstančių dalių,ir kiekviena detalė sudaryta iš vieno ar dviejų šimtų atomų.
Atomų ir molekulių vizualizacijos problema kažkaip nepastebimai išnyko, atrodė visiškai natūralu, kad nanorobotas, dirbantis su panašaus dydžio objektais, „mato“juos taip, kaip žmogus mato nagą ir plaktuką, kuriuo jis įkišo šį nagą į sieną.
Svarbiausias nanoroboto vienetas, be abejo, buvo borto kompiuteris, kuris kontroliavo visų mechanizmų veikimą, nustatė, kurį atomą ar kurią molekulę turėtų užfiksuoti manipuliatorius, ir kur jas dėti į būsimą įrenginį. Šio kompiuterio linijiniai matmenys neturėjo viršyti 40–50 nm - tai yra tiksliai vieno tranzistoriaus dydis, pasiektas mūsų laikų pramoninėmis technologijomis, praėjus 25 metams po to, kai Drexleris parašė savo knygą „Kūrimo mašinos“.
Tačiau Drexleris taip pat kreipėsi į savo knygą į ateitį, į tolimą ateitį. Šio rašymo metu mokslininkai dar nepatvirtino pagrindinės galimybės manipuliuoti atskirais atomais, jau nekalbant apie bent kai kurių struktūrų surinkimą iš jų. Tai įvyko tik po ketverių metų. Įrenginys, kuris buvo naudojamas pirmą kartą ir naudojamas iki šiol, - tunelio mikroskopas - turi gana apčiuopiamus matmenis, dešimtys centimetrų kiekvienoje dimensijoje, ir jį valdo žmogus, naudodamas galingą kompiuterį su milijardais tranzistorių.
Nanorobotų, surenkančių medžiagas ir prietaisus iš atskirų atomų, svajonių idėja buvo tokia graži ir viliojanti, kad šis atradimas ją tik įtikino. Mažiau nei po kelerių metų JAV senatoriai, toli nuo mokslo atsidūrę žurnalistai, juo tikėjo, o jų siūlymu - visuomenė ir, gana keista, pats autorius, kuris ir toliau jį gynė, net kai jam buvo suprantamai paaiškinta, kad idėja iš principo nebuvo įgyvendinama. … Prieš tokius mechaninius prietaisus galima pateikti daugybę argumentų, pacituosime tik patį paprasčiausią Richardo Smalley pateiktą variantą: manipuliatorius, „užfiksavęs“atomą, bus sujungtas su juo amžinai dėl cheminės sąveikos. Smalley buvo Nobelio chemijos premijos laureatas, ir taip turėjo būti.
Tačiau idėja toliau gyveno savo gyvenimą ir išliko iki šių dienų, tapdama pastebimai sudėtingesnė ir papildyta įvairiomis programomis.
Medicininių nanorobotų mitas
Populiariausias mitas yra tai, kad yra milijonai nanorobotų, kurie apžiūrės mūsų kūnus, diagnozuos įvairių ląstelių ir audinių būklę, atitaisys skilimus nanoskalpeliu, išpjaustys ir išardys vėžio ląsteles, kaups kaulinį audinį, sudarydami atomus, nugramdys cholesterolio plokšteles nanoskopu ir smegenyse. pasirinktinai plyšta sinapsės, atsakingos už nemalonius prisiminimus. Taip pat praneškite apie nuveiktą darbą perduodami tokius pranešimus kaip: „Aleksas Eustace'ui. Parodyti mitralinio vožtuvo pažeidimai. Lūžis buvo pašalintas “. Būtent pastarasis sukelia rimtą visuomenės susirūpinimą, nes tai yra privačios informacijos atskleidimas - nanoroboto žinią gali priimti ir iššifruoti ne tik gydytojas, bet ir pašaliniai asmenys. Šis susirūpinimas patvirtinakad visa kita žmonės besąlygiškai tiki. Kaip nanorobotuose, šnipuose, „protingose dulkėse“, kurios įsiskverbs į mūsų apartamentus, stebėkite mus, įsiklausykite į mūsų pokalbius ir vėl perduokite gautą vaizdo ir garso medžiagą per siųstuvą su nanoantenna. Arba į žudiklius nanobotus, kurie paveikia žmones ir technologijas nanospektakliais, galbūt net branduoliniais.
Nuostabiausia, kad beveik viską, kas aprašyta, galima sukurti (ir kažkas jau sukurta). Ir invazinės diagnostikos sistemos, kurios praneša apie kūno būklę, ir vaistai, veikiantys tam tikras ląsteles, ir sistemos, valančios mūsų indus nuo aterosklerozinių plokštelių, ir kaulų augimas, ir atsiminimų trynimas, ir nematomos nuotolinio stebėjimo sistemos, ir „protingos dulkės“.
Tačiau visos šios dabarties ir ateities sistemos neturi ir neturės nieko bendra su mechaniniais nanorobotais Drexlerio dvasioje, išskyrus dydį. Juos kartu sukurs fizikai, chemikai ir biologai, mokslininkai, dirbantys sintetinio mokslo, vadinamo nanotechnologija, srityje.
Mitas apie fizikinį medžiagų sintezės metodą
Richardas Feynmanas savo paskaitoje netyčia išdavė slaptą amžiną fizikų svajonę:
„Ir galiausiai, galvodami šia linkme (galimybė manipuliuoti atomais. - GE), mes patenkame į cheminės sintezės problemas. Chemikai pas mus, fizikai, ateis su specialiais nurodymais: „Klausyk, drauge, ar nepadarysi molekulės tokiu ir tokiu atomų pasiskirstymu?“Patys chemikai naudoja sudėtingas ir net paslaptingas operacijas ir metodus, kad paruoštų molekules. Paprastai norint susintetinti numatytą molekulę, jie gana ilgą laiką turi maišyti, purtyti ir apdoroti įvairias medžiagas. Kai tik fizikai sukurs prietaisą, galintį veikti su atskirais atomais, visa ši veikla taps nereikalinga … Chemikai užsako sintezę, o fizikai tiesiog „sudedam“atomus teisinga tvarka “.
Chemikai nesintezuoja molekulės, chemikai gauna medžiagą. Medžiaga, jos gamyba ir transformacija yra chemijos dalykas, iki šiol paslaptinga fizikams.
Molekulė yra atomų grupė, ne tik išdėstyta teisinga tvarka, bet ir sujungta cheminiais ryšiais. Skaidrus skystis, kuriame yra vienas deguonies atomas dviem vandenilio atomams, gali būti vanduo arba tai gali būti skysto vandenilio ir deguonies mišinys (dėmesys: nemaišykite namuose!).
Tarkime, mums kažkaip pavyko sudėti aštuonių atomų - dviejų anglies atomų ir šešių vandenilio atomų - krūvą. Fizikui šis pluoštas greičiausiai bus etano C2H6 molekulė, tačiau chemikas nurodys dar bent dvi atomų sujungimo galimybes.
Tarkime, kad norime gauti etano, rinkdami iš atomų. Kaip aš tai galėčiau padaryti? Nuo ko pradėti: perkelti du anglies atomus arba prijungti vandenilio atomą prie anglies atomo? Sudėtingas klausimas, taip pat ir autoriui. Problema ta, kad mokslininkai iki šiol išmoko manipuliuoti atomais, pirma, sunkiaisiais, antra, nelabai reaktyviaisiais. Gana sudėtingos struktūros yra surenkamos iš ksenono, aukso, geležies atomų. Nelabai aišku, kaip valdyti lengvus ir ypač aktyvius vandenilio, anglies, azoto ir deguonies atomus. Taigi su atominių baltymų ir nukleorūgščių rinkiniu, kurį kai kurie autoriai kalba kaip apie praktiškai išspręstą dalyką, teks palaukti.
Yra dar viena aplinkybė, kuri žymiai riboja „fizinio“sintezės metodo perspektyvas. Kaip jau minėta, chemikai nesintezuoja molekulės, o gauna medžiagą. Medžiagą sudaro didžiulis skaičius molekulių. 1 ml vandens yra ~ 3x1022 vandens molekulių. Paimkime labiau pažįstamą nanotechnologijų objektą - auksą. 1 cm3 aukso kubo yra ~ 6x1022 aukso atomų. Kiek laiko reikia surinkti tokį atomų kubą?
Šiai dienai darbas su atominės jėgos ar tunelio mikroskopu yra panašus į meną, ne veltui tam reikalingas specialus ir labai geras išsilavinimas. Rankinis darbas: užkabinkite atomą, nuvilkite jį į reikiamą vietą, įvertinkite tarpinį rezultatą. Maždaug taip greitai, kaip plytų mūras. Kad neišgąsdintumėte skaitytojo neįsivaizduojamais skaičiais, tarkime, kad mes radome būdą kaip nors mechanizuoti ir suaktyvinti procesą ir galime sukrauti milijoną atomų per sekundę. Šiuo atveju mes praleisime du milijardus metų 1 cm3 kubo surinkimui, maždaug tiek, kiek gamtai prireikė sukurti visą gyvą pasaulį ir save kaip evoliucijos vainiką bandymų ir klaidų būdu.
Štai kodėl Feynmanas kalbėjo apie milijonus „gamyklų“, vis dėlto neįvertinęs galimo jų produktyvumo. Štai kodėl net milijonas nanorobotų, nuskendusių mūsų viduje, neišspręs šios problemos, nes mes neturėsime pakankamai laiko laukti jų darbo rezultato. Štai kodėl Richardas Smalley paragino Ericą Drexlerį neleisti viešai kalbėti apie „kūrimo mašinų“paminėjimą, kad neklaidintų visuomenės šia anti-mokslo nesąmone.
Taigi, ar galime nutraukti šį medžiagų, medžiagų ir prietaisų gavimo metodą? Ne, visiškai ne.
Pirma, ta pati technika gali būti naudojama manipuliuojant žymiai didesniais statybiniais elementais, tokiais kaip anglies nanovamzdeliai, o ne atomai. Tai pašalina lengvųjų ir reaktyviųjų atomų problemą, o produktyvumas automatiškai padidės dviem – trim laipsniais. Tai, be abejo, vis dar yra per mažai realiai technologijai, tačiau naudodami šį metodą mokslininkai jau gamina pačias paprasčiausių nanodalelių kopijas laboratorijose.
Antra, galima įsivaizduoti daugybę situacijų, kai atomo, nanodalelių įnešimas ar net tiesiog fizinis tunelio mikroskopo galiuko smūgis pradeda savigrupos, fizikinių ar cheminių transformacijų procesą terpėje. Pavyzdžiui, grandininė polimerizacijos reakcija į ploną organinių medžiagų plėvelę, neorganinės medžiagos kristalų struktūros pokyčiai arba biopolimero konformacija tam tikrame smūgio vietos taške. Didelio tikslumo paviršiaus nuskaitymas ir pakartotinė ekspozicija leis sukurti išplėstinius objektus, kuriems būdinga taisyklinga nanostruktūra.
Galiausiai šis metodas gali būti naudojamas norint gauti unikalius pavyzdžius - šablonus, kad būtų galima toliau skleisti kitais metodais. Tarkime, šešiakampis, pagamintas iš metalo atomų arba iš vienos molekulės. Bet kaip padauginti vieną molekulę? Neįmanoma, sakote, tai yra kažkokia nesąmoninga fantazija. Kodėl tada? Gamta puikiai žino, kaip sukurti daugybę, absoliučiai tapačių tiek atskirų molekulių, tiek sveikų organizmų kopijas. Tai paprastai vadinama klonavimu. Net žmonės, kurie yra toli nuo mokslo, bet bent kartą lankėsi šiuolaikinėje medicininės diagnostikos laboratorijoje, yra girdėję apie polimerazės grandininę reakciją. Ši reakcija leidžia padauginti vieną DNR molekulės fragmentą, išgautą iš biologinės medžiagos arba sintetiną dirbtiniu būdu cheminėmis priemonėmis. Norėdami tai padaryti, mokslininkai naudoja gamtos sukurtas „molekulines mašinas“- baltymus ir fermentus. Kodėl negalime pagaminti panašių mašinų, skirtų molekulėms klonuoti, išskyrus oligonukleotidus?
Aš drįsčiau truputį perfrazuoti Ričardą Feynmaną: „Mums žinomi chemijos principai nedraudžia klonuoti atskirų molekulių. Pagal pavyzdį molekulių „dauginimas“yra gana realus ir nepažeidžia jokių gamtos dėsnių.
Pilkasis goo mitas
Elementariai įvertinus ypač mažą (masės atžvilgiu) nanorobotų produktyvumą, suprantama, nepraleido Ericas Drekeleris. „Kūrybos mašinų“pasaulyje buvo ir kitų problemų, kurių dėl vietos stokos mes detaliai neaptarėme. Pavyzdžiui, kokybės kontrolė, naujų produktų ir žaliavų šaltinių išleidimo įsisavinimas, kur ir kaip atomai atsiranda „sandėlyje“. Siekdamas išspręsti šias problemas, „Drexler“į koncepciją įtraukė dar dviejų tipų įrenginius.
Pirmasis yra išardytojai, kolekcininkų antipodai. Išmontuotojas visų pirma turi ištirti naujo objekto struktūrą, įrašydamas jo atominę struktūrą į nanokompiuterio atmintį. Ne prietaisas, o chemiko svajonė! Nepaisant visų šiuolaikinių tyrimų technologijų pažangos, mes nematome visų atomų, pavyzdžiui, baltyme. Tikslią molekulės struktūrą įmanoma nustatyti tik tuo atveju, jei ji kartu su milijonais kitų panašių molekulių sudaro kristalą. Tada, naudodamiesi rentgeno struktūros analizės metodu, galime nustatyti tikslią, iki tūkstantųjų nanometrų, visų atomų vietą erdvėje. Tai daug laiko reikalaujanti, daug darbo reikalaujanti procedūra, reikalaujanti didelių gabaritų ir brangios įrangos.
Antrasis įrenginio tipas yra kūrėjas arba replikatorius. Jų pagrindinės užduotys yra kolekcininkų gamyba ir panašių replikatorių surinkimas, tai yra reprodukcija. Kaip sumanė jų kūrėjas, replikatoriai yra daug sudėtingesni prietaisai nei paprasti surinkėjai; jie turi būti sudaryti iš šimtų milijonų atomų (dviem dydžiais mažesnės nei DNR molekulėje) ir atitinkamai turėti apie 1000 nm. Jei jų replikacijos trukmė matuojama minutėmis, tada, padauginę eksponentiškai, jie sukurs trilijonus replikatorių per dieną, jie pagamins kvadrilijonus specializuotų surinkėjų, kurie pradės surinkti makroobjektus, namus ar raketas.
Nesunku įsivaizduoti situaciją, kai sistemos funkcionavimas pereis į gamybos režimą vardan gamybos, neribotą gamybos priemonių kaupimą - patys nanorobotai, kai visa jų veikla sumažinama iki padidėjusio jų pačių skaičiaus. Tai yra mašinų riaušės nanotechnologijų eroje. Savo reikmėms nanorobotai iš aplinkos gali gauti tik atomus, todėl išmontuotojai pradės ardyti atomais viską, kas priklauso nuo jų atkaklių manipuliatorių. Dėl to po kurio laiko visa materija ir tai, kas mus labiausiai įžeidžia, biomasė pavirs nanorobotų krūva į „pilkąsias gleives“, kaip vaizdžiai tai pavadino Erikas Drexleris.
Kiekviena nauja technologija sukuria neišvengiamo pasaulio pabaigos scenarijus dėl jo įdiegimo ir platinimo. Pilkasis goo mitas yra tik istoriškai pirmasis toks scenarijus, susijęs su nanotechnologijomis. Tačiau jis yra labai įsivaizduojantis, todėl žurnalistai ir filmų kūrėjai jį labai myli.
Laimei, toks scenarijus neįmanomas. Jei, nepaisant visų aukščiau išvardytų dalykų, vis dar tikite galimybe iš atomų surinkti ką nors esminio, pagalvokite apie dvi aplinkybes. Pirma, Drexlerio aprašytiems replikatoriams trūksta sudėtingumo sukurti panašius įrenginius. Šimto milijonų atomų nepakanka net kompiuteriui, valdančiam surinkimo procesą, sukurti net atminčiai. Jei manysime, kad nepasiekiama - kad kiekvienas atomas turi vieną bitą informacijos, tada šios atminties tūris bus 12,5 megabaitų, ir to yra per mažai. Antra, replikatoriai turės žaliavų problemų. Elementari elektromechaninių įtaisų sudėtis iš esmės skiriasi nuo aplinkos objektų ir, visų pirma, nuo biomasės. Reikiamų elementų, kuriems reikia didelių laiko ir energijos, atomų radimas, išgavimas ir pateikimas,- būtent tai lems dauginimosi greitį. Jei projektuojate situaciją ant makro dydžio, tai yra tas pats, kaip surinkti mašiną iš medžiagų, kurias reikia surasti, iškasti ir tada pristatyti iš įvairių Saulės sistemos planetų. Gyvybiškai svarbių išteklių trūkumas riboja nevaržomą bet kurios populiacijos plitimą, kur kas labiau pritaikytas ir tobulas nei mitiniai nanorobotai.
Išvada
Mitų sąrašas tęsiasi. Mitas apie nanotechnologijas kaip ekonomikos lokomotyvą vertas atskiro straipsnio. Anksčiau straipsnyje „Nanotechnologijos kaip nacionalinė idėja“(žr. „Chemija ir gyvenimas“, 2008, N3) bandėme išsklaidyti mitą, kad JAV nacionalinė nanotechnologijų iniciatyva yra grynai technologinis projektas.
Kanoninė nanotechnologijų istorija taip pat yra mitas, kurio svarbiausias įvykis yra tunelinio elektroninio mikroskopo išradimas. Pastarąją lengva paaiškinti. „Istoriją rašo nugalėtojai“, o pasaulinis projektas, pavadintas „Nanotechnologijos“, iš esmės apibrėžiantis šiuolaikinio mokslo veidą (ir finansavimą), įsiskverbė į fizikus. Už tai mes visi, šioje ir susijusiose srityse dirbantys tyrėjai, reiškiame begalinį dėkingumą fizikams.
Mitai suvaidino teigiamą vaidmenį, jie sukėlė entuziazmą ir patraukė politinio bei ekonominio elito, taip pat visuomenės dėmesį į nanotechnologijas. Vis dėlto nanotechnologijų praktinio įgyvendinimo etape laikas pamiršti šiuos mitus ir nustoti juos kartoti iš straipsnio į straipsnį, iš knygos į knygą. Galų gale mitai stabdo plėtrą, nustato neteisingus orientyrus ir tikslus, sukelia nesusipratimą ir baimes. Galiausiai reikia parašyti naują nanotechnologijų istoriją - naują XXI amžiaus mokslą, gamtos mokslų sritį, vienijančią fiziką, chemiją ir biologiją.
G. V. Erlikhas, chemijos mokslų daktaras