Эрик Дрекслер - Безграничное будущее: нанотехнологическая революция

Кроме молекулярной электроники — сложной и на первых порах требующей для получения грамма продукции траты миллиардов долларов — нас интересуют композитные материалы: в большинстве программ они стоят всего один доллар за килограмм, поскольку создать их намного проще. Как только молекулярное производство подешевеет, композитные материалы станут важными материалами.

Они будут использоваться для производства почти всего вокруг нас, от автомобилей и самолетов до мебели и домов. Размер, форма и прочность всех этих изделий определяются внешним каркасом. Уже одно это делает композитные материалы крайне важными для любого производства. И помогает понять, как нанотехнологии могут улучшить продукцию.

Автомобили сегодня в основном сделаны из стали, самолеты из алюминия, а здания и мебель из стали и дерева. Прочность во всех этих случаях напрямую связана с качеством материалов (точнее, прочность зависит от плотности). Чтобы автомобили стали надежнее, они должны быть массивнее; если сделать их легче, они будут менее надежными. Хорошая конструкция может немного изменить это соотношение, но чтобы изменить его, нужно использовать другие материалы.

Сделать что-то тяжелее легко: просто оставьте пустое пространство, затем заполните его водой, песком или свинцовой дробью. Сделать что-то легче и прочнее сложнее, но часто это важно. Автопроизводители стараются сделать автомобили легче, производители самолетов заинтересованы в этом еще больше, а у производителей космических аппаратов это навязчивая идея. Уменьшение массы экономит материалы и топливо.

Самые прочные материалы, используемые сегодня, в основном сделаны из углерода. Кевлар, используемый для изготовления гоночных парусов и бронежилетов, содержит богатые углеродом молекулярные волокна. Для производства теннисных ракеток и реактивных самолетов применяются дорогие графитовые композиты, созданные с использованием чистых углеродных волокон. Идеальные волокна из углерода — как графита, так и алмаза — были бы еще лучше, но их невозможно сделать с помощью современных технологий. Однако, как только молекулярное производство начнет развиваться, такие материалы станут обычными и недорогими.

Какими будут эти материалы? Чтобы представить их, воспользуемся аналогией с деревом. Структура древесины может быть очень легкой и пористой, как у пробкового дерева, или более плотной, как у дуба. Древесина образуется в растениях на молекулярном уровне из богатых углеродом полимеров, в основном из целлюлозы. Молекулярное производство сможет изготавливать подобные материалы, причем с отношением прочности к массе примерно в сто раз превосходящим показатели средней стали, и в десятки раз лучше, чем у лучших сортов стали. Вместо того чтобы изготавливать эти материалы из целлюлозы, можно будет использовать углерод и получить в итоге что-то напоминающее алмазы.

Алмаз упоминается здесь не потому, что он блестящий и дорогой, а потому, что он прочный и потенциально дешевый. Алмаз — это углерод с правильно расположенными атомами. Компании уже учатся делать их из природного газа под низким давлением. Молекулярное производство сможет делать сложные вещи из материала, который легче пробкового дерева, но прочнее стали.

Продукция, изготовленная из таких материалов, может значительно превосходить современные требования. Могут быть изготовлены объекты, которые по размеру и форме идентичные изготовляемым сегодня, но одновременно прочнее и на 90 процентов легче. Об этом следует помнить каждый раз, когда вы тащите что-то тяжелое. (Если какой-то предмет нуждается в дополнительном весе для устойчивости, проще было бы добавить балласт, чем постоянно наращивать его вес).

Более качественные композитные материалы сделают самолет легче, прочнее и эффективнее, но наибольшее влияние они окажут на создание космических кораблей. Сегодня космический корабль имеет ограничения и по прочности, и по массе груза, выводимого на орбиту. Чтобы выйти на орбиту, ракеты должны сбрасывать по пути отработанные ступени, чтобы уменьшить свой вес. С прочными материалами все изменится: как в сценарии космических путешествий для бизнеса в главе 1, космические корабли станут больше похожи на современные самолеты. Они будут прочными и надежными, достаточно прочными и достаточно легкими, чтобы выходить на орбиту самостоятельно.

В некоторых областях высоких технологий (например, в космонавтике) требуются годы, даже десятилетия, чтобы воплотить в жизнь новую идею. Это значительно замедляет прогресс. В других областях — программное обеспечение является тому ярким примером — новые идеи могут быть проверены за считанные минуты или часы. С тех пор, как проект «Спейс шаттл» был заморожен, появилось программное обеспечение для персональных компьютеров, которое прошло несколько циклов коммерческих разработок, в каждом из которых было много этапов разработки и тестирования.

Когда появятся первые действующие молекулярные манипуляторы, эксперименты с ними, вероятно, будут достаточно быстрыми. Отдельные химические опыты могут занимать секунды или меньше. Сложные молекулярные объекты могут быть синтезированы в считанные часы. Это позволит реализовывать новые идеи практически немедленно, сразу после того, как они были разработаны.

Позже ассемблеры станут еще быстрее. Выполняя свои операции за миллионную долю секунды, они будут приближаться к скорости компьютеров. И, по мере развития нанотехнологий, у экспериментаторов будет все больше и больше молекулярных инструментов, которые помогут им выяснить, работают их устройства или нет. Быстрый синтез и быстрое тестирование будут способствовать быстрому прогрессу.

На данный момент стоимость материалов и оборудования для экспериментов будет незначительной. Никто сегодня, не обладая достаточным бюджетом, не может позволить себе создавать лунные ракеты, а вот создание программного обеспечения требует меньших затрат, и в результате появилось много полезных программ. Нет никаких экономических причин, по которым наномашины в конечном итоге не могли бы быть построены даже с маленьким бюджетом, хотя есть причины — они будут обсуждаться в последующих главах — которые могут заставить ограничивать возможные разработки.

Совершенствование привычных технологий рано или поздно наталкивается на ограничение; доступные возможности, как правило, использовались. Во многих областях ограничены свойства используемых материалов, а также стоимость и точность изготовления. Это верно для компьютеров, космических кораблей, автомобилей, блендеров и обуви. Для программного обеспечения это пределы производительности компьютера и его сложности (то есть человеческого интеллекта). После того, как молекулярное производство достигнет определенных базовых возможностей, будет преодолен целый ряд ограничений, и появится возможность начать целый ряд разработок. Пределы, установленные свойствами материалов, а также стоимостью и точностью изготовления, будут значительно расширены. Появление конкуренции, новые возможности и способность проводить недорогие эксперименты, сложившись, приведут к взрывному производству новых продуктов.