МЫ НА ПОРГЕ НАУЧНОЙ РЕВОЛЮЦИИ
Ученые утверждают, что наша цивилизация стоит на пороге новой революции. На этот раз мир грозят перевернуть так называемые нанотехнологии, которые позволят решить максимум насущных проблем, стоящих перед человечеством.
Буревестником нанореволюции стал нобелевский лауреат Ричард Фейнман, еще в 1959 году предсказавший: в будущем мы сможем из отдельных атомов синтезировать все, что угодно. А в 1992 г. доктор Эрик Дрекслер, выступая в Конгрессе США, нарисовал картину обозримого будущего, в котором все, что необходимо для жизни и деятельности людей, будет создаваться непосредственно из атомов и молекул окружающей среды - а это значит, не останется места ни голоду, ни болезням, ни изнурительному физическому труду…
ЧТО ТАКОЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ?
Хотя наука занимается разработками в области нанотехнологий уже десятки лет, рядовому россиянину до последнего времени это понятие было неведомо. Но после того, как 26 апреля 2007 г.В. В. Путин в послании к Федеральному собранию указал на необходимость развития нанотехнологий, словечко "нано" зазвучало в теленовостях по десять раз в день. Наше правительство даже приняло программу по развитию нанотехнологий и выделяет под нее немалые деньги - до 30 миллиардов рублей. Что же это за "нано", на которое денег не жалко, и нужна ли нам "нанореволюция"?
Само "нано" взято из греческого NANOS, что переводится как "карлик" и означает одну миллиардную часть чего-либо. А понятие "нанотехнологии" в 1974 г. ввел японец Норё Танигути для описания процесса создания новых объектов и материалов из отдельных атомов. Таким образом, к сфере интересов нанотехнологий относятся объекты, размеры которых (хотя бы по одной координате) удобно измерять в нанометрах.
Неужели возможно манипулировать такой "мелюзгой"? Оказывается, можно - в 1982 году в швейцарской лаборатории IBM появился туннельный микроскоп, с помощью которого отдельные атомы можно было не только видеть, но и перемещать. То есть появилась принципиальная возможность собрать из них все, что душа пожелает. И разумеется, такое производство окажется более рентабельным, чем нынешнее.
В перспективе видится окружающее пространство, заполненное нанокомпьютерами и наномешинами: то ли мир превратится в один гигантский компьютер, то ли человечество сольется с природой в единый разумный организм…
Казалось бы, фантастика, но исследования уже ведутся, и за ними видятся будоражащие воображение результаты. Одним из самых перспективных направлений в области применения нанотехнологий является создание нанороботов. Это устройства, способные самостоятельно разбирать органический и неорганический материал на атомы и конструировать из них абсолютно все.
Комплексы нанороботов заменят естественных производителей пищи - растения и животных. Наномашины будут создавать только "умные" вещи, способные приспосабливаться к человеку, меняя свои форму о свойства. В буквальном смысле слова из воздуха или грязи начнут возникать золото и бриллианты, исчезнет промышленность и сельское хозяйство, негде и незачем станет работать, все человечество примется за развитие наук и искусств или же предаться вечным развлечениям… (Любопытно было бы посмотреть на это "светлое будущее"! Боюсь, что не доживу…).
Отказаться от такого рая, уже стоя на пороге, - выше человеческих сил. И потому все, затаив дыхание, следят за исследованиями в ведущих лабораториях мира, из которых приходят сообщения о новых нанореволюционных победах.
НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ.
Еще несколько лет назад Робертом Фрайтасом - ведущим ученым в области наномедицины - был разработан наноробот: искусственная красная кровеносная клетка, названная РЕСПИРОЦИТОМ. Эта сфера диаметром в 1 микрон, изготовленная из 18 биллионов атомов, направляется в кровоток, где подражает естественным функциям эритроцитов, наполненных гемоглобином. При этом респироцит намного эффективней эритроцита. Один литр респироцитов - это максимально безопасная доза - позволит ныряльщику 4 часа не дышать под водой, а бегущему на предельной скорости спринтеру 15 минут держать паузу между вдохами…
В будущем нанороботов снабдят индивидуальным источником питания, манипуляторами, управляющим процессором, сенсорами для приема акустического сигнала от врача, который с помощью ультразвукового передатчика сможет подавать им команды.
Эти искусственные сверхминиатюрные создания можно будет направлять в человеческий организм с самыми разными заданиями. Самостоятельно передвигаясь, они смогут исправить характеристики тканей и клеток, очистить организм от микробов, вредных вирусов, от молодых раковых клеток, отложений холестерина и т.д. и т.п.
Вооружившись нанотехнологиями, ученые уже подступают к гемофилии, болезни Альцгеймера, врожденным патологиям и утверждают, что использование нанороботов во врачебной практике значительно продлит человеческую жизнь.
Невероятно? Вовсе нет: западные специалисты утверждают, что образцы таких роботов уже созданы. Правда, пока они крупноваты - около одного миллиметра, но ученые грозятся вскоре уменьшить их до микронного и субмикронного уровня.
ЛИФТ К ЗВЕЗДАМ (КОСМИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА).
Уже давно разработан проект так называемого "космического лифта", который позволит без больших затрат энергии перемещать людей и грузы на орбитальные космические станции. Суть идеи проста. Космическую станцию предлагается привязать к Земле и удерживать на одном месте лентой, тугое натяжение которой обеспечит центробежная сила. Изменяя длину привязи, можно располагать станцию на разных орбитах. Вдоль ленты будет передвигаться капсула, доставляющая на станцию полезные грузы. Экономически это очень выгодно: отправлять "посылки в космос" на лифте дешевле, чем на ракете. Если же обеспечить грузоподъемность лифта до 100 тонн, то прямо на орбите можно будет строить большие орбитальные станции и даже колонии.
Кроме того, космический лифт может быть использован и как пусковая платформа для запуска кораблей к другим планетам. Для этого понадобится лишь устройство, отсоединяющее от лифта космический корабль в тот момент, когда его скорость достигнет параболической - 11,2 км/с.
Проблема лишь в одном - создать ленту, которая не только не оборвалась бы под собственной тяжестью, но еще и удержала бы многотонный груз. Нанотехнологии обещают решить эту задачу. Уже обнаружено, что во время горения графитовой вольтовой дуги возникают продолговатые трубчатые молекулы углерода диаметром в несколько десятков нанометров. Они в 50 раз прочнее стали и в 6 раз легче ее. Нить из них диаметром всего один миллиметр могла бы выдержать груз в 20 тонн. Осталось лишь придумать, как сплести такие нити, а из них - прочный трос…
Судя по тому, как щедро финансирует NASAкомпанию HighLiftSystems, сомнений относительно перспективности этого проекта у американцев нет. Однако ряд ученых высказывают опасения относительно надежности самого устройства. Чем грозит разрыв ленты? Доктор Брэдли Эдвардс, руководитель проекта разработки лифта при NASA, ответил на вопросы следующим образом.
Лента будет вдвое жестче, чем это необходимо. Математическое моделирование показало, что опасаться за ее целостность надо лишь при скорости ветра от 72 м/с, т.е. при 5-бальном ветре или урагане. Однако место, которое выберут для крепления космического лифта, исключит возможность ветров, ураганов и молний.
Но если лента все-таки порвется? Кусок ее улетит в космос, еще один сгорит в атмосфере, а нижняя часть упадет в океан. Ничего страшного от этого не произойдет: один километр падающей ленты весит 7,5 кг.
А если в это время по ней будут перемещаться грузы? Те, что достигли орбиты, - останутся на ней, успевшие набрать скорость 11,2 км/с - улетят в открытый космос. И только те, что не успели ни того, ни другого, упадут на Землю.
ДЕМОН МАКСВЕЛЛА.
Если квартирный вопрос испортил москвичей, то энергетический - все человечество. Изобретатели всех времен и народов пытались осчастливить мир, создав вечный двигатель. Увы, непререкаемые законы термодинамики утверждают, что это невозможно. Впрочем, английский физик Джеймс Максвелл еще в ХIХ веке придумал, как обойти эти законы, предложив следующую мысленную модель: два сосуда разделены маленькой дверкой, у которой сидит такой же маленький стражник. В один сосуд он пропускает быстро движущиеся молекулы воздуха, а в другой - те, что помедленнее. В итоге горячий и холодный воздух оказывается разделенным. Таким образом "демон Максвелла", как назвали физики гипотетического охранника, позволяет обойти законы термодинамики, что дает возможность создать вечный двигатель, ибо разницу температур в сосудах можно использовать как источник энергии. Конечно же, это очень упрощенная картинка предполагаемого процесса. Но нанотехнологии действительно обещают подарить человечеству такого стражника, а вместе с ним - практически неиссякаемые источники энергии.
До последнего времени наука рассматривала "демона Максвелла" лишь как забавный парадокс, игру ума. Однако шутка начинает приобретать реальные очертания - наоборот вполне мог бы рассортировать молекулы по их скоростным показателям.
Первые представители "демонического племени" уже существуют. Двое химиков из Нью-йоркского университета Симан и Шерман построили двуногого робота из фрагментов ДНК, который, правда, пока только и умеет, что ходить. В Китайской академии наук создан прототип наноробота, который смог вырезать на кремниевом чипе размером в 2 кв. микрона надпись: "SIA". Джеймс Тур и его группа из Техасского университета имени Райса создали действующий автомобиль, состоящий из трех сотен атомов, собранных в одну сложную молекулу. Ширина автомобиля - 4 нанометра, чуть больше, чем толщина ДНК. Он имеет раму и оси, а каждое его колесо - сфера из 60 атомов углерода.