Брайан Плант - «Если», 2002 № 05

Считается, что сам термин впервые ввел в обиход американец Эрик Дрекслер. В студенческие годы он познакомился с трудами знаменитого ученого Ричарда Фейнмана. Еще в 1959 году в одной из своих лекций Фейнман заметил: «Принципы физики… не говорят о невозможности манипулирования веществом на уровне атомов». А потом добавил, что человечество скоро научится манипулировать мельчайшими частицами и сможет синтезировать все, что угодно. Ученый такого масштаба впервые признал возможность реализации одного из самый невероятных сюжетов — создания мельчайших устройств, способных воспроизводить самое себя.

В 1977 году студент Эрик задумался над вопросом: как изменится мир, если все уменьшить в миллиарды раз. И в 1986 году выпустил книгу под названием «Машины творения», в которой описывал «умные» устройства размером с молекулу, которые быстро и радикально преобразят наш мир. Тогда это звучало как фантастика, да и научный мир воспринял его идеи всего лишь как игру ума.

Как выяснилось, совершенно напрасно.

Нано — составная часть сложных слов и названий единиц измерения, обозначающая уменьшение в миллиард раз. Само слово «nannos» пришло из греческого языка и означает «карлик». Речь идет об объектах порядка одной миллиардной метра, величина которых сопоставима с размерами атомов и молекул. В свою очередь, нанороботы — это устройства, предназначенные для самостоятельного манипулирования отдельными атомами, в результате чего они могут «собрать» любой предмет или живое существо.

Что характерно, нанороботы должны уметь самовоспроизводиться наподобие вирусов. Такие устройства называются ассемблерами. Это своего рода маленькие «заводы» по сборке запрограммированных объектов, в том числе и таких же ассемблеров.

Что нам сулит развитие нанотехнологий? Превращение одних веществ в другие станет делом обыденным, крошечные роботы смогут не только ремонтировать технику, но и трансформировать ее в зависимости от наших потребностей. Новые вещества и материалы создаются практически мгновенно и из подручных средств. Разумные пылинки смогут образовывать суперкомпьютеры буквально в считанные секунды и прямо в воздухе. Нанороботы проникнут в наши тела и будут следить за тем, чтобы каждый орган, каждая клетка функционировали нормально, а в случае чего быстро приведут ее в порядок. Это будет похлестче, чем в старом рассказе Георгия Гуревича «Глотайте хирурга», в котором робота-врача уменьшают до микроскопических размеров и запускают в организм человека для излечения. И это будет покруче, чем в старом фильме «Фантастическое путешествие» Ричарда Флейшера, когда уменьшают подводную лодку с экипажем и запускают ее в кровеносную систему ученого, дабы избавить его от тромба.

Что еще обещают нанороботы? Любимые детища фантастов — дубликаторы и синтезаторы. Решение проблемы генетических отклонений. Самые невероятные виды живых существ. О биороботах или киборгах даже говорить не приходится. Скорее всего, они не понадобятся. Усилители интеллекта, метаморфизация человека для жизни на других планетах или даже в космическом пространстве сделают их попросту ненужными.

Превосходно, скажет читатель. Но где реальные предпосылки для создания «прекрасного нового мира»? Нанороботы ведь не появятся сами собой!

До того как предъявить читателю внушительный список достижений нанотехнологии сегодняшнего дня, попробуем разобраться в самой сути нанороботов. На чем основывается их универсальность, могущество и «вездесущность»? Как, в принципе, можно манипулировать атомами?

Более 70 лет назад российский физик Георгий Гамов получил решение уравнений Шредингера, которое позволяло частице преодолевать энергетический барьер, даже если ее энергия была меньше высоты этого барьера. Популяризаторы науки любят иллюстрировать это явление на таком примере: вы подходите к высокой стене, но не перепрыгиваете, а как бы проникаете сквозь нее и оказываетесь на противоположной стороне.

Не спешите экспериментировать, такое не удавалось даже Гудини и Копперфильду. Явление это существует лишь в мире элементарных частиц и называется туннелированием, или туннельным эффектом. В середине 50-х годов японцы создали так называемые туннельные диоды, а чуть позже московский физик Юрий Тиходеев рассчитал параметры многослойных туннельных структур. В 1981 году был создан сканирующий туннельный микроскоп — устройство, которое позволяло избирательно воздействовать на атомы проводящего материала. И это за пять лет до того, как вышла книга Дрекслера! То есть инструмент уже был, но ученые еще не знали об этом.

В год выхода книги «Машины творения» был создан атомно-силовой микроскоп. Он позволял «брать» атомы любого вещества, а не только проводников, и помещать их в нужное место, то есть осуществлять сборку. Сверхтонкая игла скользила очень близко к поверхности, так, чтобы люфт был не больше атома. Электрический потенциал у иглы «выхватывал» атом с поверхности материала, а затем игла переносила его туда, куда желал экспериментатор.

Первый nano-tech эксперимент был проведен в 1990 году. Сенсационная фотография букв IBM обошла весь мир. Название знаменитой компании было составлено из букв высотой всего лишь в пять атомов инертного газа.

В 1994 году nano-tech методики стали применяться в промышленности. Контроль над матрицами DVD-дисков, получение новых материалов, создание сканирующих зондовых микроскопов, устройств для манипулирования молекулами. В ближайшее время мы получим батарейки для ноутбуков, мобильных телефонов и подобных им устройств, которые будут служить в десятки раз дольше, чем нынешние. Плотность записи на магнитных и иных носителях возрастает со дня на день. Размеры микропроцессоров хоть и не достигли наномасштабов, но они стремительно уменьшаются…

Словом, наноиндустриальная революция набирает темп.

Все это великолепно, снова воскликнет читатель. Технологии совершенствуются, никого сейчас не удивишь очередным достижением. Но как насчет пресловутых нанороботов? Сколь реальны обещанные чудеса и диковины? На какой основе будут создаваться ассемблеры?

Ответ на эти вопросы тоже имеется.

Мы хорошо знаем две природные формы углерода — графит и алмаз. Их непохожесть объясняется разными способами «упаковки» атомов. У алмаза она сетчатая, в форме пространственных тетраэдров — отсюда его исключительная твердость. У графита же атомы расположены гексагонально, они идут слой за слоем. Неудивительно, что графит используют для смазки.

В 1973 году московские химики Дмитрий Бочвар и Елена Гальперн доказали, что квантовая химия допускает теоретическую возможность новой естественной формы углерода. Изображение молекулы выглядело фантастично. Несмотря на то, что японцы пришли к тем же выводам, ученая общественность восприняла работу как игру ума.