Igasugune inimtegevus on müütidest kasvanud. Nanotehnoloogia, meie aja peamine teaduslik ja tehnoloogiline projekt, pole erand. Veelgi enam, siin puudutab müütide tegemine põhiolemust. Enamik inimesi, isegi neid, kes kuuluvad teadusringkondadesse, on veendunud, et nanotehnoloogia on ennekõike aatomitega manipuleerimine ja objektide ehitamine aatomitest kokkupanemise teel. See on peamine müüt.
Teaduslikud müüdid on kahesugused. Mõni neist on tingitud meie loodusteadmiste mittetäielikkusest või teabe puudumisest. Teised on loodud teadlikult konkreetsel eesmärgil. Nanotehnoloogia puhul on meil teine võimalus. Tänu sellele müüdile ja sellest tulenevatele tagajärgedele oli võimalik pälvida võimulolijate tähelepanu ja kiirendada nanotehnoloogia projekti käivitamist, suurendades investeeringute mahtu autokatalüütiliselt. Sisuliselt oli see väike petmine, ülimalt vastuvõetavad mängureeglite järgi. Müüt mängis oma kasulikku rolli protsessi algatajana ja unustati õnnelikult, kui asi puudutas tehnoloogiat.
Kuid müütidel on hämmastav omadus: sündides hakkavad nad elama oma elu, näidates samal ajal hämmastavat elujõudu ja pikaealisust. Need on inimeste mõtetes nii kindlalt juurdunud, et mõjutavad reaalsustaju. Päris nanotehnoloogilised protsessid, nii välis- kui ka Rusnano projektid, on põhimõtteliselt vastuolus müütiga, mis tekitab nende peas segadust (enamik inimesi ei saa ikkagi aru, mis on nanotehnoloogia), ümberlükkamist (need pole päris nanotehnoloogiad!) Ja isegi nanotehnoloogia eitamist sellisena.
Lisaks peamisele müüdile paljastab nanotehnoloogia ajalugu meile mitmeid kaasnevaid müüte, mis stimuleerivad elanikkonna erinevaid rühmi, tekitades ühes osas alusetuid lootusi ja teistes paanikat.
Asutaja isa müüt
Kõige kahjutum müütide jadast on kvantvälja teooria ja osakestefüüsika spetsialisti Richard Feynmani määramine nanotehnoloogia asutajaks. See müüt tekkis 1992. aastal, kui nanotehnoloogia prohvet Eric Drexler pöördus Senati komisjoni kuulamisele kuulamisel teemal "Uued tehnoloogiad säästvaks arenguks". Tema väljamõeldud nanotehnoloogilise projekti elluviimiseks viitas Drexler Nobeli füüsikapreemia laureaadi avaldusele, mis on senaatorite silmis kõigutamatu autoriteet.
Kahjuks suri Feynman 1988. aastal ega suutnud seda väidet ei kinnitada ega eitada. Aga kui ta seda kuuleks, siis tõenäoliselt naeraks ta rõõmsalt. Ta polnud mitte ainult silmapaistev füüsik, vaid ka kuulus naljamees. Pole ime, et tema autobiograafiline raamat kandis pealkirja: "Muidugi teete nalja, hr Feynman!" Sellest lähtuvalt võeti vastu Feynmani tähistatud kõne Ameerika füüsikaühingu aastavahetuse õhtusöögil California tehnoloogiainstituudis. Selle kohtumise ühe osaleja, ameerika füüsiku Paul Schlickti meenutuste järgi: „Üldiselt võib publiku reaktsiooni nimetada rõõmsaks. Enamik arvas, et esineja mängib lolli."
Reklaamvideo:
Kuid sõnad: "Meile teada olevad füüsika põhimõtted ei keela objektide loomist" aatomi järgi ". Aatomitega manipuleerimine on üsna reaalne ega riku ühtegi loodusseadust,”ütlesid nad, et see on fakt. Ülejäänud osa oli miniaturiseerimisega spekuleerimine koos futuroloogiliste ennustustega. Veerand sajandit hiljem töötasid mõned Feynmani ideed Eric Drexleri poolt loovalt välja ja andsid aluse nanotehnoloogia peamistele müütidele. Lisaks naaseme selle kõne juurde sageli, et meenutada, mida Feynman tegelikult ütles, ja samal ajal nautida suure teadlase formuleeringute selgust ja kujundlikkust.
Mõttetu tehnoloogia müüt
Kui loome objekti aatomi aatomi järgi, rakendame ilmselgelt jäätmevaba tehnoloogiat. Sõna "ilmselgelt" kasutatakse siin kõige ürgsemas tähenduses - kui inimesed, peamiselt ametnikud, vaatavad pilte, mis kujutavad aatomitega manipuleerimise protsessi, ei näe nad jäätmeid, atmosfääri saastavaid suitsutorusid ega veekogusid reostavaid tööstusheiteid. … Vaikimisi on selge, et peaaegu nanodomeetri kaugusel oleva kaalutu aatomi lohistamine nõuab pisikest energiat. Üldiselt on ideaalne tehnoloogia "säästvaks arenguks" - kontseptsioon, mis oli eelmise sajandi 90ndatel äärmiselt populaarne.
Küsimus, kust pärit aatomid komplekteerimiseks tulevad, on peaaegu vääritu. Looduslikult laost, kust neid tõenäoliselt toimetavad keskkonnasõbralikud elektriautod. Valdav enamus elanikkonnast ei tea, kust see pärit on. Näiteks materjalid, millest valmistatakse erinevaid tööstustooteid, mida me tarbime üha suuremas koguses. Nende toodete seos keemiatööstusega pole nähtav. Keemia kui teadus on igav ja pole eriti vajalik ning keemiatööstus, mis on kindlasti keskkonnale kahjulik, tuleb sulgeda.
Muu hulgas on keemiatööstus enamuse arvates röövellik loodusvarade raiskamine, kasutades oma protsessides naftat, gaasi, maake ja mineraale. Ja uue tehnoloogia jaoks, nagu selle järgijad ette kujutavad, on vaja ainult aatomeid: selles lao osas hoiame kulla aatomeid, järgmises - raua aatomeid, siis naatriumi aatomeid, kloori aatomeid … Üldiselt kogu Mendelejevi perioodiline tabel. Oleme sunnitud selle idüllilise pildi autoritele pettuma: aatomid ise, välja arvatud inertgaaside aatomid, eksisteerivad ainult vaakumis. Kõigil muudel tingimustel interakteeruvad nad oma liikide või teiste aatomitega, keemilises koostoimel keemiliste ühendite moodustumisega. See on asjade olemus ja sellega ei saa midagi ette võtta.
Mis tahes tehnoloogia nõuab mõningaid kohandusi, tootmisvahendeid, mis väldivad ka apoloogide tähelepanu objektide aatomitest kokkupanemisel. Kuid mõnikord vastupidi, nad meelitavad oma tähelepanu ja raputavad neid tuumani. Tunneli- ja elektrimikroskoobid on tõepoolest ilusad seadmed, mis on inimmõistuse jõu nähtav tõend. Ja üldiselt on laboratooriumid, kus aatomitega manipuleerimine on tulevikutehnoloogiate pilt Alvin Toffleri "Kolmanda laine" vaimus: niinimetatud puhtad ruumid kliimaseadmete ja spetsiaalse õhupuhastamisega, vähimatki vibratsiooni välistavad seadmed, spetsiaalsetes riietes operaator, kellel on ülikoolikraad. tasku.
Kas seda kõike kogutakse ka aatomitest jäätmeteta? Sealhulgas vundamendid, seinad ja katused? Usume, et isegi selle tehnoloogia kõige tulihingelisemad järgijad ei julge sellele küsimusele jaatavalt vastata.
Inimkond loob kunagi jäätmevabu, keskkonnasõbralikke tehnoloogiaid, kuid need põhinevad erinevatel põhimõtetel või põhimõtteliselt erineval tehnikal.
Nanomaania müüt
Tegelikult oli algselt tegemist hoopis teise tehnikaga. Mõte, et nanomõõtme kujundamiseks on vaja vastava suurusega manipulaatorit, on ilmne. Richard Feynman nägi selle idee elluviimist:
“Oletame, et tegin kümme manipulaatorivart, mis vähendati neljaks korraks, ja ühendasin need juhtmetega originaalsete juhtkangidega, nii et need käed jälgisid samaaegselt ja täpselt minu liigutusi. Siis valmistan uuesti kümme neljandiku suurust relvakomplekti. Loomulikult toodavad kümme esimest manipulaatorit 10x10 = 100 manipuleerijat, kuid seda vähendatakse koefitsiendiga 16 …
Miski ei takista meil seda protsessi jätkata ja luua nii palju pisikesi masinaid, kui tahame, kuna sellel tootmisel pole mingeid piiranguid seoses masinate paigutamise ja nende materjalitarbimisega … On selge, et see eemaldab kohe materjalide maksumuse probleemi. Põhimõtteliselt võiksime korraldada miljoneid identseid minitehaseid, kus pisikesed masinad puuriksid pidevalt auke, stantsiksid detaile jne."
See lähenemisviis on miniatuursete seadmete loomise idee sirgjooneline rakendamine. See, ehkki paljude piirangutega, töötab mikrotasandil, nagu tõestavad nn mikroelektromehaanilised seadmed. Neid kasutatakse autodes turvapatjade väljatõstmise süsteemides õnnetuste korral, laser- ja tindiprinterites, rõhuandurites, kodumajapidamises kasutatavates kliimaseadmetes ja kütuse taseme indikaatorites bensiinipaagis, südamestimulaatorites ja mängukonsoolide juhtkangides. Vaadates neid mikroskoobi all, näeme hammasrattaid ja võllid, silindrid ja kolvid, vedrud ja ventiilid, peeglid ja mikrolülitused, millega oleme harjunud.
Kuid nanoobjektide omadused erinevad makro- ja mikroobjektide omadustest. Kui leiame võimaluse transistoride suuruse proportsionaalseks vähendamiseks tänapäeva 45-65 nm-lt 10 nm-le, siis need lihtsalt ei tööta, sest elektronid hakkavad tunnelit läbi isolaatori kihi tundma. Ja ühendavad juhtmed muutuvad aatomite ahelaks õhemaks, mis juhivad voolu erinevalt massilistest proovidest ja hakkavad termilise liikumise tõttu laiali küljele hajuma või vastupidi, kogunema hunnikusse, unustades elektrikontakti säilitamise ülesande.
Sama kehtib ka mehaaniliste omaduste kohta. Suuruse vähenedes suureneb pinna ja ruumala suhe ning mida suurem pind, seda suurem on hõõrdumine. Nano-objektid kleepuvad sõna otseses mõttes teiste nano-objektide või pindade külge, mis nende jaoks näivad nende enda väiksuse tõttu siledad. See on kasulik omadus gekoni jaoks, mis kõnnib hõlpsalt vertikaalsel seinal, kuid on äärmiselt kahjulik seadmele, mis peab horisontaalpinnal sõitma või libisema. Et seda lihtsalt oma kohast teisaldada, peate kulutama ebaproportsionaalselt palju energiat.
Teiselt poolt on inerts väike, liikumine peatub kiiresti. Nanopendli valmistamine pole keeruline - kinnitage mõne nanomeetri läbimõõduga kuldosake 1 nm läbimõõduga ja 100 nm pikkuse süsiniknanotoruga ja riputage see räniplaadilt. Kuid see pendel, kui te seda õhus keerutate, peatub peaaegu kohe, kuna isegi õhk on selle jaoks oluline takistus.
Nanoobjektidel, nagu öeldakse, on suur vibratsioon ja neid on üldiselt kerge eksitada. Tõenäoliselt täheldasid paljud Browni liikumist mikroskoobis - väikese tahke osakese juhuslikku viskamist vette. Albert Einstein selgitas 1905. aastal selle nähtuse põhjuse: pidevas termilises liikumises olevad veemolekulid löövad osakese pinnale ja erinevatest külgedest tulenev löökide kompenseerimata jõud viib osakeste saamiseni ühes või teises suunas. Kui 1 μm suurune osake tajub väikeste molekulide löögijõudu ja muudab liikumissuunda, siis mida saaksime öelda osakese kohta 10 nm, mis kaalub miljon korda vähem ja mille massi ja pinna suhe on 100 korda väiksem.
Sellegipoolest leidub teaduslikus ja populaarteaduslikus kirjanduses, eriti meediaväljaannetes, mitmesuguste mehaaniliste osade, hammasrataste, mutrivõtmete, rataste, telgede ja isegi käigukastide nanokoopiate kirjeldusi. Eeldatakse, et neid kasutatakse nanomajade ja muude seadmete töötavate mudelite loomiseks. Ärge võtke neid töid liigse tõsiduseta, hukka mõistes, imestades ega imetledes. "Olen isiklikult veendunud, et meie, füüsikud, saaksime selliseid probleeme lahendada lihtsalt lõbu pärast või lõbu pärast," ütles Richard Feynman. Füüsikud naljatavad …
Tegelikult on nad täiesti teadlikud asjaolust, et nanomehhaaniliste või nanoelektromehaaniliste seadmete loomiseks on vaja kasutada makro- ja mikroanaloogidest erinevaid lähenemisviise. Ja siin ei pea te alguses midagi isegi leiutama, sest miljardite aastate jooksul on loodus loonud nii palju erinevaid molekulaarmasinaid, et kümnest aastast ei piisa meile kõigile, et mõista, kopeerida, oma vajadustele kohandada ja proovida midagi paremaks muuta.
Loodusliku molekulimootori kõige kuulsam näide on nn bakteriaalne lendmootor. Muud bioloogilised masinad pakuvad lihaste kokkutõmbumist, südamelööke, toitainete transporti ja ioonide transporti läbi rakumembraani. Keemilist energiat mehaaniliseks tööks muundavate molekulaarmasinate efektiivsus on paljudel juhtudel 100% lähedal. Samal ajal on need äärmiselt ökonoomsed, näiteks kulutatakse vähem kui 1% raku energiaressurssidest elektrimootorite tööle, mis tagavad bakterite liikumise.
Mulle tundub, et kirjeldatud biomimeetiline (ladina sõnadest "bios" - elu ja "mimetis" - jäljendamine) lähenemisviis on nanomehhaaniliste seadmete loomise kõige realistlikum viis ja üks neist valdkondadest, kus füüsikute ja bioloogide koostöö nanotehnoloogia valdkonnas võib tuua käegakatsutavaid tulemusi.
Nanoroboti müüt
Oletame, et oleme loonud paberile või arvutiekraanile nano-seadme visandi. Kuidas seda koguda ja soovitavalt mitte ühes eksemplaris? Pärast Feynmani saate luua "pisikesi masinaid, mis puuriksid pidevalt auke, stantsiksid detaile jne". ja miniatuursed manipulaatorid valmistoote kokkupanemiseks. Neid manipulaatoreid peab kontrollima inimene, see tähendab, et neil peab olema mingisugune makroskoopiline varustus või vähemalt tegutsema inimese antud programmi järgi. Lisaks on vaja kogu protsessi kuidagi jälgida, näiteks elektronmikroskoobi abil, millel on ka makromõõtmed.
Alternatiivse idee esitas 1986. aastal ameerika insener Eric Drexler futuroloogilises bestselleris "Loomise masinad". Kasvanud nagu kõik oma põlvkonna inimesed Isaac Asimovi raamatutest, tegi ta ettepaneku kasutada nanoseadmete tootmiseks sobiva suurusega (100-200 nm) mehaanilisi masinaid - nanorobotid. Enam polnud küsimus puurimises ja mulgustamises, need robotid pidid seadme aatomitest otse kokku panema, mistõttu neid kutsuti monteerijateks - monteerijateks. Kuid lähenemine jäi puhtalt mehaaniliseks: monteerija oli varustatud mitmekümne nanomeetri pikkuste manipulaatoritega, manipulaatorite liigutamiseks mõeldud mootoriga ja robotiga ise, sealhulgas eelpool mainitud käigukastid ja jõuülekanded, samuti autonoomse jõuallikaga. Selgus, et nanorobot peaks koosnema mitmetest kümnetest tuhandetest osadest,ja iga detail koosneb ühest või kahesajast aatomist.
Aatomite ja molekulide visualiseerimise probleem kadus kuidagi märkamatult, tundus üsna loomulik, et võrreldava suurusega objektidega töötav nanorobot “näeb” neid nii, nagu inimene näeb küünte ja haamerit, millega ta selle küünte seina sisse lööb.
Nanoroboti olulisim üksus oli muidugi pardaarvuti, mis kontrollis kõigi mehhanismide tööd, määras kindlaks, millise aatomi või millise molekuli peaks manipulaator vallutama ja kuhu need tulevase seadmesse paigutada. Selle arvuti lineaarsed mõõtmed ei pidanud ületama 40-50 nm - see on täpselt ühe transistori suurus, mille saavutas meie aja tööstuslik tehnoloogia, 25 aastat pärast seda, kui Drexler kirjutas oma raamatu "Loomise masinad".
Kuid Drexler adresseeris oma raamatu ka tulevikule, kaugele tulevikule. Selle kirjutamise ajal ei ole teadlased veel kinnitanud isegi üksikute aatomitega manipuleerimise põhimõttelist võimalust, rääkimata neist vähemalt mõne struktuuri kokkupanekuks. See juhtus alles neli aastat hiljem. Seadmel, mida seda esimest korda kasutati ja kasutatakse tänapäevalgi - tunnelmikroskoobil - on üsna käegakatsutavad mõõtmed, mõlemas mõõtmes kümmekond sentimeetrit ja seda juhib inimene, kes kasutab võimsat arvutit, millel on miljardeid transistore.
Unistuste idee nanorobotitest, mis koondavad üksikutest aatomitest materjale ja seadmeid, oli nii ilus ja köitev, et see avastus muutis selle ainult veenvaks. Vähem kui paar aastat hiljem uskusid USA senaatorid, teadusest kaugel olevad ajakirjanikud sellesse ja nende ettepanekul - üldsus ja üllataval kombel ka autor ise, kes jätkasid selle kaitsmist ka siis, kui talle arusaadavalt selgitati, et idee on põhimõtteliselt teostamatu. … Selliste mehaaniliste seadmete vastu on palju argumente, tsiteerime ainult Richard Smalley esitatud lihtsaimat: manipulaator, kes "hõivas" aatomi, ühendub sellega keemilise vastasmõju tõttu igavesti. Smalley oli Nobeli keemiapreemia laureaat, mis pidi nii olema.
Kuid idee elas edasi oma elu ja on säilinud tänapäevani, muutudes märgatavalt keerukamaks ja täiendatud mitmesuguste rakendustega.
Meditsiiniliste nanorobotite müüt
Kõige populaarsem müüt on see, et on olemas miljonid nanorobotid, mis ujuvad läbi meie keha, diagnoosivad erinevate rakkude ja kudede seisundit, parandavad nanoskalpeli abil purunemisi, lahutavad ja lammutavad vähirakke, ehitavad luukoe aatomite kokkupaneku teel, kraapivad nanosüdamikuga maha kolesterooli naastud. valikuliselt rebeneda ebameeldivate mälestuste eest vastutavad sünapsid. Ja andke ka aru tehtud tööst, edastades selliseid sõnumeid nagu: “Alex Eustace'ile. Mitraalklapi ilmnenud kahjustused. Purunemine kõrvaldati. " Just viimane põhjustab avalikkusele tõsist muret, kuna see on privaatse teabe avalikustamine - nanoroboti sõnumit saavad vastu võtta ja dešifreerida mitte ainult arst, vaid ka kõrvalised isikud. See mure kinnitabet kõiges muus usuvad inimesed tingimusteta. Nagu nanorobotite-spioonide puhul, ka "nutikatolmu" korral, mis tungib meie korteritesse, jälgige meid, kuulake meie vestlused pealt ja edastage vastuvõetud video- ja helimaterjalid uuesti nanoantenniga saatja kaudu. Või tapvateks nanobotideks, mis tabavad inimesi ja tehnoloogiat nanomaastikega, võib-olla isegi tuumaenergiaga.
Kõige hämmastavam on see, et peaaegu kõike kirjeldatud saab luua (ja midagi on juba loodud). Ja invasiivsed diagnostikasüsteemid, mis teatavad keha seisundist, ja ravimid, mis toimivad teatud rakkudele, ja süsteemid, mis puhastavad meie veresooni aterosklerootilistest naastudest ja luude kasvust ning mälestuste kustutamisest ja nähtamatutest kaugjälgimissüsteemidest ning "nutikast tolmust".
Kõigil neil praeguse ja tuleviku süsteemidel pole aga ega ole ka midagi pistmist mehaaniliste nanorobotitega Drexleri vaimus, välja arvatud suurus. Neid loovad ühiselt füüsikud, keemikud ja bioloogid, teadlased, kes töötavad sünteetilise teaduse alal, mida nimetatakse nanotehnoloogiaks.
Ainete sünteesi füüsikalise meetodi müüt
Richard Feynman reisis oma loengus tahtmatult füüsikute salajase igavese unistuse:
Ja lõpuks, mõeldes selles suunas (aatomitega manipuleerimise võimalus. - GE), jõuame keemilise sünteesi probleemideni. Keemikud tulevad meie juurde, füüsikud, konkreetsete korraldustega: "Kuule, sõber, kas sa ei tee molekuli sellise ja sellise aatomite jaotusega?" Keemikud ise kasutavad molekulide ettevalmistamiseks keerulisi ja isegi salapäraseid toiminguid ja tehnikaid. Tavaliselt peavad nad soovitud molekuli sünteesimiseks segama, raputama ja töötlema mitmesuguseid aineid üsna pikka aega. Niipea kui füüsikud loovad seadme, mis on võimeline töötama üksikute aatomitega, muutub kogu see tegevus ebavajalikuks … Keemikud tellivad sünteesi ja füüsikud lihtsalt panevad aatomid õiges järjekorras ".
Keemikud ei sünteesi molekuli, keemikud saavad aine. Aine, selle tootmine ja muundamine on keemia teema, mis on tänapäeval füüsikute jaoks salapärane.
Molekul on aatomite rühm, mis pole mitte ainult õiges järjekorras, vaid ka keemiliste sidemetega ühendatud. Läbipaistev vedelik, milles kahe vesinikuaatomi jaoks on üks hapnikuaatom, võib olla vesi või see võib olla vedela vesiniku ja hapniku segu (tähelepanu: ärge segage kodus!).
Oletame, et kuidagi õnnestus meil kokku panna hunnik kaheksat aatomit - kaks süsinikuaatomit ja kuus vesinikuaatomit. Füüsiku jaoks on see hunnik tõenäoliselt metaani C2H6 molekul, kuid keemik osutab veel vähemalt kahele aatomite ühendamise võimalusele.
Oletame, et tahame saada etaani, moodustades aatomitest. Kuidas ma seda teha saan? Kust alustada: liigutada kahte süsinikuaatomit või kinnitada vesinikuaatom süsinikuaatomiga? Keeruline küsimus, ka autori jaoks. Probleem on selles, et teadlased on seni õppinud aatomitega manipuleerima, esiteks, raskete ja teiseks, mitte eriti reageerivatega. Üsna keerulised struktuurid on kokku pandud ksenooni, kulla, raua aatomitest. Kuidas kergete ja eriti aktiivsete vesiniku-, süsiniku-, lämmastiku- ja hapnikuaatomitega hakkama saada, pole veel päris selge. Nii et valkude ja nukleiinhapete aatomikoosseisuga, millest mõned autorid räägivad praktiliselt lahendatud küsimusena, tuleb oodata.
On veel üks asjaolu, mis oluliselt piirab "füüsikalise" sünteesi meetodi väljavaateid. Nagu juba mainitud, keemikud ei sünteesi molekuli, vaid saavad aine. Aine koosneb tohutul hulgal molekulidest. 1 ml vett sisaldab ~ 3x1022 veemolekulit. Võtame nanotehnoloogia jaoks tuttavama objekti - kulla. 1 cm3 kuup kuld sisaldab ~ 6x1022 kulla aatomit. Kui kaua võtab sellise aatomi kuubi kokkupanek aega?
Tänapäevani on aatomijõudude või tunnelmikroskoobi kallal töötamine kunstile sarnane, see ei ole ilma põhjuseta eriline ja väga hea haridus. Käsitsi töö: haakige aatom, tõmmake see õigesse kohta, hinnake vahetulemust. Ligikaudu sama kiiresti kui tellistest. Et mitte lugejat mõtlematute numbritega hirmutada, oletame, et oleme leidnud viisi, kuidas protsessi kuidagi mehhaniseerida ja intensiivistada ning suudame virnastada miljon aatomit sekundis. Sel juhul kulub 1 cm3 suuruse kuubi kokkupanemiseks kaks miljardit aastat, umbes sama palju, kui kogu elava maailma ja iseenda loomiseks kulus katse ja eksituse käigus krooniks looduse loomiseks.
Seetõttu rääkis Feynman miljonitest "vabrikutest", hindamata siiski nende võimalikku tootlikkust. Sellepärast ei lahenda probleemi isegi meie sees askeldav miljon nanorobotit, sest meil pole piisavalt aega nende töö tulemust oodata. Seetõttu ärgitas Richard Smalley Eric Drexlerit välistama igasuguse "loomismasinate" mainimise avaliku esinemise korral, et mitte eksitada avalikkust selle teadusevastase mõttetusega.
Niisiis, kas saame selle ainete, materjalide ja seadmete hankimise meetodi lõpetada? Ei, üldse mitte.
Esiteks saab sama tehnikat kasutada aatomite asemel oluliselt suuremate ehitusplokkide, näiteks süsiniknanotorude, manipuleerimiseks. See välistab kergete ja reaktiivsete aatomite probleemi ning tootlikkus tõuseb automaatselt kahe kuni kolme suurusjärgu võrra. See on muidugi reaalse tehnoloogia jaoks veel liiga vähe, kuid selle meetodi abil valmistavad teadlased juba laborites lihtsamate nanoseadmete üksikeksemplare.
Teiseks võib ette kujutada paljusid olukordi, kui aatomi, nanoosakeste sisestamine või isegi lihtsalt tunnelmikroskoobi otsa füüsiline mõju käivitab keskkonnas isekorralduse, füüsikalised või keemilised muutused. Näiteks - polümerisatsiooni ahelreaktsioon orgaanilise aine õhukeses kihis, anorgaanilise aine kristallstruktuuri muutused või biopolümeeri konformatsioon löögipunkti kindlas läheduses. Pinna ülitäpne skaneerimine ja korduv säritamine võimaldavad luua tavalise nanostruktuuriga laiendatud objekte.
Ja lõpuks saab seda meetodit kasutada unikaalsete proovide - mallide - saamiseks muude meetodite abil edasiseks levitamiseks. Oletame, et metalli aatomitest valmistatud kuusnurk või üks molekul. Kuidas aga korrutada ühte molekuli? Te ütlete, et see on mingi ebateaduslik fantaasia. Miks siis? Loodus teab suurepäraselt, kuidas luua mitu, absoluutselt identset koopiat nii üksikutest molekulidest kui ka tervetest organismidest. Seda nimetatakse tavaliselt kloonimiseks. Polümeraasi ahelreaktsioonist on kuulnud isegi inimesed, kes on teadusest kaugel, kuid kes on vähemalt korra külastanud kaasaegset meditsiinilise diagnostika laborit. See reaktsioon võimaldab teil korrutada DNA molekuli ühe fragmendi, mis on ekstraheeritud bioloogilisest materjalist või sünteesitud kunstlikult keemiliste vahenditega. Selleks kasutavad teadlased looduse loodud "molekulaarseid masinaid" - valke ja ensüüme. Miks ei saaks me teha sarnaseid masinaid molekulide kloonimiseks peale oligonukleotiidide?
Ma julgeksin Richard Feynmani pisut parafraseerida: „Meile teadaolevad keemia põhimõtted ei keela üksikute molekulide kloonimist. Molekuli "reprodutseerimine" vastavalt proovile on üsna reaalne ega riku ühtegi loodusseadust."
Halli goo müüt
Nanorobotite äärmiselt madala (massi osas) produktiivsuse elementaarset arvestamist loomulikult Eric Drekeler ei andnud. "Loomise masinate" maailmas oli ka muid probleeme, mida me ruumi puudumise tõttu üksikasjalikult ei arutanud. Näiteks kvaliteedikontroll, uute toodete ja tooraineallikate väljalaske valdamine, kus ja kuidas aatomid "laos" ilmuvad. Nende probleemide lahendamiseks tutvustas Drexler kontseptsiooni veel kahte tüüpi seadmeid.
Esimene neist on demonteerijad, kollektsionääride antipoodid. Eelkõige peab lahtivõtja uurima uue objekti struktuuri, kirjutades selle aatomistruktuuri nanokarvuti mällu. Mitte seade, vaid keemikute unistus! Hoolimata kõigist kaasaegse uurimistehnoloogia edusammudest, ei näe me näiteks kõiki valke aatomeid. Molekuli täpset struktuuri on võimalik kindlaks teha ainult siis, kui see koos miljonite teiste sarnaste molekulidega moodustab kristalli. Seejärel saame röntgenkontrolli meetodi abil kindlaks määrata nanomeetri tuhandeosa täpsuse, mis on kõigi aatomite asukoht kosmoses. See on aeganõudev ja töömahukas protseduur, mis nõuab mahukaid ja kalleid seadmeid.
Teist tüüpi seade on looja ehk replikaator. Nende peamised ülesanded on kollektsionääride reatootmine ja sarnaste replikaatorite kokkupanek, see tähendab reprodutseerimine. Nagu nende looja on mõelnud, on replikaatorid palju keerukamad seadmed kui lihtsad koostajad; need peavad koosnema sadadest miljonitest aatomitest (kaks suurusjärku väiksemad kui DNA molekulis) ja vastavalt olema nende suurus umbes 1000 nm. Kui nende replikatsiooni kestust mõõdetakse minutites, siis eksponentsiaalselt korrutades loovad nad triljoneid replikaatoreid päevas, nad toodavad kvadriljoneid spetsialiseeritud kokkupanijaid, kes hakkavad monteerima makroobjekte, maju või rakette.
Lihtne on ette kujutada olukorda, kui süsteemi funktsioneerimine läheb tootmise huvides tootmisviisile, tootmisvahendite piiramatule kogunemisele - nanorobotitele endile, kui kogu nende tegevus on vähendatud omaenda rahvaarvu suurenemiseni. Selline on masinate mäss nanotehnoloogia ajastul. Enda jaoks saavad nanorobotid keskkonnast hankida ainult aatomeid, nii et demonteerijad hakkavad aatomiteks lahti võtma kõike, mis nende vastupidavate manipulaatorite alla kuulub. Selle tulemusel muutub mõne aja pärast kõik oluline ja mis on meie jaoks kõige solvavam, biomass nanorobotite hunnikuks "halliks limaks", nagu Eric Drexler piltlikult nimetas.
Iga uus tehnoloogia genereerib stsenaariumid maailmaruumi vältimatust rakendamisest ja levitamisest tingituna. Hall goo müüt on ajalooliselt vaid esimene selline nanotehnoloogiaga seotud stsenaarium. Kuid ta on väga kujutlusvõimega, mistõttu ajakirjanikud ja filmitegijad teda nii väga armastavad.
Õnneks pole selline stsenaarium võimalik. Kui usute siiski kõigest eelnevast hoolimata ikkagi aatomitest midagi olulist kokku panna võimaluses, kaaluge kahte asjaolu. Esiteks puudub Drexleri kirjeldatud replikaatoritel keerukus sarnaste seadmete loomiseks. Sada miljonit aatomit ei ole isegi mälu jaoks piisav, et luua arvuti, mis juhib montaažiprotsessi. Kui eeldada, et see on kättesaamatu - et iga aatom kannab ühte bitti teavet, siis on selle mälu maht 12,5 megabaiti ja seda on liiga vähe. Teiseks on replikaatoritel probleeme toorainega. Elektromehaaniliste seadmete elementaarne koostis erineb põhimõtteliselt keskkonnaobjektide ja ennekõike biomassi koostisest. Vajalike elementide aatomite leidmine, kaevandamine ja kohaletoimetamine, mis nõuavad tohutult aega ja energiat,- see määrab sigimise määra. Kui projitseerite olukorra makrosuuruses, siis on see sama kui tööpinkide kokkupanek materjalidest, mis tuleb leida, kaevandada ja seejärel päikesesüsteemi erinevatelt planeetidelt kohale toimetada. Elutähtsate ressursside nappus seab piirangu igasuguse populatsiooni piiramatule levikule, mis on palju kohanenud ja täiuslik kui müütilised nanorobotid.
Järeldus
Müütide loetelu jätkub. Müüt nanotehnoloogiast kui majanduse vedurist väärib eraldi artiklit. Varem artiklis "Nanotehnoloogia kui rahvuslik idee" (vt "Keemia ja elu", 2008, N3) üritasime hajutada müüti, et USA riiklik nanotehnoloogia algatus on puhtalt tehnoloogiline projekt.
Nanotehnoloogia kanooniline ajalugu on samuti müüt, mille põhisündmus on tunnel-elektronmikroskoobi leiutamine. Viimast on lihtne seletada. “Ajalugu kirjutavad võitjad”, ja füüsikud on tunginud ülemaailmsesse projekti “Nanotehnoloogia”, mis määratleb suures osas kaasaegse teaduse näo (ja rahastuse). Selle eest väljendame meie, selles ja sellega seotud valdkondades töötavaid teadlasi, meie füüsikutele lõpmatut tänu.
Müüdid on mänginud positiivset rolli, need on tekitanud entusiasmi ja köitnud nii poliitilise ja majandusliku eliidi kui ka avalikkuse tähelepanu nanotehnoloogiale. Nanotehnoloogia praktilise rakendamise etapis on siiski aeg unustada need müüdid ja lõpetada nende korramine artiklite kaupa, raamatute vahel. Lõppude lõpuks takistavad müüdid arengut, seavad valesid orientiire ja eesmärke, põhjustavad arusaamatusi ja hirme. Ja lõpuks on vaja kirjutada uus nanotehnoloogia ajalugu - 21. sajandi uus teadus, loodusteaduste valdkond, mis ühendab füüsikat, keemiat ja bioloogiat.
Keemiateaduste doktor G. V. Erlikh
