Эрик Дрекслер - Безграничное будущее: нанотехнологическая революция

ГРАФИК ЛИНЕЙНОГО И УСКОРЕННОГО РОСТА ТЕХНОЛОГИИ

Насколько мы близки к цели, зависит от того, является ли ускорение технического прогресса постоянным. На этой диаграмме пунктирная линия представляет текущий уровень технологии, а большая точка в правом верхнем углу изображает желанную цель, такую как нанотехнология. Двигаясь прямолинейно легче оценить, насколько далеко находится цель. А если двигаться с ускорением, успех может быть достигнут значительно быстрее.

Итак, как мы можем оценить дату появления нанотехнологий? Разумнее сделать осторожное предсказание: когда вы ожидаете выгоды, предположите, что это произойдет не скоро; когда вы готовитесь к потенциальным проблемам, предположите, что они уже за углом. Старая народная поговорка гласит: надейся на лучшее, готовься к худшему. Любые назначенные даты: «не скоро» и «уже за углом», всего лишь догадки — можно рассчитать поведение молекул, но не расписание технологических достижений. С учетом этих предостережений мы бы предположили, что универсальные молекулярные ассемблеры, вероятно, будут разработаны в первые десятилетия двадцать первого века, возможно, в первом.

Джон Уокер, чье технологическое предвидение привело «Autodesk» от основания до доминирующей роли в своей отрасли, указывает, что не так давно «многие провидцы, близко знакомые с развитием кремниевой технологии, все еще прогнозируют, что потребуется от двадцати до пятидесяти лет, прежде чем молекулярная инженерия станет реальностью. Это далеко за горизонтом планирования большинства компаний». Но в последнее время все стало меняться. Основываясь на новых событиях, Уокер делает ставку: «Текущий прогресс предполагает, что революция может произойти в течение этого десятилетия, возможно, уже через пять лет».

В предыдущей главе мы рассмотрели современный уровень исследований. До внедрения нанотехнологий очень далеко, даже создание карманной библиотеки стало бы большим скачком. Как будет преодолен этот разрыв?

В этой главе мы расскажем, как новые разработки могут привести к нанотехнологиям. Реальный путь создания нанотехнологии — тот, который потом будет описан в исторических книгах — может возникнуть из любого из направлений исследований в физике, биохимии и химии, описанных в предыдущей главе, или (что более вероятно) из их комбинации. Наличие такого количества возможных вариантов вселяет уверенность в то, что цель может быть достигнута, даже если это уменьшает вероятность того, что какой-то конкретный путь окажется самым быстрым. Чтобы увидеть, как прогресс может преодолеть разрыв между современной технологией и зачатками нанотехнологии, давайте проследим один из многих возможных путей.

Один из способов преодоления этого разрыва — разработка молекулярного манипулятора на основе АСМ, способного выполнять элементарные действия с молекулами. Это устройство будет сочетать простое молекулярное устройство — молекулярный захват — с механизмом позиционирования АСМ. АСМ может точно перемещать свой наконечник; молекулярный манипулятор доставит захват к наконечнику, способному удерживать этот молекулярный инструмент. Молекулярный манипулятор такого рода управлял бы химическими реакциями, перемещая молекулы, как медленный, простой, но огромный ассемблер. (В нашем стандартном представлении моделирования, где рука молекулярного ассемблера помещается в комнате, аппарат АСМ молекулярного манипулятора был бы размером с Луну.) Но несмотря на свои размеры, молекулярный манипулятор АСМ будет поразительным достижением.

Как это может произойти? Поскольку мы выбираем один путь из многих возможных, то можем подробнее рассказать о его создании. (Техническое описание устройства, подобного приведенному ниже, можно найти в «Nature»; см. техническую библиографию).

Несколько лет назад исследователи из Университета Бробдингнага занялись разработкой молекулярного манипулятора. Чтобы достичь цели, дюжина физиков, химиков и исследователей белка объединились в команду (некоторые работали полный рабочий день, некоторые неполный) и начали совместную творческую работу, необходимую для решения основных проблем.

Сначала им нужно было прикрепить зажимное устройство к наконечнику АСМ. В качестве зажимного устройства они выбрали фрагменты молекул антител, изирательно липких белков, которые иммунная система использует для связывания и идентификации микробов. Если бы они могли прикрепить «заднюю» часть молекулы к наконечнику, то «передняя» могла бы связывать и удерживать молекулярные инструменты. Преимущество использования фрагментов антител состояло в свободном выборе инструмента. С конца 1980-х годов исследователи смогли создать антитела, способные соединять практически любую заранее выбранную молекулу с молекулярным инструментом. Они испробовали полдюжины методов, прежде чем наши тот, который работал надежно, и обеспечивал результат, как это показано на рисунке 6. Аспирантка получила докторскую степень, а наконечник АСМ получил свой захват.

Рисунок 6. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МАНИПУЛЯТОР

Молекулярный манипулятор (наконечник АСМ и зажимное устройство инструмента, выше) будет связывать и перемещать химически активные молекулярные инструменты для создания заготовки, молекула за молекулой. Параллельно исследователи «U. Brob AFM» работали над размещением наконечников в нужном месте, а затем удерживали их там с атомной точностью в течение нескольких секунд. Это оказалось просто. Они использовали методы, разработанные другими исследователями в начале 1990-х годов, несколько усовершенствовав их.

Теперь у них было зажимное устройство, и возможность перемещать его в нужное место, но им нужен был набор инструментов. Зажимное устройство было похоже на патрон дрели перед тем, когда в его гнездо вставят нужный инструмент. В конце концов, химики из команды синтезировали дюжину различных молекулярных инструментов, все они были одинаковы с одного конца, но разные с другого. Соответствующие части были прикреплены к такому же зажимному устройству антитела, аккуратно сохраняя его положение. Свободные части вступают в различные химические реакции. Подобно молекулярным инструментам в зале ассемблерных манипуляторов в главе 3 каждый из этих инструментов может использовать химическую реакцию для переноса некоторых атомов на строящийся молекулярный объект.