Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 06

Еще один шаг вниз — в наномир — позволит производить вещи из отдельных атомов, делать машины, сравнимые по размеру с крупными молекулами.

Да, пока первые опыты постижения наномира опять-таки похожи скорее на детские забавы. Как уже упоминалось, с помощью туннельного микроскопа исследователи выкладывают буквы высотой в 6–8 атомов, образующие название корпорации. Или с помощью приложенного электроимпульса открывают и закрывают коробочку длиной в несколько нанометров. Или заставляют крутиться молекулу-пропеллер…

Все это не более чем «проба пера». Хотя современная технология позволяет манипулировать отдельными атомами, но выглядят такие операции довольно неуклюже: для транспортировки одного-единственного атома служит огромный по сравнению с ним прибор. Это как если бы многотонный самосвал вез одну горошину.

Исследователи понимают недостатки нынешней технологии и мечтают научиться создавать настоящих нанороботов, которые бы работали с атомами, сами будучи размером с нанометр.

Дело дошло до того, что Институт Форсайта пообещал премию в четверть миллиона долларов тому, кто построит «руку», способную манипулировать с веществом на молекулярном уровне. И ныне уже есть подробный проект такого устройства.

У позиционирующего устройства будет шесть степеней свободы. Каждая будет управляться своей пневмосистемой, приводимой в действие давлением инертного газа, а цилиндрами послужат углеродные нанотрубки. Все в общем-то довольно просто, даже примитивно. Однако пока такая «рука» не создана. Ведь осуществить такой «примитив» куда сложнее, чем, скажем, подковать пресловутую лесковскую блоху.

Тем не менее, исследователи надеются, что первые «наноруки» вот-вот появятся.

Так выглядит сегодня главный блок атомного силового микроскопа.

Первой областью, в которой они начнут работать, наверное, станет микро-, точнее, наноэлектроника. Дело в том, что у микросхем, изготовляемых традиционным способом, есть два фундаментальных недостатка. Во-первых, традиционная технология, как уже говорилось, не может оперировать с элементами схем меньше сотен атомов в размере. И во-вторых, она не позволяет создавать объемные схемы, что повысило бы вместимость чипов в десятки раз и во столько же уменьшило их размеры. А это, в свою очередь, открыло бы возможности создания нейронных схем, подобных тем, что работают в человеческом мозге.

Первые шаги в этом направлении уже сделаны! В 1998 году датские ученые продемонстрировали атомный триггер, состоящий из… одного атома кремния и двух атомов водорода.

Можно сказать, что современная техника уже вплотную приблизилась к теоретической возможности запоминать и передавать бит информации с помощью одного электрона.

Однако настоящая революция в нанотехнологии произойдет, лишь когда десятки, сотни «нанорук» под управлением нанокомпьютеров будут собраны в бригады, появятся первые нанозаводы, способные, следуя заданным программам, собирать из отдельных атомов другие наномашины.

Такие устройства некоторые специалисты называют «ассемблерами», или сборщиками. Ну а бригады, состоящие из них, — соответственно «ассамблеями» или «ансамблями».

Полагают, что лет через 10–15 такие ансамбли смогут переставлять с места на место примерно миллион атомов в секунду. За тысячу секунд, или немногим больше чем за 15 минут, такой ассемблер сможет скопировать самого себя. Это уже сопоставимо с тем временем, за которое воспроизводит сама себя обыкновенная бактерия.

Отсюда вытекают уже грандиозные возможности — тонна ассамблеров сможет быстро построить тонну еще чего-нибудь. Причем конечный продукт будет иметь все свои триллионы триллионов атомов в нужных местах без всяких стружек и прочих отходов.

А это фактически приведет к тому, что станут совершенно ненужными все современные производства, начиная от сталеплавильных комбинатов и машиностроительных заводов и кончая агрофермами и пищевыми комбинатами. Зачем что-то растить на огороде, когда готовый продукт можно сразу получить в чане биореактора?..

В свое время (см. «ЮТ» № 10 за 1988 г.) мы писали о том, что современная технология позволяет ракеты не строить, а… ткать. Сегодня мы можем помечтать о том времени, когда ракетные двигатели для тех ракет будут выращивать.

Представьте, в цехе стоит огромный бак, внутри которого расположена опорная плита. На ней — «семя»-механозародыш — нанокомпьютер с хранящимися в кем планами будущей конструкции. На поверхности «зародыша» имеются места, к которым прикрепляются ассемблеры.

Насосы заполняют емкость густой жидкостью, которая состоит из ассамблеров (их вырастили и перепрограммировали в другом чане), а также того сырья, из которого хотят получить нужное нам изделие.

Ассамблер-сборщик прилипает к «семени» и получает от него инструкцию по дальнейшим действиям. А дальше все идет примерно так же, как в живом организме после оплодотворения. Одна клетка делится на две, те еще пополам… Сначала эти «клетки» не имеют специализации, они просто наращивают количество себе подобных.

Но вот рубикон перейден, количество перешло в новое качество. И ассамблеры начинают специализироваться. Их сообщества постепенно превращаются в органы — детали будущего агрегата. За несколько часов каркас из ассамблеров вырастает так, что уже соответствует конечной форме двигателя.

По мере того, как ведется сборка, в «семя» поступают запросы на те или иные химические элементы, и их по мере надобности добавляет в бак. И к концу смены, глядишь, из него вынимают уже готовый двигатель. Или тонну колбасы… Или фруктовое пюре…

Ведь ассамблерам в общем-то без разницы, что именно делать.

Когда же можно будет ожидать появления первых наномеханизмов? Известный специалист Эрик Дрекслер полагает, что такое производство получит широкое распространение уже к середине нынешнего века.

И тогда наше хозяйство преобразится. 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, если хотите, сразу творог. Или мясо. Уже жареное…

В быту появятся умные вещи, созданные наномашинами. Мало того, что они смогут видеть, слышать и даже соображать. На базе нанотехники ничего не стоит создавать предметы и конструкции, изменяющие свою форму и свойства.