Kaikenlainen ihmisen toiminta on kasvanut myyteillä. Nanoteknologia, aikamme tärkein tieteellinen ja teknologinen projekti, ei ole poikkeus. Lisäksi tässä myyttien teko koskettaa ydintä. Suurin osa ihmisistä, jopa tiedeyhteisöön kuuluvat, ovat vakuuttuneita siitä, että nanoteknologia on ensinnäkin atomien manipulointia ja esineiden rakentamista kokoamalla ne atomista. Tämä on tärkein myytti.
Tieteelliset myytit ovat kaksitahoisia. Joitakin niistä tuottaa luontotietomme puutteellisuus tai tiedon puute. Toiset luodaan tarkoituksellisesti tiettyyn tarkoitukseen. Nanoteknologian tapauksessa meillä on toinen vaihtoehto. Tämän myytin ja siitä seuraavien seurausten ansiosta oli mahdollista kiinnittää vallanpitäjien huomio ja nopeuttaa dramaattisesti nanoteknologiaprojektin käynnistämistä lisäämällä investointeja autokatalyyttisesti. Pohjimmiltaan se oli vähän huijausta, melko hyväksyttävää pelisäännöissä korkeimmalla tasolla. Myytillä oli myönteinen rooli prosessin aloittajana ja unohdettiin onnellisena itse tekniikan suhteen.
Mutta myytteillä on hämmästyttävä ominaisuus: syntyessään he alkavat elää omaa elämäänsä osoittaen samalla uskomattoman elinvoiman ja pitkäikäisyyden. Ne ovat niin tiukasti juurtuneet ihmisten mieliin, että ne vaikuttavat todellisuuden havaintoon. Oikeat nanoteknologiset prosessit, sekä ulkomaiset että Rusnano-projektit, ovat pohjimmiltaan ristiriidassa myytin kanssa, joka aiheuttaa päähänsä sekaannusta (suurin osa ihmisistä ei vieläkään ymmärrä mitä nanoteknologia on), hylkäämistä (nämä eivät ole todellisia nanoteknologioita!) Ja jopa nanoteknologian kieltämistä sellaisenaan.
Päämyytin lisäksi nanoteknologian historia paljastaa meille useita siihen liittyviä myyttejä, jotka stimuloivat väestön eri ryhmiä ja aiheuttavat toisissa perusteettomia toiveita ja toisissa paniikkia.
Perustava isämytti
Kaikkein vaarattomin myyttijonosta on kvanttikenttiteorian ja hiukkasfysiikan asiantuntijan Richard Feynmanin määräys nanoteknologian perustajana. Tämä myytti syntyi vuonna 1992, kun nanoteknologian profeetta Eric Drexler puhui senaatin komitealle kuulemistilaisuudessa aiheesta "Uudet tekniikat kestävään kehitykseen". Saadakseen läpi keksintönsä nanoteknologiaprojektista, Drexler viittasi fysiikan Nobel-palkinnon saajan lausuntoon, joka senaattorien silmissä oli horjumaton auktoriteetti.
Valitettavasti Feynman kuoli vuonna 1988 eikä siksi voinut vahvistaa eikä kiistää tätä lausuntoa. Mutta jos hän kuulee sen, todennäköisesti hän nauraa iloisesti. Hän ei ollut vain erinomainen fyysikko, vaan myös kuuluisa jokeri. Ei ihme, että hänen omaelämäkerransa kirjoitti otsikon: "Tietenkin teet tosissasi, herra Feynman!" Vastaavasti Feynmanin juhlittu puhe American Physics Society -yhtiön uudenvuodenaattona Kalifornian tekniikan instituutissa hyväksyttiin. Yhden kokouksen osanottajan, amerikkalaisen fyysikon Paul Schlicktin muistelujen mukaan:”Yleisön reaktiota voidaan yleisesti kutsua iloiseksi. Useimmat ajattelivat, että puhuja soitti typerää."
Mainosvideo:
Mutta sanat: "Tunnetut fysiikan periaatteet eivät estä esineiden" atomilla atomien "luomista. Atomien manipulointi on melko todellista eikä riko mitään luonnonlakia”, he sanoivat, että tämä on tosiasia. Loppuosa oli keinottelua miniatyrisoinnista yhdessä futurologisten ennusteiden kanssa. Neljäsosaa myöhemmin eräät Feynmanin ideoista oli”luovasti” kehittänyt Eric Drexler ja ne johtivat nanoteknologian päämyyteihin. Lisäksi palaamme usein tähän puheeseen muistuttaaksemme sitä, mitä Feynman todella sanoi, ja samalla nauttimaan suuren tiedemiehen muotoilun selkeydestä ja kuvasta.
Jättömän tekniikan myytti
Kun luot objektiatomia atomilla, käytämme tietysti jätteetöntä tekniikkaa. Sanaa "ilmeisesti" käytetään täällä alkeellisimmassa merkityksessä - kun ihmiset, pääasiassa virkamiehet, katsovat kuvia, jotka kuvaavat atomien manipulointiprosessia, he eivät näe jätteitä, tupakointiputkia, jotka pilaavat ilmakehää, ja teollisuusjätevesiä, jotka pilaavat vesistöjä. … Oletuksena on selvää, että melkein painoton atomin vetäminen muutaman nanometrin päässä toisistaan vaatii pienen määrän energiaa. Yleisesti ottaen ihanteellinen tekniikka "kestävään kehitykseen" - käsite, joka oli erittäin suosittu viime vuosisadan 90-luvulla.
Kysymys siitä, mistä atomien kokoonpanot ovat peräisin, on melkein vääriä. Luonnollisesti varastosta, josta ne todennäköisesti toimitetaan ympäristöystävällisillä sähköautoilla. Suurimmalla osalla väestöä ei ole aavistustakaan mistä se tulee. Esimerkiksi materiaalit, joista valmistetaan erilaisia teollisuustuotteita, joita kulutamme yhä enemmän. Näiden tuotteiden yhteys kemianteollisuuteen ei ole näkyvissä. Kemia tieteenä on tylsää eikä ole kovin välttämätöntä, ja kemianteollisuus, joka on varmasti haitallista ympäristölle, on suljettava.
Kemianteollisuus on enemmistön mielestä luonnonvarojen saalistushukka, joka käyttää prosesseissaan öljyä, kaasua, malmeja ja mineraaleja. Ja uuteen tekniikkaan, kuten sen jäsenet ajattelevat, tarvitaan vain atomeja: varaston tässä osassa varastoimme kultaatomeja, seuraavassa - rautaatomeja, sitten natriumatomeja, klooriatomeja … Yleensä koko Mendeleevin jaksollinen taulukko. Meidän on pakko pettyä tämän idyllisen kuvan kirjoittajiin: itse atomit, inerttien kaasujen atomeja lukuun ottamatta, ovat vain tyhjiössä. Kaikissa muissa olosuhteissa ne ovat vuorovaikutuksessa omien lajiensa tai muiden atomiensa kanssa kemiallisessa vuorovaikutuksessa kemiallisten yhdisteiden muodostumisen kanssa. Tämä on asioiden luonnetta, eikä siihen voida tehdä mitään.
Mikä tahansa tekniikka vaatii joitain mukautuksia, tuotantokeinoja, jotka myös välittävät apologien huomion esineiden kokoamisessa atomista. Toisinaan päinvastoin, he houkuttelevat huomionsa ja ravistelevat niitä ytimeen. Tunneli- ja voimamikroskoopit ovat todellakin kauniita laitteita, näkyvä todiste ihmismielen voimasta. Ja yleensä laboratoriot, joissa atomien manipulointi on kuva tulevaisuuden tekniikoista Alvin Tofflerin "Kolmannen aallon" hengessä: ns. Puhtaat huoneet, joissa on ilmastointi ja erityinen ilmanpuhdistus, laitteet, jotka jättävät pienimmän tärinän, toimija erityisvaatteissa, joilla on yliopistotutkinto tasku.
Kerätäänkö kaikki tämä myös atomista ilman jätettä? Sisältää myös perustukset, seinät ja katot? Uskomme, että edes kaikkein innokkaimmat tämän tekniikan kannattajat eivät uskalla vastata tähän kysymykseen myöntävästi.
Ihmiskunta luo joskus jätteettömiä, ympäristöystävällisiä tekniikoita, mutta ne perustuvat erilaisiin periaatteisiin tai täysin erilaiseen tekniikkaan.
Nanosine myytti
Itse asiassa alun perin kyse oli erilaisesta tekniikasta. Ajatus siitä, että nanomittakaavassa on oltava sopivan kokoinen manipulaattori, on ilmeinen. Näin Richard Feynman näki tämän idean toteutumisen:
Oletetaan, että tein sarjan kymmenestä manipulaattorivarresta, väheni ne neljä kertaa ja liitin ne johdoilla alkuperäisiin ohjausvipuihin, jotta nämä varret toistavat samanaikaisesti ja tarkasti liikkeet. Sitten valmistan uudelleen kymmenen neljäsosan kokoista käsivarret. Luonnollisesti kymmenen ensimmäistä manipulaattoria tuottaa 10x10 = 100 manipulaattoria, mutta vähennettynä kertoimella 16 …
Mikään ei estä meitä jatkamasta tätä prosessia ja luomasta niin paljon pieniä koneita kuin haluamme, koska tällä tuotannolla ei ole rajoituksia, jotka liittyvät koneiden sijoittamiseen ja niiden materiaalinkulutukseen … On selvää, että tämä poistaa välittömästi materiaalikustannusten ongelman. Periaatteessa voisimme järjestää miljoonia identtisiä pientehtaita, joissa pienet koneet poisivat jatkuvasti reikiä, leimaisivat osia jne."
Tämä lähestymistapa on suoraviivainen ajatus pienoislaitteiden luomisesta. Se, vaikkakin monilla rajoituksilla, toimii mikrotasolla, kuten ns. Mikroelektromekaaniset laitteet osoittavat. Niitä käytetään järjestelmissä, joiden avulla turvatyynyt voidaan sijoittaa autoihin onnettomuustapauksissa, laser- ja mustesuihkutulostimissa, paineanturissa, kotimaisissa ilmastointilaitteissa ja polttoainetason osoittimissa kaasusäiliössä, tahdistimissa ja pelikonsolien ohjaussauvoissa. Kun katsomme niitä mikroskoopin alla, näemme meille tutut hammaspyörät ja akselit, sylinterit ja männät, jouset ja venttiilit, peilit ja mikropiirit.
Mutta nanobjektiilla on erilaisia ominaisuuksia kuin makro- ja mikroobjekteilla. Jos löydämme tavan vähentää transistorien kokoa suhteellisesti nykyisestä 45-65 nm: stä 10 nm: ään, niin ne eivät yksinkertaisesti toimi, koska elektronit alkavat tunneloida eristyskerroksen läpi. Ja kytkentäjohdoista tulee ohuempia atomiketjuiksi, jotka johtavat virtaa eri tavalla kuin massiiviset näytteet, ja alkavat sirotella sivuille lämpöliikkeen takia, tai päinvastoin, kerääntyvät joukkoon unohtaen tehtävän ylläpitää sähkökosketusta.
Sama pätee mekaanisiin ominaisuuksiin. Kun koko pienenee, pinta-alan ja tilavuuden suhde kasvaa, ja mitä suurempi pinta, sitä suurempi kitka. Nano-esineet tarttuvat kirjaimellisesti muihin nano-esineisiin tai pintoihin, jotka näyttävät heidän oman pienyytensä vuoksi sileiltä. Tämä on hyödyllinen ominaisuus geckolle, joka kävelee helposti pystysuunnassa seinällä, mutta on erittäin vahingollista jokaiselle laitteelle, joka tarvitsee ajaa tai liukua vaakatasossa. Jotta voit siirtää sen vain paikastaan, joudut kuluttamaan suhteettoman määrän energiaa.
Toisaalta hitaus on pieni, liike pysähtyy nopeasti. Nanopendulumin tekeminen ei ole vaikeaa - kiinnittää halkaisijaltaan muutama nanometrinen kultapartikkeli halkaisijaltaan 1 nm ja pituudeltaan 100 nm olevaan hiilinanoputkeen ja suspendoida se piilevyyn. Mutta tämä heiluri, jos se kääntyy ilmaan, pysähtyy melkein heti, koska jopa ilma on merkittävä este sille.
Nanoobjektioilla, kuten sanotaan, on suuri vino, ja niitä on yleensä helppo johtaa harhaan. Monet luultavasti havaitsivat Brownin liikkeen mikroskoopilla - pienen kiinteän hiukkasen satunnaista heittämistä veteen. Albert Einstein selitti vuonna 1905 tämän ilmiön syyn: Jatkuvassa lämpöliikkeessä olevat vesimolekyylit osuvat hiukkasen pintaan, ja kompensoimaton iskujen voima eri puolilta johtaa hiukkasten vauhtiin toiseen suuntaan. Jos 1 mikronin kokoinen hiukkanen tunnistaa pienten molekyylien iskuvoiman ja muuttaa liikesuuntaa, niin mitä voimme sanoa 10 nm hiukkasesta, joka painaa miljoona kertaa vähemmän ja jonka painosuhde pinta-alaan on 100 kertaa pienempi.
Siitä huolimatta tieteellisessä ja populaaritieteellisessä kirjallisuudessa, etenkin mediajulkaisuissa, löytyy jatkuvasti kuvauksia erilaisten mekaanisten osien, hammaspyörien, jakoavaimien, pyörien, akseleiden ja jopa vaihdelaatikoiden nanokopioista. Oletetaan, että niitä käytetään luomaan toimivia malleja nanorakenteisiin ja muihin laitteisiin. Älä ota näitä teoksia kohtuuttoman vakavasti tuomitsemalla, ihmettelemällä tai ihaillessasi. "Olen henkilökohtaisesti vakuuttunut siitä, että me fyysikot pystyisimme ratkaisemaan tällaiset ongelmat vain hauskanpitoon tai hauskanpitoon", sanoi Richard Feynman. Fyysikot vitsi …
Itse asiassa he ovat täysin tietoisia siitä, että nanomekaanisten tai nanoelektromekaanisten laitteiden luomiseksi on käytettävä suunnittelutapoja, jotka eroavat makro- ja mikroanalogeista. Ja täällä, sinun ei ensin tarvitse edes keksiä mitään, koska miljardien vuosien evoluution aikana luonto on luonut niin monia erilaisia molekyylikoneita, että kymmenen vuotta ei riitä, että me kaikki ymmärrämme, kopioimme, sopeutamme tarpeidemme mukaan ja yritämme parantaa jotain.
Tunnetuin esimerkki luonnollisesta molekyylimoottorista on ns. Bakteeripelkistysmoottori. Muut biologiset koneet tarjoavat lihaksen supistumisen, sydämen sykkeen, ravintoaineiden kuljetuksen ja ionien kuljetuksen solukalvon läpi. Kemiallista energiaa mekaaniseksi työksi muuttavien molekyylikoneiden hyötysuhde on monissa tapauksissa lähes 100%. Samanaikaisesti ne ovat erittäin taloudellisia, esimerkiksi alle 1% solun energiavaroista kuluu sähkömoottoreiden toimintaan, jotka varmistavat bakteerien liikkumisen.
Minusta vaikuttaa siltä, että kuvattu biomimeettinen lähestymistapa (latinalaisista sanoista "bios" - elämä ja "mimetis" - jäljitelmä) on realistisin tapa luoda nanomekaanisia laitteita ja yksi niistä alueista, joilla fyysikkojen ja biologien yhteistyö nanoteknologian alalla voi tuoda konkreettisia tuloksia.
Nanorobotin myytti
Oletetaan, että olemme luoneet luonnoksen nanolaitteesta paperille tai tietokoneen näytölle. Kuinka kerätä se, mieluiten ei yhtenä kappaleena? Voit Feynmanin seurauksena luoda "pieniä koneita, jotka poraavat jatkuvasti reikiä, leimaa osia jne." ja pienoismanipulaattorit lopputuotteen kokoamiseksi. Näiden manipulaattoreiden on oltava henkilön hallitsemia, ts. Heillä on oltava jonkinlainen makroskooppinen laite tai ainakin heidän on toimittava henkilön antaman ohjelman mukaisesti. Lisäksi koko prosessia on tarpeen jollain tavoin tarkkailla, esimerkiksi käyttämällä elektronimikroskooppia, jolla on myös makromitat.
Amerikkalainen insinööri Eric Drexler esitti vuonna 1986 vaihtoehtoisen idean futurologisessa bestsellerin "Creation Machines" -teoksessa. Kasvanut, kuten kaikki hänen sukupolvensa ihmiset, Isaac Asimovin kirjoihin, hän ehdotti sopivien (100-200 nm) kokoisten mekaanisten koneiden käyttöä - nanorobotteja nanolaitteiden tuotantoon. Ei enää ollut kysymys poraamisesta ja lävistyksestä, näiden robotien piti koota laite suoraan atomista, joten niitä kutsuttiin kokoonpanijoiksi. Mutta lähestymistapa pysyi puhtaasti mekaanisena: kokoonpanija oli varustettu useiden kymmenien nanometrien pituisilla manipulaattoreilla, manipulaattoreiden siirtämiseen tarkoitetulla moottorilla ja itse robotilla, mukaan lukien aiemmin mainitut vaihdelaatikot ja voimansiirrot, sekä autonomisella virtalähteellä. Kävi ilmi, että nanorobotin tulisi koostua useista kymmenistä tuhansista osista,ja jokainen yksityiskohta koostuu yhdestä tai kahdesta sadasta atomista.
Atomien ja molekyylien visualisointiongelma katosi jotenkin käsittämättömästi, näytti melko luonnolliselta, että vertailukelpoisilla kohteilla toimiva nanorobotti “näkee” ne, kun henkilö näkee kynsin ja vasaran, jolla hän vasaraa tämän kynnen seinään.
Nanorobotin tärkein yksikkö oli tietysti ajoneuvotietokone, joka kontrolloi kaikkien mekanismien toimintaa, määritteli, minkä atomin tai minkä molekyylin manipulaattorin tulisi vangita ja mihin ne sijoitetaan tulevaisuuden laitteeseen. Tämän tietokoneen lineaaristen mittojen ei pitänyt ylittää 40-50 nm - tämä on tarkalleen yhden transistorin koko, joka saavutettiin aikamme teollisuustekniikalla, 25 vuotta sen jälkeen, kun Drexler kirjoitti kirjaansa "Creation Machines".
Mutta Drexler osoitti kirjansa myös tulevaisuuteen, kaukaiseen tulevaisuuteen. Tätä kirjoitettaessa tiedemiehet eivät ole vielä vahvistaneet edes perustavaa laatua olevaa mahdollisuutta manipuloida yksittäisiä atomeja, puhumattakaan ainakin joidenkin rakenteiden kokoamisesta niistä. Tämä tapahtui vasta neljä vuotta myöhemmin. Laitteella, jota käytettiin tähän ensimmäistä kertaa ja jota käytetään edelleenkin, - tunnelimikroskoopilla - on melko konkreettiset mitat, kymmeniä senttimetrejä jokaisessa ulottuvuudessa, ja sitä hallitsee henkilö, joka käyttää tehokasta tietokonetta, jossa on miljardeja transistoreita.
Unelmaidea nanorobotista koota materiaaleja ja laitteita yksittäisistä atomeista oli niin kaunis ja houkutteleva, että tämä löytö teki siitä vain vakuuttavan. Vähemmän kuin muutamaa vuotta myöhemmin Yhdysvaltojen senaattorit, tieteestä kaukaiset toimittajat, uskoivat siihen ja heidän esittämisensä kanssa - yleisö ja melko yllättävän itse kirjoittaja, joka jatkoi puolustamistaan, vaikka hänelle selitettiin selvästi, että ajatus oli periaatteessa mahdoton toteuttaa. … Tällaisia mekaanisia laitteita vastaan on monia perusteita, lainaamme vain Richard Smalleyn esittämää yksinkertaista: manipulaattori, joka "vangitsi" atomin, yhdistyy siihen ikuisesti kemiallisen vuorovaikutuksen takia. Smalley oli kemian Nobel-palkinnon saaja, mitä täytyi olla niin.
Mutta idea jatkoi omaa elämäänsä ja on säilynyt tähän päivään mennessä, siitä on tullut huomattavasti monimutkaisempaa ja täydennettynä useilla sovelluksilla.
Myytti lääketieteellisistä nanoroboteista
Suosituin myytti on, että on miljoonia nanorobotteja, jotka indeksoivat kehomme, diagnosoivat erilaisten solujen ja kudosten tilan, korjaavat rikkoutumiset nanoskalpelin avulla, leikkaavat ja purkavat syöpäsolut, rakentavat luukudosta kokoamalla atomeja, kaappaavat kolesterolilevyjä nanoskopilla ja aivoissa selektiivisesti katkaista synapsit, jotka ovat vastuussa epämiellyttävistä muistoista. Ja myös raportti tehdystä työstä lähettämällä viestejä kuten: “Alex Eustacelle. Paljastunut mitraaliventtiilin vaurioita. Rikkoutuminen poistettiin. " Viimeksi mainittu aiheuttaa vakavaa julkista huolenaihetta, koska kyse on yksityisen tiedon paljastumisesta - paitsi lääkäri, myös ulkopuoliset, voivat vastaanottaa ja purkaa nanorobotin viestin. Tämä huolenaihe vahvistaaettä kaikkeen muuhun ihmiset uskovat ehdoitta. Kuten nanorobot-vakoojissa, niin "älykkäässä pölyssä", joka tunkeutuu asuntoihimme, tarkkaile meitä, kuuntelee keskusteluitamme ja jälleen lähettää vastaanotetut video- ja äänimateriaalit nanolähettimen ja nanoantennin välityksellä. Tai tappaviin nanobotteihin, jotka lyövät ihmisiä ja tekniikkaa nanomaisemilla, ehkä jopa ydinvoimaloilla.
Upein asia on, että melkein kaikki kuvattu voidaan luoda (ja jotain on jo luotu). Ja invasiiviset diagnoosijärjestelmät, jotka raportoivat kehon tilasta, ja lääkkeet, jotka vaikuttavat tiettyihin soluihin, sekä järjestelmät, jotka puhdistavat aluksemme ateroskleroottisista plakeista ja luun kasvusta, muistojen poistamisesta, ja näkymättömät etäseurantajärjestelmät ja "älykäs pöly".
Kaikilla näillä nykyisen ja tulevaisuuden järjestelmillä ei kuitenkaan ole eikä tule olemaan mitään tekemistä mekaanisten nanorobotien kanssa Drexlerin hengessä, kokoa lukuun ottamatta. Niitä luovat fyysikot, kemistit ja biologit, nanoteknologian nimeltä synteettisen tieteen alalla työskentelevät tutkijat.
Myytti aineiden synteesin fyysisestä menetelmästä
Richard Feynman petti luennossaan tahattomasti fyysikkojen salaa ikuista unelmaa:
”Ja lopuksi, ajattelemalla tähän suuntaan (mahdollisuus manipuloida atomeja. - GE), tulemme kemiallisen synteesin ongelmiin. Kemistit tulevat meille, fyysikot, erityisillä käskyillä: "Kuuntele, ystävä, etkö tee molekyyliä sellaisella ja sellaisella atomien jakautumisella?" Kemistit itse käyttävät monimutkaisia ja jopa salaperäisiä toimenpiteitä ja tekniikoita molekyylien valmistamiseksi. Yleensä suunnitellun molekyylin syntetisoimiseksi niiden on sekoitettava, ravistettava ja prosessoitava erilaisia aineita melko pitkään. Heti kun fyysikot luovat laitteen, joka pystyy toimimaan yksittäisten atomien kanssa, kaikesta tästä toiminnasta tulee tarpeetonta … Kemistit tilaavat synteesi ja fyysikot yksinkertaisesti "laittavat" atomit oikeaan järjestykseen."
Kemistit eivät syntetisoida molekyyliä, kemistit saavat aineen. Aine, sen valmistus ja muutos ovat kemiallisia aiheita, jotka ovat tänäkin päivänä salaperäisiä fyysikoille.
Molekyyli on atomiryhmä, joka ei ole vain järjestetty oikeassa järjestyksessä, vaan myös kytketty kemiallisilla sidoksilla. Läpinäkyvä neste, jossa on yksi happiatomi kahdelle vetyatomille, voi olla vesi tai se voi olla nestemäisen vedyn ja hapen seos (huomio: älä sekoita kotona!).
Oletetaan, että onnistuimme jotenkin laittamaan yhteen joukon kahdeksan atomia - kaksi hiiliatomia ja kuusi vetyatomia. Fyysikolle tämä joukko on todennäköisesti etaani C2H6-molekyyli, mutta kemisti huomauttaa vielä ainakin kaksi muuta mahdollisuutta yhdistää atomeja.
Oletetaan, että haluamme saada etaania kokoontuessaan atomista. Miten voin tehdä sen? Mistä aloitat: siirrät kaksi hiiliatomia tai kiinnität vetyatomin hiiliatomiin? Hankala kysymys, myös kirjoittajalle. Ongelmana on, että tutkijat ovat toistaiseksi oppineet manipuloimaan atomeja, ensinnäkin, raskaita ja toiseksi, eivät kovin reaktiivisia. Melko monimutkaiset rakenteet on koottu ksenonista, kullasta, raudan atomeista. Kuinka käsitellä kevyitä ja erittäin aktiivisia vety-, hiili-, typpi- ja happiatomeja, ei ole täysin selvää. Joten proteiinien ja nukleiinihappojen atomikokoonpanon kanssa, josta jotkut kirjoittajat puhuvat käytännöllisesti ratkaistavana asiana, täytyy odottaa.
On vielä yksi seikka, joka rajoittaa merkittävästi "fysikaalisen" synteesimenetelmän mahdollisuuksia. Kuten jo mainittiin, kemistit eivät syntetisoida molekyyliä, vaan saavat aineen. Aine koostuu valtavasta määrästä molekyylejä. 1 ml vettä sisältää ~ 3x1022 vesimolekyylejä. Otetaanpa tutumpi esine nanoteknologiaan - kulta. 1 cm3 kuutio kultaa sisältää ~ 6x1022 kulta-atomia. Kuinka kauan kestää tällaisen atomikuution kokoaminen?
Tähän päivään asti atomivoimilla tai tunnelimikroskoopeilla työskentely muistuttaa taidetta, eikä se ilman syytä vaadi erityistä ja erittäin hyvää koulutusta. Manuaalinen työ: koukku atomi, vedä se oikeaan paikkaan, arvioi välitulos. Noin yhtä nopeasti kuin tiilet. Oletetaan, että olemme löytäneet tavan mekanisoida ja tehostaa prosessia lukijamme käsittämättömillä numeroilla, jotta voimme pinota miljoona atomia sekunnissa. Tässä tapauksessa vietämme kaksi miljardia vuotta 1 cm3: n kuution kokoamiseen, suunnilleen samalla tavalla kuin koko luonnollisen maailman luominen ja itsemme luominen evoluution kruunuksi kokeilun ja virheen avulla.
Siksi Feynman puhui miljoonista "tehtaista" arvioimatta kuitenkaan niiden mahdollista tuottavuutta. Siksi edes miljoona sisällämme rapistuvaa nanorobotia ei ratkaise ongelmaa, koska meillä ei ole tarpeeksi elämää odottaa heidän työnsä tulosta. Siksi Richard Smalley kehotti Eric Drexleriä sulkemaan pois kaikki "luomiskoneiden" maininnat julkisesta puhumisesta, jotta yleisöä ei johdeta harhaan tällä epä tieteellisellä hölynpölyllä.
Joten voimmeko lopettaa tämän menetelmän aineiden, materiaalien ja laitteiden hankkimiseksi? Ei, ei ollenkaan.
Ensinnäkin, samaa tekniikkaa voidaan käyttää huomattavasti suurempien rakennuspalikoiden, kuten hiilinanoputkien, käsittelemiseen atomien sijasta. Tämä eliminoi kevyiden ja reaktiivisten atomien ongelman, ja tuottavuus kasvaa automaattisesti kahdesta kolmeen suuruusluokkaa. Tämä on tietysti vielä liian vähän todelliselle tekniikalle, mutta tällä menetelmällä tutkijat tuottavat jo yksittäisiä kopioita yksinkertaisimmista nanolaitteista laboratorioissa.
Toiseksi, monia tilanteita voidaan kuvitella, kun atomin, nanohiukkasten tuominen tai jopa vain tunnelimikroskoopin kärjen fyysinen vaikutus käynnistää väliaineessa tapahtuvan itseorganisoitumisen, fysikaalisten tai kemiallisten muutosten prosessin. Esimerkiksi - polymeroinnin ketjureaktio ohuessa orgaanisen aineen kalvossa, epäorgaanisen aineen kiderakenteen muutokset tai biopolymeerin muodonmuutos tietyssä törmäyskohdassa. Erittäin tarkka pintaskannaus ja toistuva valotus tekevät mahdolliseksi luoda laajennettuja esineitä, joille on ominaista säännöllinen nanorakenne.
Ja lopuksi, tätä menetelmää voidaan käyttää ainutlaatuisten näytteiden - mallien saamiseksi edelleen levittämiseksi muilla menetelmillä. Oletetaan, että metalliatomeista tai yhdestä molekyylistä valmistettu kuusikulmio. Mutta kuinka kertoa yksi molekyyli? Mahdotonta, sanot, tämä on jonkinlainen epäteollinen fantasia. Miksi sitten? Luonto osaa täydellisesti luoda useita, täysin identtisiä kopioita sekä yksittäisistä molekyyleistä että kokonaisista organismeista. Tätä kutsutaan yleisesti kloonaamiseksi. Jopa ihmiset, jotka ovat kaukana tieteestä, mutta jotka ainakin kerran vierailivat nykyaikaisessa lääketieteellisessä diagnostiikkalaboratoriossa, ovat kuulleet polymeraasiketjureaktiosta. Tämän reaktion avulla voit kertoa yhden DNA-molekyylin fragmentin, joka on uutettu biologisesta materiaalista tai syntetisoitu keinotekoisesti kemiallisesti. Tätä varten tutkijat käyttävät luonnon luomia "molekyylikoneita" - proteiineja ja entsyymejä. Miksi emme voi tehdä samanlaisia koneita muiden kuin oligonukleotidien molekyylien kloonaamiseksi?
Uskallan parafraseerida Richard Feynmania hieman:”Meille tunnetut kemian periaatteet eivät kiellä yksittäisten molekyylien kloonaamista. "Näytteen mukainen" molekyylien "lisääntyminen" on melko todellista eikä riko mitään luonnonlakia."
Harmaa goo-myytti
Nanorobotien erittäin alhaisen (massan suhteen) tuottavuuden perimmäinen huomio luonnollisesti ei ohittanut Eric Drekeler. "Luojakoneiden" maailmassa oli muitakin ongelmia, joita emme tilan puutteen vuoksi keskustelleet yksityiskohtaisesti. Esimerkiksi laadunvalvonta, uusien tuotteiden ja raaka-aineiden lähteiden luovuttamisen hallitseminen, missä ja miten atomit näkyvät "varastossa". Näiden ongelmien ratkaisemiseksi Drexler esitteli konseptiin vielä kaksi laitetyyppiä.
Ensimmäinen on purkajat, päinvastoin kuin keräilijät. Erityisesti purkajan on tutkittava uuden esineen rakenne, kirjoittamalla sen atomirakenne nanotietokoneen muistiin. Ei laite, vaan kemistien unelma! Huolimatta kaikesta modernin tutkimustekniikan edistyksestä, emme "näe" kaikkia proteiineja, esimerkiksi. Molekyylin tarkka rakenne on mahdollista määrittää vain, jos se yhdessä miljoonien muiden samanlaisten molekyylien kanssa muodostaa kiteen. Sitten, käyttämällä röntgenrakenneanalyysimenetelmää, voimme määrittää nanometrin tarkan, jopa tuhannesosaan, kaikkien atomien sijainnin avaruudessa. Tämä on aikaa vievä, työläs menettely, joka vaatii tilaa vieviä ja kalliita laitteita.
Toinen laitetyyppi on luoja tai kopioija. Heidän päätehtävänsä ovat keräilijöiden rivinvalmistus ja vastaavien replikaattoreiden kokoaminen, toisin sanoen kopiointi. Luoja on ajatellut, että replikaattorit ovat paljon monimutkaisempia laitteita kuin yksinkertaiset kokoonpanot. Niiden on koostettava satoja miljoonia atomeja (kaksi suuruusluokkaa pienempi kuin DNA-molekyylissä) ja vastaavasti niiden koon on oltava noin 1000 nm. Jos niiden replikoinnin kesto mitataan minuutteina, kertoen eksponentiaalisesti, ne luovat biljoonia replikaattoreita päivässä, ne tuottavat nelinjatoja erikoistuneita kokoonpanijoita, jotka alkavat koota makroobjekteja, taloja tai raketteja.
On helppo kuvitella tilannetta, jolloin järjestelmän toiminta siirtyy tuotantomuotoon tuotantotavan, tuotantomenetelmien rajoittamattoman keräämisen vuoksi - itse nanorobotit, kun kaikki heidän aktiviteettinsa pienenee oman väestön määrän kasvuun. Tällainen on koneiden mellakka nanoteknologian aikakaudella. Omaan rakenteeseensa nanorobotit voivat saada vain atomeja ympäristöstä, joten purkajat alkavat purkaa atomiksi kaikki, mikä kuuluu heidän sitkeisiin manipulaattoreihinsa. Seurauksena on, että jonkin ajan kuluttua kaikki on merkityksellistä ja mikä on meille kaikkein ärsyttävintä, biomassasta tulee joukko nanorobotteja, "harmaksi limeksi", kuten Eric Drexler kuvaavasti kutsui.
Jokainen uusi tekniikka luo skenaarioita väistämättömästä maailman lopusta, sen käyttöönoton ja jakelun takia. Harmaa goo-myytti on vasta historiallisesti ensimmäinen tällainen skenaario, joka liittyy nanoteknologiaan. Mutta hän on erittäin mielikuvituksellinen, minkä vuoksi toimittajat ja elokuvantekijät rakastavat häntä niin paljon.
Onneksi tällainen skenaario ei ole mahdollista. Jos uskot kaikesta edellä esitetystä huolimatta mahdollisuudesta koota jotain välttämätöntä atomista, harkitse kahta tapausta. Ensinnäkin Drexlerin kuvaamilla replikaattoreilla ei ole monimutkaisuutta luoda samanlaisia laitteita. Sata miljoonaa atomia ei riitä edes tietokoneen luomiseen, joka ohjaa kokoonpanoprosessia, jopa muistiin. Jos oletamme saavuttamatonta - että jokainen atomi sisältää yhden bitin informaation, niin tämän muistin tilavuus on 12,5 megatavua, ja tämä on liian vähän. Toiseksi replikaattoreilla on raaka-aineongelmia. Sähkömekaanisten laitteiden alkuainekoostumus eroaa pohjimmiltaan ympäristökohteiden koostumuksesta ja ensinnäkin biomassasta. Tarvittavien elementtien atomien löytäminen, erottaminen ja toimittaminen, jotka vaativat valtavia aikaa ja energiaa koskevia investointeja,- se määrittelee lisääntymisnopeuden. Jos projisoidaan tilanne makrokoossa, niin se on sama kuin koneen kokoaminen materiaaleista, jotka on löydettävä, louhittava ja toimitettava sitten aurinkokunnan eri planeetoilta. Elintärkeiden resurssien puute asettaa rajan minkä tahansa populaation hillitsemättömälle leviämiselle, paljon sopeutuneemmalle ja täydellisemmälle kuin myyttiset nanorobotit.
johtopäätös
Myyttiluettelo jatkuu. Myynti nanoteknologiasta talouden veturina on erillisen artikkelin arvoinen. Aikaisemmin artikkelissa "Nanoteknologia kansallisena ideana" (ks. "Kemia ja elämä", 2008, N3) yritimme hajottaa myyttiä siitä, että Yhdysvaltain kansallinen nanoteknologia-aloite on puhtaasti tekninen projekti.
Nanoteknologian kaanoninen historia on myös myytti, jonka avaintapahtuma on tunnelointielektronimikroskoopin keksintö. Jälkimmäistä on helppo selittää.”Voittajat kirjoittavat historian”, ja fyysikoihin on tunkeutunut globaali”Nanoteknologia” -projekti, joka määrittelee suurelta osin modernin tieteen kasvot (ja rahoituksen). Jolle me kaikki, tällä ja siihen liittyvillä aloilla työskentelevät tutkijat, ilmaisemme loputtoman kiitoksemme fyysikoille.
Myytteillä on ollut positiivinen rooli, ne ovat herättäneet innostusta ja herättäneet poliittisen ja taloudellisen eliitin sekä suuren yleisön huomion nanoteknologiaan. Nanoteknologian käytännön toteutuksen vaiheessa on kuitenkin aika unohtaa nämä myytit ja lopettaa niiden toistaminen artikkeleista toiseen, kirjasta toiseen. Loppujen lopuksi myytit estävät kehitystä, asettavat väärät maamerkit ja tavoitteet, aiheuttavat väärinkäsityksiä ja pelkoja. Ja lopuksi, on tarpeen kirjoittaa uusi nanoteknologian historia - uusi 2000-luvun tiede, luonnontieteiden ala, joka yhdistää fysiikan, kemian ja biologian.
G. V. Erlikh, kemian tohtori