Эрик Дрекслер - Безграничное будущее: нанотехнологическая революция

Использовать химию таким образом, однако, это все равно, что пытаться собрать модель автомобиля, положив части в коробку и встряхивая их. Это возможно только со специально подобранными деталями, и трудно рассчитывать сделать что-нибудь очень сложное. Химики сегодня считают трудной задачей создание точной трехмерной структуры, имеющей сто атомов, а создание структуры из тысячи атомов стало бы большим достижением. Молекулярное производство, напротив, будет регулярно собирать вместе миллионы или миллиарды атомов. Основные химические принципы останутся прежними, но контроль и надежность будут значительно выше. Это разница между слепым встряхиванием деталей и их тщательной сборкой часовщиком.

Современные технологии не позволяют полностью контролировать структуру вещества. Молекулярное производство сможет это делать. Современные технологии дали нам компьютеры, космические корабли, водопровод и другие чудеса современной эпохи. Завтрашний день позволит создавать гораздо больше разнообразных вещей. Простое Дело. Умное Дело.

Сегодняшняя технология в основном работает с веществом в нескольких основных формах: газообразной, жидкой и твердой. Хотя каждая форма имеет много разновидностей, все они сравнительно просты.

Газы, как мы видели, состоят из молекул, которые сталкиваются и разлетаются в пространстве. Газ будет давить на стенки сосуда, в котором находится, а если их нет, расширяться без ограничений. Газы могут поставлять определенное сырье для наномашин, а наномашины могут использоваться для удаления загрязняющих веществ из воздуха и превращения их во что-то другое. Газам не хватает структуры, поэтому они останутся простым сырьем.

Жидкости в чем-то похожи на газы, но их молекулы сцепляются вместе, образуя связный сгусток, который не будет расширяться дальше определенного предела. Жидкости — хорошие источники сырья для наномашин, потому что они более плотные и могут переносить широкий спектр топлива и сырья в растворе (труба в зале молекулярной обработки содержала жидкость). Наномашины могут очищать загрязненную воду так же легко, как воздух, удаляя и трансформируя вредные молекулы. Жидкости имеют более сложную структуру, чем газы, но нанотехнологии будут использовать в основном твердые тела.

Твердые тела разнообразны. Твердое масло состоит из молекул более твердых, чем сталь, но молекулы соединяются при помощи более слабых сил молекулярной прилипчивости. Нагревание увеличивает тепловые колебания и заставляет твердую структуру распадаться на капли жидкости. Из маслоподобных материалов получились бы плохие наномашины. Металлы состоят из атомов, удерживаемых вместе более мощными силами, и поэтому они структурно тверже и способны выдерживать более высокие температуры. Однако эти силы не очень согласованы, и поэтому плоскости атомов металла под давлением могут проскальзывать относительно друг друга; вот почему ложки сгибаются, а не ломаются. Эта способность к скольжению делает металлы менее хрупкими и легче формуют нужные формы (при плавлении), но это также ослабляет их. Только самые прочные и твердые, с самой высокой температурой плавления металлы стоит рассматривать как части наномашин.

Рисунок 3. УГЛЕРОД — МЯГКИЙ И ТВЕРДЫЙ

Вверху находится графит — материал, используемый в карандашах, он состоит из атомов углерода. Внизу изображена структура алмаза — это те же атомы углерода, составляющие другую структуру.

Алмаз состоит из атомов углерода, удерживаемых вместе сильными направленными связями, подобно связям вдоль оси белковой цепи. (См. рис. 3) Эти направленные связи затрудняют проскальзывание плоскостей атомов, что делает алмаз (и подобные ему материалы) действительно очень прочными — в десять-сто раз прочнее стали. Но плоскости не могут легко скользить, поэтому, когда материал повреждается, он не сгибается, а ломается. Крошечные трещины могут легко расширяться, заставляя большой объект становиться хрупким. Стекло похожий материал: стеклянные окна не кажутся прочными, — и каждая царапина делает стекло еще менее прочным — но тонкие, совершенные стеклянные волокна широко используются, чтобы сделать композитные материалы прочнее и легче, чем сталь. Нанотехнологии смогут использовать алмаз и подобные прочные материалы, изготовляя небольшие, безупречные волокна и компоненты.

В настоящее время инженеры только начинают использовать алмазы. Пионером технологии применения алмазов при низком давлении является Япония. Японская компания продает динамик с отличной высокочастотной характеристикой — конус динамика усилен легкой, жесткой пленкой алмаза. Алмаз — это необыкновенный материал, который можно получить из дешевых материалов, например, из природного газа. Американские компании только пытаются наверстать упущенное.

Все эти материалы просты. Более крупные структуры обладают свойствами сложнее, это позволяет точнее представить, как молекулярное производство будет использовать материалы.

Что делать, если вы собрали атомы углерода в длинные цепи с боковыми группами, немного похожими на белковую цепь, а затем создали из них большую трехмерную структуру? Если бы цепи были изогнуты так, что не могли плотно упаковываться, они бы свернулись клубком и схлопнулись почти как молекулы жидкости, но сильные связи сохранили бы общую структуру неповрежденной. Растягивание будет выпрямлять цепи, но их колебательные движения будут сворачивать их обратно. Такая структура была сделана: она называется резиновой.

Резина разрывается в основном потому, что ее структура нерегулярна. При растяжении сначала не выдерживает одна цепь, затем другая, потому что все они не натягиваются одновременно, чтобы совместно выдержать силу натяжения. Материал с лучшими свойствами сначала был бы мягким, как резина, но при сильном растягивании оказывался бы прочнее стали. Молекулярное производство может сделать такие вещи.

Природный мир содержит множество хороших материалов — целлюлозу и лигнин в древесине, белки прочнее стали в шелке паука, твердую керамику в песчинках и многое другое. Многие продукты молекулярного производства будут отличаться большой долговечностью как песок. Другие будут разработаны для легкой переработки как дерево. Некоторые из них могут быть предназначены для использования там, где их можно будет потом утилизировать. В последнем случае будут использоваться нанотехнологичные биоразлагаемые материалы. Можно предположить, что почти все продукты от обуви до компьютерных наномашин может быть сделан таким образом, чтобы они могли использоваться в течение длительного времени, а затем довольно быстро распадались бы на молекулы и другие материалы, которые обычно находятся в почве.