Тема: Нанотехнологии (стр. 2 )

С молекулярной нанотехнологией эффективность сбора солнечной энергии вырастет настолько, что про нефть, газ и уголь все забудут напрочь. Энергия Солнца в равной степени доступна всем государствам на планете, и трудно придумать, как одна страна перекроет другой доступ к этому источнику. Следовательно, в будущем на одну причину для войн станет меньше, и интерес стран друг к другу в плане энергоресурсов сойдет на нет. Нанофабрики, способные с помощью миниатюрных ассемблеров (тех самых нанороботов) приводить в движение линии сборки атомных масштабов, произведут практически любой воображаемый продукт, будь то машина, ковер, клубника или интересующая нас нефть или природный газ. В идеале, всяческие природные ископаемые останутся прерогативой или раритетом матушки-природы

В кибернетике произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, а размеры активных элементов умень­шатся до размеров молекул. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Вычислительная мощность компьютеров возрастёт на много порядков, они смогут воспринимать и выдавать информацию в любом материальном виде. Станет возможным сбор рассеянной в окружающей среде информации и восстановление прошедших событий. К сожалению (а может быть – к счастью), прогноз на достаточно отдалённое будущее, например, погоды, по прежнему будет неточным из-за реальной физической случайности квантовых явлений и сильной неустойчивости многих процессов, текущих в природе.

Существование мощной обратной связи между информационными системами и внешним миром, а также развитие нанонейросетей неизбежно приведёт к возникновению искусственного интеллекта. Станет возможным и «пере­селение» человеческого интеллекта в компьютер.

С точки зрения медицины, в большинстве случаев говорят о нанороботах - дестракторах (уничтожителях), которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Станет возможным достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и "облагораживания" тканей человеческого организма. Состоится оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики и, возможно, мумифицированных.

Один из самых невероятных, но теоретически возможных путей развития наномедицины – это возможность коренным образом вмешиваться в процессы жизнедеятельности человека. Тогда может осуществиться мечта : «В процессе регуляции, постепенно обнимающей все большее пространство, должен меняться и сам физический организм человека. Разум, активно перестраивающий мир вокруг, должен трансформировать и собственную природу человека ("психофизиологическая регуляция"). Это задача превратить питание в "сознательно творческий процесс – обращения человеком элементарных, космических веществ в минеральные, потом, растительные, и, наконец, живые ткани", то, что Вернадский называл позднее будущей автотрофностью человека, т. е. умением поддерживать и воссоздавать свой организм, не уничтожая другой жизни, как растение, из самых простых природных, неорганических веществ.

В биологическом аспекте возможность «внедрения» в организм на уровне атомов может дать самые неожиданные решения — от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.

Нанороботы-уничтожители интересны для экологов, которые видят за внедрением этих технологий возможности устранения неприятных последствий жизнедеятельности человека. Во-первых, за счет на­сыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.

Запросто можно будет освоить близлежащий космос с помощью «обычной» процедуры насыщения его нанороботами. Мириады роботов-молекул будут выпущены в околоземное космическое пространство и подготовят его для заселе­ния человеком — сделают пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие пла­неты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Направленное переизлучение фотонов будет служить для наномашин хорошей “точкой опоры” в космосе, так что они смогут разгоняться под солнечным излучением до релятивистских скоростей, после чего звёзды перестанут быть недосягаемыми объектами.

Что же касается нашей с вами среды обитания, то она за счет внедрения логических наноэлементов станет «разумной» и исключительно комфортной для человека. Окружающая среда будет предназначена только для обслуживания человека. При этом управлением большинством таких нанороботов будет заниматься какой-либо аналог компьютера. Главное, чтобы Человек не отошел на второй план.

  Взгляд вооружённым глазом

  Чем вооружён глаз?

Сейчас известны десятки различных вариантов зондовой сканирующей микроскопии. общее у этих методов - наличие зонда (чаще всего это хорошо заостренная игла с радиусом при вершине ~10 нм) и сканирующего механизма, способного перемещать его над поверхностью образца в трех измерениях. Грубое позиционирование осуществляют трехкоординатными моторизированными столами. Тонкое сканирование реализуют с помощью трехкоординатных пьезоактюаторов, позволяющих перемещать иглу или образец с точностью в доли ангстрема на десятки микрометров. Все известные в настоящее время методы SPM можно условно разбить на три основные группы:

§  сканирующая туннельная микроскопия; в ней между электропроводящим острием и образцом приложено небольшое напряжение (~0.01-10 В) и регистрируется туннельный ток в зазоре, зависящий от свойств и расположения атомов на исследуемой поверхности образца;

§ 

атомно-силовая микроскопия; в ней регистрируют изменения силы притяжения иглы к поверхности от точки к точке. Игла расположена на конце консольной балочки (контилевера), имеющей известную жесткость и способной изгибаться под действием небольших ван-дер-ваальсовых сил, которые возникают между исследуемой поверхностью и кончиком острия. Деформацию контилевера регистрируют по отклонению лазерного луча, падающего на его тыльную поверхность, или с помощью пьезорезистивного эффекта, возникающего в самом контилевере при изгибе;

Схема 2. Принципиальная схема атомно-силового микроскопа.

Рисунок 9. Общий вид атомно-силового микроскопа.

§  ближнепольная оптическая микроскопия; в ней зондом служит оптический волновод (световолокно), сужающийся на том конце, который обращен к образцу, до диаметра меньше длины волны света. Световая волна при этом не выходит из волновода на большое расстояние, а лишь слегка “вываливается” из его кончика. На другом конце волновода установлены лазер и приемник отраженного от свободного торца света. При малом расстоянии между исследуемой поверхностью и кончиком зонда амплитуда и фаза отраженной световой волны меняются, что и служит сигналом, используемым при построении трехмерного изображения поверхности.

  Что видит вооружённый глаз?

Перспективы, описанные в предыдущей главе, совершенно естественным образом вызывают нездоровый блеск в глазах и навязчивые мысли о завоевании мирового господства. Однако если трезво взглянуть на день сегодняшний, то такому энтузиазму появиться будет много сложнее, так как сегодняшние достижения хоть и являются чрезвычайно важными для науки, для простого человека звучат менее впечатляюще.

Впрочем, на сегодняшний день список продук­ции, производимой с помощью нанотехнологий, насчитывает около 400 наиме­нований.

Так, например, полученная посредством нанотехнологии двуокись титана широко ис­пользуется в производстве «улучшенных» косметических товаров, кремов и чистя­щих средств. Произведенная на нанооснове двуокись кремния успешно приме­няется в стоматологии. Благодаря той же технологии началось производство немну­щихся тканей. Появился целый ряд каче­ственно новых товаров, спрос на которые на рынках западных стран неуклонно ра­стет.

  Материал будущего

Международная команда ученых из Манчестерского университета и научного центра РАН в подмосковной Черноголовке создала первый в мире углеродный материал толщиной в один атом. По сути, полученный об­разец углеродной «ткани» является гигантской двухмерной молекулой. Новый материал получил название графен (graphene). Минобороны США начало еще в 2002 г. совместный пятилетний проекте Массачусетским технологическим институтом (MIT). Военные и ученые совместно создают новое обмундирование для пехотинцев. Это обмундирование, по заявлениям разработчиков, будет по своим возможностям выполнять чуть ли не функции БМП, вычислительно­го центра, центра связи и госпиталя в «одном флаконе».

  Нанопамять

Мэрилендские ученые изобрели технологию массового производства нанострун, на основе которых можно будет сконструировать множество коммерчески успешных устройств: ультрачувствительных наносенсоров, светодиодов и транзисторов. Эти полупроводниковые приборы будут востребованы в недорогой и компактной электронике.

Рисунок 10. Три шага фотолитографии: нанесение золотых наноточек, выращивание нанонитей, размещение металлических проводников.

Так же получает распространение еще одна технология будущего — это NRAM (Nanotube-based или Nonvolatile RAM), в которой для хранения информации используются прямые углеродные нанотрубки. Именно такой вид памяти позволяет замахнуться на террабайтовые величины, более того — он более быстр и долговечен. Рабочие частоты компьютер тогда станут террагерцовыми. Первое устройство на основе нанонити, способное сохранять данные в течение длительного времени и переключаться в 1000 раз быстрее современных аналогов твердотельной памяти уже создано.