Någon form av mänsklig aktivitet är fullväxt med myter. Nanoteknologi, vår tids vetenskapliga och tekniska projekt, är inget undantag. Dessutom berör här mytbearbetning själva essensen. De flesta människor, även de som tillhör det vetenskapliga samhället, är övertygade om att nanoteknologi i första hand är manipulering av atomer och konstruktion av föremål genom att samla dem från atomer. Detta är den viktigaste myten.
Vetenskapliga myter är tvåfaldiga. Vissa genereras av ofullständigheten i vår kunskap om naturen eller bristen på information. Andra skapas medvetet för ett specifikt syfte. När det gäller nanoteknik har vi ett andra alternativ. Tack vare denna myt och följderna av det var det möjligt att locka uppmärksamheten hos de makter och dramatiskt påskynda lanseringen av Nanoteknologiprojektet med en autokatalytisk ökning av investeringarna. I huvudsak var det lite fusk, ganska acceptabelt av spelets regler på högsta nivå. Myten spelade sin fördelaktiga roll som initiativtagare till processen och glömdes glatt när det kom till tekniken själv.
Men myter har en fantastisk egenskap: när de föddes börjar de leva sina egna liv, samtidigt som de visar en fantastisk vitalitet och livslängd. De är så fast förankrade i människors sinnen att de påverkar verklighetsuppfattningen. Verkliga nanotekniska processer, både utländska och Rusnano-projekt, motsäger grunden myten, vilket skapar förvirring i deras huvuden (de flesta förstår fortfarande inte vad nanoteknologi är), avslag (det här är inte riktiga nanoteknologier!) Och till och med förnekande av nanoteknologi som sådan.
Förutom huvudmyten avslöjar nanoteknologins historia flera åtföljande myter som stimulerar olika befolkningsgrupper, vilket ger upphov till ogrundade hopp i vissa och panik i andra.
Den grundande fadermyten
Den mest oskadliga av mytsträngen är beskrivningen av Richard Feynman, en expert inom kvantfältteorin och partikelfysik, som grundare till nanoteknologi. Denna myt uppstod 1992 när nanoteknologens profet, Eric Drexler, talade till en senatskommitté vid en utfrågning om "Ny teknik för hållbar utveckling." För att driva igenom det nanotekniska projektet som han hade uppfunnit, hänvisade Drexler till uttalandet från Nobelpristagaren i fysik, en orubblig myndighet i senatorernas ögon.
Tyvärr avled Feynman 1988 och kunde därför varken bekräfta eller förneka detta uttalande. Men om han kunde höra det, skulle han troligtvis skratta lyckligt. Han var inte bara en enastående fysiker utan också en berömd joker. Inte konstigt att hans självbiografiska bok bar titeln: "Naturligtvis tullar du, Mr. Feynman!" Följaktligen godtogs Feynmans firade tal vid American Physics Society: s nyårsafton på California Institute of Technology. Enligt minnena från en av deltagarna i det mötet, den amerikanska fysikern Paul Schlickt:”Publikens reaktion i allmänhet kan kallas glad. De flesta trodde att talaren spelade luren."
Kampanjvideo:
Men orden: "De fysiska principerna som vi känner förbjuder inte skapandet av föremål" atom för atom ". Manipulering av atomer är ganska verklig och bryter inte med några naturlagar, säger de, detta är ett faktum. Resten var spekulationer om miniatyrisering i kombination med futurologiska förutsägelser. Ett kvart århundrade senare utvecklades några av Feynmans idéer "kreativt" av Eric Drexler och gav upphov till de viktigaste myterna i nanoteknologi. Vidare kommer vi ofta att återvända till detta tal för att komma ihåg vad Feynman faktiskt sa och samtidigt njuta av tydligheten och bilderna i den stora forskarens formuleringar.
The Myth of Wasteless Technology
När vi skapar ett objekt atom för atom använder vi uppenbarligen avfallsfri teknologi. Ordet "uppenbarligen" används här i den mest primordiala meningen - när människor, främst tjänstemän, tittar på bilder som visar processen att manipulera atomer, ser de inget avfall, inga rökrör som förorenar atmosfären och industriella avloppsvatten som förorenar vattendrag … Som standard är det tydligt att att dra en nästan viktlös atom med några nanometer ifrån varandra kräver en liten mängd energi. I allmänhet den ideala tekniken för "hållbar utveckling" - ett koncept som var extremt populärt på 90-talet av förra seklet.
Frågan om var atomerna för montering kommer från är nästan oändlig. Naturligtvis från lagret, varifrån de förmodligen levereras av miljövänliga elbilar. Den överväldigande majoriteten av befolkningen har liten aning om var den kommer ifrån. Till exempel materialen från vilka olika industriprodukter tillverkas, som vi konsumerar i ökande mängder. Anslutningen av dessa produkter till den kemiska industrin är inte synlig. Kemi som vetenskap är tråkig och inte särskilt nödvändig, och den kemiska industrin, som säkert är skadlig för miljön, måste stängas.
Bland annat är den kemiska industrin, enligt majoritetens åsikt, ett rovdjur av naturresurser som använder olja, gas, malmer och mineraler för sina processer. Och för den nya tekniken, som dess anhängare föreställer sig, behövs bara atomer: i detta avsnitt av lagret lagrar vi guldatomer, i det följande - järnatomer, sedan natriumatomer, kloratomer … I allmänhet hela periodiska tabellen i Mendeleev. Vi tvingas svika författarna till denna idylliska bild: atomerna själva, med undantag av atomerna i inerta gaser, existerar endast i ett vakuum. Under alla andra förhållanden interagerar de med sin egen typ eller andra atomer, i kemisk interaktion med bildandet av kemiska föreningar. Detta är saker och ting och ingenting kan göras med det.
All teknik kräver vissa anpassningar, produktionsmedel, som också undviker uppmärksamhet från apologer för att montera föremål från atomer. Men ibland tvärtom, de lockar sin uppmärksamhet och skakar dem till kärnan. I själva verket är tunnel- och kraftmikroskop vackra apparater, ett synligt bevis på kraften i det mänskliga sinnet. Och i allmänhet är laboratorierna där de bedriver atomer manipulering en bild av framtida tekniker i andan av Alvin Tofflers "tredje våg": de så kallade rena rum med luftkonditionering och speciell luftrening, apparater som utesluter den minsta vibrationen, en operatör i specialkläder med en universitetsgrad i ficka.
Kommer allt detta också att samlas in från atomer utan avfall? Inklusive fundament, väggar och tak? Vi tror att även de ivrigaste anhängare av denna teknik inte kommer att våga svara på denna fråga bekräftande.
Mänskligheten kommer en dag att skapa avfallsfri, miljövänlig teknik, men de kommer att baseras på olika principer eller på en grundläggande annan teknik.
Nanomachine-myten
Faktiskt handlade det från början om en annan teknik. Tanken att det är nödvändigt att ha en lämplig storlek manipulator för att designa på nanoskala är uppenbar. Så här såg Richard Feynman implementeringen av denna idé:
”Anta att jag skapade en uppsättning av tio manipulatorarmar, reducerad till fyra gånger och anslöt dem med ledningar till de ursprungliga styrspakarna, så att dessa armar samtidigt och exakt följer mina rörelser. Då kommer jag att tillverka en uppsättning av tio armar med fjärdedelstorlek. Naturligtvis kommer de första tio manipulatorerna att producera 10x10 = 100 manipulatorer, dock minskade med en faktor på 16 …
Ingenting hindrar oss från att fortsätta denna process och skapa så många små maskiner vi vill, eftersom denna produktion inte har några begränsningar relaterade till placering av maskiner och deras materialförbrukning … Det är uppenbart att detta omedelbart tar bort problemet med materialkostnaderna. I princip skulle vi kunna organisera miljoner identiska miniatyrfabriker, där små maskiner kontinuerligt borrar hål, stämpeldelar, etc."
Detta tillvägagångssätt är en enkel implementering av idén att skapa miniatyrenheter. Det, om än med många begränsningar, fungerar på mikronivå, vilket bevisas av de så kallade mikroelektromekaniska enheterna. De används i system för distribution av airbags i bilar i händelse av olyckor, i laser- och bläckstråleskrivare, i trycksensorer, i hushållens luftkonditioneringsapparater och i bränslenivåindikatorer i en bensintank, i pacemaker och i joysticks för spelkonsoler. När vi tittar på dem under ett mikroskop ser vi växlar och axlar, cylindrar och kolvar, fjädrar och ventiler, speglar och mikrokretsar som är bekanta för oss.
Men nanoobjekt har egenskaper som skiljer sig från makro- och mikroobjekt. Om vi hittar ett sätt att proportionellt minska storleken på transistorer från den aktuella 45-65 nm till 10 nm, fungerar de helt enkelt inte, eftersom elektroner kommer att börja tunnla genom isoleringsskiktet. Och de anslutande ledningarna kommer att bli tunnare till en kedja av atomer, som leder strömmen annorlunda än de massiva proverna och kommer att börja spridas till sidorna på grund av termisk rörelse eller, omvänt, samlas i en hög och glömmer uppgiften att upprätthålla elektrisk kontakt.
Detsamma gäller mekaniska egenskaper. När storleken minskar ökar ytarean till volymförhållandet, och ju större ytan, desto större friktion. Nano-objekt håller sig bokstavligen på andra nano-objekt eller på ytor, som för dem, på grund av sin egen litenhet, verkar släta. Detta är ett användbart drag för en gekko som lätt går på en vertikal vägg, men extremt skadlig för alla enheter som behöver åka eller glida på en horisontell yta. För att helt enkelt flytta den från sin plats måste du spendera en oproportionerlig mängd energi.
Å andra sidan är trögheten liten, rörelsen stannar snabbt. Det är inte svårt att skapa en nanopendulum - att fästa en partikel av guld med några nanometer i diameter till en kol nanorör på 1 nm i diameter och 100 nm i längd och hängande upp den från en kiselplatta. Men denna pendel, om du svänger den i luften, kommer att stanna nästan omedelbart, eftersom även luft är ett betydande hinder för det.
Som de säger har Nanoobjects en hög vindkraft, och det är i allmänhet lätt att vilseleda dem. Många observerade troligen Brownsk rörelse i ett mikroskop - slumpmässigt kast av en liten fast partikel i vatten. Albert Einstein 1905 förklarade orsaken till detta fenomen: vattenmolekyler, som är i konstant termisk rörelse, träffar partikelns yta, och den okompenserade kraften från påverkan från olika sidor leder till att partikeln får fart i en eller annan riktning. Om en partikel med en storlek på 1 mikron avkänner påverkan av små molekylers påverkan och förändrar rörelseriktningen, vad kan vi säga om en partikel på 10 nm, som väger en miljon gånger mindre och förhållandet mellan vikt och ytarea är 100 gånger mindre.
I vetenskaplig och populärvetenskaplig litteratur, särskilt i medierpublikationer, finns dock konstant beskrivningar av nanokopi av olika mekaniska delar, växlar, skiftnycklar, hjul, axlar och till och med växellådor. Det antas att de kommer att användas för att skapa fungerande modeller av nanomachiner och andra enheter. Ta inte dessa verk med onödigt allvar, fördöma, undra eller beundra. "Jag är personligen övertygad om att vi fysiker kunde lösa sådana problem bara för skojs skull eller skoj", sa Richard Feynman. Fysiker skämt …
I själva verket är de helt medvetna om att för att skapa nanomekaniska eller nanoelektromekaniska enheter är det nödvändigt att använda designmetoder som skiljer sig från makro- och mikroanaloger. Och här, till en början, behöver du inte ens uppfinna någonting, eftersom över miljarder år av evolution har naturen skapat så många olika molekylära maskiner att tio år inte räcker för att vi alla ska förstå, kopiera, anpassa oss efter våra behov och försöka förbättra något.
Det mest kända exemplet på en naturlig molekylär motor är den så kallade bakteriella flagellära motoren. Andra biologiska maskiner tillhandahåller muskelkontraktion, hjärtslag, transport av näringsämnen och jontransport över cellmembranet. Effektiviteten hos molekylära maskiner som omvandlar kemisk energi till mekaniskt arbete är i många fall nära 100%. Samtidigt är de extremt ekonomiska, till exempel spenderas mindre än 1% av cellens energiresurser på drift av elektriska motorer som säkerställer bakteriernas rörelse.
Det verkar för mig att den beskrivna biomimetiska metoden (från de latinska orden "bios" - liv och "mimetis" - imitation) är det mest realistiska sättet att skapa nanomekaniska apparater och ett av de områden där samarbete mellan fysiker och biologer inom nanoteknologin kan ge konkreta resultat.
Nanorobot-myten
Anta att vi har skapat en skiss av en nanodel på papper eller på en datorskärm. Hur samlar jag in det, och helst inte i en kopia? Du kan, efter Feynman, skapa "små maskiner som kontinuerligt borrar hål, stämpeldelar, etc." och miniatyrmanipulatorer för montering av den färdiga produkten. Dessa manipulatorer måste kontrolleras av en person, det vill säga att de måste ha någon form av makroskopisk utrustning, eller åtminstone agera enligt ett program som ges av en person. Dessutom är det nödvändigt att på något sätt observera hela processen, till exempel med hjälp av ett elektronmikroskop, som också har makrodimensioner.
En alternativ idé lades fram 1986 av den amerikanska ingenjören Eric Drexler i den futurologiska bästsäljaren "Machines of Creation". Efter att ha vuxit upp, liksom alla människor i sin generation, på Isaac Asimovs böcker, föreslog han att använda mekaniska maskiner med lämpliga (100-200 nm) storlekar - nanorobots för produktion av nanodelar. Det handlade inte längre om borrning och stansning, dessa robotar var tvungna att sätta ihop en enhet direkt från atomer, så de kallades montörer - monterare. Men tillvägagångssättet förblev rent mekaniskt: monteraren var utrustad med manipulatorer med flera tiotals nanometer i längd, en motor för att flytta manipulatorerna och roboten själv, inklusive de tidigare nämnda växellådorna och växellådorna, samt en autonom kraftkälla. Det visade sig att nanoroboten borde bestå av flera tiotusentals delar,och varje detalj består av ett eller två hundra atomer.
Problemet med att visualisera atomer och molekyler försvann på något sätt omöjligt, det verkade ganska naturligt att en nanorobot som arbetar med föremål av jämförbar storlek "ser" dem när en person ser en spik och en hammare som han hammar denna spik i en vägg.
Den viktigaste enheten i nanobot var naturligtvis omborddatorn, som kontrollerade driften av alla mekanismer, bestämde vilken atom eller vilken molekyl som skulle fångas av manipulatorn och var de skulle placeras i den framtida enheten. Den linjära dimensionen på denna dator borde inte ha överskridit 40-50 nm - det är exakt storleken på en transistor som uppnåtts med vår tids industriella teknik, 25 år efter att Drexler skrev sin bok "Creation Machines".
Men Drexler riktade också sin bok till framtiden, till den avlägsna framtiden. Vid tidpunkten för detta skrivande har forskare ännu inte bekräftat den grundläggande möjligheten att manipulera enskilda atomer, för att inte tala om sammansättningen av åtminstone vissa strukturer från dem. Detta hände bara fyra år senare. Enheten som användes för detta första gången och fortfarande används idag - tunnelmikroskopet - har ganska konkreta dimensioner, tiotals centimeter i varje dimension och styrs av en person som använder en kraftfull dator med miljarder transistorer.
Drömtanken om att nanoroboter skulle montera material och enheter från enskilda atomer var så vacker och lockande att denna upptäckt bara gjorde den övertygande. Mindre än några år senare trodde USA: s senatorer, journalister som var långt ifrån vetenskap, på det och med deras underkastelse - allmänheten och, ganska förvånande, författaren själv, som fortsatte att försvara den även när det på ett begripligt sätt förklarades för honom att idén i princip var orealiserbar. … Det finns många argument mot sådana mekaniska apparater, vi kommer bara att citera det enklaste som framförts av Richard Smalley: en manipulator som "fångade" en atom kommer att ansluta till den för alltid på grund av kemisk interaktion. Smalley var en nobelpristagare inom kemi, vilket måste ha varit fallet.
Men idén fortsatte att leva sitt eget liv och har överlevt till denna dag och blivit märkbart mer komplicerad och kompletterad med olika applikationer.
Myten om medicinska nanoroboter
Den mest populära myten är att det finns miljontals nanoroboter som kommer att spruta våra kroppar, diagnostisera tillståndet i olika celler och vävnader, reparera nedbrytningar med en nanoskalpel, dissekera och demontera cancerceller, bygga upp benvävnad genom att montera atomer, skrapa kolesterolplack med en nanoscoop och i hjärnan selektivt bryta synapser ansvariga för obehagliga minnen. Och rapportera också om arbetet genom att skicka meddelanden som:”Alex till Eustace. Avslöjd skada på mitralventilen. Brottet eliminerades. " Det är det sistnämnda som orsakar allvarlig allmänhetens oro, eftersom detta är avslöjandet av privat information - ett nanorobots meddelande kan tas emot och dekrypteras inte bara av en läkare utan också av utomstående. Denna oro bekräftaratt människor i allt annat tror ovillkorligt. Liksom i nanorobots-spioner, i "smart damm", som kommer att tränga in i våra lägenheter, se på oss, lyssna på våra samtal och, igen, sända det mottagna video- och ljudmaterialet via en nano-sändare med en nanoantenna. Eller till mördare nanobots som drabbar människor och teknik med nanoskaper, kanske till och med nukleära.
Det mest fantastiska är att nästan allt som beskrivs kan skapas (och något har redan skapats). Och invasiva diagnostiska system som rapporterar kroppens tillstånd, och läkemedel som verkar på vissa celler, och system som rensar våra kärl från aterosklerotiska plack, och benväxt, och radering av minnen, och osynliga fjärrspårningssystem, och "smart damm".
Men alla dessa system för nuet och framtiden har inte och kommer inte att ha något att göra med mekaniska nanoroboter i Drexlers anda, med undantag för storlek. De skapas gemensamt av fysiker, kemister och biologer, forskare som arbetar inom syntetvetenskap som kallas nanoteknologi.
Myten om den fysiska metoden för att syntetisera ämnen
I sin föreläsning förrådde Richard Feynman omedvetet fysikernas hemliga eviga dröm:
"Och slutligen, genom att tänka i denna riktning (möjligheten att manipulera atomer. - GE), kommer vi till problemen med kemisk syntes. Kemister kommer till oss, fysiker, med specifika order: "Lyssna, vän, kommer du inte att skapa en molekyl med en sådan och sådan distribution av atomer?" Kemister själva använder komplexa och till och med mystiska operationer och tekniker för att framställa molekyler. För att syntetisera den avsedda molekylen måste de vanligtvis blanda, skaka och bearbeta olika ämnen under ganska lång tid. Så snart fysiker skapar en anordning som kan arbeta med enskilda atomer, kommer all denna aktivitet att bli onödig … Kemister kommer att beställa syntes och fysiker kommer helt enkelt att "sätta" atomer i rätt ordning."
Kemister syntetiserar inte en molekyl, kemister får ett ämne. Ämne, dess produktion och transformation är ett ämne för kemi, till denna dag mystisk för fysiker.
En molekyl är en grupp atomer, inte bara arrangerade i rätt ordning, utan också förbundna med kemiska bindningar. En transparent vätska, där det finns en syreatom för två väteatomer, kan vara vatten, eller det kan vara en blandning av flytande väte och syre (uppmärksamhet: blanda inte hemma!).
Anta att vi på något sätt lyckades sätta ihop ett gäng med åtta atomer - två kolatomer och sex väteatomer. För en fysiker kommer detta gäng förmodligen att vara en molekyl av etan C2H6, men en kemist kommer att påpeka åtminstone ytterligare två möjligheter att kombinera atomer.
Anta att vi vill få etan genom att samlas från atomer. Hur kan jag göra det? Var börjar du: flytta två kolatomer eller fästa en väteatom till en kolatom? En knepig fråga, även för författaren. Problemet är att forskare hittills har lärt sig att manipulera atomer, för det första, tunga och för det andra, inte så mycket reaktiva. Ganska komplexa strukturer är sammansatta av xenon, guld, järnatomer. Hur man hanterar de lätta och extremt aktiva vätgas-, kol-, kväve- och syreatomerna är inte helt tydligt. Så med den atomära sammansättningen av proteiner och nukleinsyror, som vissa författare talar om som en praktiskt löst materia, kommer att behöva vänta.
Det finns ytterligare en omständighet som väsentligt begränsar utsikterna för den "fysiska" syntesmetoden. Som redan nämnts syntetiserar kemister inte en molekyl utan får ett ämne. Ämnet består av ett stort antal molekyler. 1 ml vatten innehåller ~ 3x1022 vattenmolekyler. Låt oss ta ett mer bekant objekt för nanoteknologi - guld. En 1 cm3 kub med guld innehåller ~ 6x1022 guldatomer. Hur lång tid tar det att montera en sådan kub av atomer?
Fram till idag är arbetet med en atomkraft eller tunnelmikroskop besläktat med konst, det är inte utan anledning att det kräver en speciell och mycket bra utbildning. Manuellt arbete: krok atomen, dra den till rätt plats, utvärdera mellanresultatet. Ungefär lika snabbt som tegelverk. För att inte skrämma läsaren med otänkbara siffror, anta att vi har hittat ett sätt att på något sätt mekanisera och intensifiera processen och kan stapla en miljon atomer per sekund. I det här fallet kommer vi att spendera två miljarder år på att montera en kub på 1 cm3, ungefär samma som det tog naturen för att skapa hela den levande världen och oss själva som evolutionens krona genom försök och misstag.
Det är därför Feynman talade om miljoner "fabriker" utan att bedöma deras möjliga produktivitet. Det är därför som till och med en miljon nanoroboter som rycker in i oss inte kommer att lösa problemet, eftersom vi inte har tillräckligt med liv för att vänta på resultatet av deras arbete. Det är därför Richard Smalley uppmanade Eric Drexler att utesluta alla omnämnanden av "skapningsmaskiner" från offentligt talande, för att inte vilseleda allmänheten med denna anti-vetenskapliga nonsens.
Kan vi sätta stopp för denna metod för att få fram ämnen, material och enheter? Nej inte alls.
Först kan samma teknik användas för att manipulera väsentligt större byggstenar, såsom kolananorör, snarare än atomer. Detta eliminerar problemet med lätta och reaktiva atomer, och produktiviteten kommer automatiskt att öka med två till tre storleksordningar. Detta är naturligtvis fortfarande för lite för en verklig teknik, men med denna metod producerar forskare redan enstaka kopior av de enklaste nanoderna i laboratorierna.
För det andra kan många situationer föreställas när införandet av en atom, nanopartikel eller till och med bara den fysiska effekten av spetsen på ett tunnelmikroskop initierar processen för självorganisation, fysiska eller kemiska transformationer i mediet. Till exempel - en kedjereaktion av polymerisation i en tunn film av organiskt material, förändringar i kristallstrukturen hos en oorganisk substans eller konformationen av en biopolymer i en viss närhet av anslagspunkten. Ytscanning med hög precision och upprepad exponering gör det möjligt att skapa förlängda föremål som kännetecknas av en vanlig nanostruktur.
Och slutligen kan denna metod användas för att få unika prover - mallar för ytterligare spridning med andra metoder. Låt oss säga en hexagon tillverkad av metallatomer eller en enda molekyl. Men hur kan man multiplicera en enda molekyl? Det är omöjligt, säger du, att det här är någon slags vetenskaplig fantasi. Varför då? Naturen vet perfekt hur man skapar flera, absolut identiska kopior av både enskilda molekyler och hela organismer. Detta kallas vanligtvis kloning. Även människor som är långt ifrån vetenskap, men som åtminstone en gång har besökt ett modernt medicinskt diagnostiskt laboratorium, har hört talas om polymeraskedjereaktionen. Denna reaktion låter dig multiplicera ett enda fragment av DNA-molekylen, extraherad från biologiskt material eller syntetiserad konstgjord med kemiska medel. För att göra detta använder forskare "molekylära maskiner" skapade av naturen - proteiner och enzymer. Varför kan vi inte göra liknande maskiner som klonmolekyler andra än oligonukleotider?
Jag skulle våga att parafrasera Richard Feynman lite:”Principerna för kemi som vi känner till förbjuder inte kloning av enstaka molekyler. "Reproduktion" av molekyler enligt ett prov är ganska verkligt och bryter inte med några naturlagar.
Den grå goo-myten
Den grundläggande övervägningen av den extremt låga (i termer av massa) produktivitet för nanoroboter gick naturligtvis inte av Eric Drekeler. Det fanns andra problem i världen av "skapningsmaskiner" som vi, av brist på utrymme, inte diskuterade i detalj. Till exempel kvalitetskontroll, behärska frisläppandet av nya produkter och råvarukällor, var och hur atomer uppträder i "lagret". För att lösa dessa problem införde Drexler ytterligare två typer av enheter i konceptet.
Den första är demonterare, antipoder för samlare. Särskilt demonteraren måste studera strukturen för ett nytt objekt och skriva ner sin atomstruktur till minnet för nanokomputern. Inte en enhet utan en kemistdröm! Trots alla framsteg inom modern forskningsteknologi "ser" vi inte alla atomerna, till exempel i ett protein. Det är möjligt att fastställa den exakta strukturen för en molekyl endast om den tillsammans med miljoner andra liknande molekyler bildar en kristall. Sedan kan vi med hjälp av metoden för röntgenstrukturanalys bestämma den exakta upp till tusendels nanometern, platsen för alla atomer i rymden. Detta är en tidskrävande, mödosam procedur som kräver skrymmande och dyr utrustning.
Den andra typen av enhet är skaparen eller replikatorn. Deras viktigaste uppgifter är online-produktion av samlare och montering av liknande replikatorer, det vill säga reproduktion. Som de skapats av deras skapare är replikatorer mycket mer komplexa enheter än enkla sammansättare, de måste bestå av hundratals miljoner atomer (två ordningsföljder mindre än i en DNA-molekyl) och måste följaktligen ha en storlek på cirka 1000 nm. Om varaktigheten för deras replikering mäts i minuter, kommer de att multiplicera exponentiellt och de kommer att skapa biljoner replikatorer per dag, de kommer att producera fyrdubbla specialiserade monterare som kommer att börja montera makroobjekt, hus eller raketer.
Det är lätt att föreställa sig en situation då systemets funktion kommer att gå till ett produktionsläge för produktionsskull, den obegränsade ansamlingen av produktionsmedel - nanoroboterna själva, när all deras aktivitet reduceras till en ökning av deras egen befolkning. Sådant är upploppet av maskiner i nanoteknologins era. För sin egen konstruktion kan nanoroboter bara få atomer från miljön, så demonterare kommer att börja demontera i atomer allt som faller under deras ihärdiga manipulatorer. Som ett resultat, efter en tid, betyder allt, och vad som är mest stötande för oss, kommer biomassa att förvandlas till ett gäng nanoroboter, till "grå slem", som Eric Drexler bildligt kallade det.
Varje ny teknik genererar scenarier från världens oundvikliga slut på grund av dess implementering och distribution. Den grå goo-myten är endast historiskt det första sådana scenariot som är associerat med nanoteknologi. Men han är väldigt fantasifull, det är därför journalister och filmskapare älskar honom så mycket.
Lyckligtvis är ett sådant scenario inte möjligt. Om du trots allt ovanstående fortfarande tror på möjligheten att montera något viktigt från atomer, överväg två omständigheter. För det första saknar replikatorn som beskrivs av Drexler komplexiteten för att skapa liknande enheter. Hundra miljoner atomer räcker inte ens för att skapa en dator som styr monteringsprocessen, inte ens för minnet. Om vi antar det ouppnåliga - att varje atom innehåller en bit information, kommer volymen på detta minne att vara 12,5 megabyte, och det är för lite. För det andra kommer replikatorn att ha råvaruproblem. Elementkompositionen för elektromekaniska apparater skiljer sig grundläggande från miljöobjektets sammansättning och först av allt från biomassa. Hitta, utvinna och leverera atomer av nödvändiga element, som kräver en enorm investering av tid och energi,- det är det som kommer att bestämma reproduktionshastigheten. Om du projicerar situationen på en makrostorlek är detta detsamma som att montera ett maskinverktyg från material som måste hittas, bryts och sedan levereras från olika planeter i solsystemet. Brist på vitala resurser sätter en gräns för den obegränsade spridningen av alla befolkningar, mycket mer anpassade och perfekta än mytiska nanoroboter.
Slutsats
Listan över myter fortsätter. Myten om nanoteknologi som lokomotiv för ekonomin är värd en separat artikel. Tidigare i artikeln "Nanotechnology as a National Idea" (se "Chemistry and Life", 2008, N3), försökte vi fördriva myten om att det amerikanska National Nanotechnology Initiative är ett rent teknologiskt projekt.
Den kanoniska historien om nanoteknologi är också en myt, vars nyckelhändelse är uppfinningen av tunneln elektronmikroskop. Det senare är lätt att förklara. "Historia är skriven av vinnarna", och det globala projektet "Nanotechnology", som i stor utsträckning definierar modern vetenskapens ansikte (och finansiering), har trängt in i fysiker. Som vi alla, forskare som arbetar inom detta och relaterade områden, uttrycker vår oändliga tacksamhet till fysiker.
Myter har spelat en positiv roll, de har skapat entusiasm och väckt uppmärksamhet från den politiska och ekonomiska eliten såväl som allmänheten för nanoteknologi. Men i stadiet av praktisk implementering av nanoteknologi är det dags att glömma bort dessa myter och sluta upprepa dem från artikel till artikel, från bok till bok. Trots allt hindrar myter utveckling, sätter fel landmärken och mål, ger upphov till missförstånd och rädsla. Och slutligen är det nödvändigt att skriva en ny historia om nanoteknologi - en ny vetenskap från 2000-talet, ett naturvetenskapligt område som förenar fysik, kemi och biologi.
G. V. Erlikh, doktor i kemiska vetenskaper