Эрик Дрекслер - Безграничное будущее: нанотехнологическая революция

Третий продукт станет важным в долгосрочной перспективе: замена наконечников для молекулярных манипуляторов, захватов и инструментов, которые станут лучше, чем оригиналы. С помощью этих новых, более универсальных устройств, исследователи в настоящее время создают более продвинутые продукты и инструменты.

В то время как команда физиков из «U. Brob» заканчивала свою работу над молекулярным манипулятором на основе АСМ, команда химиков в Университете Лилипутии яростно работала. Они увидели, что настольная машина «U. Brob» слишком велика, а ее ожидаемые продукты слишком дороги. Еще в 1980-х годах Дэвид Бигельсен из Исследовательского центра «Xerox Palo Alto» отметил: «Главный недостаток, который я вижу в использовании гибридного протоассемблера (молекулярного манипулятора на основе АСМ), заключается в том, что требуется слишком много времени, чтобы изготовить только один блок. А ведь для создания конечного продукта необходимо сделать целый ряд шагов построения «атом за атомом». Было бы разумнее с самого начала производить их параллельно, делая много триллионов этих молекул одновременно. Я думаю, что параллельная сборка чрезвычайно выгодна. Может быть, химики или биологи предложат лучший способ сделать это». Химики из «U. Lill» стремились разработать этот лучший способ, создавая сначала простые, а затем все более сложные молекулярные машины. В конечном итоге получился примитивный молекулярный ассемблер, способный создавать молекулярные объекты триллионами.

Как химики этого добились? В течение многих лет, когда команда «U. Brob» разрабатывала молекулярный манипулятор, исследователи, работающие в области белковой науки и синтетической химии, создавали все лучшие и лучшие системы молекулярных строительных блоков. Химики были хорошо подготовлены к этому: к концу 1980-х годов стало возможным создавать стабильные структуры размером со средние белковые молекулы, и работа стала фокусироваться на том, чтобы заставить эти молекулы выполнять полезную работу путем связывания и модификации других молекул. Химики научились использовать эти сложные катализаторы — начальные молекулярные устройства — чтобы облегчить свою работу, помогая в производстве еще более крупных молекул.

Другим традиционным химическим инструментом стало программное обеспечение для автоматизированного проектирования. Первые образцы программного обеспечения, разработанного Джеем Пондером и Фредериком Ричардсом из Йельского университета, в конечном итоге привели к полуавтоматическим инструментам для проектирования молекул определенной формы и назначения. Благодаря этому, химики смогли легко создавать молекулы, которые самособирались в более крупные структуры, размером в несколько десятков нанометров.

Достижения в области программного обеспечения и химического синтеза позволили команде «U. Lill» решить задачу создания примитивной версии молекулярного ассемблера. Хотя они не могли построить ничего столь же сложного как нанокомпьютер, или столь же твердого как алмаз, но они и не стремились к этому. В их конструкции использовались скользящие молекулярные стержни для позиционирования молекулярного зажима, во многом подобного зажиму, применяемому в «U.Brob», используя окружающую жидкость для контроля за тем, какой инструмент попадает в зажим. Вместо электронного управления АСМ они использовали для контроля за состоянием стержней окружающую жидкость. В нейтральном растворе стержни будут сокращаться; в кислом растворе расширяться. То, как далеко они могли продвинуться, зависело от того, какие еще молекулы находились вокруг и попадали в специальные карманы, чтобы заблокировать движение.

Их примитивные ассемблеры создавали те же самые продукты, что и молекулярный манипулятор «U. Brob»; инструменты были похожи, да и скорость и точность были примерно одинаковыми. Однако было одно существенное преимущество: около 1 000 000 000 000 000 000 000 ассемблеров «U. Lill» могли поместиться в пространстве, занимаемом одним манипулятором «U. Brob». Поэтому они могли легко производить в 1 000 000 000 000 000 раз больше продукции при той же цене.

С первыми, примитивными ассемблерами, строительство было медленным, потому что каждый шаг требовал новых емкостей с жидкостью и нескольких секунд замачивания и ожидания, а изготовление простого продукта могло занять тысячи циклов. Тем не менее, команда «U. Lill» заработала много денег, лицензируя свою технологию для исследователей, пытающихся продавать продукты, которые они впервые получили на машине «U. Brob». Создав независимую компанию «Nanofabricators, Inc.», они посвятили свои исследования созданию более совершенных машин. Через несколько лет у них появились ассемблеры с несколькими захватами, каждый из которых был вооружен различными инструментами; вспышки цветного света переводили молекулы из одного состояния в другое (они копировали молекулы с пигментов сетчатки глаза); это новшество позволило менять инструменты и размеры стержня, не используя жидкость. Замачивание и ожидание ушли в прошлое, и вскоре они стали получать заготовки, которые смешивали с жидкостью и добавляли в чашки со специальными чистыми чипами, создавая на них плотные слои памяти, что позволило создать карманную библиотеку.

Именно тогда все начало быстро меняться. Полупроводниковая промышленность пошла по пути создания вакуумных трубок. Деньги и талант стали вкладываться в новые технологии. Инструменты молекулярной САПР стали лучше, ассемблеры упростили сборку того, что было спроектировано, а быстрое производство и тестирование сделали молекулярную инженерию такой же простой, как игра с программным обеспечением. Ассемблеры стали лучше, быстрее и дешевле. Исследователи использовали ассемблеры для создания нанокомпьютеров, а нанокомпьютеры — для управления лучшими, более быстрыми ассемблерами. Использование инструментов для построения лучших инструментов — древняя история. Через десять лет почти все уже могло быть сделано путем молекулярного производства.

Рисунок 7. ПУТИ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Будет ли развитие событий в последние дни перед прорывом таким, как только что описано? Конечно, нет: технические подходы будут отличаться. И американская академическая исследовательская среда, о которой рассказано в сценарии, может быть легко заменена академической, коммерческой, правительственной или военной исследовательской средой в любой из развитых стран.