Эрик Дрекслер - Безграничное будущее: нанотехнологическая революция

Это только намек на то, что молекулярное производство сделает возможным, обеспечивая лучший контроль над структурой твердого вещества. Но самыми впечатляющими достижениями нанотехнологий будут не материалы из сверхпрочных структур, не улучшенная резина, а простые биоразлагаемые материалы: однородные, повторяющиеся структуры, не сильно отличающиеся от обычных материалов. Эти материалы будут «глупыми». Когда их толкают, они сопротивляются или растягиваются и отскакивают назад. Если вы направите на них свет, они передадут его, отразят или поглотят. Но молекулярное производство может сделать гораздо больше. Вместо того чтобы использовать простые молекулы, оно может создавать материалы из триллионов двигателей, храповиков, излучателей света и компьютеров.

Мышцы умнее резины, потому что они содержат молекулярные машины: можно сказать, что они способны сокращаться. Продукты молекулярного производства могут включать материалы, способные изменять форму, цвет и другие свойства по команде. Когда в пылинке удастся разместить суперкомпьютер, материалы можно будет сделать умными, медицина станет очень сложной, и мир изменится. Умные материалы будут рассмотрены в главе 8.

Мы только что увидели картину молекулярного производства (одного вида) и того, что оно может сделать (в общих чертах). Теперь давайте посмотрим на саму идею нанотехнологии: откуда она взялась, и что об этом думают эксперты? В следующей главе будет рассказано о представлениях исследователей, которые занимаются новыми технологиями.

Идея молекулярной нанотехнологии, как и большинство идей, имеет корни, уходящие в далекое прошлое. В Древней Греции Демокрит предположил, что мир построен из прочных, невидимых частиц — атомов, строительных блоков для твердых объектов, жидкостей и газов. За последние сто лет ученые узнали очень много об этих строительных блоках, а химики разработали множество способов объединять их, создавая новые вещи. Десятилетия назад биологи обнаружили молекулы, которые делают сложные вещи; они назвали их «молекулярными машинами».

Физик Ричард Фейнман был провидцем миниатюризации, он первым указал на возможность создания молекулярной нанотехнологии: 29 декабря 1959 года в послеполуденной речи на ежегодном собрании Американского Физического Общества он предложил использовать большие машины для создания меньших машин, которые могли бы сделать еще меньшие машины, работающие сверху вниз от макромира до микромира. В конце своего выступления он предсказал возможность управлять движением отдельных атомов: «принципы физики, насколько я понимаю, ничего не говорят против возможности маневрирования вещами атом за атомом». Он предсказал создание молекул, четко указывая направление, взятое современной концепцией нанотехнологии: «но интересно, что в принципе было бы возможно (я так думаю) для физика синтезировать любое химическое вещество, которое химик пожелает. Оставьте заказ, и физик их синтезирует. Как? Переместите атомы туда, куда нужно химику, и таким образом вы создадите необходимое вещество».

Несмотря на это ясное указание на потенциально революционную область, никто не заполнил концептуальный разрыв между миниатюрными машинами и химическими веществами. Не было выработано четкой концепции создания молекулярных машин, способных выпускать подобные себе машины, не было определено понятие управляемого молекулярного производства. Оглядываясь назад, можно задаться вопросом, почему этот пробел так долго заполнялся? Сам Фейнман не следил за этим, говоря, что способность маневрировать отдельными атомами «на самом деле бесполезна», поскольку химики придумают традиционные, массовые способы производства новых химических веществ. Для исследователя, чей основной интерес связан с физикой, он внес большой вклад, став первым, указавшим на перспективное направление движения вперед. Однако идея молекулярных машин для молекулярного производства была забыта на десятилетия.

Согласно современным представлениям молекулярная нанотехнология больше похожа на расширение химии, чем на расширение миниатюризации. Инженер-механик, изучая нанотехнологии, может спросить: «как можно сделать машины такими маленькими»? А химик спросил бы: «как можно молекулы сделать такими большими»? У химика, впрочем, есть вопрос лучше. Нанотехнология — это прежде всего не миниатюризация машин, а распространение точного контроля молекулярной структуры на все большие и большие масштабы. Нанотехнология — это создание (точное) больших вещей.

распорки, балки, казины — передача силы, сохранение позиции — клеточные стенки, микротрубочки

кабели — передача напряжения — коллаген, шелковые нити

крепежные детали, клей — соединение деталей — межмолекулярные силы

соленоиды, приводы — перемещение деталей — мышечный актин, миозин

двигатели — поворотные валы — жгутиковый мотор

приводные валы — передача крутящего момента — бактериальные жгутики

подшипники — опорные подвижные части — отдельная связь

фиксаторы — удержание заготовок — ферментативное связывание

инструменты — обработка заготовок — ферменты, активные молекулы

поточные линии — прибор управления — ферментные системы, рибосомы

цифровое управление системами — хранение и чтение программ — генетическая система

Природа дает наиболее очевидные ключи к тому, как это можно сделать, и именно пополняющаяся научная литература о естественных молекулярных машинах подтолкнула одного из авторов (Дрекслера) предложить молекулярную нанотехнологию, описанного здесь вида. Стратегия достижения цели стала частью концепции: строить все более сложные молекулярные машины из простых частей. В том числе молекулярные машины, способные построить больше молекулярных машин. В чем состоит мотивация изучения этого процесса и цель публикации этой книги? В основном страх перед перспективой оказаться в мире, в который могут ворваться неконтролируемые новые технологии, вызвав уродливые последствия.

Эта концепция и первоначальная исследовательская работа стали развиваться в начале 1977 года в MIT; первая техническая публикация появилась в 1981 году в Трудах Национальной академии наук. В течение многих лет MIT оставался центром размышлений о нанотехнологиях и молекулярном производстве: в 1985 году в MIT была создана исследовательская группа по нанотехнологиям; вскоре она инициировала ежегодную серию лекций, которая к 1990 году превратилась в двухдневный симпозиум.

Первая книга на эту тему, «Машины творения», была опубликована в 1986 году. В 1988 году на кафедре компьютерных наук Стэнфордского университета впервые начали преподавать курс молекулярных нанотехнологий. В 1989 году там же состоялась первая крупная конференция по этому вопросу, организованная Институтом Форсайта и глобальной деловой сетью. Предстоящая публикация технической книги, описывающей нанотехнологии — от молекулярно-механических и квантово-механических принципов до сборочных систем и изделий — поможет преподавать этот предмет, и станет основой для других подобных курсов в колледжах.