Enhver form for menneskelig aktivitet er gjengrodd med myter. Nanoteknologi, vår tids viktigste vitenskapelige og teknologiske prosjekt, er intet unntak. Dessuten berører her mytebruk selve essensen. De fleste mennesker, også de som hører til det vitenskapelige samfunnet, er overbevist om at nanoteknologi først og fremst er manipulering av atomer og konstruksjon av gjenstander ved å samle dem fra atomer. Dette er hovedmyten.
Vitenskapelige myter er todelt. Noen er generert av ufullstendigheten av kunnskapen vår om naturen eller mangelen på informasjon. Andre er opprettet bevisst for et bestemt formål. Når det gjelder nanoteknologi, har vi et andre alternativ. Takket være denne myten og konsekvensene som fulgte av det, var det mulig å tiltrekke seg oppmerksomheten til de som hadde makten og dramatisk akselerere lanseringen av Nanotechnology-prosjektet med en autokatalytisk økning i investeringene. I hovedsak var det litt juks, ganske akseptabelt av spillereglene på høyeste nivå. Myten spilte sin gunstige rolle som initiativtaker til prosessen og ble glemt glemt når det gjaldt selve teknologien.
Men myter har en fantastisk egenskap: når de blir født begynner de å leve sine egne liv, mens de demonstrerer fantastisk vitalitet og lang levetid. De er så fast forankret i hodet til mennesker at de påvirker virkelighetsoppfatningen. Ekte nanoteknologiske prosesser, både utenlandske og Rusnano-prosjekter, motsier grunnleggende myten, som skaper forvirring i hodet (de fleste forstår fortsatt ikke hva nanoteknologi er), avvisning (dette er ikke ekte nanoteknologi!) Og til og med benektelse av nanoteknologi som sådan.
I tillegg til hovedmyten, avslører nanoteknologiens historie oss flere tilhørende myter som stimulerer forskjellige grupper av befolkningen, noe som gir grunnlag for ubegrunnet håp i noen og får panikk hos andre.
Grunnleggerens myte
Den mest uskyldige av strengene med myter er beskrivelsen av Richard Feynman, en ekspert innen kvantefeltteori og partikkelfysikk, som grunnleggeren til nanoteknologi. Denne myten oppsto i 1992 da profeten for nanoteknologi, Eric Drexler, henvendte seg til en senatkomité under en høring om "Nye teknologier for bærekraftig utvikling." For å presse gjennom det nanoteknologiprosjektet han hadde oppfunnet, henviste Drexler til uttalelsen fra nobelprisvinneren i fysikk, en urokkelig autoritet i øynene til senatorene.
Dessverre gikk Feynman bort i 1988 og kunne derfor verken bekrefte eller avkrefte denne uttalelsen. Men hvis han kunne høre det, ville han, sannsynligvis, le latter. Han var ikke bare en fremragende fysiker, men også en kjent joker. Ikke rart at hans selvbiografiske bok bar tittelen: "Selvfølgelig tuller du, Mr. Feynman!" Følgelig ble Feynmans berømte tale ved American Physics Society's New Year's Eve middag på California Institute of Technology akseptert. I henhold til erindringene fra en av deltakerne på det møtet, den amerikanske fysikeren Paul Schlickt: “Publikums reaksjon generelt kan kalles munter. De fleste trodde høyttaleren spilte lurt."
Salgsfremmende video:
Men ordene: "Prinsippene i fysikk vi kjenner forbyr ikke opprettelse av objekter" atom for atom ". Manipulering av atomer er ganske reell og bryter ikke med noen naturlover,”sa de, dette er et faktum. Resten var spekulasjoner om miniatyrisering kombinert med futurologiske forutsigelser. Et kvart århundre senere ble noen av Feynmans ideer "kreativt" utviklet av Eric Drexler og ga opphav til de viktigste mytene om nanoteknologi. Videre vil vi ofte komme tilbake til denne talen for å minne om det Feynman faktisk sa, og samtidig for å glede oss over klarheten og billedskapet i den store forskerens formuleringer.
The Myth of Wasteless Technology
Når vi lager et objekt atom for atom, bruker vi åpenbart avfallsfri teknologi. Ordet "åpenbart" blir brukt her i den mest primordiale forstand - når mennesker, først og fremst embetsmenn, ser på bilder som viser prosessen med å manipulere atomer, ser de ikke noe avfall, ingen røykrør som forurenser atmosfæren, og industrielle avløp som forurenser vannforekomster … Som standard er det tydelig at å dra et nesten vektløst atom noen få nanometer fra hverandre krever en liten mengde energi. Generelt sett er den ideelle teknologien for "bærekraftig utvikling" - et konsept som var ekstremt populært på 90-tallet av forrige århundre.
Spørsmålet om hvor atomene for montering kommer fra er nesten usømmelig. Naturligvis fra lageret, hvorfra de sannsynligvis blir levert av miljøvennlige elbiler. Det overveldende flertallet av befolkningen har liten anelse om hvor den kommer fra. For eksempel materialene som forskjellige industriprodukter er laget av, som vi forbruker i økende mengder. Forbindelsen mellom disse produktene med den kjemiske industrien er ikke synlig. Kjemi som vitenskap er kjedelig og ikke veldig nødvendig, og den kjemiske industrien, som absolutt skadelig for miljøet, må stenges.
Blant annet er den kjemiske industrien, etter flertallets mening, et rovdrift av naturressurser, ved bruk av olje, gass, malm og mineraler til sine prosesser. Og for den nye teknologien, som tilhengerne forestiller seg, er det bare atomer som trengs: i denne delen av lageret lagrer vi gullatomer, i det neste - jernatomer, deretter natriumatomer, kloratomer … Generelt sett hele periodiske tabellen til Mendeleev. Vi blir tvunget til å skuffe forfatterne av dette idylliske bildet: atomene i seg selv, med unntak av atomene til inerte gasser, eksisterer bare i et vakuum. Under alle andre forhold samhandler de med sin egen art eller andre atomer, i kjemisk interaksjon med dannelsen av kjemiske forbindelser. Dette er tingens natur, og ingenting kan gjøres med det.
Enhver teknologi krever noen tilpasninger, produksjonsmidler, som også unngår oppmerksomhet fra unnskyldere for å samle gjenstander fra atomer. Noen ganger, tvert imot, tiltrekker de oppmerksomheten og rister dem til kjernen. Tunnel- og kraftmikroskop er vakre apparater, et synlig bevis på kraften i menneskesinnet. Og generelt er laboratoriene der de driver med manipulering av atomer, et bilde av fremtidige teknologier i ånden til Alvin Tofflers "Third Wave": de såkalte rene rommene med klimaanlegg og spesiell luftrensing, enheter som utelukker den minste vibrasjon, en operatør i spesielle klær med en universitetsgrad i lomme.
Vil alt dette også hentes fra atomer uten avfall? Inkludert fundamenter, vegger og tak? Vi tror at selv de ivrigste tilhengere av denne teknologien ikke vil tørre å svare på dette spørsmålet bekreftende.
Mennesket vil en dag lage avfallsfrie, miljøvennlige teknologier, men de vil være basert på forskjellige prinsipper eller på en grunnleggende annen teknikk.
Nanomachine-myten
Til å begynne med handlet det om en annen teknikk. Tanken på at det er nødvendig å ha en manipulator med passende størrelse for å designe på nanoskalaen er åpenbar. Slik så Richard Feynman implementeringen av denne ideen:
“Anta at jeg laget et sett med ti manipulatorarmer, redusert til fire ganger, og koblet dem med ledninger til de originale kontrollspakene, slik at disse armene samtidig og nøyaktig fulgte bevegelsene mine. Så vil jeg fabrisere et sett med ti kvartarmer. Naturligvis vil de første ti manipulatorene produsere 10x10 = 100 manipulatorer, men redusert med en faktor på 16 …
Ingenting hindrer oss i å fortsette denne prosessen og lage så mange bittesmå maskiner vi vil, siden denne produksjonen ikke har noen begrensninger knyttet til plassering av maskiner og deres materialforbruk … Det er tydelig at dette umiddelbart fjerner problemet med materialkostnadene. I prinsippet kunne vi organisere millioner av identiske miniatyrfabrikker, hvor bittesmå maskiner kontinuerlig skulle bore hull, stempeldeler osv."
Denne tilnærmingen er en enkel implementering av ideen om å lage miniatyrenheter. Det, om enn med mange begrensninger, fungerer på mikronivå, noe som fremgår av de såkalte mikroelektromekaniske enhetene. De brukes i systemer for utplassering av kollisjonsputer i biler i tilfelle ulykker, i laser- og blekkskrivere, i trykksensorer, i hjemlige klimaanlegg og i drivstoffnivåindikatorer i en bensintank, i pacemakere og i joysticks for spillkonsoller. Ser vi på dem under et mikroskop, vil vi se tannhjul og sjakter, sylindere og stempler, fjærer og ventiler, speil og mikrokretser som er kjent for oss.
Men nanoobjekter har forskjellige egenskaper enn makro- og mikroobjekter. Hvis vi finner en måte å proporsjonalt redusere størrelsen på transistorer fra de nåværende 45-65 nm til 10 nm, vil de rett og slett ikke fungere, fordi elektroner vil begynne å tunnellere gjennom isolasjonslaget. Og de tilkoblende ledningene vil tynne ut til en kjede med atomer, som vil lede strømmen annerledes enn massive prøver, og vil begynne å spre seg til sidene på grunn av termisk bevegelse, eller omvendt, samle i en haug, og glemme oppgaven med å opprettholde elektrisk kontakt.
Det samme gjelder mekaniske egenskaper. Når størrelsen avtar, øker forholdet mellom overflate og volum, og jo større overflaten er, desto større er friksjonen. Nano-gjenstander holder seg bokstavelig talt til andre nano-objekter eller til overflater, som for dem på grunn av sin egen litenhet virker jevne. Dette er en nyttig egenskap for en gekko som lett går på en vertikal vegg, men ekstremt skadelig for alle enheter som trenger å sykle eller skyve på en horisontal overflate. For bare å flytte den fra sin plass, må du bruke en uforholdsmessig mengde energi.
På den annen side er tregheten liten, bevegelsen stopper raskt. Det er ikke vanskelig å lage en nano-pendel - å feste en partikkel av gull noen få nanometer i diameter til en karbon nanorør på 1 nm i diameter og 100 nm i lengde og henge den fra en silisiumplate. Men denne pendelen, hvis du svinger den i luften, vil stoppe nesten umiddelbart, fordi selv luft er et betydelig hinder for det.
Nanoobjekter har som sagt en høy vindstyrke, og det er generelt lett å villede dem. Mange observerte sannsynligvis Brownsk bevegelse i et mikroskop - tilfeldig kasting av en liten fast partikkel i vann. Albert Einstein forklarte tilbake i 1905 årsaken til dette fenomenet: vannmolekyler, som er i konstant termisk bevegelse, treffer overflaten av partikkelen, og den ukompenserte kraftvirkningen fra forskjellige sider fører til at partikkelen får fart i en eller annen retning. Hvis en partikkel på 1 μm i størrelse registrerer påvirkningen av små molekyler og endrer bevegelsesretningen, hva kan vi si om en partikkel på 10 nm, som veier en million ganger mindre og som forholdet mellom vekt og overflate er 100 ganger mindre.
Ikke desto mindre finnes det i vitenskapelig og populærvitenskapelig litteratur, spesielt i mediepublikasjoner, beskrivelser av nanokopi av forskjellige mekaniske deler, gir, skiftenøkkel, hjul, aksler og til og med girkasser. Det antas at de vil bli brukt til å lage arbeidsmodeller av nanomachines og andre enheter. Ikke ta disse verkene med unødig alvor, fordømme, undre deg eller beundre. "Jeg er personlig overbevist om at vi fysikere kunne løse slike problemer bare for moro skyld eller moro skyld," sa Richard Feynman. Fysikere spøker …
Faktisk er de helt klar over det faktum at for å lage nanomekaniske eller nanoelektromekaniske enheter, er det nødvendig å bruke designtilnærminger som skiller seg fra makro- og mikroanaloger. Og her, for en start, trenger du ikke en gang å oppfinne noe, for i løpet av milliarder av år med evolusjon har naturen skapt så mange forskjellige molekylære maskiner at ti år ikke vil være nok til at vi alle kan forstå, kopiere, tilpasse dem etter behovene våre og prøve å forbedre noe.
Det mest kjente eksemplet på en naturlig molekylær motor er den såkalte bakterieflaggermotoren. Andre biologiske maskiner gir muskelsammentrekning, hjerterytme, næringstransport og ionetransport over cellemembranen. Effektiviteten til molekylære maskiner som konverterer kjemisk energi til mekanisk arbeid er i mange tilfeller nær 100%. Samtidig er de ekstremt økonomiske, for eksempel blir mindre enn 1% av cellens energiressurser brukt på drift av elektriske motorer som sikrer bevegelse av bakterier.
Det synes for meg at den beskrevne biomimetiske (fra de latinske ordene "bios" - liv og "mimetis" - imitasjon) er den mest realistiske måten å skape nanomekaniske apparater og et av de områdene der samarbeid av fysikere og biologer innen nanoteknologi kan gi konkrete resultater.
Nanorobot-myten
Anta at vi har laget en skisse av en nanodevice på papir eller på en dataskjerm. Hvordan samle det, og helst ikke i ett eksemplar? Du kan følge Feynman lage "bittesmå maskiner som kontinuerlig vil bore hull, stempeldeler osv." og miniatyrmanipulatorer for montering av det ferdige produktet. Disse manipulatorene må kontrolleres av en person, det vil si at de må ha et slags makroskopisk utstyr, eller i det minste handle i henhold til et program gitt av en person. I tillegg er det nødvendig å på en eller annen måte observere hele prosessen, for eksempel ved å bruke et elektronmikroskop, som også har makrodimensjoner.
En alternativ idé ble fremmet i 1986 av den amerikanske ingeniøren Eric Drexler i den futurologiske bestselgeren "Machines of Creation". Etter å ha vokst opp, som alle mennesker i sin generasjon, på bøkene til Isaac Asimov, foreslo han å bruke mekaniske maskiner i passende størrelser (100-200 nm) - nanorobots for produksjon av nanodevices. Det var ikke lenger et spørsmål om boring og stansing, disse robotene måtte sette sammen en enhet direkte fra atomer, så de ble kalt samlere - montere. Men tilnærmingen forble rent mekanisk: monteren var utstyrt med manipulatorer som var flere titalls nanometer i lengde, en motor for å bevege manipulatorene og roboten selv, inkludert de tidligere nevnte girkassene og girkassene, samt en autonom kraftkilde. Det viste seg at nanoroboten skulle bestå av flere titusenvis av deler,og hver detalj består av ett eller to hundre atomer.
Problemet med å visualisere atomer og molekyler forsvant på en eller annen måte umerkelig, det virket ganske naturlig at en nanorobot som opererer med gjenstander av sammenlignbar størrelse "ser" dem når en person ser en spiker og en hammer som han hamrer denne spikeren inn i en vegg.
Den viktigste enheten til nanobot var selvfølgelig bordcomputeren, som kontrollerte driften av alle mekanismer, bestemte hvilket atom eller hvilket molekyl som skulle fanges opp av manipulatoren og hvor de skulle plasseres i fremtidens enhet. De lineære dimensjonene til denne datamaskinen skal ikke ha overskredet 40-50 nm - dette er nøyaktig størrelsen på en transistor oppnådd av den industrielle teknologien i vår tid, 25 år etter at Drexler skrev sin bok "Creation Machines".
Men Drexler adresserte også boken sin til fremtiden, til den fjerne fremtiden. På dette tidspunktet har forskere ennå ikke bekreftet den grunnleggende muligheten for å manipulere individuelle atomer, for ikke å nevne montering av minst noen strukturer fra dem. Dette skjedde bare fire år senere. Enheten som ble brukt til dette for første gang og fortsatt brukes i dag - tunnelmikroskopet - har ganske håndfaste dimensjoner, titalls centimeter i hver dimensjon, og styres av en person som bruker en kraftig datamaskin med milliarder av transistorer.
Drømmeidéen om nanorobots å samle materialer og apparater fra individuelle atomer var så vakker og forlokkende at denne oppdagelsen bare gjorde det overbevisende. Mindre enn få år senere trodde USAs senatorer, journalister som var langt fra vitenskap, på det, og med deres underkastelse - det offentlige og ganske overraskende forfatteren selv, som fortsatte å forsvare den, selv da det på en forståelig måte ble forklart for ham at ideen var u realiserbar i prinsippet … Det er mange argumenter mot slike mekaniske apparater, vi vil bare sitere det enkleste som ble fremført av Richard Smalley: en manipulator som "fanget" et atom vil koble til det for alltid på grunn av kjemisk interaksjon. Smalley var en nobelprisvinner i kjemi, noe som må ha vært tilfelle.
Men ideen fortsatte å leve sitt eget liv og har overlevd til i dag, og blitt merkbart mer komplisert og supplert med forskjellige bruksområder.
Myten om medisinske nanoroboter
Den mest populære myten er at det er millioner av nanoroboter som vil prowl kroppene våre, diagnostisere tilstanden til forskjellige celler og vev, reparere sammenbrudd med en nanoskalpel, dissekere og demontere kreftceller, bygge opp beinvev ved å sette sammen atomer, skrape kolesterolplakk med en nanoscoop og i hjernen selektivt spreng synapser som er ansvarlige for ubehagelige minner. Og rapporter også om arbeidet som ble utført ved å overføre meldinger som: “Alex til Eustace. Avdekket skade på mitralventilen. Bruddet ble eliminert. " Det er sistnevnte som skaper alvorlig offentlig bekymring, fordi dette er avsløringen av privat informasjon - en nanorobots melding kan mottas og dekrypteres ikke bare av en lege, men også av utenforstående. Denne bekymringen bekrefterat i alt annet mennesker tror ubetinget. Som i nanorobots-spioner, i "smart støv", som vil trenge inn i leilighetene våre, se på oss, få lyst på samtalene våre og overføre det mottatte video- og lydmaterialet igjen gjennom en nano-sender med en nanoantenna. Eller til mordere nanobots som rammer mennesker og teknologi med nanoskop, kanskje til og med kjernefysiske.
Det mest fantastiske er at nesten alt beskrevet kan skapes (og noe allerede er opprettet). Og invasive diagnosesystemer som rapporterer om tilstanden i kroppen, og medisiner som virker på visse celler, og systemer som renser karene våre fra aterosklerotiske plaketter, og beinvekst, og sletting av minner, og usynlige fjernsporingssystemer, og "smart støv".
Imidlertid har og ikke alle disse systemene for nåtiden og fremtiden noe med mekaniske nanoroboter å gjøre i Drexlers ånd, med unntak av størrelse. De vil bli opprettet i fellesskap av fysikere, kjemikere og biologer, forskere som arbeider innen syntetisk vitenskap kalt nanoteknologi.
Myten om den fysiske metoden for å syntetisere stoffer
I sitt foredrag forrådte Richard Feynman uforvarende fysikernes hemmelige evige drøm:
"Og til slutt, ved å tenke i denne retningen (muligheten for å manipulere atomer. - GE), kommer vi til problemene med kjemisk syntese. Kjemikere vil komme til oss, fysikere, med spesifikke ordrer: "Hør, venn, vil du ikke lage et molekyl med en slik og en slik fordeling av atomer?" Kjemikere bruker selv komplekse og til og med mystiske operasjoner og teknikker for å fremstille molekyler. For å syntetisere det tiltenkte molekylet må de vanligvis blande, riste og behandle forskjellige stoffer i ganske lang tid. Så snart fysikere lager en enhet som kan operere med individuelle atomer, vil all denne aktiviteten bli unødvendig … Kjemikere vil bestille syntese, og fysikere vil ganske enkelt "sette" atomer i riktig rekkefølge."
Kjemikere syntetiserer ikke et molekyl, kjemikere får et stoff. Stoff, dets produksjon og transformasjon er et emne for kjemi, den dag i dag mystisk for fysikere.
Et molekyl er en gruppe atomer, ikke bare arrangert i riktig rekkefølge, men også forbundet med kjemiske bindinger. En gjennomsiktig væske, der det er ett oksygenatom for to hydrogenatomer, kan være vann, eller det kan være en blanding av flytende hydrogen og oksygen (oppmerksomhet: ikke bland hjemme!).
Anta at vi på en eller annen måte klarte å sette sammen en gjeng med åtte atomer - to karbonatomer og seks hydrogenatomer. For en fysiker vil denne gjengen sannsynligvis være et molekyl av etan C2H6, men en kjemiker vil påpeke minst to muligheter til å kombinere atomer.
Anta at vi ønsker å få etan ved å sette sammen fra atomer. Hvordan kan jeg gjøre det? Hvor begynner du: flytte to karbonatomer, eller knytte et hydrogenatom til et karbonatom? Et vanskelig spørsmål, inkludert for forfatteren. Problemet er at forskere så langt har lært seg å manipulere atomer, for det første, tunge, og for det andre ikke veldig reaktive. Ganske komplekse strukturer er satt sammen fra xenon, gull, jernatomer. Hvordan man takler det lette og ekstremt aktive hydrogen-, karbon-, nitrogen- og oksygenatomet er ikke helt klart. Så med atommonteringen av proteiner og nukleinsyrer, som noen forfattere snakker om som en praktisk løst sak, vil måtte vente.
Det er en annen omstendighet som betydelig begrenser utsiktene for den "fysiske" syntesemetoden. Som allerede nevnt syntetiserer ikke kjemikere et molekyl, men får et stoff. Stoffet består av et stort antall molekyler. 1 ml vann inneholder ~ 3x1022 vannmolekyler. La oss ta et mer kjent objekt for nanoteknologi - gull. En 1 cm3 kube av gull inneholder ~ 6x1022 gullatomer. Hvor lang tid tar det å sette sammen en slik kube atomer?
Fram til i dag er arbeid med en atomkraft eller tunnelmikroskop i likhet med kunst, det er ikke uten grunn at det krever en spesiell og veldig god utdanning. Manuelt arbeid: krok atomet, dra det til rett sted, evaluer mellomresultatet. Omtrent like raskt som teglverk. For ikke å skremme leseren med ufattelige tall, antar vi at vi har funnet en måte å på en eller annen måte mekanisere og intensivere prosessen og kan stable en million atomer i sekundet. I dette tilfellet vil vi bruke to milliarder år på å sette sammen en terning på 1 cm3, omtrent det samme som det tok naturen å skape hele den levende verden og oss selv som evolusjonens krone ved prøving og feiling.
Det er grunnen til at Feynman snakket om millioner av "fabrikker", uten å vurdere deres mulige produktivitet. Det er grunnen til at selv en million nanoroboter som skurrer inni oss ikke vil løse problemet, fordi vi ikke har nok liv til å vente på resultatet av deres arbeid. Det er grunnen til at Richard Smalley oppfordret Eric Drexler til å ekskludere enhver omtale av "skapelsesmaskiner" fra offentlig tale, for ikke å villede publikum med denne uvitenskapelige tullingen.
Så kan vi få slutt på denne metoden for å skaffe stoffer, materialer og enheter? Nei ikke i det hele tatt.
For det første kan den samme teknikken brukes til å manipulere vesentlig større byggesteiner, for eksempel karbon nanorør, i stedet for atomer. Dette eliminerer problemet med lette og reaktive atomer, og produktiviteten vil automatisk øke med to til tre størrelsesordener. Dette er selvfølgelig fortsatt for lite for en ekte teknologi, men med denne metoden produserer forskere allerede enkeltkopier av de enkleste nanodelene i laboratorier.
For det andre kan man tenke seg mange situasjoner når introduksjonen av et atom, nanopartikkel, eller til og med bare den fysiske påvirkningen av spissen av et tunnelmikroskop initierer prosessen med selvorganisering, fysiske eller kjemiske transformasjoner i mediet. For eksempel - en kjedereaksjon av polymerisasjon i en tynn film av organisk materiale, endringer i krystallstrukturen til et uorganisk stoff eller konformasjonen av en biopolymer i en viss nærhet av påvirkningspunktet. Overflateskanning med høy presisjon og gjentatt eksponering vil gjøre det mulig å lage utvidede gjenstander preget av en vanlig nanostruktur.
Og til slutt kan denne metoden brukes til å skaffe unike prøver - maler for videre utbredelse ved andre metoder. La oss si en sekskant laget av metallatomer eller et enkelt molekyl. Men hvordan multiplisere et enkelt molekyl? Umulig, sier du, er dette en slags uvitenskapelig fantasi. Hvorfor da? Naturen vet perfekt hvordan man lager flere, absolutt identiske kopier av både individuelle molekyler og hele organismer. Dette kalles ofte kloning. Selv folk som er langt fra vitenskap, men som har besøkt et moderne medisinsk diagnostisk laboratorium minst en gang, har hørt om polymerasekjedereaksjonen. Denne reaksjonen lar deg multiplisere et enkelt fragment av DNA-molekylet, ekstrahert fra biologisk materiale eller syntetisert kunstig med kjemiske midler. For å gjøre dette bruker forskere "molekylære maskiner" skapt av naturen - proteiner og enzymer. Hvorfor kan vi ikke lage lignende maskiner som andre klonmolekyler enn oligonukleotider?
Jeg vil våge å parafrasere Richard Feynman litt: “Prinsippene for kjemi kjent for oss forbyr ikke kloning av enkeltmolekyler. "Reproduksjon" av molekyler i henhold til en prøve er ganske ekte og bryter ikke med noen naturlover."
Den grå goo-myten
Den grunnleggende vurderingen av den ekstremt lave (med tanke på masse) produktiviteten til nanoroboter passerte naturlig nok ikke av Eric Drekeler. Det var andre problemer i verden med "skapelsesmaskiner" som vi, av mangel på plass, ikke diskuterte i detalj. For eksempel kvalitetskontroll, mestring av utgivelsen av nye produkter og råvarer, hvor og hvordan atomer vises i "lageret". For å løse disse problemene introduserte Drexler ytterligere to typer enheter i konseptet.
Den første er demonterere, antipodene til samlere. Spesielt demontereren må studere strukturen til en ny gjenstand og skrive ned dens atomstruktur i minnet til nanokomputeren. Ikke et apparat, men en kjemikerdrøm! Til tross for alle fremskritt innen moderne forskningsteknologi, "ser" vi ikke alle atomene, for eksempel i et protein. Det er mulig å etablere den nøyaktige strukturen til et molekyl bare hvis det sammen med millioner av andre lignende molekyler danner en krystall. Deretter kan vi ved hjelp av metoden for røntgenstrukturstrukturanalyse bestemme den nøyaktige opp til tusendeler av et nanometer, plasseringen av alle atomer i rommet. Dette er en tidkrevende, arbeidskrevende prosedyre som krever voluminøst og dyrt utstyr.
Den andre typen enhet er skaperen eller replikatoren. Deres hovedoppgaver er in-line produksjon av samlere og montering av lignende replikatorer, det vil si reproduksjon. Som tenkt av skaperen deres, er replikatorer mye mer komplekse enheter enn enkle montere, de må bestå av hundrevis av millioner atomer (to størrelsesordener mindre enn i et DNA-molekyl), og følgelig ha en størrelse på rundt 1000 nm. Hvis varigheten av replikasjonen deres blir målt i minutter, vil de, ved å multiplisere eksponentielt, lage billioner av replikatorer per dag, og de vil produsere firedoblinger av spesialiserte montere som vil begynne å sette sammen makroobjekter, hus eller raketter.
Det er lett å forestille seg en situasjon når systemets funksjon vil gå i en produksjonsmodus for produksjons skyld, den uhindrede ansamlingen av produksjonsmidler - nanorobotene selv, når all deres aktivitet reduseres til en økning i deres egen befolkning. Slik er oppløpet av maskiner i nanoteknologiens tid. For sin egen konstruksjon kan nanorobots bare skaffe atomer fra miljøet, så demonterere vil begynne å demontere i atomer alt som faller inn under deres iherdige manipulatorer. Som et resultat, etter en tid, betyr alt, og hva som er mest krenkende for oss, vil biomasse bli til en gjeng nanoroboter, til "grå slim", som Eric Drexler figurativt kalte det.
Hver ny teknologi genererer scenarier fra den uunngåelige slutten av verden på grunn av implementering og distribusjon. Den grå goo-myten er bare historisk det første slike scenario assosiert med nanoteknologi. Men han er veldig fantasifull, og det er grunnen til at journalister og filmskapere elsker ham så mye.
Heldigvis er et slikt scenario ikke mulig. Hvis du, til tross for alt det ovenstående, fortsatt tror på muligheten for å sette sammen noe essensielt fra atomer, bør du vurdere to omstendigheter. For det første mangler replikatorene beskrevet av Drexler kompleksiteten til å lage lignende enheter. Hundre millioner atomer er ikke nok selv for å lage en datamaskin som kontrollerer monteringsprosessen, heller ikke for minne. Hvis vi antar det uoppnåelige - at hvert atom har en bit informasjon, vil volumet til dette minnet være 12,5 megabyte, og dette er for lite. For det andre vil replikatorene ha råstoffproblemer. Elementarsammensetningen til elektromekaniske apparater er grunnleggende forskjellig fra sammensetningen av miljøobjekter og først av alt fra biomasse. Finne, trekke ut og levere atomer av nødvendige elementer, som krever en enorm investering av tid og energi,- det er det som vil avgjøre reproduksjonshastigheten. Hvis du projiserer situasjonen på en makrostørrelse, er dette det samme som å sette sammen en maskin fra materialer som må være funnet, utvunnet og deretter levert fra forskjellige planeter i solsystemet. Mangel på vitale ressurser setter en grense for uhemmet spredning av noen befolkninger, mye mer tilpasset og perfekt enn mytiske nanoroboter.
Konklusjon
Listen over myter fortsetter. Myten om nanoteknologi som lokomotiv for økonomien er en egen artikkel verdig. Tidligere i artikkelen "Nanotechnology as a National Idea" (se "Chemistry and Life", 2008, N3), prøvde vi å fjerne myten om at US National Nanotechnology Initiative er et rent teknologisk prosjekt.
Den kanoniske historien til nanoteknologi er også en myte, hvis viktigste begivenhet er oppfinnelsen av det tunnelerende elektronmikroskopet. Det siste er lett å forklare. "Historie er skrevet av vinnerne," og det globale prosjektet kalt "Nanotechnology", i stor grad som definerer ansiktet (og finansieringen) av moderne vitenskap, har penetrert fysikere. Som vi alle, forskere som arbeider på dette og relaterte felt, uttrykker vår uendelige takknemlighet til fysikere.
Myter har spilt en positiv rolle, de har skapt entusiasme og tiltrukket seg oppmerksomheten fra den politiske og økonomiske eliten, så vel som publikum, til nanoteknologi. Imidlertid er det på tidspunktet for praktisk implementering av nanoteknologi å glemme disse mytene og slutte å gjenta dem fra artikkel til artikkel, fra bok til bok. Tross alt hindrer myter utvikling, setter feil landemerker og mål, gir opphav til misforståelse og frykt. Og til slutt er det nødvendig å skrive en ny historie om nanoteknologi - en ny vitenskap fra det 21. århundre, et felt av naturvitenskap som forener fysikk, kjemi og biologi.
G. V. Erlikh, lege i kjemiske vitenskaper
