Akákoľvek ľudská činnosť je zarastená mýtmi. Nanotechnológia, hlavný vedecký a technologický projekt našej doby, nie je výnimkou. Okrem toho sa tu tvorba mýtov dotýka samotnej podstaty. Väčšina ľudí, dokonca aj tých, ktorí patria do vedeckej komunity, je presvedčená, že nanotechnológia je predovšetkým manipulácia s atómami a konštrukcia objektov ich zostavením z atómov. Toto je hlavný mýtus.
Vedecké mýty sú dvojaké. Niektoré sú spôsobené neúplnosťou našich znalostí o prírode alebo nedostatkom informácií. Iné sa vytvárajú zámerne na konkrétny účel. V prípade nanotechnológií máme druhú možnosť. Vďaka tomuto mýtu a dôsledkom, ktoré z toho vyplývajú, bolo možné upútať pozornosť tých, ktorí sú pri moci, a dramaticky urýchliť spustenie projektu nanotechnológie s autokatalytickým zvýšením investícií. V podstate to bolo trochu podvádzanie, celkom prijateľné pravidlami hry na najvyššej úrovni. Mýtus hral svoju užitočnú úlohu ako iniciátor procesu a bol šťastne zabudnutý, keď došlo k samotnej technológii.
Mýty však majú úžasnú vlastnosť: keď sa narodia, začnú žiť svoj vlastný život a zároveň prejavujú úžasnú vitalitu a dlhovekosť. Sú tak pevne zakorenení v mysliach ľudí, že ovplyvňujú vnímanie reality. Skutočné nanotechnologické procesy, zahraničné aj rusanské projekty, zásadne odporujú mýtu, ktorý v ich hlavách vytvára zmätok (väčšina ľudí stále nechápe, čo je nanotechnológia), odmietnutie (nejde o skutočné nanotechnológie!) A dokonca o odmietnutie nanotechnológií. ako taký.
Okrem hlavného mýtu nám história nanotechnológií odhaľuje aj niekoľko sprievodných mýtov, ktoré vzrušujú rôzne skupiny obyvateľstva, čo v niektorých vyvoláva neopodstatnené nádeje a v iných paniku.
Mýtus zakladateľa
Najneškodnejšou skupinou mýtov je predpísanie Richarda Feynmana, odborníka v oblasti teórie kvantového poľa a fyziky častíc, ako zakladajúceho otca nanotechnológií. Tento mýtus vznikol v roku 1992, keď prorok nanotechnológie Eric Drexler oslovil komisiu Senátu na vypočutí na tému „Nové technológie pre trvalo udržateľný rozvoj“. Na presadenie projektu nanotechnológií, ktorý vynašiel, sa Drexler odvolával na vyhlásenie laureáta Nobelovej ceny za fyziku, neochvejnú autoritu v očiach senátorov.
Bohužiaľ, Feynman zomrel v roku 1988, a preto nemohol toto tvrdenie potvrdiť ani poprieť. Ale keby to mohol počuť, potom by sa najpravdepodobnejšie zasmial. Bol to nielen vynikajúci fyzik, ale aj slávny žolík. Niet divu, že jeho autobiografická kniha niesla názov: „Samozrejme si robíš srandu, pán Feynman!“V súlade s tým bola prijatá Feynmanova slávnostná prednáška na silvestrovskej večeri Americkej fyzickej spoločnosti v Kalifornskom technologickom inštitúte. Podľa spomienok jedného z účastníkov tohto stretnutia americký fyzik Paul Schlickt: „Reakciu publika možno celkovo nazvať veselou. Najviac si myslel, že rečník hral blázna. ““
Propagačné video:
Slová: „Princípy fyziky, o ktorých vieme, však nezakazujú vytváranie objektov„ atóm za atómom “. Manipulácia s atómami je celkom reálna a neporušuje žiadne prírodné zákony, “uviedli, je to skutočnosť. Zvyšok boli špekulácie o miniaturizácii spojené s futurologickými predpoveďami. O štvrť storočia neskôr boli niektoré Feynmanove nápady „kreatívne“vyvinuté Ericom Drexlerom a dali vzniknúť hlavným mýtom nanotechnológie. Ďalej sa k tomuto prejavu často vrátime, aby sme si spomenuli na to, čo Feynman skutočne povedal, a zároveň si vychutnali jasnosť a predstavu formulácií veľkých vedcov.
Mýtus o zbytočných technológiách
Keď vytvoríme atómový atóm atómom, samozrejme používame technológiu bez odpadu. Slovo „samozrejme“sa tu používa v najpôvodnejšom slova zmysle - keď sa ľudia, predovšetkým úradníci, pozerajú na obrázky zobrazujúce proces manipulácie s atómami, nevidia žiaden odpad, žiadne fajčenie, ktoré znečisťuje atmosféru, a priemyselné odpady, ktoré znečisťujú vodné útvary. … V predvolenom nastavení je zrejmé, že pretiahnutie takmer beztiažového atómu o niekoľko nanometrov od seba vyžaduje malé množstvo energie. Vo všeobecnosti ideálna technológia pre „trvalo udržateľný rozvoj“- koncepcia, ktorá bola v 90. rokoch minulého storočia mimoriadne populárna.
Otázka, odkiaľ pochádzajú atómy na zostavenie, je takmer neslušná. Samozrejme zo skladu, odkiaľ sú pravdepodobne dodávané ekologickými elektrickými automobilmi. Drvivá väčšina obyvateľov má len malú predstavu, odkiaľ pochádza. Napríklad materiály, z ktorých sa vyrábajú rôzne priemyselné výrobky, ktoré konzumujeme v rastúcom množstve. Spojenie týchto výrobkov s chemickým priemyslom nie je viditeľné. Chémia ako veda je nuda a nie je veľmi potrebná a chemický priemysel, ako určite škodlivý pre životné prostredie, musí byť uzavretý.
Chemický priemysel je okrem iného podľa názoru väčšiny dravým odpadom prírodných zdrojov, ktorý na svoje procesy využíva ropu, plyn, rudy a minerály. A pre novú technológiu, ako si jej prívrženci myslia, sú potrebné iba atómy: v tejto časti skladu skladujeme atómy zlata, v nasledujúcich - atómy železa, potom atómy sodíka, atómy chlóru … Všeobecne platí, že celá periodická tabuľka Mendeleeva. Sme nútení sklamať autorov tohto idylického obrazu: samotné atómy, s výnimkou atómov inertných plynov, existujú iba vo vákuu. Vo všetkých ostatných podmienkach interagujú s vlastným druhom alebo inými atómami, v chemickej interakcii s tvorbou chemických zlúčenín. Toto je povaha vecí a s tým sa nedá nič robiť.
Akákoľvek technológia vyžaduje určité úpravy, výrobné prostriedky, ktoré tiež unikajú pozornosti apológov pri zostavovaní predmetov z atómov. Naopak, niekedy naopak priťahujú svoju pozornosť a otriasajú ich jadrom. Tunely a výkonové mikroskopy sú skutočne nádherné zariadenia, viditeľný dôkaz sily ľudskej mysle. A všeobecne, laboratóriá, v ktorých je manipulácia s atómami obrazom budúcich technológií v duchu „tretej vlny“Alvina Tofflera: tzv. Čisté miestnosti s klimatizáciou a špeciálnym čistením vzduchu, zariadenia, ktoré vylučujú najmenšie vibrácie, operátor v špeciálnom oblečení s vysokoškolským vzdelaním v odbore vrecko.
Zhromaždí sa to všetko z atómov bez odpadu? Vrátane základov, stien a striech? Sme presvedčení, že ani najhorlivejší prívrženci tejto technológie sa neodvážia odpovedať na túto otázku kladne.
Ľudstvo bude jedného dňa vytvárať bez odpadu, ekologické technológie, ale budú vychádzať z rôznych princípov alebo zo zásadne odlišnej techniky.
Mýtus o nanomachine
V skutočnosti to spočiatku išlo o inú techniku. Myšlienka, že na navrhovanie v nanom meradle je potrebné mať manipulátor s primeranou veľkosťou, je zrejmá. Takto videl Richard Feynman implementáciu tejto myšlienky:
„Predpokladajme, že som urobil súpravu desiatich ramien manipulátora, znížil som ich štyrikrát a spojil som ich pomocou drôtov s pôvodnými ovládacími pákami, aby tieto ramená súčasne a presne opakovali moje pohyby. Potom budem prepracovávať súbor desiatich zbraní štvrtej veľkosti. Prvých desať manipulátorov bude samozrejme vyrábať 10x10 = 100 manipulátorov, avšak znížených o faktor 16 …
Nič nám nebráni v tom, aby sme pokračovali v tomto procese a vyrábali toľko malých strojov, koľko chceme, pretože táto výroba nemá žiadne obmedzenia týkajúce sa umiestňovania strojov a ich spotreby materiálu … Je zrejmé, že to okamžite odstraňuje problém s nákladmi na materiály. V zásade by sme mohli zorganizovať milióny identických miniatúrnych tovární, v ktorých by malé stroje nepretržite vŕtali diery, časti pečiatok atď. “
Tento prístup predstavuje priamu implementáciu myšlienky vytvorenia miniatúrnych zariadení. Funguje na mikroúrovni, aj keď s mnohými obmedzeniami, o čom svedčia aj takzvané mikroelektromechanické zariadenia. Používajú sa v systémoch na rozvinutie airbagov v automobiloch v prípade nehôd, v laserových a atramentových tlačiarňach, v tlakových senzoroch, domácich klimatizačných zariadeniach a v indikátoroch hladiny paliva v plynovej nádrži, v kardiostimulátoroch a joystickoch pre herné konzoly. Pri pohľade na ne pod mikroskopom uvidíme ozubené kolesá a hriadele, valce a piesty, pružiny a ventily, zrkadlá a mikroobvody, ktoré sú nám známe.
Ale nanoobjekty majú vlastnosti odlišné od vlastností makro- a mikroobjektov. Ak nájdeme spôsob, ako proporcionálne zmenšiť veľkosť tranzistorov z dnešných 45-65 nm na 10 nm, potom jednoducho nebudú fungovať, pretože elektróny začnú tunelovať cez izolačnú vrstvu. A spojovacie vodiče sa stenčia na reťazec atómov, ktorý bude viesť prúd odlišne od masívnych vzoriek, a začne sa rozptyľovať po stranách v dôsledku tepelného pohybu, alebo naopak, zhromažďovať sa do zväzku, zabudnúť na úlohu udržiavania elektrického kontaktu.
To isté platí pre mechanické vlastnosti. Keď sa veľkosť zmenšuje, zvyšuje sa pomer povrchovej plochy k objemu a čím väčšia je plocha, tým väčšie je trenie. Nanoobjekty doslova priliehajú k iným nanoobjektom alebo k povrchom, ktoré sa im vďaka svojej malej veľkosti zdajú hladké. Toto je užitočný znak pre gekón, ktorý ľahko kráča po zvislej stene, ale je mimoriadne škodlivý pre akékoľvek zariadenie, ktoré potrebuje jazdiť alebo sa posúvať po vodorovnom povrchu. Aby ste ju jednoducho presunuli zo svojho miesta, budete musieť minúť neprimerané množstvo energie.
Na druhej strane je zotrvačnosť malá, pohyb sa rýchlo zastaví. Nie je ťažké vyrobiť nanopendulum - pripevniť časticu zlata s priemerom niekoľko nanometrov k uhlíkovej nanorúrke s priemerom 1 nm a dĺžkou 100 nm a zavesiť ju na kremíkovú platňu. Ale toto kyvadlo, ak ho otočíte do vzduchu, sa zastaví takmer okamžite, pretože aj vzduch je pre neho významnou prekážkou.
Nanoobjekty, ako sa hovorí, majú vysoké vinutie a je všeobecne ľahké ich zavádzať. Mnoho pravdepodobne pozorovalo Brownov pohyb v mikroskope - náhodné hádzanie malej tuhej častice do vody. Albert Einstein už v roku 1905 vysvetlil dôvod tohto javu: molekuly vody, ktoré sú v konštantnom tepelnom pohybe, narážajú na povrch častice a nekompenzovaná sila nárazov z rôznych strán vedie k tomu, že častice získavajú hybnosť v jednom alebo druhom smere. Ak častica s veľkosťou 1 mikrón sníma silu nárazov malých molekúl a mení smer pohybu, potom môžeme povedať, že ide o časticu s veľkosťou 10 nm, ktorá váži miliónkrát menej a pre ktorú je pomer hmotnosti k ploche 100 krát menší.
Vo vedeckej a populárnej vedeckej literatúre, najmä v mediálnych publikáciách, sa však stále nachádzajú opisy nanoskopie rôznych mechanických častí, ozubených kolies, kľúčov, kolies, náprav a dokonca prevodoviek. Predpokladá sa, že sa využijú pri tvorbe pracovných modelov nanomechanických strojov a iných zariadení. Neberte tieto diela s neprimeranou vážnosťou, neodsudzujte, nepokúšajte sa alebo obdivujte. "Som osobne presvedčený, že my fyzici dokážeme takéto problémy vyriešiť len pre zábavu alebo zábavu," uviedol Richard Feynman. Fyzik vtip …
V skutočnosti sú si plne vedomí skutočnosti, že na vytvorenie nanomechanických alebo nanoelektromechanických zariadení je potrebné použiť konštrukčné prístupy, ktoré sa líšia od makro- a mikroanalógov. A tu, na začiatok, ani nepotrebujete nič vymýšľať, pretože príroda vytvorila počas miliárd rokov vývoja toľko rôznych molekulárnych strojov, že desať rokov nebude stačiť na to, aby nás všetci pochopili, kopírovali, prispôsobili sa našim potrebám a snažili sa niečo vylepšiť.
Najznámejším príkladom prírodného molekulárneho motora je takzvaný bakteriálny bičíkový motor. Iné biologické stroje poskytujú kontrakciu svalov, srdcový rytmus, transport živín a transport iónov cez bunkovú membránu. Účinnosť molekulárnych strojov prevádzajúcich chemickú energiu na mechanickú prácu je v mnohých prípadoch takmer 100%. Zároveň sú mimoriadne hospodárne, napríklad menej ako 1% energetických zdrojov bunky sa vynakladá na prevádzku elektrických motorov, ktoré zabezpečujú pohyb baktérií.
Zdá sa mi, že opísaný prístup biomimetiky (z latinských slov „bios“- život a „mimetis“- imitácia) je najrealistickejším spôsobom vytvorenia nanomechanických zariadení a jednou z tých oblastí, v ktorých spolupráca fyzikov a biologov v oblasti nanotechnológií môže priniesť hmatateľné výsledky.
Mýtus o nanorobotoch
Predpokladajme, že sme vytvorili náčrt nanovrstvy na papieri alebo na obrazovke počítača. Ako ju zbierať, pokiaľ možno nie v jednej kópii? Podľa Feynmana môžete vytvoriť „drobné stroje, ktoré by priebežne vŕtali diery, časti pečiatky atď.“a miniatúrne manipulátory na zostavenie hotového výrobku. Tieto manipulátory musia byť ovládané osobou, to znamená, že musia mať nejaký druh makroskopického vybavenia alebo aspoň konať podľa programu daného osobou. Okrem toho je potrebné nejakým spôsobom sledovať celý proces, napríklad pomocou elektrónového mikroskopu, ktorý má tiež makro-rozmery.
Alternatívny nápad predložil v roku 1986 americký inžinier Eric Drexler vo futurologickom bestselleri „Machines of Creation“. Keďže vyrástol, rovnako ako všetci jeho generovia, v knihách Izáka Asimova, navrhol použitie mechanických strojov vhodnej veľkosti (100 - 200 nm) - nanoroboty na výrobu nanodielnikov. Už to nejde o vŕtanie a dierovanie, títo roboti museli zostavovať zariadenie priamo z atómov, takže ich nazývali zostavovatelia - zostavovatelia. Tento prístup však zostal čisto mechanický: montážny stroj bol vybavený manipulátormi dlhých niekoľko desiatok nanometrov, motorom na pohyb manipulátorov a samotným robotom, vrátane vyššie uvedených prevodoviek a prevodoviek, ako aj autonómnym zdrojom energie. Ukázalo sa, že nanorobot by mal pozostávať z niekoľkých desiatok tisíc častí,a každý detail sa skladá z jedného alebo dvesto atómov.
Problém vizualizácie atómov a molekúl nejako zmizol, zdalo sa celkom prirodzené, že nanorobot, ktorý pracuje s objektmi porovnateľnej veľkosti, ich „vidí“, keď človek vidí klinec a kladivo, ktorým tento klinec kladie na stenu.
Najdôležitejšou jednotkou nanobotu bol samozrejme palubný počítač, ktorý riadil fungovanie všetkých mechanizmov, určoval, ktorý atóm alebo molekulu má manipulátor zachytiť a kde ich umiestniť do budúceho zariadenia. Lineárne rozmery tohto počítača nemali prekročiť 40 - 50 nm - je to presne veľkosť jedného tranzistora dosiahnutá priemyselnou technológiou našej doby, 25 rokov potom, čo Drexler napísal knihu „Creation Machines“.
Drexler však svoju knihu adresoval aj budúcnosti, vzdialenej budúcnosti. V čase písania tohto článku vedci ešte nepotvrdili ani základnú možnosť manipulácie s jednotlivými atómami, nehovoriac o zostavení aspoň niektorých štruktúr z nich. Stalo sa to až o štyri roky neskôr. Prístroj, ktorý sa na tento účel použil prvýkrát a stále sa používa dodnes - tunelový mikroskop - má celkom hmatateľné rozmery, v každej dimenzii desiatky centimetrov, a je ovládaný osobou, ktorá používa výkonný počítač s miliardami tranzistorov.
Nápad snov o montáži materiálov a zariadení z jednotlivých atómov nanorobotov bol taký krásny a lákavý, že tento objav ho len presvedčil. O necelé pár rokov neskôr v ňom verili senátori Spojených štátov, novinári, ktorí boli ďaleko od vedy, a podľa ich podnetov - verejnosť a celkom prekvapivo aj samotný autor, ktorý ho naďalej obhajoval, aj keď mu bolo zrozumiteľne vysvetlené, že myšlienka je v zásade nerealizovateľná. … Proti takýmto mechanickým zariadeniam existuje veľa argumentov, citujeme iba najjednoduchšie, ktoré predložil Richard Smalley: manipulátor, ktorý „zachytil“atóm, sa s ním navždy spojí v dôsledku chemickej interakcie. Smalley bol laureátom Nobelovej ceny za chémiu, čo muselo byť tak.
Myšlienka však naďalej žila svoj vlastný život a prežila dodnes, čím sa stala výrazne komplikovanejšou a doplnenou rôznymi aplikáciami.
Mýtus o lekárskych nanorobotoch
Najobľúbenejší mýtus je, že existujú milióny nanorobotov, ktoré sa budú skrížiť cez naše telá, diagnostikovať stav rôznych buniek a tkanív, opravovať poruchy pomocou nanoskalpu, rozrezávať a rozoberať rakovinové bunky, vytvárať kostné tkanivo zhromažďovaním atómov, zoškrabať cholesterolové plaky nanoscoopom a v mozgu. selektívne prasknutie synapsií zodpovedných za nepríjemné spomienky. A tiež informujte o práci vykonanej prenosom správ, ako napríklad: „Alex Eustace. Odhalené poškodenie mitrálnej chlopne. Rozbitie bolo odstránené. ““Práve táto skutočnosť spôsobuje vážne obavy verejnosti, pretože ide o zverejnenie súkromných informácií - správu nanorobotu môže prijať a dešifrovať nielen lekár, ale aj cudzinci. Táto obava potvrdzuježe vo všetkom ostatnom ľudia bezpodmienečne veria. Rovnako ako v špiónoch nanorobotov, v „inteligentnom prachu“, ktorý prenikne do našich bytov, sledujte nás, sledujte naše rozhovory a znova prenášajte prijaté obrazové a zvukové materiály cez nano-vysielač s nanoantennou. Alebo do zabijáckých nanobotov, ktoré zasiahli ľudí a technológiu pomocou nanoprostorov, možno aj jadrových.
Najúžasnejšia vec je, že je možné vytvoriť takmer všetko, čo je opísané (a niečo už bolo vytvorené). A invazívne diagnostické systémy, ktoré informujú o stave tela a o liekoch, ktoré pôsobia na určité bunky, a o systémoch, ktoré čistia naše cievy od aterosklerotických plakov a rastu kostí a vymazaní spomienok a neviditeľných vzdialených sledovacích systémov a „inteligentného prachu“.
Všetky tieto systémy súčasnosti a budúcnosti však nemajú a nebudú mať nič spoločné s mechanickými nanorobotmi v duchu Drexlera, s výnimkou veľkosti. Spoločne ich vytvoria fyzici, chemici a biológovia, vedci pracujúci v oblasti syntetickej vedy zvanej nanotechnológia.
Mýtus o fyzikálnej metóde syntézy látok
Richard Feynman vo svojej prednáške nevedomky zradil tajný večný sen fyzikov:
"A nakoniec, myslením týmto smerom (možnosť manipulácie s atómami. - GE) sa dostávame k problémom chemickej syntézy." Chemici k nám prídu, fyzici, s konkrétnymi pokynmi: „Počúvaj, priateľ, neurobíš molekulu s takým a takým rozdelením atómov?“Samotní chemici používajú na prípravu molekúl zložité, ba až záhadné operácie a techniky. Zvyčajne, aby syntetizovali zamýšľanú molekulu, musia miešať, pretrepávať a spracovávať rôzne látky pomerne dlhú dobu. Hneď ako fyzici vytvoria zariadenie schopné pracovať s jednotlivými atómami, všetka táto činnosť bude zbytočná … Chemici nariadia syntézu a fyzici jednoducho „dajú“atómy do správneho poriadku. “
Chemici nesyntetizujú molekulu, chemici získajú látku. Látka, jej výroba a premena sú predmetom chémie, dodnes záhadou pre fyzikov.
Molekula je skupina atómov, usporiadaných nielen v správnom poradí, ale tiež spojených chemickými väzbami. Transparentná kvapalina, v ktorej je jeden atóm kyslíka pre dva atómy vodíka, môže byť voda alebo to môže byť zmes kvapalného vodíka a kyslíka (pozornosť: nemiešajte doma!).
Predpokladajme, že sa nám nejako podarilo dať dohromady osem atómov - dva atómy uhlíka a šesť atómov vodíka. Pre fyzika to bude pravdepodobne molekula etánu C2H6, ale chemik poukáže aspoň na dve ďalšie možnosti kombinácie atómov.
Predpokladajme, že chceme získať etán zostavením z atómov. Ako to môžem spraviť? Kde začínate: premiestnite dva atómy uhlíka alebo pripojte atóm vodíka k atómu uhlíka? Zložitá otázka, aj pre autora. Problém je v tom, že vedci sa doteraz naučili manipulovať s atómami, po prvé, ťažkými a po druhé, nie príliš reaktívnymi. Celkom zložité štruktúry sú zostavené z atómov xenónu, zlata a železa. Ako zaobchádzať so svetlom a extrémne aktívnymi atómami vodíka, uhlíka, dusíka a kyslíka nie je úplne jasné. Takže s atómovým zhromaždením proteínov a nukleových kyselín, o ktorých niektorí autori hovoria ako o praxi, budeme musieť počkať.
Existuje ešte jedna okolnosť, ktorá významne obmedzuje vyhliadky na „fyzickú“metódu syntézy. Ako už bolo uvedené, chemici syntetizujú molekulu, ale získajú látku. Látka sa skladá z veľkého počtu molekúl. 1 ml vody obsahuje ~ 3x1022 molekúl vody. Zoberme si pre nanotechnológiu známy objekt - zlato. Kocka zlata 1 cm3 obsahuje ~ 6x1022 atómov zlata. Ako dlho trvá zostavenie takej kocky atómov?
Práca na atómovej sile alebo tunelovom mikroskope je dodnes podobná umeniu, nie je bez dôvodu, že si vyžaduje špeciálne a veľmi dobré vzdelanie. Manuálna práca: pripojte atóm, pretiahnite ho na správne miesto, vyhodnoťte medzivýsledok. Približne tak rýchlo ako murivo. Aby sme nevystrašili čitateľa nepredstaviteľnými číslami, predpokladajme, že sme našli spôsob, ako nejakým spôsobom mechanizovať a zintenzívniť proces a dokážeme stohovať milióny atómov za sekundu. V tomto prípade strávime dve miliardy rokov zostavením kocky s rozmerom 1 cm3, približne tak, ako to bolo v prírode, aby sme vytvorili celý živý svet a sami seba ako korunu evolúcie pokusom a omylom.
Preto Feynman hovoril o miliónoch „tovární“, avšak bez toho, aby posúdil ich možnú produktivitu. To je dôvod, prečo ani milión nanorobotov, ktoré sa v nás nachádzajú, tento problém nevyrieši, pretože nebudeme mať dostatok života, aby sme mohli čakať na výsledok ich práce. Preto Richard Smalley naliehal na Erica Drexlera, aby vylúčil akúkoľvek zmienku o „tvorivých strojoch“z verejného prejavu, aby nezavádzal verejnosť s týmto protivedeckým nezmyslom.
Môžeme teda ukončiť tento spôsob získavania látok, materiálov a zariadení? Nie, vôbec nie.
Po prvé, tá istá technika sa môže použiť na manipuláciu s podstatne väčšími stavebnými blokmi, ako sú uhlíkové nanorúrky, skôr ako s atómami. To eliminuje problém svetla a reaktívnych atómov a produktivita sa automaticky zvýši o dva až tri rády. To je, samozrejme, stále príliš málo na skutočnú technológiu, ale vedci už touto metódou vyrábajú jednotlivé kópie najjednoduchších nanodielní v laboratóriách.
Po druhé, možno si predstaviť veľa situácií, keď zavedenie atómu, nanočastice alebo dokonca len fyzikálny dopad špičky tunelového mikroskopu iniciuje proces samoorganizácie, fyzikálne alebo chemické premeny v médiu. Napríklad - reťazová reakcia polymerizácie v tenkom filme organickej hmoty, zmeny v kryštálovej štruktúre anorganickej látky alebo konformácia biopolyméru v určitej blízkosti bodu nárazu. Vysoko presné povrchové skenovanie a opakovaná expozícia umožňujú vytvárať rozšírené objekty charakterizované pravidelnou nanoštruktúrou.
A nakoniec, táto metóda sa dá použiť na získanie jedinečných vzoriek - šablón na ďalšiu propagáciu inými metódami. Povedzme, že šesťuholník je vyrobený z atómov kovu alebo z jednej molekuly. Ale ako množiť jednu molekulu? Nie je možné, hovoríte, je to nejaká nevedecká fantázia. Prečo teda? Príroda dokonale vie, ako vytvoriť viac absolútne identických kópií jednotlivých molekúl a celých organizmov. Toto sa bežne nazýva klonovanie. Dokonca aj ľudia, ktorí nie sú ďaleko od vedy, ale ktorí navštívili moderné lekárske diagnostické laboratórium aspoň raz, počuli o polymerázovej reťazovej reakcii. Táto reakcia umožňuje vynásobiť jeden fragment molekuly DNA extrahovaný z biologického materiálu alebo syntetizovaný synteticky chemickými prostriedkami. Vedci používajú „molekulárne stroje“vytvorené prírodou - proteíny a enzýmy. Prečo nemôžeme vyrobiť podobné stroje na klonovanie molekúl iných ako oligonukleotidy?
Dovolil by som si trochu parafrázovať Richarda Feynmana: „Známe princípy chémie nezakazujú klonovanie jednotlivých molekúl. „Reprodukcia“molekúl podľa vzorky je celkom reálna a neporušuje žiadne prírodné zákony. “
Šedý goo mýtus
Eric Drekeler samozrejme neprešiel elementárnym prihliadnutím na extrémne nízku (pokiaľ ide o hmotnosť) nanoroboty. Vo svete „tvoriacich strojov“sa vyskytli ďalšie problémy, o ktorých sme pre nedostatok miesta podrobne nehovorili. Napríklad kontrola kvality, zvládnutie uvoľňovania nových produktov a zdrojov surovín, kde a ako sa atómy objavujú v „sklade“. Na vyriešenie týchto problémov predstavil Drexler do koncepcie dva ďalšie typy zariadení.
Prvým sú rozoberače, antipódy kolektorov. Predovšetkým musí rozoberač študovať štruktúru nového objektu a zapísať jeho atómovú štruktúru do pamäte nanopočítača. Nie zariadenie, ale sen chemikov! Napriek všetkým pokrokom v moderných výskumných technológiách „nevidíme“všetky atómy, napríklad v bielkovine. Presnú štruktúru molekuly je možné stanoviť iba vtedy, ak spolu s miliónmi ďalších podobných molekúl vytvorí kryštál. Potom pomocou metódy röntgenovej štruktúrnej analýzy môžeme určiť presné až tisíciny nanometra, umiestnenie všetkých atómov v priestore. Je to časovo náročný a namáhavý postup, ktorý si vyžaduje objemné a drahé vybavenie.
Druhým typom zariadenia je tvorca alebo replikátor. Ich hlavnými úlohami sú in-line výroba kolektorov a montáž podobných replikátorov, tj rozmnožovanie. Ako si ich tvorca predstavil, replikátory sú oveľa zložitejšie zariadenia ako jednoduché zostavovače, musia pozostávať zo stoviek miliónov atómov (o dva rády menšie ako v molekule DNA), a preto musia mať veľkosť asi 1 000 nm. Ak sa trvanie ich replikácie meria v minútach, potom exponenciálnym násobením vytvoria bilióny replikátorov za deň, vytvoria kvadrilióny špecializovaných zostavovateľov, ktorí začnú zostavovať makro objekty, domy alebo rakety.
Je ľahké si predstaviť situáciu, keď fungovanie systému prejde do výrobného režimu v záujme výroby, neobmedzeného hromadenia výrobných prostriedkov - samotných nanorobotov, keď sa všetka ich činnosť zníži na nárast ich vlastnej populácie. To je nepokoje strojov v dobe nanotechnológií. Pre svoju vlastnú konštrukciu môžu nanoroboty získavať atómy iba z prostredia, takže demontéry sa začnú rozkladať na atómy všetko, čo spadá pod ich odolné manipulátory. Výsledkom je, že po nejakej dobe bude na všetkom dôležitá a čo je pre nás najviac nepríjemné, biomasa sa zmení na zväzok nanorobotov na „šedý sliz“, ako to nazval Eric Drexler.
Každá nová technológia generuje scenáre nevyhnutného konca sveta z dôvodu jej implementácie a distribúcie. Sivý goo mýtus je iba historicky prvý taký scenár spojený s nanotechnológiou. Je však veľmi nápaditý, a preto ho novinári a tvorcovia filmu veľmi milujú.
Našťastie takýto scenár nie je možný. Ak napriek všetkému uvedenému stále veríte v možnosť zostavenia niečoho podstatného z atómov, zvážte dve okolnosti. Po prvé, replikátorom opísaným Drexlerom chýba zložitosť vytvorenia podobných zariadení. Sto miliónov atómov nestačí ani na vytvorenie počítača, ktorý riadi proces montáže, dokonca ani na pamäť. Ak predpokladáme nedosiahnuteľné - že každý atóm nesie jeden bit informácie, potom bude objem tejto pamäte 12,5 megabajtov, a to je príliš málo. Po druhé, replikátory budú mať problémy so surovinami. Elementárne zloženie elektromechanických zariadení sa zásadne líši od zloženia environmentálnych objektov a predovšetkým od biomasy. Nájdenie, extrakcia a dodanie atómov potrebných prvkov, ktoré si vyžadujú veľkú investíciu času a energie,- to je to, čo určí rýchlosť reprodukcie. Ak premietate situáciu na makro veľkosť, potom je to rovnaké ako zostavenie stroja z materiálov, ktoré musia byť nájdené, ťažené a potom dodané z rôznych planét slnečnej sústavy. Nedostatok životne dôležitých zdrojov obmedzuje neobmedzené šírenie všetkých populácií, oveľa prispôsobivejšie a dokonalejšie ako mýtické nanoroboty.
záver
Zoznam mýtov pokračuje. Mýtus nanotechnológie ako lokomotívy hospodárstva si zaslúži samostatný článok. Skôr v článku „Nanotechnológia ako národný nápad“(pozri „Chémia a život“, 2008, N3) sme sa pokúsili rozptýliť mýtus, že americká národná iniciatíva v oblasti nanotechnológií je čisto technologický projekt.
Kánonická história nanotechnológií je tiež mýtus, ktorého kľúčovou udalosťou je vynález tunelového elektrónového mikroskopu. Posledne uvedený sa dá ľahko vysvetliť. „História napísali víťazi“a globálny projekt s názvom „Nanotechnológia“, do veľkej miery definujúci tvár (a financovanie) modernej vedy, prenikol do fyziky. Za čo všetci, vedci pracujúci v tejto a príbuzných odboroch, vyjadrujeme svoju nekonečnú vďačnosť fyzikom.
Mýty hrali pozitívnu úlohu, vyvolali nadšenie a pritiahli pozornosť nanotechnológií politickej a hospodárskej elity, ako aj verejnosti. Vo fáze praktickej implementácie nanotechnológií je však čas zabudnúť na tieto mýty a prestať ich opakovať od článku k článku, od knihy k knihe. Koniec koncov, mýty bránia rozvoju, stanovujú nesprávne orientačné body a ciele, vedú k nedorozumeniam a obavám. Nakoniec je potrebné napísať novú históriu nanotechnológií - novú vedu 21. storočia, oblasť prírodných vied, ktorá spája fyziku, chémiu a biológiu.
G. V. Erlikh, doktor chemických vied