SIAC

Каждый Человек значим, уникален, необходим и незаменим
11/22/17 13:04:12
 
Главная
 
 
Главное меню
Главная
О нас
Проекты
Документы
Статьи
Аналитические материалы
Это любопытно
Контакты
Партнеры
Видео материалы
Голосование
Нравится ли вам сайт
 
Аналитические материалы
КАКОЙ ЛИДЕР НУЖЕН УКРАИНЕ
 
Статьи
РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ СОСТОЯНИЙ В ПРИНЯТИИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
 
Это любопытно
КОСМОГЕНЕТИКА
 
Ссылки

ЧУДЕСА НАНОТЕХНИКИ.

Часть первая: наноначало
29 января 2002 membrana
http://www.membrana.ru/


Ровно 100 лет назад знаменитый физик Макс Планк (Max Planck) впервые приоткрыл дверь в мир атомов и элементарных частиц. Его квантовая теория позволила предположить, что эта сфера подчинена новым, удивительным законам. 
 Сегодня учёные и исследователи во всём мире свободно обращаются с этими законами, позволяя себе манипулировать "нанокосмосом". Они создают шарики диаметром в 1 нанометр - одну миллиардную часть метра - и создают надписи из отдельных атомов.
  
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ  
• Нанороботы изменят мир уже через несколько лет  
• Nanotechnology  
• MorgenWeit Wissenschaft       

Ещё в 1959 году, когда доработанная квантовая механика Планка уже сделала возможным появление атомной электростанции и уже была произведена первая ядерная бомбардировка, американский физик Ричард Фейнман (Richard Feynman) заявил: "Пока мы вынуждены пользоваться атомарными структурами, которые предлагает нам природа". И добавил: "Но в принципе физик мог бы синтезировать любое вещество по заданной химической формуле". 
Знаменитая лекция Фейнмана, известная под названием "Там, внизу, ещё много места" считается сегодня стартовой точкой в борьбе за покорение мира атомов и молекул. 
Ричард Фейнман стоял у истоков нанотехнологий: ему принадлежит новая формулировка квантовой механики, жидкий гелий, теория слабых взаимодействий и кварн-глюонная картина строения вещества...      
Лекцию Фейнмана можно было бы посчитать курьезом из прошлого, как и приз в $1000, который он назначил тому, кто впервые запишет страницу из книги на булавочной головке, что, кстати, осуществилось уже в 1964 году. Но дальнейший прогресс так ускорил прорыв в "нанокосмос", что сегодня эта область исследований не может оставаться незамеченной.
Само понятие же "нанотехника" было введено в 1974 году японцем Норио Танигучи (Norio Taniguchi). Первые средства для нанотехники были изобретены в швейцарских лабораториях фирмы IBM. В 1982 году был создан растровый туннельный микроскоп, за что его создатели четырьмя годами позже получили Нобелевскую премию, а в 1986 году - атомный силовой микроскоп.
В то время, как в электронный микроскоп атомарные размеры можно рассмотреть лишь при определённых условиях, новые зонды дают более точную картину. "Принцип атомного силового микроскопа напоминает обычный проигрыватель пластинок", - говорит один из его создателей, Герд Бинниг.
Однако слово "микроскоп" вводит в заблуждение. Нанозонды дают возможность не только увидеть мир атомов, но и изменять его. "Растровые зонды-микроскопы служат посредником между нами и наномиром", - говорит Гаральд Фукс (Harald Fuchs), физик из Мюнхенского университета, руководитель Центра нанотехнологии. 
Одной из самых важных особенностей квантовой физики наших дней является то, что любое наблюдение - это манипуляция с наблюдаемым объектом. Тот, кто измеряет, к примеру, импульс атома гелия, вступает во взаимодействие с ним и изменяет его первоначальное состояние. В растровых зондах-микроскопах наблюдение и манипуляция стали нераздельны, как две стороны одной медали: контакт ультракрошечного кончика микроскопа с атомом действует и на объект, и на инструмент.
То, что технизация наномира идёт так стремительно, зависит не только от неуёмного любопытства естествоиспытателей, которое рассматривалось Фейнманом как центральный мотив научного поиска. В первую очередь она зависит от развития информационного общества, порождающего огромные объёмы информации, которые должны всё быстрее обрабатываться.
Поскольку информация существует в нераздельной связи с реальными запоминающими устройствами и процессорами, это рано или поздно приводит к огромной проблеме занимаемого ею места.
Современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических ухищрениях уменьшаться ещё примерно до 2012 года. Но при ширине дорожки в 40-50 нанометров наступит конец. После этого предела наступает квантовомеханическая помеха: электроны пробивают разделительные слои в транзисторах, что равнозначно короткому замыканию. Выходом могли бы послужить наночипы, в которых вместо кремния используются различные углеродные соединения размером в несколько нанометров.
Есть уже лабораторные образцы первых молекулярных электронных деталей: транзистор из крохотной углеродной трубочки диаметром в один нанометр. Физики из города Делфт, Нидерланды, смогли превратить такие трубочки в необходимый для транзисторов контакт металл-полупроводник. 
"Нанотрубки", как ещё назвали этот открытый в 1991 году в Японии вид углерода, могут быть и тем, и другим. При надломе такой трубки посередине одна половинка получается с металлическими свойствами, а другая - со свойствами полупроводника. Руководитель делфтской команды Сис Деккер (Cees Decker) считает, однако, что до промышленного производства таких "трубочных" транзисторов ещё далеко.
   
Компьютерная модель наношестеренок (проект NASA).
Эксперименты ведутся также и с фуллеренами, открытыми в 1985 году молекулами углерода в форме шара. Исследовательская группа из калифорнийского университета Беркли смогла в прошлом году превратить "мячик" молекулы С60 (атомы углерода в ней расположены в углах пяти- и шестиугольников, образуя форму кусочков кожи, из которых сшит футбольный мяч), зажатой между золотыми электродами, в одноэлектронный транзистор.
Между тем, известен целый ряд органических молекулярных групп, которые могут функционировать как выпрямитель, проводящая шина или запоминающее устройство. Для хранения одного бита информации теоретически нужна всего одна молекула. Изготовленный таким образом накопитель на жёстком диске мог бы во много раз превзойти по ёмкости сегодняшние аналоги.
Нано-ЗУ, работающий на механическом принципе, изобрели учёные из IBM под руководством Герда Биннига (Gerd Binnig). Так называемый миллипед представляет собой растр из 1024 рычажков силового микроскопа. Если нужно записать "1", их кончики продавливают отверстие в мягком слое полимера. 
Для считывания битов миллипед проверяет поверхность на наличие дырочек. Если рычажок попадает в отверстие, его температура, а вместе с тем и сопротивление, изменяются, а его уже можно измерить. Таким способом можно получить плотность записи до 80 Гб на квадратный сантиметр (сравните с максимально достижимой сегодня ёмкостью 8 Гб/кв. см). Через 3 года IBM изготовит миллипед с 4000 зондов, который можно будет применять в новом поколении портативной техники. По мнению Биннига, легко можно представить себе плату с миллионом зондов.

Часть вторая: нанонадежды
31 января 2002 membrana
http://www.membrana.ru/
Если мы хотим добиться с помощью крошечных систем не просто наноэффекта, а чего-то большего, нужно связать их в крупные конгломераты. 
Чтобы создать функционирующий квантовый точечный лазер, необходимо в кратчайший срок произвести до 200 миллиардов наноструктур на квадратный сантиметр.
На то, чтобы сложить, кирпичик за кирпичиком, с помощью силового микроскопа пирамиду размером в один нанометр из атомов полупроводника, в которые включён один электрон, не хватило бы человеческой жизни. В природе это достигается путем самоорганизации.
Принцип, стоящий за этим, очень прост. Все физические системы стремятся к термодинамическому равновесию. Организовать равновесное состояние таким образом, чтобы желаемый продукт получился естественным путем - вот в чём заключается работа наноинженера.
К примеру, на какой-то поверхности при заданных физических условиях выращивают кристалл полупроводника с изменённым расстоянием между отдельными атомами, который по достижении определённой толщины распадается на множество практически одинаковых островков. Так "одним ударом" получается множество квантовых точек.
Химики тоже активно интересуются наноинженерией. Ведь если создавать молекулярные структуры в наномасштабах и подвергать их анализу, становится возможным появление совершенно новых материалов. Например, обычное золото при комнатной температуре не является катализатором химических реакций, а частички золота размером от 3 до 5 нанометров - отличный катализатор. Одна японская фирма использовала этот эффект для изготовления оригинального продукта. Её "пожиратель запаха" с помощью наночастиц золота разлагает молекулы туалетных испарений.
Нанокатализаторы могли бы также предотвратить потери и повысить эффективность многих технологических процессов. Почти 20% сырой нефти остаются непереработанными по причине несовершенной технологии очистки. Сейчас ведутся работы по созданию специальных керамических цилиндров, пронизанных нанопорами, способных удержать только одну молекулу. Если пропустить сырую нефть через такой катализатор, то ни одна молекулярная цепочка не уйдёт от очистки, и эффективность крекинга достигнет 100%.
В том, что касается новых материалов, наноинженерия - это уже не просто мечты. Тончайшие, прозрачные и электропроводящие наноматериалы, которые невозможно поцарапать и к которым не пристаёт грязь (так называемый эффект лотоса), а также нанопорошок - это уже известные продукты. Без нанопорошка не было бы чипов Athlon от AMD или Intel Pentium. При химико-механической обработке кремниевая плата, из которой потом будут вырезаны процессоры, перед каждым этапом наращивания полируется таким порошком из йодида серы.
Посредством нанотехнологий можно оптимизировать даже процесс легирования металлов. Так, ещё в средние века были открыты супертонкие углеродные добавки, которые закаляли клинки. Но то, что раньше было случайным продуктом, рождавшимся между молотом и наковальней, сейчас, напротив, становится новым направлением целенаправленного проектирования материалов.
Конечно, инструментарий нанотехнологий немыслим без компьютеров. И в этом - знак окончания долгого периода в истории науки. Тысячелетиями воздействие инструмента было непосредственно ощутимо, к инструменту нужно было в прямом смысле приложить руку, то есть взять молоток, пилу, закрутить винт, поднять блок; позже это воздействие было, по крайней мере, видимо, пример - паровая машина. 
"Внутренний" космос - атомы и молекулы - был недоступен. Все, что происходит в этой сфере, мы должны переводить с языка компьютера в доступные нашему пониманию картины. Мы подошли к новой фазе: гибридизации когнитивной (связанной с сознанием, мышлением) и манипулирующей технологий. 
Расшифровка человеческого генома, тоже объект наноизмерения, была, прежде всего, компьютерным достижением. Если, однако, реальный микромир всё равно должен воссоздаваться только "когнитивными приборами", можно его, конечно, ими же и моделировать. Это могло бы означать радикальный перелом в истории техники, приводящий к минимальным, а, возможно, и нулевым негативным последствиям новой технологии.
Эрик Дрекслер назвал проблему нанотехнологий "серой слизью"
Перед нанотехнологией давно стоит гипотетическая проблема. Её имя - "серая слизь" (gray goo problem). Введение этого термина в обиход приписывают американцу Эрику Дрекслеру (Eric Drexler). 
В 1981 году была опубликована его научная работа, посвящённая проблемам нанотехнологии, а в 1986 появилась его книга "Машины созидания" (Engines of Creation), где речь шла о самовоспроизводящихся роботах размером с молекулу, которые, например, могли уничтожать раковые клетки в человеческом организме. 
Вскоре появились предположения, что же будет, если такие нанороботы выйдут из-под контроля. В худшем случае, всё живое на Земле будет разобрано на молекулы, которые затем будут бесконечно копироваться, и толстый слой серой слизи покроет Землю.
Билл Джой считает, что исследования в области нанотехнологий нужно прекращать      Среди всего прочего, это побудило Билла Джоя (Bill Joy), одного из разработчиков универсального языка программирования Java, призвать на страницах журнала Wired к частичному прекращению исследований в области нанотехнологий. С тех пор наноапокалиптики и оптимисты, такие как Ральф Меркл (Ralph Merkle) или Рэй Курцвайл (Ray Kurzweil) ведут горячие дебаты о проклятиях и благословениях новой технологии. К дебатам этим, впрочем, всерьез относится пресса, а не учёные.
В любом случае, нанотехнология, порождённая самой земной жизнью, остаётся до сих пор самой удивительной. И дело не только в таких очевидных вещах, как фабрика клеточного белка - рибосома или система воспроизведения, зашифрованная в ДНК.
Задумайтесь: наш слух в состоянии воспринимать колебания, амплитуда которых составляет величину, равную нескольким диаметрам атома - вот это нанотехнология!
  Некоторые исследователи указывают на то, что до сих пор нет сколько-нибудь реальных концепций для дальнейшего развития, энергообеспечения и обработки информации для нанороботов.
Нобелевский лауреат Ричард Смолли хранит молчание
Первооткрыватель фуллерена, углеродных шариковых молекул, американский химик, нобелевский лауреат, Ричард Смолли (Richard Smalley) тоже хранит молчание. Концепции самовоспроизводящихся нанороботов не хватает необходимого понимания со стороны химии.
В общем, есть сомнения, что попытка такой чрезмерной миниатюризации, предпринимаемой Дрекслером и Курцвайлом, является плодотворной для прогресса нанотехнологии. Быть может, куда более важные принципы, применимые только в наномирах, пока ещё не открыты. В конце концов, если бы 150 лет назад с упорством, достойным лучшего применения, учёные занялись бы усовершенствованием имеющихся в наличии ламп, то мы могли бы сегодня иметь хай-тековские свечи, но остались бы без лазера. 

Нанороботы изменят мир уже через несколько лет
4 января 2002 membrana
http://www.membrana.ru/
Группа исследователей из Нью-йоркского Университета сделала очередной прорыв в области нанотехнологий - учёные вплотную подошли к созданию управляемой машины на основе синтетических молекул ДНК. 
Исследователи сообщили, что разработанное ими устройство может стать основой для строительства сложных машин молекулярного масштаба, что, в конечном счёте, приведёт к созданию нанороботов, которые будут строить новые молекулы, проводить операции на молекулярном уровне и, таким образом, бороться с заболеваниями.
  
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ  
• NYU scientists advance toward nanorobots  
• R. E. Smalley "Nanotechnology and the next 50 years"  
• "Огонёк": Карлики наступают  
• "Знание - сила»: ХХI век: Медицина в борьбе за человека  
• В. Ю. Гершанов, С. И. Гармашов: "Перспективы нанотехнологий"  
• Сергей Бобровский: "Живее всех живых"       

Наноробот, введённый в организм человека, сможет самостоятельно передвигаться по кровеносной системе и очищать его от микробов или зарождающихся раковых клеток, а саму кровеносную систему - от отложений холестерина. Он сможет изучить, а затем и исправить характеристики тканей и клеток. 
Руководитель группы исследователей, профессор химии Нэдриан Симан (Nadrian C. Seeman), заявил, что пока удалось лишь ограничить движение ДНК-устройства в молекулярной среде, но в будущем нанороботы станут полностью управляемыми машинами.
Группа работает над тем, чтобы управлять несколькими парами молекул автономно, без воздействия на другие. Таким образом, они хотят запрограммировать молекулы ДНК, чтобы они могли в заданном порядке самоорганизоваться и объединяться с другими молекулами в более крупную структуру.
В процессе исследований учёные внедрили искусственные нити ДНК ("set strands", "fuel strands") в индивидуальные пары молекул. Затем они развернули парные перекрещивающиеся молекулы (paranemic crossover (PX) molecule) вполоборота и, удалив обе искусственные нити, заменили их новыми "set strands". Тем самым, они изменили конфигурацию ДНК-машины.
Созданная учёными ДНК-машина имеет две своеобразные "руки" - молекулы, которыми исследователи вроде бы научились управлять, но что-либо сделать, например, добавить в раствор определённый химикат, устройство не способно: пока раствор воздействует на все молекулы одновременно и равномерно, то есть "достаётся и нашим, и вашим".
Напомним, что нанороботы (или наноботы) - это гипотетические устройства размером в единицы и десятки нанометров (один нанометр - это миллионная доля миллиметра), которые могут самостоятельно манипулировать отдельными атомами. Переставляя атомы, нанороботы смогут самовоспроизводиться, создавать из произвольного материала (земли, воды) любые предметы и так далее: изменениям могут подвергаться практически любые - как органические, так и неорганические вещества. В конечном итоге нанороботы посредством манипуляций с молекулами смогут создать любой предмет или существо.
Нанороботов условно разделяют на два вида: способных конструировать что-либо, например, самовоспроизводиться (ассемблеры), или деконструировать, разбирать (дизассемблеры). 
Молекулярные ассемблеры - основной инструмент человека для манипуляций в наномире. Любой вирус в определённом смысле также является ассемблером. Нанороботов нередко так и называют - "искусственные вирусы".
        "До сих пор все опыты в наномире были похожи скорее на детские забавы, - считают журналисты "Огонька" Кирилл Журенко и Дмитрий Назаров. - Самая маленькая в мире ручка рисует на поверхности золота круги в несколько атомов шириной, буквы "IBM" высотой в 6-8 атомов выложены с помощью туннельного микроскопа, коробочка с длиной ребра в несколько нанометров, открывающаяся и закрывающаяся от приложенного импульса, одностенные нанотрубки диаметром 1 нанометр и длиной от 100 до 300 нанометров, пропеллерообразная молекула, способная вращаться на медной поверхности...
Проект манипулятора уже достаточно подробно описан. У позиционирующего устройства "руки" будет шесть степеней свободы. Каждая будет управляться своим храповиком, приводимым в действие давлением инертного газа, цилиндрами будут служить углеродные нанотрубки. Всё достаточно просто, однако пока такая "рука" пока не создана.
Еще в октябре 1998 года датские учёные продемонстрировали атомный триггер, состоящий из одного атома кремния и двух атомов водорода. Современная техника уже вплотную приблизилась к теоретической возможности запоминать и передавать 1 бит информации (минимальная единица информации) с помощью одного электрона. А там уже и до искусственного разума рукой подать".
Попробуем разобраться, какую помощь могут оказать людям нанороботы и какую угрозу для человечества они представляют.
Перспективы просто фантастические, иначе не скажешь. Например, за счёт внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестраивающих и "облагораживающих" ткани организма можно будет достигнуть бессмертия человека, не говоря об оживлении и излечении безнадежно больных и людей, которые были заморожены методами крионики. 
В промышленности произойдёт замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. 
Замена произойдёт и в сельском хозяйстве: комплексы из молекулярных роботов придут на смену "естественным машинам" для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем.
Биологи смогут "внедряться" в живой организм на уровне атомов и станут возможными и "восстановление" вымерших видов, и создание новых типов живых существ, в том числе биороботов.
Космос будет, наконец, освоен: огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из "подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции. 
        В кибернетике произойдёт переход к объёмным микросхемам, а размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится долговременная быстродействующая память на белковых молекулах, ёмкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер.
За счёт внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет "разумной" и исключительно комфортной для человека. На всё это, по разным оценкам, понадобится около 100 лет.
  "Однако новые открытия могут иметь и негативные последствия", - пишет в своей статье "Угрозы новых технологий" профессор Евгений Абрамян. - Представим себе, что в устройстве, предназначенном для разборки промышленных отходов до атомов, произойдет сбой, и оно начнёт уничтожать полезные вещества биосферы, обеспечивающие жизнь людей. 
При этом самым неприятным может оказаться то, что это будут нанороботы, способные к самовоспроизводству (саморепликации, размножению).
Как видите, нанороботы, вышедшие из-под контроля могут стать оружием массового поражения. 
Можно представить себе и нанороботов, запрограммированных на изготовление уже существующего оружия. Овладев секретом создания подобного робота или каким-то образом достав его, воспроизвести универсального "малыша" в большом количестве сможет небольшая группа людей или даже террорист-одиночка.
Отметим также принципиальную возможность создания устройств, выборочно разрушительных: например, воздействующих на определённые этнические группы или заданные географические районы".
Так или иначе, но главный шаг на пути создания нанороботов группа нью-йоркских учёных, по собственному признанию, уже сделала. Судя по тому, что на создание первой ДНК-машины ушло около 10 лет, первый наноробот появится максимум лет через 5-7. 

КАРЛИКИ НАСТУПАЮТ
Бойся нанайцев, дары приносящих Люди сохранят свою власть над машинами, но эта власть будет в руках у малочисленной технологической элиты. Труд остальных человеческих масс окажется не нужен -- все будет делаться роботами, -- и тогда может начаться глобальное истребление большинства человечества его меньшинством. Истребление может произойти либо насильственным путем, либо более гуманными методами типа сокращения рождаемости до установленного элитой уровня
«По мере того как общество и стоящие перед ним проблемы будут становиться все более сложными, а машины - все более разумными, люди станут позволять машинам принимать все больше решений за себя... В конце концов будет достигнута фаза, когда решения, необходимые для поддержания системы, будут настолько сложными, что люди не смогут разумно их принимать. На этой стадии машины фактически обретут контроль...»
Это пророчествовал в своем трактате, опубликованном на страницах «Вашингтон пост» и «Нью-Йорк таймс», самый изощренный террорист минувшего века Теодор Качински. Напомню, что на счету этого блестящего выпускника Гарварда, профессора математики три погибших и двадцать три изувеченных человека. Причем людей не простых. Убийца с 1976-го по 1995 год избирательно посылал по почте бомбы ведущим ученым США, по его собственным словам, пытаясь спасти мир от науки.
И вот шесть лет спустя в среде ученых и исследователей, специализирующихся в области так называемых высоких технологий, вновь царит переполох. Он часто прорывается наружу в виде пугающих реплик, странных интервью и редких истеричных статей. Нет, никто больше не рассылает почтой посылок-убийц, да и сам Качински благополучно отбывает пожизненный срок в федеральной тюрьме. Просто идея о том, что Доктор Бомба, как прозвали террориста в ФБР, был не так уж и неправ, делая то, что он делал, захватывает все большее число людей.
Самое удивительное, что на сей раз волнуются НЕ ТОЛЬКО «зеленые» и правозащитники во главе с далай-ламой и Сергеем Ковалевым, а порой и сами ученые. Предметом их беспокойства является новая революционная отрасль современной техники - нанотехнологии.
 
ДЕТСТВО
Этот термин появился в середине XX века благодаря нобелевскому лауреату, известному физику Ричарду Фейнману. Он еще в далеком 1959 году утверждал, что человечество скоро научится манипулировать отдельными атомами, молекулами или живыми клетками и сможет синтезировать все, что угодно. Сам термин, а точнее приставка «нано», происходит от греческого слова nannos -- карликовый (отсюда нанометр - одна миллиардная доля метра). Однако все будущие открытия в этой области оказались связаны с именем другого человека...
В 1977 году Эрик К. Дрекслер был еще студентом. Но он очень любил работы Фейнмана, мечтал о колонизации далеких планет и коренном изменении нашей. В конце концов на пресловутой звездной колонизации пришлось поставить жирный крест, и Эрик страстно переключился на среду обитания человека. «Хорошо бы уменьшить всю нашу технику в какое-нибудь неимоверное число раз», - сказал он однажды. Сказал - и попал в историю. В историю нанотехнологий. Тогда же Дрекслер предложил сконструировать молекулярные машины - своеобразные искусственные биологические молекулы, работающие в живых клетках. Позднее они станут известны под именем ассемблеров... Предложить-то предложил, но наука, как всегда, пошла к этому окольным путем.
Сначала в 1981 году ученые швейцарского отделения IBM подарили миру особый туннельный микроскоп. Благодаря этому изобретению стало возможным то самое манипулирование мельчайшими частицами материи. Исследователи переносили атомы из одного места в другое и составляли из них неприличные слова. На этой основе в начале 90-х заработала свои очередные миллионы компания XEROX -- созданный ею первый в мире молекулярный робот вылавливал молекулы, проводил их через мембрану, а затем использовал получившиеся атомы для художественного конструирования, прямо как в «Лего». Еще робот отличался мобильностью и возможностью быть «поставленным на поток».
...Итак, что же это такое - нанотехнологии?
Большинство предметов, созданных человеком, имеют в своей структуре триллион триллионов атомов. Тот или иной способ упорядочивания их лежит в основе всех технологий. От заточки кремниевых стрел до компьютеров - большой прогресс, но суть методики всегда была одна - собирая детали, мы все еще вынуждены манипулировать большими и плохо управляемыми группами атомов. А вот размеры помельче даются пока хуже. Но успехи есть. Со времен Левши мы продвинулись в покорении микромира.
Человек научился обращаться с объектами микрометровых размеров. Это группы в тысячи атомов, может быть в сотни. Еще один шаг вниз - в наномир, то есть уменьшение объекта манипуляции еще в тысячу раз, позволит производить вещи из отдельных атомов. Или делать машины, сравнимые по размеру с крупными молекулами. Мы пока не знаем, КАК такое осуществить. Но, видимо, этот шаг в относительно близком будущем будет сделан.
Собственно, ничего еще не случилось. Все опыты в наномире пока похожи скорее на детские забавы. Самая маленькая в мире ручка рисует на поверхности золота круги в несколько атомов шириной. Буквы IBM высотой в шесть-восемь атомов выложены с помощью туннельного микроскопа. Коробочка с длиной ребра в несколько нанометров, открывающаяся и закрывающаяся от приложенного импульса. Одностенные нанотрубки диаметром 1 нанометр и длиной от 100 до 300 нм. Пропеллерообразная молекула, способная вращаться на медной поверхности.
Хотя современная технология позволяет манипулировать отдельными атомами, но выглядит все еще довольно неуклюже: огромный прибор хватает отдельный атом и транспортирует его. А вот бы научиться создавать настоящие «нанороботы», которые, сами будучи размером с нанометр, хватали бы атомы и переносили их в нужное место! Сегодня Foresight Institute обещает $250 000 тому, кто построит «руку», способную манипулировать с веществом на молекулярном уровне.
Проект манипулятора уже достаточно подробно описан. У позиционирующего устройства «руки» будет шесть степеней свободы. Каждая будет управляться своим храповиком, приводимым в действие давлением инертного газа, цилиндрами будут служить углеродные нанотрубки. Просто и в чем-то даже примитивно. Однако пока такая «рука» не создана.
И первой областью технологии, в которой будет осуществлена сборка с помощью такой «руки», по-видимому, будет наноэлектроника. Дело в том, что у микросхем, изготовляемых традиционным способом, есть два фундаментальных недостатка. Во-первых, современная технология не может оперировать с элементами схем меньше сотен атомов в размере. И, во-вторых, она плоская. То есть не позволяет создавать объемные схемы, хотя это повысило бы плотность чипов в десятки раз и во столько же уменьшило их размеры. В частности, таким образом невозможно воспроизвести нейронные схемы, подобные тем, что работают у нас в мозгу.
 Наносборка выведет электронику на принципиально иной уровень! Еще в октябре 1998 года датские ученые продемонстрировали атомный триггер, состоящий из... одного атома кремния и двух атомов водорода. Современная техника уже вплотную приблизилась к теоретической возможности запоминать и передавать 1 бит информации (минимальная единица информации) с помощью одного электрона. А там уже и до искусственного разума рукой подать.
Революция случится, когда из десятков «нанорук» под управлением нанокомпьютеров будут собраны нанозаводы, способные, следуя внешним или собственным программам, собирать из отдельных атомов другие наномашины. Такие устройства будут называться ассемблерами, или сборщиками. Состоящие из примерно миллиарда атомов и следующие программам внутренних нанокомпьютеров или командам извне, они выдадут производительность сборки, равную миллиону атомов в секунду. За тысячу секунд, или немногим больше чем за 15 минут, ассемблер сможет скопировать самого себя. Это примерно такое же время, за которое бактерия воспроизводит себя при благоприятных условиях. Чувствуете? Человечество в одном шаге от создания искусственной жизни!
А отсюда вытекают интересные возможности - если один самовоспроизводящийся ассемблер может сделать свою копию за одну тысячу секунд, то его можно запрограммировать, чтобы он построил что-нибудь еще своего размера с той же скоростью. Значит, тонна ассемблеров сможет быстро построить тонну чего-нибудь еще - и конечный продукт будет иметь все свои триллионы триллионов атомов в единственно возможных местах.
Что это нам даст? Все! Успехи в медицинских, космических, вычислительных, военных технологиях - все они будут зависеть лишь от способа упорядочивания атомов. 
«Представьте себе предприятие будущего по производству двигателей ракет. В помещении мы видим огромный чан, в его центре - опорная плита, на которой находится «семя» - нанокомпьютер с хранящимися в нем планами будущей конструкции. На поверхности «семени» имеются места, к которым прикрепляются ассемблеры.
По нажатии кнопки насосы затопляют емкость густой молочной жидкостью. Жидкость заполнена ассемблерами, которые вырастили и перепрограммировали в другом чане. Ассемблер прилипает к «семени», и информация «семени» передает инструкции компьютеру ассемблера. Подчиняясь инструкциям «семени» (которые распространяются через расширяющуюся сеть ассемблеров), из хаоса жидкости растет поначалу что-то вроде кристалла, состоящего из роботов-ассемблеров. Так как каждый ассемблер знает свое место в плане, он зацепляет другие ассемблеры, только когда необходимо. За несколько часов каркас из ассемблеров вырастает так, что уже соответствует планируемой конечной форме ракетного двигателя.
Тогда насосы чана возвращаются к жизни, заменяя молочную жидкость одиночных ассемблеров чистой смесью органических растворителей и растворенных веществ, включая алюминиевые сплавы, компоненты, обогащенные кислородом, и компоненты, служащие в качестве топлива для ассемблеров. По мере их расходования жидкость становится все более прозрачной, а двигатель все больше обретает форму.
 Наконец чан опустевает, пульверизатор омывает двигатель, крышка открывается - и внутри возвышается готовый двигатель, который сохнет. Его создание потребовало менее дня и ноль человеческого внимания», - так представляется производство будущего Эрику Дрекслеру, одному из гуру нанотеха. И это будет, по прогнозам, лет через 50.
Сельское нанохозяйство преобразится полностью. Комплексы нанороботов заменят естественные «машины» для производства пищи - растения и животных. Вместо длинных цепочек «почва - углекислый газ - фотосинтез - трава - корова - молоко» останутся лишь «почва - нанороботы - молоко». Или сразу творог. Или сразу масло. Или мясо. Уже жареное, но без холестерина... Съеденная груша не исчезает в никуда, раз действует закон сохранения вещества, плод можно будет создать заново из того, что от него останется... Ну, вы понимаете. Потребуется только энергия.
Вещи, созданные наномашинами, будут «умными» сами по себе. Мало того, что они смогут видеть, слышать и думать. На базе нанотехники ничего не стоит создавать предметы и конструкции, изменяющие свою форму и свойства. В зависимости от количества пассажиров автомобиль, например, сможет отращивать дополнительные сиденья, а его двигатель - заживлять царапины на стенках цилиндров.
Человек перестанет влиять на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими вредные отходы деятельности человека в полезное исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. И это случится к третьей четверти XXI века.
 
ОТРОЧЕСТВО
Первое направление развития нанотехнологий уже внедрилось в нашу каждодневную жизнь. Нанотехнологии, например, давно применяются при выпуске DVD-дисков (при изготовлении матрицы для производства этих дисков используются нанотехнологические методы). А исследователи из IBM Research вообще обещают более чем в сотню раз повысить плотность записи информации в магнитных средах. Вплотную они подобрались и к компьютерам: в производство запущены первые процессоры с чипами, размеры которых удалось уменьшить в фантастическое число раз. Правда, сами ЭВМ пока не справляются с управлением комплексами наномашин, но, по прогнозам специалистов, подобное недоразумение продлится еще от силы десять лет.
Правда, как конструировать гипотетический ассемблер (аналог саморазмножающейся молекулярной машины), пока не знает никто. Обозреватель научно-популярного журнала Nature Дэвид Джонс, например, задает неприятные вопросы о том, где нанороботы будут брать энергию, как будут находить конкретные атомы для переноски и ориентироваться в пространстве. Молчит Дрекслер, не дает ответа.
Каковы же светлые перспективы? Никаких болезней, утверждает тот же Дрекслер, -- все лечится на молекулярном уровне путем изменения структуры ДНК, даже лекарства не нужны. Осуществлять «молекулярную хирургию» будут так называемые молекулярные роботы, например полуорганические: управляющее устройство на кремниевой основе, а все остальное - молекулы органики, обладающие заданными свойствами, их введут вам внутривенно вместе с физиологическим раствором. И они займутся механическим воздействием на клеточные структуры, чтобы лечить их или изменять в зависимости от ситуации.
Все это с пеной у рта обещают Дрекслер, Смэлл и остальные энтузиасты. Их оптимизм критикуют те, кто абсолютно не разделяет оптимизма наноадептов.
 
ДРУЗЬЯ
Администрация США увеличила ассигнования на исследования во всех научно-технических отраслях, включая и нанотехнологии. Уже работает новая Национальная инициатива в области нанотехнологий стоимостью 497 миллионов долларов. Быстрыми темпами развития данной отрасли науки заинтересовалось и могущественное ЦРУ, которое создало под своим крылом некую некоммерческую организацию, в задачу которой поставили инвестирование в компании, занимающиеся разработкой новых технологий. Наконец, недавно Агентство передовых оборонных проектов США выделило 10 миллионов долларов на исследования в области замены кремниевых материалов, которым мы обязаны компьютерами, мобильными телефонами и прочим, веществами нового порядка. Тоже с помощью нанотехнологий. В данном случае я говорю в основном об Америке, так как она считается мировым лидером в области синтеза и сборки наноструктур, тогда как Европе на откуп досталась область биологии, а Японии - создание наноприборов.
Затраты США в 2003 году на военные нанотехнологии
В 2003 году военное ведомство США затратит на научные исследования в сфере нанотехнологий $201 млн. Для сравнения, в 2002 году на эти цели было направлено $180 млн., в 2001 - $123 млн., в 2000 - $70 млн. По мнению Клиффа Ло\Cliff Lau, помощника Министра обороны США по Научным Исследованиям, нанотехнологии (технологии на уровне атомов) могут оказать крупнейшее со времени изобретения пороха воздействие на военное искусство. Первые исследования в этой сфере в США начали проводиться в начале 1980-х годов. В настоящее время, нанотехнологии используются в военно-морском флоте США, в частности, для изготовления защитных костюмов, которые отличаются особой прочностью, надежностью и долговечностью. Современные военные исследования фокусируются в трех направлениях: наноэлектроника (кардинальное уменьшение размеров и веса электронных приборов и деталей), наноматериалы (создание материалов, обладающих различными уникальными свойствами) и бионанотехнологии (совмещение свойств живой клетки и искусственного устройства). Министерство Обороны США\Department of Defense - лишь одна из десяти государственных организаций, занимающихся нанотехнологиями (к их числу, в частности, относятся Министерство Энергетики\Department of Energy, НАСА\NASA и др.). Совокупные ассигнования Администрации США на исследования в нанообласти в 2003 году составят более $570 млн., почти на $60 млн. превысив уровень 2001 года. 
 Washington ProFile. [16.05.2002]
 
ВРАГИ
«Эти технологии XXI столетия, генетика, нанотехнология и роботика, настолько могущественны, что могут привести к совершенно новым типам катастроф и злоупотреблений», - утверждает главный научный сотрудник и отец-основатель компании-гиганта Силиконовой долины Sun Microsystems Билл Джой в своей нашумевшей статье для журнала Wired «Почему мы не нужны будущему».
«Берегитесь, - пишет Билл, - в нанотехнологиях гигантская мощь и гигантская угроза». Ведь их, к примеру, могут использовать отдельные неадекватные индивидуумы или небольшие группы таких индивидуумов. При ненадобности крупных производственных мощностей и редких материалов для этого будет необходимо лишь одно - знание.
Среди теоретиков нанотехнологии уже давно бытует жутковатый термин «серая слизь». Имеется в виду, что будет создан такой самовоспроизводящийся механизмик, который будет воспроизводить себе подобных из тех атомов, что окажутся поблизости. Два механизмика - четыре - восемь - шестнадцать... Через сутки все погибнет, планета покроется слоем этих катастрофически размножившихся наномеханизмов.
Кстати, сам Дрекслер тоже поговаривает о таком сценарии, только в более оптимистическом ключе. Он считает, что скоро все человечество придет к нанообществу, в котором работать будут одни ассемблеры. Нам же, людям, останется только потреблять и развлекаться, постепенно, сами понимаете, деградируя.
Станислав Лем называл нечто подобное «разумной средой обитания». Если наноразмерные логические элементы заполнят собой весь окружающий мир, то он превратится в один гигантский компьютер. Каждый человек в нем будет одновременно частью и целым. В последнее время этому даже придумали термин -- «нанархия», когда неукоснительное соблюдение людьми законов достигается благодаря Маленькому Брату -- особым всевидящим нанороботам.
Чтобы окончательно запугать вас, отмечу, что безудержного развития нанотехнологий испугались и правительственные организации США. Недавно представитель НАСА Самюэль Веннери сообщил, что агентством создан особый подкомитет по изучению последствий этого развития. 
Также начинают потихоньку волноваться крупные монополии - нефтяные, пищевые, фармацевтические. Ведь, как уже было сказано выше, в будущем их услуги никому не понадобятся.
Потом, нельзя не учитывать и голоса скептиков, для которых нанотехнологии - очередная дорогостоящая псевдонаучная афера. «Они обещают создавать древесину в искусственных условиях? - спрашивает Джейн Александр, анализирующая положение дел в наноэлектронике по поручению американского правительства. - Но древесина и так до невозможности дешева. Деревья и сами великолепно растут».
Да, скептики признают, что все нарисованные нано-адептами сценарии очень интересны, но они не опробованы в реальности - все это компьютерная модуляция. «Скорее, компьютерная спекуляция», - уточняет Филипп Барт, инженер компании Hewlett Packard.
Пока никто из лагеря «отрицательно-сомневающихся» не предложил удобоваримой программы по решению проблемы, которой, правда, еще нет. Но друг Билла Джоя - ученый-компьютерщик и философ Дэвид Гелернтер - уже был искалечен присланной по почте каким-то фанатиком бомбой именно за свою приверженность к столь пугающей отрасли науки. Как оказалось, нанотехнологии, пока еще несуществующие, могут быть опасны - за них уже взрывают.
 Кирилл ЖУРЕНКОВ, Дмитрий НАЗАРОВ
 В материале использованы фотографии: EAST NEWS

ХХI ВЕК: Медицина в борьбе за человека
— Для диагностики наследственных заболеваний начнут широко применяться генетические чипы.
 - В борьбе с болезнями, вызванными наличием определенных генов, медики станут подавлять активность этих генов, мешая недугу развиться.
 - С помощью генетических манипуляций можно добиться, чтобы организм усиленно вырабатывал красные кровяные тельца. Это улучшит снабжение тканей тела кислородом.
- Генетическая терапия укрепит опорно-двигательный аппарат человека.
В нашем организме имеется особый фактор роста — «IGF-I». Эта короткая белковая нить активизируется всякий раз, как только клетки мышечной ткани получают повреждение. По ее сигналу стволовые клетки тотчас превращаются в мышечные клетки, подменяя пострадавших и заглаживая вред. В организме пожилых людей эта программа перестает работать; мышечная ткань больше не наращивается. Отдельные клетки гибнут, их становится все меньше. Никакой замены им нет. Чтобы обратить процесс вспять, надо внедрить ген, отвечающий за производство «IGF-I». Такая инъекция для организма все равно, что молодильная вода. Он тут же начнет вырабатывать фактор роста в большом количестве. Эта терапия поможет также сотням тысяч людей, которые страдают от мышечной атрофии, вызванной наследственными дефектами.
 - Чтобы избавиться от лишнего веса, не понадобятся строгие диеты: достаточно принимать лекарства, улучшающие обмен веществ.
 - Врачи научатся эффективно бороться с облысением.  Механизм этого процесса, удручающего многих мужчин, известен. Гибель волос вызывает мужской половой гор-мон — тестостерон, проникающий к их корням. Особый фермент — «5-альфа-редуктаза» — превращает его в другой, очень активный гормон: дегидротестостерон. Под его влиянием фолликулы перестают питать волосы, и те чахнут. В будущем специальные препараты станут блокировать вредное действие фермента, спасая шевелюры мужчин.
 - Кому из нас не доводилось сетовать на свою забывчивость или непонятливость? Подобные проблемы раздражают. Со временем улучшить умственные способности человека можно будет с помощью таблеток. Что в этом невозможного? «Я думаю», и, значит, внутри меня протекают какие-то химические процессы, одни молекулы взаимодействуют с другими, а раз так, то можно вмешаться в эти события и ускорить молекулярные реакции, подобрав пилюли определенного состава. Ведь интеллект — это во многом умение находить нужные решения быстрее других, а для этого надо успевать просчитывать больше вариантов, чем другие.
 - Широкое распространение получат продукты, обогащенные витаминами. Они помогут повысить продолжительность жизни человека.
 - Специально разводимые бактерии, содержащиеся в йогуртах, будут восстанавливать флору кишечника. Так лакомство станет снадобьем.
 - Овощи и фрукты… позволят провести всеобщую вакцинацию населения в странах третьего мира. Для этого нужно ввести, например, в ДНК банана схему необходимых антигенов. Теперь клетки растения начнут вырабатывать вакцину. Съев такой банан, человек сделает себе прививку от определенной болезни. Плантации генетически измененных растений будут защищать жителей африканских и азиатских деревень от всевозможных недугов; сейчас же многим из них вакцины не по карману. Действенность «съедобного шприца» уже испытали на себе мыши. Американские ученые убедились, что, пообедав картофелем с измененной ДНК, зверьки стали неуязвимы для вирусов гепатита.
 - Отпадет необходимость в донорских органах тела. Биотехнологи научатся выращивать их в своих лабораториях.
 - Из стволовых (родоначальных) клеток можно будет выращивать любые из почти двухсот видов клеток, имеющихся в человеческом организме. Пока что наше тело использует стволовые клетки лишь для восстановления регулярно обновляющихся тканей: эпидермиса, покрова пищеварительной системы, мышечных и некоторых других тканей. В случае утраты практически любого своего органа человеческое тело не способно вырастить ему замену. Нам остается лишь завидовать тритонам и саламандрам. Так, тритоны могут восстанавливать утраченные ноги, челюсти, хвост, хрусталик и сетчатку глаза и даже фрагменты удаленного у них сердца. Если ученым удастся перехитрить природу, то повреждения сердечной мышцы можно будет лечить, стимулируя рост ее ткани.
 - Со временем клетки взрослой ткани можно будет перепрограммировать и превращать в стволовые клетки. Отпадет необходимость в этически спорных манипуляциях с эмбриональными клетками.
 - Улучшится качество искусственных органов тела. Механические имплантаты, с помощью которых сейчас заменяют дефектные клапаны сердца, оставляют желать много лучшего. Ученые надеются создать клапаны из материалов, биологически совместимых с тканями нашего организма, например из полиуретана. После пересадки такого сердца человек будет вести вполне обычную жизнь — практически такую же, как до операции. «Нет ничего невозможного — все можно сделать своими руками» — таков девиз биологов. В различных лабораториях мира ищут новые материалы, из которых можно идеальным образом изготавливать кожу, кровеносные сосуды, пищевод, носовую перегородку, печень, поджелудочную железу.
 - Появятся способы защитить организм от старения. Особое внимание ученых вызывают митохондрии и теломеры. Митохондрии, «электростанции клетки», вырабатывают энергию путем окисления. При этом возникают агрессивные частицы — свободные радикалы. Они вызывают повреждения у самих митохондрий и разрушают другие клеточные структуры. Дефекты накапливаются. Митохондрии вырабатывают все меньше энергии — человек слабеет. На концах хромосом располагаются теломеры. Они защищают хромосомы, словно футляр. При каждом делении клетки они укорачиваются. Когда теломера уменьшается до определенной величины, клетка перестает делиться: она старится и умирает. В ХХI веке будут созданы лекарства, которые станут замедлять вышеописанные процессы.
 - В настоящее время в мире проживают около 135 тысяч человек, достигших столетнего возраста. Всего через полвека, по прогнозу американского World Future Society, их число возрастет в шестнадцать раз и достигнет 2 200 000 человек. Таким образом, у тех, кому сейчас около пятидесяти, поразительно высоки шансы отметить свой столетний юбилей — за всю историю человечества не было такого! Значительно увеличится число тех, кому за восемьдесят: в 2050 году их будет около 370 миллионов человек, и многие из них продолжат вести активный образ жизни.
Ультразвуковые исследования
Фотографии ребенка, развивающегося в материнском чреве, станут намного четче. Они будут трехмерными. Несколько сделанных подряд снимков наглядно покажут процессы, протекающие в организме ребенка. Врач увидит, как бьется сердце будущего малыша, как циркулирует его кровь.
Томография
По отдельным томографическим изображениям компьютер воссоздаст облик внутренних органов человека и расположение сосудов. Мощное магнитное поле ядерно-спинового томографа позволит разглядеть различные виды тканей и особенно отчетливо обрисует метастазы. Уже через несколько лет врачи, используя томограммы, будут совершать виртуальные путешествия по желудочно-кишечному тракту пациента или по его кровеносным сосудам, что позволит безошибочно назначать лечение или проводить операцию.
Функциональная ядерно-спиновая томография
Этот вид диагностики позволит проследить за тем, как внутренние органы нашего тела снабжаются кислородом. Взорам ученых откроется деятельность отдельных клеток организма. Наконец, мы посекундно увидим, как работает человеческий мозг. Используя ядерно-спиновой томограф и электроэнцефалограф, нейробиологи надеются досконально исследовать принципы работы головного мозга и расшифровать схему нейронального управления всем человеческим телом.
Лазерно-растровая микроскопия
В ХХI веке врачи все реже будут в целях диагностики брать образцы тканей или разрезать тело пациента. Эти грубые методы уступят место наблюдению за внутренними органами тела. Главными орудиями врача-диагноста станут томографы и микроскопы. Будет широко применяться лазерно-растровый микроскоп, встроенный в наконечник эндоскопа. Его оптика позволит рассмотреть отдельные клетки тела. Если ввести в организм вещества, вызывающие флуоресценцию раковых опухолей, то любые болезненные образования будут заметны сразу; их можно ликвидировать прямо в зародыше.
Растровая микроскопия
Растровый силовой микроскоп, изобретенный в 1986 году, стал стандартным инструментом генетиков. Всю информацию о структуре исследуемого объекта мы получаем благодаря колебаниям миниатюрного пружинного рычажка, снабженного тонкой иглой диаметром всего 100 нанометров. Эта игла парит над поверхностью объекта, пребывая в силовом поле атомов. Ее острие удерживается на расстоянии в 10 — 100 нанометров от исследуемой поверхности. Специальный вибросниматель преобразует пики и впадины атомарного ландшафта в картинки. С помощью подобного микроскопа мы можем исследовать материалы, не проводящие ток, например, полимеры или органические молекулы. Он позволит увидеть первооснову нашей жизни — отдельные нити ДНК. Используя этот микроскоп, можно удалять отдельные группы генов и заменять их модифицированными фрагментами ДНК. Вырезанный участок ДНК остается на острие «ножа-микроскопа»: его удерживает пусть и незначительная, сила притяжения.
Нанодиагностика
Наноинженеры уменьшат медицинскую аппаратуру до размеров молекул. Крохотные нанороботы помчатся по кровеносным сосудам, проникая в любые уголки тела. Они будут выискивать различные дефекты, например мутировавшие клетки, опасные вирусы или частицы ядовитых веществ, попавшие в кровь, а найдя их, тотчас примутся обезвреживать. Кроме того, нанороботы будут постоянно определять важнейшие показатели самочувствия человека.
Телемедицина
Хронические больные будут все реже приходить на прием к врачу. В ХХI веке они станут общаться с ним в основном по Интернету, находясь под постоянным присмотром приборов. Подобная схема уже сейчас применяется для наблюдения за грудными малышами, предрасположенными к внезапной смерти. Чтобы не потерять ребенка, его одевают в специальный жилет, в который вшиты приборы, измеряющие давление, частоту дыхания и пульс. Как только они зафиксируют какие-либо резкие изменения этих показателей, тут же раздается сигнал тревоги. Родители и врачи вовремя замечают опасный приступ у малыша. Примерно под таким же контролем окажутся и хронические больные. Кроме того, ученые опробуют сейчас имплантаты, которые можно вшить прямо под кожу, чтобы они постоянно следили за кровяным давлением пациента, работой его сердечно-сосудистой системы или же содержанием сахара в крови.
Голографическая диагностика
Человеческое тело можно просвечивать рентгеновскими лучами, магнитными полями, микроволнами, инфракрасным светом или ультразвуком, получая его трехмерное изображение в естественных тонах — голограмму. Медики примутся исследовать ее так, словно перед ними расположился сам пациент. Можно изготовить и отдельные голограммы клеточных ядер, мембран или митохондрий, чтобы исследовать любые изменения их структуры. В недалеком будущем хирурги, переступая порог операционного зала, перестанут полагаться на одну лишь ловкость своих пальцев. Им примутся ассистировать роботы, и они-то привнесут в работу людей недостижимую прежде точность. Вряд ли можно воспринимать как должное, что хирургу приходится вести эндоскоп вручную. Стоит руке чуть задрожать, дернуться, и для операции, например, на головном мозге это будет иметь самые плачевные последствия. Своей собственной рукой врач разрушит важнейшие структуры мозга. Да, возможности руки ограничены. Точность действий исчисляется миллиметрами. Для сложных нейрохирургических операций этого недостаточно. Ведь во время операций на отдельных участках мозга счет идет на доли миллиметра. От них зависит успех, ну а за неудачу платит пациент. Своей собственной жизнью. По оценкам экспертов, роботы примутся за проведение операций не скоро — около 2015 года. Как ни странно, это событие вызывает у многих опасения. «Когда заходит речь о появлении роботов в операционном зале, перед глазами почти автоматически возникает картина «медицинской фабрики» — с пациентами, что, словно заводские болванки, лежат на ленте огромного конвейера, который безжалостно доставляет их к каким-то странным станкам, автоматически разрезающим их», — преобладает именно такое мнение. Врачам остается лишь взывать к доверию: хирургические операции никоим образом не будут поставлены на поток, никакого «медицинского конвейера» не появится. Автоматы лишь сведут к минимуму возможный риск при проведении операций, а также позволят шире внедрять новые методы лечения. И тогда пациенты, спасенные от опухоли, угнездившейся в мозге, не лишатся попутно какой-либо здоровой его части. 

ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОТЕХНОЛГИЙ
МЕДИЦИНА 
Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Прогнозируемый срок реализации - первая половина XXI века.
 На рисунке изображен молекулярный регулятор скорости, использующийся в нанопроизводстве.
  ГЕРОНТОЛОГИЯ
  Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и "облагораживания" тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Прогнозируемый срок реализации: третья - четвертая четверти XXI века.  ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
 Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Первые практические результаты могут быть получены в начале XXI века. 
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
 Замена "естественных машин" для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами - комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки "почва - углекислый газ - фотосинтез - трава - корова - молоко" будут удалены все лишние звенья.Останется "почва - углекислый газ - молоко (творог, масло, мясо - все, что угодно)". Стоит ли говорить о том, что подобное "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй - четвертой четвертях XXI века. 
БИОЛОГИЯ
 Станет возможным "внедрение" в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века. 
ЭКОЛОГИЯ   Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.  ОСВОЕНИЕ КОСМОСА
 По-видимому, освоению космоса "обычным" порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из "подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов. 
КИБЕРНЕТИКА
 Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: первая - вторая четверть XXI века. 
РАЗУМНАЯ СРЕДА ОБИТАНИЯ
 За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет "разумной" и исключительно комфортной для человека. Прогнозируемый срок реализации: после XXI века.

ЖИВЕЕ ВСЕХ ЖИВЫХ
Сергей Бобровский
Экспериментатор в движенье вверх-вниз         
Видит простор там, где мне видна стена.         
Он считает, что прав, он уверен в идее,         
Он в каждом процессе достигает дна.         
Доктор Кинчев. “Экспериментатор” 
О нанотехнологии и нанороботах
         О нанотехнологии (НТ) сегодня пишут достаточно много; напомню только основные ее положения. Предполагается, что НТ позволит людям манипулировать отдельными атомами, благодаря чему удастся создавать редкие вещества, вещества с принципиально новыми характеристиками и информационные хранилища невиданной емкости.         
Отдельная область НТ изучает возможность разработки нанороботов (НР) — устройств размером в единицы и десятки нанометров (1 нм составляет 10-9 м, т. е. одну миллиардную долю метра), которые смогут самостоятельно манипулировать отдельными атомами и путем их перестановок: 1) самовоспроизводиться, 2) создавать из произвольного подручного материала (земли, воды) любые заказанные предметы — машины, одежду, пищу, 3) путешествовать по человеческому телу и, проникая в клетки, удалять из них шлаки, восстанавливать поврежденные внутриклеточные объекты и ДНК, улучшать генные структуры и тем самым поддерживать практически вечное существование живого организма и даже совершенствовать человеческую породу.          НТ сулит человечеству золотую эру. Исчезают все проблемы, связанные с бедностью и болезнями. Но возможна ли реализация идей НТ на практике?         
Осуществить перемещение отдельных атомов удалось впервые в 1981 г., когда швейцарские ученые Бининг и Рорер, сотрудники IBM, разработали сканирующий туннельный микроскоп. Однако переставлять атомы вручную с практической точки зрения бессмысленно, поэтому сегодня многие организации в наиболее развитых странах ведут свои исследования по НТ. Американская некоммерческая структура Foresight Institute (www.foresight.org) обещает 250 тыс. долл. тому, кто сможет создать наноруку для манипуляции отдельными атомами и молекулами в кубе со стороной 100 нм и компьютерное наноустройство, складывающее два 8-битных числа и умещающееся в кубе со стороной 50 нм. В ближайшие три года в США запланировано удвоение финансирования исследований по НТ. На 1999 г. отпущено 232 млн. долл. 
Роботостроители-оптимисты
         Теория НР занимает в НТ отдельную нишу, так как возможная отдача от инвестиций в это направление потенциально безгранична. Данная теория основывается на работах Ричарда Фейнмана и Джона фон Неймана, автора кибернетики и теории самовоспроизводящих систем. Сегодняшний преемник их идей американский физик Эрик Дрекслер работает в Институте молекулярной промышленности в Лос-Алтосе. Он считает, что стратегической целью НТ должна стать самовоспроизводящаяся система. Сначала вручную будут сконструированы Ассемблеры — НР, способные создать из любого материала любую вещь, заказанную человеком, а затем уже они построят единственный экземпляр Репликатора — самовоспроизводящегося НР, который наделает себе подобных в нужном количестве и без малейших усилий со стороны человека. После этого, очевидно, наступит золотой век.         
Хотя с 80-х годов практических результатов в области нанороботостроения получено не было, Эрик Дрекслер и его сторонники настроены оптимистично. На чем же основана их уверенность? На том, что Репликаторы в нашем мире уже существуют, а следовательно, их можно создавать и искусственно.         
Согласно терминологии Foresight Institute, всем известный (причем только с плохой стороны) вирус — это Репликатор, который, будучи введенным в клетку хозяина, может настроить молекулярные системы клетки таким образом, чтобы она создавала новые вирусы. В работах по НР постоянно встречаются ссылки на понятие “вирус” и упоминается возможность создания искусственных вирусов — типичных НР. Действительно, достижения вирусологии сегодня активно применяются в генной инженерии, и пока “вирусное” направление в НТ представляется наиболее перспективным. Запустив в человека мириады НР, функционирующих по принципу вирусов, нанотехнологи собираются создать своеобразный симбиоз человека и вируса — ЧеловекоВирус (который, возможно, и размножаться будет — как с деланным ужасом пел Высоцкий — “почкованием”). 
Вирус под туннельным микроскопом
         Чтобы попытаться оценить практическую возможность создания НР на базе вирусов, давайте прежде всего разберемся, что же такое сам вирус (предварительно стоит прочитать статью Влада Борисова о ДНК-компьютерах).         
Вирус был открыт русским ученым Д. И. Ивановским в 1892 г. Он имеет размеры от десятков до сотен нанометров и вне клетки существует в кристаллической неактивной форме, представляя собой белковый мешочек, в котором хранится геном вируса — молекула РНК (и больше ничего!). В обычный микроскоп вирус не виден, так как его размеры меньше длины световой волны. Механизмы жизнедеятельности вируса изучены очень плохо (в отличие от процессов его жизнедеятельности). Невыясненные моменты далее в тексте помечаются особо.         
Когда кристалл вируса, способный существовать в неактивной форме очень долго, непосредственно контактирует с клеткой (под влиянием каких воздействий?), он проникает (как?) сквозь мембрану клетки (некоторые вирусы прокалывают мембрану специальным хоботком, но далеко не все), теряя при этом свою оболочку, и от него остается одна молекула РНК, которая целенаправленно (под воздействием чего?) добирается до рибосомы (своего рода живого аналога наноробота размером около 20 нм, в каждой клетке насчитывается множество рибосом) и перепрограммирует ее (каким способом?) на воспроизводство белковых оболочек для вирусов и собственных копий (вместо нужных клетке веществ). Затем эти отдельные части собираются в новые вирусы (почему?).         
Интересно, что у живых существ не встречается механизм репликации генов в форме РНК — только в форме ДНК.         
Известно несколько классических определений жизни. Одно из них гласит, что жизнь — это самовоспроизводство организмов путем синтеза белка на рибосомах под управлением нуклеиновых кислот. Вирус под такое определение жизни не подпадает, потому что он сам ничего не синтезирует (не имеет собственного обмена веществ) и не осуществляет самовоспроизводство — после активизации он сразу распадается, растворяется, просто передавая свой ген клетке-хозяину, которая начинает рождать новые вирусы. Многие ученые относят вирусы к промежуточным формам между живой и неживой материями, считают их второй, небелковой, информационной формой жизни на Земле, единственная цель которой — это паразитическое (требуется обязательное наличие целевой клетки) воспроизводство себе подобных путем собственной гибели (с попутным разрушением клетки-хозяина). Вообще, вирусы выглядят чем-то совершенно неестественным, чуждым и лишним в нашем мироустройстве.         
Но для поклонников НТ именно вирусы сегодня представляются идеальной и перспективной моделью для создания НР на их основе. С точки зрения нанотехнологов, вирус — не что иное, как НР, который надо только немного улучшить и научить его функционировать вне клетки. 
Наследники признаков
         Скажи мне, наследуются ли приобретенные признаки, и я скажу, кто ты.          Информационные технологии волей-неволей пересекаются с реалиями окружающего мира и испытывают на себе давление мощнейших финансовых групп, лоббирующих подчас совершенно различные политические интересы. Особенно остро ощущается это в ситуации с генными технологиями; их использование вызывает подчас как полную поддержку, так и очень резкие протесты со стороны всевозможных политических и общественных организаций. Это связано с тем, что в генетике существуют две школы, представители одной из которых утверждают, что приобретенные организмом в течение жизни признаки (физиологические и психологические характеристики) наследуются (передаются потомкам) практически всегда; представители другой такую возможность в принципе категорически отрицают. Если эти признаки действительно передаются, то получается, что можно целенаправленно выращивать общности человеческих и других белковых особей с любыми признаками, формируемыми с помощью соответствующей государственной политики (примеры — современная американская масс-культура или монументальные проекты в духе советской гигантомании и попытки скрестить яблоню с грушей). Если же признаки не наследуются, то выходит, что исторически предопределено существование на земле избранных рас суперлюдей, которым свыше (или “сниже”, на генетическом уровне) предназначено править расами неполноценными, недоразвитыми, потенциально неспособными к самосовершенствованию (немало сторонников этого направления в генетике было среди национал-социалистов в Германии 30-х годов).         
Современные ученые считают, что среди представителей любой расы и национальности есть люди, которые могут наследовать признаки, и есть люди, которые эти признаки не будут наследовать ни при каких условиях.         
А обладают ли вирусы способностью наследовать приобретенные признаки? Еще какой! Принципы такого наследования (мутации вирусов) очень показательны и в решающей степени определяют практическую возможность создания НР. 
Лохотрон XXI века
         В начале нашего столетия, когда стали активно развиваться такие науки, как биология и генетика, когда были опубликованы работы Менделя, в Европе и Америке возник настоящий бум, связанный с неожиданно возникшими надеждами на возможность оживления умерших и скорейшее достижение бессмертия. Солидные издания всерьез обсуждали перспективы омоложения и вечной жизни, а ведущие обозреватели рассуждали о том, что будет очень обидно, если не удастся дотянуть до бессмертия какой-то десяток лет. В крайнем случае планировалось прибегнуть к замораживанию организма, чтобы дотянуть до лучших времен (один из результатов подобных “научных” изысков у нас до сих пор перед глазами).         
Как ни удивительно, но сегодня статьи по НТ иногда слово в слово повторяют своих предшественниц восьмидесятилетней давности — дескать, осталось подождать совсем немного. И снова вспыхивают надежды на грядущее бессмертие и изобилие, шелестят зеленые купюры и заполняются криогенные саркофаги жаждущими дотянуть до нанотехнологичного Завтра.         
Увы, серьезной критики постулаты НТ не выдерживают. Проектировщики НР (в частности, разработчики из компании Xerox) признают сложность задачи и поэтому предлагают такой подход: сначала создаются простейшие НР (например, элементарные руки-сборщики), которые затем создают более хитроумные конструкции с качественно новыми возможностями, те в свою очередь — еще более сложные, и т. д. Идея заимствована из живой природы — именно по такому принципу работает вирус СПИДа. Первоначально с простой вирусной РНК считывается молекула вирусной ДНК (механизм обратной транскриптазы, работающий только у вирусов), встраивающаяся затем в сложную ДНК клетки, с которой обратно считываются вирусные РНК и передаются рибосомам для синтеза вирусного белка. При этом считывание вирусной ДНК (информационный процесс, подобный программированию) происходит с большим числом ошибок (а когда в программировании удавалось обходиться без них?), что приводит к появлению множества мутирующих вариантов вирусов. Новые признаки, приобретенные из-за сбоев в работе, наследуются мгновенно, и именно из-за ошибок копирования и высокой скорости самовоспроизводства многие вирусы столь быстро меняют свои характеристики и не поддаются действию старых лекарств.         
Сегодня неизвестны сложные компьютерные программы, которые не имели бы ошибок. А ведь они значительно проще, чем программы, которые потребуются для управления и синхронизации работы триллионов микроскопических существ, путешествующих по человеческому телу, для организации быстрой обратной связи с ними, отслеживания их работы в реальном масштабе времени. Никто не даст гарантии, что первое же поколение нанороботов, запущенное в человеческий организм, под влиянием самых разных причин не допустит ошибок при сборке и не создаст неуправляемые версии саморазмножающихся устройств. Интересно, что в компании, занимающиеся генными технологиями, инвестирует свои средства Билл Гейтс. Можно себе представить результат работы армии нанороботов, функционирующей под управлением Windows NanoTechnology...         
Кроме того, хотя НР должны строго подчиняться заданному алгоритму поведения, вирусы, их потенциальные предшественники, состоящие из белкового мешочка и одной РНК, проявляют определенные признаки неведомого разума — их поведение сложно объяснить каким-то чисто механическим или химическим воздействием.         
Вот что вирусоведам пока до конца непонятно:  какие факторы стимулируют вирус к началу активной деятельности;  почему вирусы выбирают для атаки клетки с ослабленными мембранами;  почему одни и те же вирусы способны размножаться в разных тканях человека;  как вирусы проникают сквозь мембрану;  как вирусы находят рибосомы и выполняют их перепрограммирование;  как вирусные ДНК встраиваются в ДНК клетки;  каким способом клетке удается прервать синтез вирусных РНК (в частности, как работает белок интерферон, прерывающий этот синтез). 
         Вдобавок, нет серьезных теорий, доказывающих эволюционное происхождение вирусов.         
Попытка объяснить любую из этих проблем натыкается на слишком небольшие размеры вирусов — ведь анализировать-то особо нечего!         
Непредсказуема и реакция организма на вторжение инородных тел. В частности, эффект сильного иммунного ответа организма (механизм которого непонятен) на внедрение чужеродных конструкций, созданных методами современной генной инженерии, как раз используется сегодня для создания вакцин против СПИДа. И хотя НР могут быть таких размеров, что антитела их просто не заметят, тем не менее принципы работы иммунной защиты настолько не исследованы, что предсказать ее реакцию на активную работу НР невозможно.         
Еще один нюанс, который нельзя не учитывать при создании НР и который, возможно, лежит в основе ответов (но не решений) на обозначенные выше вопросы, — это влияние законов нерелятивистской квантовой механики на функционирование структур размером в десятки атомов. Такие действия можно предсказать только с определенной долей вероятности. Нельзя не учитывать воздействие броуновского движения и ряда физических законов. Все это неизбежно ведет к возникновению и развитию теоретически неустранимых погрешностей в работе наноустройств.  
Пути и перспективы
         Чего же реально можно ожидать от нанотехнологий? Скорее всего, они окажутся весьма эффективными при создании сверхъемких хранилищ информации. Возможно, удастся получать вещества с новыми характеристиками, только обходиться такие работы будут очень недешево. (И золото сегодня можно получать искусственно, просто при таком производстве не оправдываются вложенные средства.) С помощью НТ будут созданы новые лекарства (и наверняка кое-что похуже). Не исключено, что удастся построить ДНК-компьютеры. Сегодня прогнозы о развитии НТ делаются по принципу “или шах умрет, или ишак сдохнет” — результаты ожидаются не ранее середины XXI века, а деньги под соответствующие исследования выбиваются, конечно, сейчас.          Реальных шансов на то, что нанороботы появятся по крайней мере в ближайшие сто лет, нет никаких. Для создания искусственных НР надо предварительно суметь победить естественные НР — вирусы. В этой связи интересно мнение нобелевского лауреата Джошуа Ледерберга, который считает, что человек существует в эволюционной борьбе с вирусами, и Ледерберг не уверен, что человек выиграет эту борьбу, особенно если учитывать современные темпы распространения СПИДа.         
Так удастся ли когда-нибудь человеку стать “живее всех живых” — перепрограммировать свой организм, превратиться в “разумный вирус”, возвыситься над “примитивными” белковыми существами? Это, как говорил известный киногерой товарищ Сухов, — вряд ли !        
 Автору можно написать по адресу: Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script .

 

 

 
< Пред.   След. >

 16.09.2007 20:59