Эрик Дрекслер - Безграничное будущее: нанотехнологическая революция

Следуя совету гида, вы беретесь за две молекулярных шишки белка и тянете. Какое-то мгновение белок сопротивляется, но затем петля освобождается, позволяя другим петлям разрушаться, и вся структура, кажется, разваливается извивающимися кольцами. Совершив небольшие действия и преодолев сопротивление, можно рассмотреть структуру белка: это длинная цепь, если бы вам удалось ее распрямить, она оказалась бы длиннее вас. Каждый сегмент ее цепи имеет одну или несколько торчащих шишек. Если стеклянно-бисерное изображение атомов сделать разноцветным, то белковая цепь будет напоминать яркое ожерелье. Это может быть декоративно красиво, но как все это соединяется? Когда вы тянете, толкаете и крутите, цепь разваливается, крутится и дергается, первоначальная плотная и прочная структура не сохраняется. Возможностей ошибиться в сворачивании цепочки больше, чем в решении кубика Рубика, и теперь, когда сложенная структура исчезла, даже не ясно, как должен выглядеть «правильный» результат. Как исследователи двадцатого века решали пресловутую «проблему свертывания белка»? Дело в том, что они начали строить белковые объекты еще в конце 1980-х годов.

Молекула белка не может восстановить структуру сама по себе, поэтому вы пытаетесь ее сложить. Крепкий захват и мощный рывок немного выпрямляет секцию, но цепь держится вместе и защелкивается снова. Хотя разворачивать ее было легко, но даже стальные мышцы с силой Супермена не могут разорвать эту цепь. Химические связи удивительно крепки, так что пришло время обмануть реальность снова. И вы говорите: «слабый мир на одну секунду». Теперь ваши руки легко разрывают цепь надвое, прежде чем ее сила связи вернется к норме. Вы совершили химическое изменение, но должны быть способы проще, поскольку химики делают свою работу без крошечных сверхсильных рук и меняющих физику приказов. Пока вы пытаетесь соединить оборванные концы разорванной цепочки, они болтаются и ударяются друг о друга. Когда это происходит в третий раз, цепь снова соединяется, такая же сильная, как и раньше. Это похоже на защелкивающиеся детали, но защелки намного прочнее, чем сварная сталь. Современная химия ассемблеров обычно использует другие подходы, но представление о том, как это происходит в реальности, делает идею молекулярной сборки более понятной: поместите необходимые части вместе в правильные позиции, и они соединятся самостоятельно, образуя большую структуру.

Вспомнив о команде «Вау», вы решили вернуться к правильно масштабированной скорости для вашего размера и силы. Сказав «Стандартные настройки!», вы увидите, как скорость распада цепочки белков возрастает, снова превратившись в трудноразличимые размытые объекты.

У ваших ног находится ребристый, окруженный кольцами цилиндрический объект размером с суповую банку — не беспорядочная, свободно свернутая нить, как белок (до того, как он развалился), а твердый объект современной нанотехнологии. Например, такой, как изображен на рис. 1Е. Выбирая его, вы можете сразу же почувствовать, насколько он отличается от белка. В шестеренке все удерживается на месте такими же прочными связями, как те, что нанизывают друг на друга бусинки белковой цепи. Он не может развернуться, и вам придется снова отдавать приказ, чтобы нарушить его идеальную симметрию. Как и в стенке нанокомпьютера, его прочно прикрепленные атомы слегка вибрируют. Рядом есть еще одна шестерня, поэтому вы соединяете выпуклости первой с впадинами второй. Они слипаются, и мягкие, гладкие атомные поверхности позволяют им плавно катиться.

Переходим к нанокомпьютеру, огромному механизму, построенному описанным выше способом. Сквозь его прозрачную стенку можно наблюдать за внутренними работами. Вот вращается электрический двигатель шириной в руку, поворачивая кривошип, который приводит в движение набор колеблющихся стержней, которые, в свою очередь, приводят в движение стержни меньшего размера. Это не похоже на компьютер; это больше похоже на фантазию инженера из девятнадцатого века. Все дело в его древней конструкции — гид сообщил, что первоначальный замысел был частью исследовательского проекта, относящегося к середине 1980-х годов. Механическая конструкция, была позже заменена новейшими электронными разработками, прежде чем у кого-либо нашлись возможности для создания хотя бы прототипа. Эта симуляция основана на версии, созданной любителем много лет спустя.

Механический нанокомпьютер может быть грубым, но он работает, и он намного меньше и эффективнее, чем электронные компьютеры начала 1990-х годов. Стержни скользят взад и вперед, блокируя и разблокируя друг друга, сплетаясь в меняющихся узорах логики. Этот нанокомпьютер — урезанная модель, почти без памяти, бесполезная сама по себе. На рисунке 1D вы видите другой блок — тот, что слева — на котором изображена машина, достаточно мощная, чтобы конкурировать с большинством компьютеров, построенных в 1990 году. Размер этого компьютера одна миллионная метра, но с того места, где вы стоите, он выглядит как блочное десятиэтажное здание. Гид сообщает, что он содержит более 100 миллиардов атомов и хранит столько же данных, сколько комната, полная книг. Вы можете увидеть и систему хранения информации: ряд за рядом стеллажей, содержащих катушки молекулярной ленты, немного похожие на белковую цепь, но с выпуклостями и впадинами, представляющими 1 и 0 компьютерных данных.

Эти нанокомпьютеры кажутся большими и грубыми, но напомню, что вы сейчас стоите на чипе 1990 года, который является частью компьютера, примерно такого же мощного, как и меньший, урезанный нанокомпьютер рядом с вами. Когда вы смотрите на чип, то лучше понимаете, насколько грубыми были вещи несколько десятилетий назад. У ваших ног, в самом маленьком масштабе, чип выглядит очень непрезентабельно. Хотя стенка нанокомпьютера тоже покрыта шишками атомов, но они располагаются последовательно как плитка. А вот поверхность чипа представляет собой беспорядочное нагромождение кусков и неровностей, которые распространяются на десятки шагов во всех направлениях, и заканчиваясь плохо очерченным утесом, отмечающим край одного из транзисторов. За ними вы можете увидеть другие хребты и плато, простирающиеся до горизонта. Они образуют грандиозные, регулярные схемы, схемы компьютера. Горизонт — край чипа — настолько далек, что прогулка туда от центра (как предупреждает гид) займет несколько дней. И эти огромные куски ландшафта считались чудесами миниатюризации двадцатого века?

Уже тогда исследования в области молекулярной биологии показали существование меньших, но более совершенных машин, таких как молекулы белка в клетках. Рассмотрим смоделированную человеческую клетку на чипе рядом с меньшим нанокомпьютером. Ее поместили туда, чтобы посетители могли сравнить их размеры. Гид указывает, что симуляция немного обманывает, заставляя клетку действовать так, как будто она находится в водной среде, а не в воздухе. Клетка превосходит по размерам нанокомпьютер, растянувшись по поверхности чипа и поднимаясь в небо, как маленькая гора. Прогулка по природной тропе вокруг ее края проходит через многие транзисторные плато и займет около часа. Одного взгляда достаточно, чтобы показать, насколько клетка отличается от нанокомпьютера или шестеренки: она выглядит органическим объектом, выпячивается и изгибается как капля печени, но ее поверхность лохматая с волнистыми молекулярными цепями.