Bilo koja vrsta ljudske aktivnosti prerasla je mitove. Nanotehnologija, glavni znanstveni i tehnološki projekt našega vremena, nije iznimka. Štoviše, ovdje stvaranje mitova dotiče samu suštinu. Većina ljudi, čak i oni koji pripadaju znanstvenoj zajednici, uvjerena je da je nanotehnologija prije svega manipulacija atomima i izgradnja objekata sklapanjem istih iz atoma. Ovo je glavni mit.
Znanstveni mitovi su dvostruki. Neke su generirane nepotpunošću našeg znanja o prirodi ili nedostatkom informacija. Drugi su stvoreni namjerno s određenom svrhom. U slučaju nanotehnologije, imamo drugu mogućnost. Zahvaljujući ovom mitu i posljedicama koje slijede iz njega, bilo je moguće privući pažnju onih koji su na vlasti i dramatično ubrzati pokretanje projekta nanotehnologije, autokatalitičkim povećanjem ulaganja. U biti, to je bilo malo varanje, sasvim prihvatljivo po pravilima igre na najvišoj razini. Mit je imao svoju korisnu ulogu kao pokretač procesa i bio je sretno zaboravljen kada je u pitanju sama tehnologija.
Ali mitovi imaju zadivljujuće svojstvo: kad se rode, počinju živjeti vlastitim životom, pokazujući pritom zadivljujuću vitalnost i dugovječnost. Tako su ukorijenjeni u glavama ljudi da utječu na percepciju stvarnosti. Pravi nanotehnološki procesi, i strani i rusnani projekti, u osnovi proturječuju mit, što stvara zbrku u njihovim glavama (većina ljudi još uvijek ne razumije što je nanotehnologija), odbacivanje (to nisu prave nanotehnologije!), Pa čak i poricanje nanotehnologije! kao takav.
Pored glavnog mita, povijest nanotehnologije otkriva nam nekoliko pratećih mitova koji stimuliraju različite skupine stanovništva, rađajući neosnovane nade kod nekih, a kod drugih paniku.
Mit o ocu utemeljitelju
Najnekodljiviji niz mitova je opisivanje Richarda Feynmana, stručnjaka za teoriju kvantnih polja i fiziku čestica, kao utemeljitelja nanotehnologije. Ovaj mit nastao je 1992. godine kada se prorok nanotehnologije, Eric Drexler, obratio senatskom odboru na raspravi o „Novim tehnologijama za održivi razvoj“. Da se progurao kroz projekt nanotehnologije koji je on izmislio, Drexler se osvrnuo na izjavu nobelovca za fiziku, nepokolebljiv autoritet u očima senatora.
Nažalost, Feynman je preminuo 1988. i stoga tu tvrdnju nije mogao ni potvrditi ni poreći. Ali kad bi ga mogao čuti, onda bi se, najvjerojatnije, veselo nasmijao. Nije bio samo izvanredan fizičar, već i poznati šaljivdžija. Nije ni čudo što je njegova autobiografska knjiga nosila naslov: "Naravno da se šališ, gospodine Feynman!" U skladu s tim, primljen je Feynmanov proslavljeni govor na novogodišnjoj večeri američkog Društva za fiziku na Kalifornijskom tehnološkom institutu. Prema sjećanjima jednog od sudionika tog sastanka, američki fizičar Paul Schlickt: „Reakcija publike u cjelini se može nazvati veselom. Većina je mislila da se govornik igra budalom."
Promotivni video:
Ali riječi: "Principi fizike koje poznajemo ne zabranjuju stvaranje predmeta" atom po atom ". Manipulacija atoma je sasvim stvarna i ne krši nikakve prirodne zakone ", rekli su, to je činjenica. Ostalo je špekulacija o minijaturizaciji u kombinaciji s futurološkim predviđanjima. Četvrt stoljeća kasnije, neke od Feynmanovih ideja "kreativno" je razvio Eric Drexler i stvorili glavne mitove o nanotehnologiji. Nadalje, često ćemo se vraćati ovom govoru kako bismo se prisjetili što je Feynman zapravo rekao, i istovremeno uživali u jasnoći i zamisli formulacija velikog znanstvenika.
Mit o bespotrebnoj tehnologiji
Kad stvaramo objekt atom po atom, očito primjenjujemo tehnologiju bez otpada. Riječ "očito" se ovdje koristi u najoriginalnijem smislu - kada ljudi, prvenstveno službenici, gledaju slike koje prikazuju proces manipulacije atomima, ne vide nikakav otpad, ne puše cijevi koje onečišćuju atmosferu i industrijske otpadne vode koje onečišćuju vodna tijela … Prema zadanim postavkama jasno je da povlačenjem gotovo bestežinskog atoma u razmaku od nekoliko nanometara, potrebna je mala količina energije. Općenito, idealna tehnologija za "održivi razvoj" - koncept koji je bio izuzetno popularan 90-ih godina prošlog stoljeća.
Pitanje odakle dolaze atomi za sastavljanje gotovo je nepristojno. Naravno, iz skladišta, odakle ih vjerojatno dostavljaju ekološki prihvatljivi električni automobili. Ogromna većina stanovništva nema pojma odakle dolazi. Na primjer, materijali od kojih se izrađuju razni industrijski proizvodi, koje konzumiramo u sve većim količinama. Povezanost ovih proizvoda s kemijskom industrijom nije vidljiva. Kemija kao znanost je dosadna i nije baš nužna, a kemijska industrija, kao sigurno štetna za okoliš, mora se zatvoriti.
Između ostalog, kemijska industrija je, prema mišljenju većine, grabežljivi otpad prirodnih resursa, koristeći naftu, plin, rude i minerale za svoje procese. A za novu tehnologiju, kako to njezini sljedbenici zamišljaju, potrebni su samo atomi: u ovom dijelu skladišta pohranjujemo atome zlata, u sljedećem - atome željeza, zatim atome natrija, atome klora … Općenito, čitava Mendelejeva periodična tablica. Autori ove idilične slike prisiljeni smo razočarati: sami atomi, osim atoma inertnih plinova, postoje samo u vakuumu. U svim ostalim uvjetima, oni komuniciraju s vlastitom vrstom ili drugim atomima, u kemijskoj interakciji s stvaranjem kemijskih spojeva. To je priroda stvari i oko toga se ništa ne može učiniti.
Bilo koja tehnologija zahtijeva neka prilagođavanja, sredstva za proizvodnju, koja također izbjegavaju pažnju apologeta za sastavljanje predmeta iz atoma. Međutim, ponekad naprotiv, oni privlače njihovu pažnju i dotjeraju ih do srži. Doista, tuneli i energetski mikroskopi su lijepi uređaji, vidljivi dokaz snage ljudskog uma. I općenito, laboratoriji u kojima je manipulacija atomima slika budućih tehnologija u duhu Alvina Tofflerovog "Trećeg vala": takozvane čiste sobe s klimatizacijom i posebnim pročišćavanjem zraka, uređaji koji isključuju i najmanju vibraciju, operator u posebnoj odjeći sa sveučilišnom diplomom džep.
Hoće li se sve to sakupljati i od atoma bez otpada? Uključujući temelje, zidove i krovove? Vjerujemo da se ni najgorljiviji pristaše ove tehnologije neće usuditi odgovoriti potvrdno.
Čovječanstvo će jednog dana stvoriti ekološki prihvatljive tehnologije bez otpada, ali one će se temeljiti na različitim principima ili na bitno drugačijoj tehnici.
Mit o nanomašini
Zapravo, u početku se radilo o drugačijoj tehnici. Očigledna je ideja da je potrebno imati manipulatora odgovarajuće veličine za projektiranje na nanosovini. Ovako je Richard Feynman vidio provedbu ove ideje:
Pretpostavimo da sam napravio set od deset ruku manipulatora, smanjene na četiri puta i povezao ih žicama s izvornim upravljačkim ručicama, tako da ove ruke istovremeno i točno prate moje pokrete. Tada ću ponovno sastaviti set od deset kvadrata veličine. Naravno, prvih deset manipulatora će proizvesti 10x10 = 100 manipulatora, međutim, umanjeno za faktor 16 …
Ništa nas ne sprječava da nastavimo taj proces i stvorimo onoliko sitnih strojeva koliko želimo, jer ova proizvodnja nema ograničenja koja se odnose na smještaj strojeva i njihovu potrošnju materijala … Jasno je da se time odmah uklanja problem troškova materijala. U principu, mogli bismo organizirati milijune identičnih tvornica minijatura, gdje bi maleni strojevi neprekidno bušili rupe, žigosali dijelove itd."
Ovaj pristup je jednostavna implementacija ideje o stvaranju minijaturnih uređaja. Djeluje, premda s mnogim ograničenjima, na mikro razini, o čemu svjedoče takozvani mikroelektromehanički uređaji. Koriste se u sustavima za postavljanje zračnih jastuka u automobilima u slučaju nesreća, u laserskim i inkjet pisačima, u senzorima tlaka, u kućnim klima uređajima i u indikatorima razine goriva u spremniku za gorivo, u pacemakerima i u joystickovima za igraće konzole. Gledajući ih pod mikroskopom, vidjet ćemo zupčanike i osovine, cilindre i klipove, opruge i ventile, zrcala i mikrocirke koje su nam poznate.
Ali nanoobjekti imaju svojstva različita od onih makro- i mikroobjekata. Ako pronađemo način da proporcionalno smanjimo veličinu tranzistora s današnjih 45-65 nm na 10 nm, oni jednostavno neće raditi, jer će elektroni početi tunelizirati kroz izolacijski sloj. I priključne žice postat će tanje u lancu atoma, koji će struju provoditi drugačije od masivnih uzoraka, i počet će se raspršiti na strane uslijed toplinskog gibanja ili, obrnuto, skupljati se u hrpi, zaboravljajući na zadatak održavanja električnog kontakta.
Isto se odnosi na mehanička svojstva. Kako se veličina smanjuje, povećava se omjer površine površine i volumena, a što je veća površina, to je veće trenje. Nano-objekti doslovno se lijepe za druge nano-objekte ili za površine, koji za njih, zbog vlastite malenkosti, izgledaju glatko. Ovo je korisna osobina za gekona koji lako hoda okomitim zidom, ali je izuzetno štetan za bilo koji uređaj koji treba voziti ili kliziti po vodoravnoj površini. Da biste ga jednostavno premjestili sa svog mjesta, morat ćete potrošiti nesrazmjernu količinu energije.
S druge strane, inercija je mala, pokret se brzo zaustavlja. Nano klatno nije teško napraviti - česticu zlata promjera nekoliko nanometara pričvrstiti na ugljičnu nanocjevčicu promjera 1 nm i duljine 100 nm i objesiti je na silikonsku ploču. Ali ovo klatno, ako ga zamahnete u zraku, gotovo odmah će se zaustaviti jer je čak i zrak značajna prepreka za njega.
Nanoobjekti, kako kažu, imaju veliku dobitnost i općenito ih je lako zavesti. Mnogi su, vjerojatno, promatrali Brownovo kretanje u mikroskopu - slučajnim bacanjem male čvrste čestice u vodu. Albert Einstein, još davne 1905., objasnio je razlog za ovaj fenomen: molekule vode, koje su u stalnom toplinskom gibanju, udaraju u površinu čestice, a nekompenzirana sila udara s različitih strana dovodi do toga da čestica stječe zamah u jednom ili drugom smjeru. Ako čestica veličine 1 mikrona osjeti silu udara malih molekula i promijeni smjer kretanja, tada možemo reći o čestici od 10 nm, koja teži milijun puta manje i za koju je omjer težine i površine 100 puta manji.
Ipak, u znanstvenoj i popularnoznanstvenoj literaturi, posebno u medijskim publikacijama, stalno se nalaze opisi nanokopija raznih mehaničkih dijelova, zupčanika, ključeva, kotača, osovina, pa čak i prijenosnika. Pretpostavlja se da će se koristiti za izradu radnih modela nanomašina i drugih uređaja. Nemojte shvatiti ta djela s pretjeranom ozbiljnošću, osuđujući ih, pitajući se ili im se divite. "Osobno sam uvjeren da bismo fizičari mogli riješiti takve probleme samo radi zabave ili zabave", rekao je Richard Feynman. Fizičari se šale …
Zapravo su potpuno svjesni činjenice da je za stvaranje nanomehaničkih ili nanoelektromehaničkih uređaja potrebno koristiti dizajnerske pristupe koji se razlikuju od makro- i mikroanaloga. I ovdje, za početak, ne morate čak ništa izmišljati, jer je tijekom milijardi godina evolucije priroda stvorila toliko različitih molekularnih strojeva da deset godina neće biti dovoljno da svi shvatimo, kopiramo, prilagodimo se svojim potrebama i pokušamo nešto poboljšati.
Najpoznatiji primjer prirodnog molekularnog motora je takozvani bakterijski flagelarni motor. Ostali biološki strojevi osiguravaju kontrakciju mišića, otkucaje srca, transport hranjivih tvari i transport iona kroz staničnu membranu. Učinkovitost molekularnih strojeva koji pretvaraju kemijsku energiju u mehanički rad je u mnogim slučajevima blizu 100%. Istodobno, oni su izuzetno ekonomični, na primjer, manje od 1% energetskih resursa ćelije troši se na rad elektromotora koji osiguravaju kretanje bakterija.
Čini mi se da je opisani biomimetički (od latinskih riječi "bios" - život i "mimetis" - imitacija) najrealniji način stvaranja nanomehaničkih uređaja i jedno od onih područja u kojima suradnja fizičara i biologa na području nanotehnologije može donijeti opipljive rezultate.
Mit o nanorobotu
Pretpostavimo da smo stvorili skicu nanodelice na papiru ili na zaslonu računala. Kako to prikupiti, a po mogućnosti ne u jednom primjerku? Slijedeći Feynmana, možete stvoriti "sitne strojeve koji bi neprestano bušili rupe, žigosali dijelove itd." i minijaturni manipulatori za sastavljanje gotovog proizvoda. Te manipulatore mora kontrolirati osoba, tj. Moraju imati neku vrstu makroskopske opreme ili barem djelovati prema programu koji je osoba dala. Osim toga, potrebno je nekako promatrati cijeli postupak, na primjer, pomoću elektronskog mikroskopa, koji također ima makro dimenzije.
Alternativna ideja iznijela je 1986. američki inženjer Eric Drexler u futurološkom bestseleru „Strojevi stvaranja“. Odrastajući, kao i svi ljudi njegove generacije, na knjigama Isaaca Asimova predložio je uporabu mehaničkih strojeva odgovarajuće (100-200 nm) veličine - nanorobote za proizvodnju nanode uređaja. Nije više bilo riječ o bušenju i bušenju, ti su roboti morali sastaviti uređaj izravno iz atoma, pa su ih nazivali monteri - monteri. No, pristup je ostao čisto mehanički: montažer je opremljen manipulatorima duljine nekoliko desetaka nanometara, motorom za pomicanje manipulatora i samim robotom, uključujući prethodno spomenute prijenosnike i prijenose, kao i autonomni izvor napajanja. Pokazalo se da se nanorobot treba sastojati od nekoliko desetaka tisuća dijelova,a svaki je detalj sastavljen od jedne ili dvjesto atoma.
Problem vizualizacije atoma i molekula nekako je neprimjetno nestao, činilo se sasvim prirodnim da ih nanorobot koji operira s predmetima slične veličine "vidi" kako osoba vidi nokat i čekić kojim udara ovaj nokat u zid.
Najvažnija jedinica nanobota bila je, naravno, putno računalo, koje je kontroliralo rad svih mehanizama, određivalo koji atom ili molekulu treba zarobiti manipulator i gdje ih staviti u budući uređaj. Linearne dimenzije ovog računala ne bi trebale prijeći 40-50 nm - to je točno veličina jednog tranzistora postignuta industrijskom tehnologijom našeg vremena, 25 godina nakon što je Drexler napisao svoju knjigu "Strojevi za stvaranje".
No, Drexler se svoju knjigu obratio i budućnosti, dalekoj budućnosti. U vrijeme ovog pisanja, znanstvenici još nisu potvrdili ni temeljnu mogućnost manipulacije pojedinim atomima, a da ne spominjemo sastavljanje barem nekih struktura iz njih. To se dogodilo samo četiri godine kasnije. Uređaj koji se za to prvi put koristio i koristi se i danas - tunelski mikroskop - ima prilično opipljive dimenzije, desetine centimetara u svakoj dimenziji, a kontrolira ga osoba koja koristi moćno računalo s milijardama tranzistora.
Ideja sna o nanorobotima koji sastavljaju materijale i uređaje iz pojedinih atoma bila je toliko lijepa i primamljiva da ga je ovo otkriće učinilo samo uvjerljivim. Manje od nekoliko godina kasnije, senatori Sjedinjenih Država, novinari koji su bili daleko od znanosti, vjerovali su u to, a svojim podnošenjem - javnost i, što je iznenađujuće, i sam autor, koji ga je nastavio braniti čak i kad mu je bilo razumljivo objašnjeno da je ideja u principu nemoguća … Mnogo je argumenata protiv takvih mehaničkih uređaja, navest ćemo samo najjednostavniji onaj koji je iznio Richard Smalley: manipulator koji je "zarobio" atom zauvijek će se povezati s njim zbog kemijske interakcije. Smalley je bio nobelovac za kemiju, što je sigurno i bilo slučaj.
No ideja je nastavila živjeti svoj vlastiti život i opstala je do danas, postajući zamjetno složenija i dopunjena raznim aplikacijama.
Mit o medicinskim nanorobotima
Najpopularniji mit je da postoje milijuni nanoroboti koji će prosipati naša tijela, dijagnosticirati stanje različitih stanica i tkiva, popraviti propadanje nanoskalpelom, secirati i demontirati stanice karcinoma, izgraditi koštano tkivo sastavljanjem atoma, strugati kolesterolne ploče s nanoskopom i u mozgu selektivno puknuće sinapse odgovorne za neugodna sjećanja. Također izvijestite o obavljenom poslu odašiljajući poruke poput: „Alex na Eustacea. Otkriveno je oštećenje mitralnog zaliska. Raskid je eliminiran. " Upravo posljednje izaziva ozbiljnu zabrinutost javnosti, jer ovo je otkrivanje privatnih podataka - poruku nanorobota može primiti i dešifrirati ne samo liječnik, već i vanjski ljudi. Ta zabrinutost potvrđujeda u sve drugo ljudi bezuvjetno vjeruju. Kao i kod nanorobota-špijuna, u "pametnoj prašini", koja će prodirati u naše stanove, promatrati nas, prisluškivati naše razgovore i, opet, prenijeti primljeni video i audio materijal putem nano-odašiljača s nanoantennom. Ili u ubojice nanoboce koji nanosima napadaju ljude i tehnologiju, možda čak i nuklearne.
Najneverovatnije je da se gotovo sve opisano može stvoriti (a nešto je već stvoreno). I invazivni dijagnostički sustavi koji izvještavaju o stanju tijela, i lijekovi koji djeluju na određene stanice, te sustavi koji očiste naše žile od aterosklerotskih plakova, rast kostiju, brisanje sjećanja, nevidljivi sustavi daljinskog praćenja i "pametna prašina".
Međutim, svi ti sustavi sadašnjosti i budućnosti nemaju i neće imati nikakve veze s mehaničkim nanorobotima u duhu Drexlera, s izuzetkom veličine. Zajednički će ih stvoriti fizičari, kemičari i biolozi, znanstvenici koji rade u području sintetske znanosti nazvanoj nanotehnologija.
Mit o fizikalnoj metodi sintetiziranja tvari
U svom predavanju, Richard Feynman je nesvjesno izdao tajni vječni san fizičara:
"I na kraju, razmišljajući u ovom smjeru (mogućnost manipulacije atomima. - GE), dolazimo do problema kemijske sinteze. Kemičari će nam se javiti, fizičari, s određenim naredbama: "Slušaj, prijatelju, zar nećeš napraviti molekulu s takvom i takvom raspodjelom atoma?" Kemičari sami koriste složene, pa čak i misteriozne operacije i tehnike za pripremu molekula. Obično se za sintetiziranje namijenjene molekule oni moraju miješati, tresti i obrađivati razne tvari duže vrijeme. Čim fizičari naprave uređaj sposoban za rad s pojedinim atomima, sve ove aktivnosti postaju nepotrebne … Kemičari će narediti sintezu, a fizičari će jednostavno "staviti" atome u pravilan redoslijed."
Kemičari ne sintetiziraju molekulu, kemičari dobijaju tvar. Supstanca, njegova proizvodnja i transformacija predmet su kemije, do danas tajanstveni za fizičare.
Molekula je skupina atoma, ne samo poredanih pravilnim redoslijedom, nego i povezanih kemijskim vezama. Prozirna tekućina, u kojoj postoji jedan atom kisika za dva atoma vodika, može biti voda ili može biti mješavina tekućeg vodika i kisika (pažnja: ne miješajte se kod kuće!).
Pretpostavimo da smo nekako uspjeli sastaviti gomilu od osam atoma - dva atoma ugljika i šest atoma vodika. Za fizičara, ova hrpa vjerojatno će biti molekula etana C2H6, ali kemičar će ukazati na barem još dvije mogućnosti kombiniranja atoma.
Pretpostavimo da želimo dobiti etan okupljanjem iz atoma. Kako mogu to učiniti? Odakle počinjete: premjestiti dva atoma ugljika ili pričvrstiti atom vodika na atom ugljika? Škakljivo pitanje, uključujući i autora. Problem je što su znanstvenici do sada naučili manipulirati atomima, prvo, teškim i, drugo, ne baš reaktivnim. Dosta složene strukture su sastavljene od atoma ksenona, zlata, željeza. Kako se nositi sa laganim i izuzetno aktivnim atomima vodika, ugljika, dušika i kisika nije posve jasno. Dakle, s atomskom skupom proteina i nukleinskih kiselina, o kojoj neki autori govore kao o praktički riješenoj stvari, morat ćete pričekati.
Postoji još jedna okolnost koja značajno ograničava izglede za "fizičku" metodu sinteze. Kao što je već spomenuto, kemičari ne sintetiziraju molekulu, već dobivaju tvar. Tvar se sastoji od ogromnog broja molekula. 1 ml vode sadrži ~ 3x1022 molekule vode. Uzmimo poznatiji predmet za nanotehnologiju - zlato. Kocka od 1 cm3 zlata sadrži ~ 6x1022 atoma zlata. Koliko vremena treba da se sastavi takva kocka atoma?
Rad na atomskoj sili ili tunelskom mikroskopu do danas je sličan umjetnosti, nije bez razloga potrebno posebno i vrlo dobro obrazovanje. Ručni rad: zakačite atom, povucite ga na pravo mjesto, procijenite intermedijarni rezultat. Otprilike brzo poput opeke. Kako ne bismo uplašili čitatelja nezamislivim brojevima, pretpostavimo da smo pronašli način da na neki način mehaniziramo i intenziviramo proces i možemo slagati milijun atoma u sekundi. U ovom ćemo slučaju potrošiti dvije milijarde godina da sastavimo kocku od 1 cm3, otprilike onoliko koliko je trebalo prirodi da stvori čitav živi svijet i sebe kao krunu evolucije pokušajem i pogreškama.
Zato je Feynman govorio o milijunima "tvornica", ne ocjenjujući, međutim, njihovu moguću produktivnost. Zato čak i milijun nanorobota koji jure unutar nas neće riješiti problem, jer nećemo imati dovoljno života da čekamo rezultat njihovih rada. Zato je Richard Smalley pozvao Erica Drexlera da iz javnog govora isključi bilo kakvo spominjanje "strojeva za stvaranje", kako ne bi zbunio javnost ovom antiznanstvenom glupošću.
Možemo li zaustaviti ovu metodu dobivanja tvari, materijala i uređaja? Ne, uopće.
Prvo, ista se tehnika može koristiti za manipuliranje znatno većim građevnim blokovima, poput ugljikovih nanocjevčica, a ne atoma. To uklanja problem svjetlosnih i reaktivnih atoma, a produktivnost će se automatski povećati za dva do tri reda veličine. To je, naravno, još uvijek premalo za pravu tehnologiju, ali ovom metodom znanstvenici već proizvode pojedinačne kopije najjednostavnijih nanode uređaja u laboratorijima.
Drugo, mogu se zamisliti mnoge situacije kada uvođenje atoma, nanočestica ili čak samo fizički utjecaj vrha tunelskog mikroskopa pokreće proces samoorganizacije, fizičkih ili kemijskih transformacija u mediju. Na primjer - lančana reakcija polimerizacije u tankom filmu organske tvari, promjena u kristalnoj strukturi anorganske tvari ili konformacija biopolimera u određenoj blizini točke udara. Visoko precizno skeniranje površine i opetovana izloženost omogućit će stvaranje proširenih objekata koje karakterizira redovita nanostruktura.
I na kraju, ova se metoda može koristiti za dobivanje jedinstvenih uzoraka - predložaka za daljnje širenje drugim metodama. Recimo šesterokut izrađen od atoma metala ili jedne molekule. Ali kako umnožiti jednu molekulu? Nemoguće, kažete, ovo je neka vrsta nenaučne fantazije. Zašto onda? Priroda savršeno zna stvoriti više, apsolutno identičnih kopija kako pojedinih molekula, tako i čitavih organizama. To se obično naziva kloniranjem. Čak su i ljudi koji su daleko od znanosti, ali koji su barem jednom posjetili moderni medicinski dijagnostički laboratorij, čuli za lančanu reakciju polimeraze. Ova reakcija omogućuje vam da množite jedan fragment molekule DNK, izvađenu iz biološkog materijala ili umjetno sintetiziranu kemijskim putem. Da bi to učinili, znanstvenici koriste "molekularne strojeve" koje je stvorila priroda - proteine i enzime. Zašto ne možemo napraviti slične strojeve za kloniranje molekula koji nisu oligonukleotidi?
Htio bih malo parafrazirati Richarda Feynmana: „Poznati nam principi ne zabranjuju kloniranje pojedinih molekula. "Razmnožavanje" molekula prema uzorku sasvim je stvarno i ne krši nikakve prirodne zakone."
Sivi goo mit
Elementarno razmatranje izuzetno niske (u smislu mase) produktivnosti nanorobota, naravno, nije zaobišao Eric Drekeler. U svijetu "strojeva za stvaranje" bilo je i drugih problema o kojima mi, zbog nedostatka prostora, nismo detaljno razgovarali. Na primjer, kontrola kvalitete, ovladavanje oslobađanjem novih proizvoda i izvora sirovina, gdje i kako se atomi pojavljuju u "skladištu". Da bi riješio ove probleme, Drexler je u koncept uveo još dvije vrste uređaja.
Prvi su rastavljači, antipod kolektora. Osobito rastavljač mora proučiti strukturu novog objekta, zapisujući njegovu atomsku strukturu u memoriju nanoračunala. Ne uređaj, već kemijski san! Unatoč svom napretku moderne istraživačke tehnologije, ne vidimo „sve“atome, na primjer, u bjelančevinama. Točnu strukturu molekule moguće je uspostaviti samo ako zajedno s milijunima sličnih molekula tvori kristal. Zatim pomoću metode rendgenske strukturne analize možemo utvrditi točan, do tisućama nanometra, položaj svih atoma u prostoru. Ovo je dugotrajan i naporan postupak koji zahtijeva glomaznu i skupu opremu.
Druga vrsta uređaja je kreator, ili replikator. Njihovi glavni zadaci su linijska proizvodnja kolektora i sastavljanje sličnih replikatora, odnosno reprodukcija. Replikatori su, kako ih je zamislio njihov autor, mnogo složeniji uređaj od jednostavnih montera: moraju se sastojati od stotina milijuna atoma (dva reda manja nego u molekuli DNK) i, prema tome, imaju veličinu od oko 1000 nm. Ako se trajanje njihove replikacije mjeri u minutama, tada će se, eksponencijalno množeći, stvoriti triliju replikatora dnevno, proizvest će se kvadriliji specijaliziranih sastavljača koji će početi sastavljati makro objekte, kuće ili rakete.
Lako je zamisliti situaciju kada će funkcioniranje sustava preći u način proizvodnje radi proizvodnje, neomeđenog nakupljanja sredstava za proizvodnju - samih nanorobota, kada se sva njihova aktivnost svodi na povećanje vlastite populacije. Takva je pobuna strojeva u doba nanotehnologije. Za vlastitu konstrukciju, nanoroboti mogu dobiti atome samo iz okoliša, pa će demonstranti početi rastavljati u atome sve što spada pod njihove nepopustljive manipulatore. Kao rezultat, nakon nekog vremena, sve što je važno i što nas najviše smeta, biomasa će se pretvoriti u gomilu nanorobota, u „sivu sluz“, kako je figurativno nazvao Eric Drexler.
Svaka nova tehnologija stvara scenarije neizbježnog kraja svijeta, zbog njegove primjene i distribucije. Sivi goo mit tek je povijesno prvi takav scenarij povezan s nanotehnologijom. Ali vrlo je maštovit, zbog čega ga novinari i filmaši toliko vole.
Srećom takav scenarij nije moguć. Ako, unatoč svemu navedenom, i dalje vjerujete u mogućnost sastavljanja nečeg bitnog iz atoma, uzmite u obzir dvije okolnosti. Prvo, replikatori koje je opisao Drexler nemaju složenost stvaranja sličnih uređaja. Sto milijuna atoma nije dovoljno ni za stvaranje računala za kontrolu postupka sklapanja, čak ni za memoriju. Ako pretpostavimo da je nedostižno - da svaki atom nosi po jedan bit informacija, tada će volumen ove memorije iznositi 12,5 megabajta, a to je premalo. Drugo, replikatori će imati problema sa sirovinama. Elementarni sastav elektromehaničkih uređaja bitno se razlikuje od sastava objekata okoliša i, prije svega, od biomase. Pronalaženje, vađenje i isporuka atoma potrebnih elemenata za koje je potrebno ogromno ulaganje vremena i energije,- to će odrediti brzinu reprodukcije. Ako projicirate situaciju na makro veličinu, to je isto što i sastavljanje stroja iz materijala koji se moraju pronaći, minirati i isporučiti s raznih planeta Sunčevog sustava. Nedostatak vitalnih resursa ograničava neograničeno širenje bilo koje populacije, mnogo prilagođenije i savršenije od mitskih nanorobota.
Zaključak
Popis mitova se nastavlja. Mit o nanotehnologiji kao lokomotivi ekonomije dostojan je zasebnog članka. Ranije smo u članku "Nanotehnologija kao nacionalna ideja" (vidi "Kemija i život", 2008., N3) pokušali smo razbaciti mit da je američka Nacionalna inicijativa za nanotehnologiju čisto tehnološki projekt.
Kanonska povijest nanotehnologije također je mit, čiji je ključni događaj izum tunelirajućeg elektronskog mikroskopa. Potonje je lako objasniti. "Povijest pišu pobjednici", a globalni projekt nazvan "Nanotehnologija", koji u velikoj mjeri definira lice (i financiranje) moderne znanosti, prodro je u fizičare. Na čemu svi mi, istraživači koji radimo na ovom i srodnim poljima, izražavamo beskrajnu zahvalnost fizičarima.
Mitovi su odigrali pozitivnu ulogu, pobudili su entuzijazam i privukli su pozornost političke i ekonomske elite, ali i javnosti, na nanotehnologiju. Međutim, u fazi praktične primjene nanotehnologije, vrijeme je da zaboravimo na te mitove i prestanemo ih ponavljati iz članka u članak, od knjige do knjige. Uostalom, mitovi koče razvoj, postavljaju pogrešne orijentire i ciljeve, rađaju nerazumijevanje i strahove. I na kraju, potrebno je napisati novu povijest nanotehnologije - novu znanost 21. stoljeća, polje prirodnih znanosti koja objedinjuje fiziku, kemiju i biologiju.
G. V. Erlikh, doktor kemijskih znanosti