Книги по физике

Нанороботы - Физика невозможного

По книге "ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО" Авт. Митио Каку


А что можно сказать о возможности не просто двигать предметы, а трансформировать их, превращать один в другой, как по волшебству? Иллюзионисты проделывают такие фокусы за счет ловкости рук и разных хитрых приспособлений. Но зададим вопрос: не противоречит ли такая возможность законам природы?

Как мы уже говорили, одна из целей нанотехнологии — научиться строить из атомов крошечные машины, способные исполнять функцию рычага, шестеренки, подшипника и блока. После создания этих наномашин многие физики мечтают научиться произвольно организовывать молекулы внутри объекта, переставлять в них атом за атомом, пока один предмет не превратится в другой. На этом принципе основаны «репликаторы», которые можно обнаружить во многих научно-фантастических произведениях; они могут изготовить любой желаемый предмет, стоит только попросить. В принципе репликатор мог бы избавить человечество от бедности и полностью изменить природу общества. Если можно будет запросто получить любую вещь, то это перевернет с ног на голову все представления о потребностях и стоимости, а также об иерархии в человеческом обществе.

Репликатор фигурирует, в частности, в одном из любимых моих эпизодов «Звездного пути» — в серии «Следующее поколение». В открытом космосе находят древнюю космическую капсулу XX в., а в ней замороженные тела людей, страдавших неизлечимыми заболеваниями. Тела быстренько оттаивают, людей вылечивают при помощи фантастической медицины. Один бизнесмен из оживших соображает, что за столько столетий вложенные им деньги должны были вырасти до неимоверных размеров, и спрашивает экипаж «Энтерпрайза» о своих инвестициях и деньгах. Члены экипажа в недоумении. Деньги? Инвестиции? У нас, в будущем, денег нет, отвечают они. Если тебе что-нибудь нужно, достаточно попросить.



Как бы поразительно ни звучало описание репликатора, в природе он уже существует. «Принципиальная возможность» уже доказана. Природа берет сырье — мясо с овощами — и за девять месяцев сооружает из него человеческое существо. Чудо жизни — не что иное, как большая нанофабрика, способная на атомном уровне превращать вещество (к примеру, пищу) в живую ткань (младенца).

Чтобы построить нанофабрику, нужны три составляющих: строительные материалы, инструменты, которыми можно резать и соединять эти материалы; и чертежи, которыми следует руководствоваться при использовании инструментов и материалов. В природе строительными материалами служат тысячи аминокислот и протеинов, из которых строится живая плоть и кровь. Инструментами для резки и соединения — аналогами молотков и пил, необходимых для выстраивания протеинов в нужном порядке и превращения их в новые формы жизни, — служат рибосомы. Они приспособлены для того, чтобы разрезать протеины и вновь соединять их в определенных точках, создавая тем самым новые типы. Чертежи «устройства» задает молекула ДНК, где тайна жизни зашифрована через определенную последовательность нуклеиновых кислот. Эти три ингредиента объединены в клетке, которая обладает замечательной способностью к самовоспроизводству, т.е. умеет создавать копии самой себя. Это происходит благодаря тому, что по форме молекула ДНК напоминает двойную спираль. Когда приходит время размножаться, молекула ДНК раскручивается и разделяется на две независимые спирали. Каждая из двух ниток затем восстанавливает себя до полного двойного состояния, набирая вторую нитку спирали из отдельных органических молекул. Так получается копия молекулы ДНК.

До сих пор физикам лишь в небольшой степени удается повторить то, что в природе встречается на каждом шагу. Но ученые считают, что ключ к успеху — создание армии самовоспроизводящихся нанороботов, или наноботов, которые должны представлять собой программируемые атомные машины для перегруппировки атомов внутри объекта.

В принципе, если иметь триллионы наноботов, можно напустить их на объект с заданием переставить определенным образом его атомы и таким образом превратить один предмет в другой. Поскольку наноботы должны быть самовоспроизводящимися, то для начала процесса их потребуется не так уж много. Необходимо также, чтобы их можно было программировать — тогда они смогут работать по заданному чертежу.

Прежде чем построить первые флоты наноботов, придется преодолеть немало очень серьезных препятствий. Во-первых, самовоспроизводящийся робот построить чрезвычайно трудно даже на макроскопическом уровне. (Не надо забывать, что при современном уровне техники мы не способны изготавливать даже очень простые атомные инструменты, такие как атомный подшипник или шестеренка.) Даже имея компьютер и сколько угодно электронных деталей, очень непросто построить машину, которая умела бы создавать точные копии самой себя. А если это так трудно сделать руками, на столе, то что же говорить о строительстве подобной машины на атомном уровне!

Во-вторых, пока вообще неясно, как программировать армию наноботов извне. Предлагают, в частности, посылать радиосигнал, который должен будет активировать каждый нанобот. Может быть, наноботы можно облучить лазерным лучом, несущим в себе инструкции. Но это означало бы отдельный набор инструкций для каждого нанобота, которых может быть великое множество — триллионы!

В-третьих, неясно, как именно нанобот должен отрезать, переставлять с места на место и склеивать атомы в нужном порядке. Не будем забывать, что природе на решение этой проблемы потребовалось 3,5 млрд лет, поэтому вряд ли можно надеяться решить ее всего за несколько десятилетий.

Нил Гершенфелд из Массачусетского технологического института — один из тех физиков, кто серьезно относится к идее репликатора, или «персонального производителя». Он даже преподает в MIT курс под названием «Как сделать (почти) что угодно», один из самых популярных в университете. Гершенфелд руководит в MIT Центром битов и атомов и всерьез размышляет о физических принципах, на базе которых можно было бы соорудить репликатор, — он считает, что именно это устройство послужит толчком для следующей технологической революции. Он даже написал книгу под названием «Грядущая революция на вашем столе — от персональных компьютеров к персональным репликаторам» (FAB: The Coming Revolution on Your Desktop — From Personal Computers to Personal Fabrication); в ней ученый подробно изложил свои взгляды на проблему персонального производства. Он считает, что наша цель — «сделать одну машину, которая сможет сделать любую машину», и уже успел основать для распространения своих идей сеть лабораторий по всему миру, преимущественно в странах третьего мира, где персональное производство принесло бы максимальную пользу.

Гершенфелд считает, что первоначально должен появиться универсальный фабрикатор, достаточно маленький, чтобы поместиться на столе, созданный с использованием последних достижений лазерной техники и микроминиатюризации; это устройство сможет резать, соединять и придавать форму любым объектам, которые можно показать на экране компьютера. К примеру, представим себе, что беднякам в странах третьего мира требуются орудия труда и сельскохозяйственные машины. Эту информацию загружают в компьютер, имеющий доступ к размещенной в Интернете обширной библиотеке чертежей и технической информации. Там компьютерная программа подберет из готовых разработок то, что удовлетворяет требованиям заказчика, обработает эту информацию и отправит ее по электронной почте обратно. Затем персональный фабрикатор запустит свои лазеры и миниатюрные резаки и прямо на столе изготовит желаемый предмет.

Это еще не все. Универсальный персональный завод — только первый шаг. Со временем Гершенфелд хочет перенести свою идею на молекулярный уровень — и тогда с помощью его аппарата человек будет в состоянии изготовить буквально любой объект, какой только можно вообразить в деталях. Однако прогресс в этом направлении идет очень медленно, потому что манипулировать отдельными атомами очень сложно.
Аристидес Реквиха из Университета Южной Калифорнии — один из пионеров, работающих в этой области. Его специализация — «молекулярная робототехника», а цель — ни более ни менее как создание флотилии нанороботов, способных производить с отдельными атомами произвольные манипуляции. Реквиха пишет, что существует два подхода. Один из них — «сверху вниз»; при этом инженеры попытаются при помощи технологии травления, заимствованной из полупроводниковой промышленности, создать крошечные электронные схемы, которые затем смогут служить нанороботам мозгами. Эта технология позволит создавать крохотных роботов с размером компонентов около 30 нм методом нанолитографии, которая сейчас стремительно развивается.

Но есть и другой подход — «снизу вверх»; в этом случае инженеры попытаются строить крошечные роботы, передвигая и устанавливая на место атом за атомом. Главным инструментом такого строительства должен стать сканирующий зондовыи микроскоп (СЗМ); это устройство использует ту же технологию, что и сканирующий туннельный микроскоп, чтобы распознавать и передвигать отдельные атомы. К примеру, ученые уже хорошо научились двигать атомы ксенона на платиновой или никелевой поверхности. Но Реквиха признает, что «до сих пор лучшая команда в мире должна работать десять часов, чтобы собрать конструкцию из примерно 50 атомов». Двигать отдельные атомы вручную—очень долгая и утомительная работа. Ученый признает, что необходим совершенно новый механизм, способный выполнять задачи более высокого уровня — автоматически передвигать в желаемом направлении сотни атомов за раз. К сожалению, пока такого механизма не существует. Поэтому не удивительно, что подход «снизу вверх» находится в младенческом состоянии.

Итак, сделаем вывод: согласно сегодняшним представлениям, телекинез невозможен, но в будущем, когда мы лучше научимся воспринимать сигналы мозга — т. е. мысли — при помощи ЭЭГ, МРТ и других методов, он может стать возможным. Не исключено, что еще в этом веке будут созданы аппараты, способные под воздействием мысли управлять сверхпроводниками при комнатной температуре и творить в результате такие чудеса, которые сегодня представляются нам волшебством. А к следующему столетию, может быть, мы научимся произвольно переставлять молекулы в макроскопических объектах. Все это заставляет отнести телекинез к невозможности I класса.
Некоторые ученые утверждают, что ключом к этой технологии должно стать создание нанороботов, снабженных искусственным интеллектом. Но прежде чем говорить о создании крошечных роботов размером с молекулу, нужно ответить на более элементарный вопрос: могут ли роботы существовать вообще?

Следующая


Оглавление

По книге "ФИЗИКА НЕВОЗМОЖНОГО" Авт. Митио Каку

Устали? - Отдыхаем!

Вверх