Segala jenis aktiviti manusia ditumbuhi mitos. Nanoteknologi, projek ilmiah dan teknologi utama pada zaman kita, tidak terkecuali. Lebih-lebih lagi, di sini pembuatan mitos menyentuh intipati. Kebanyakan orang, bahkan yang tergolong dalam komuniti saintifik, yakin bahawa nanoteknologi adalah, pertama-tama, manipulasi atom dan pembinaan objek dengan memasangnya dari atom. Ini adalah mitos utama.
Mitos saintifik ada dua. Sebahagiannya dihasilkan oleh ketidaklengkapan pengetahuan kita mengenai alam semula jadi atau kekurangan maklumat. Yang lain dibuat dengan sengaja untuk tujuan tertentu. Dalam kes nanoteknologi, kami mempunyai pilihan kedua. Berkat mitos ini dan akibatnya, dapat menarik perhatian mereka yang berkuasa dan mempercepat pelancaran projek Nanoteknologi dengan peningkatan pelaburan secara autokatalitik. Pada dasarnya, itu sedikit menipu, cukup diterima oleh peraturan permainan di tahap tertinggi. Mitos memainkan peranan yang bermanfaat sebagai pemula proses dan dilupakan dengan senang hati ketika datang ke teknologi itu sendiri.
Tetapi mitos mempunyai harta yang luar biasa: ketika dilahirkan, mereka mula menjalani kehidupan mereka sendiri, sambil menunjukkan daya hidup dan umur panjang yang luar biasa. Mereka begitu kuat berakar di benak orang sehingga mempengaruhi persepsi tentang realiti. Proses nanoteknologi sebenar, baik projek asing dan Rusnano, pada asasnya bertentangan dengan mitos, yang menimbulkan kekeliruan di kepala mereka (kebanyakan orang masih tidak memahami apa itu nanoteknologi), penolakan (ini bukan nanoteknologi sebenar!) Dan bahkan penolakan nanoteknologi seperti.
Sebagai tambahan kepada mitos utama, sejarah nanoteknologi mengungkapkan kepada kita beberapa mitos yang menyemarakkan kumpulan penduduk yang berlainan, yang menimbulkan harapan yang tidak berasas pada beberapa orang dan panik pada yang lain.
Mitos bapa pengasas
Rentetan mitos yang paling tidak berbahaya adalah penulisan Richard Feynman, seorang pakar dalam bidang teori bidang kuantum dan fizik partikel, sebagai bapa pengasas nanoteknologi. Mitos ini timbul pada tahun 1992 ketika nabi teknologi nano, Eric Drexler, berbicara kepada sebuah jawatankuasa Senat pada sidang mengenai "Teknologi Baru untuk Pembangunan Berkelanjutan." Untuk meneruskan projek nanoteknologi yang diciptakannya, Drexler merujuk kepada pernyataan pemenang Nobel dalam bidang fizik, sebuah otoritas yang tidak tergoyahkan di mata para senator.
Malangnya, Feynman meninggal pada tahun 1988 dan oleh itu tidak dapat mengesahkan atau menolak kenyataan ini. Tetapi jika dia dapat mendengarnya, kemungkinan besar, dia akan tertawa riang. Dia bukan sahaja seorang ahli fizik yang cemerlang, tetapi juga seorang pelawak terkenal. Tidak hairanlah buku autobiografinya mempunyai tajuk: "Sudah tentu anda bergurau, Mr. Feynman!" Oleh itu, ucapan Feynman yang diraikan di majlis makan malam Tahun Baru American Physics Society di California Institute of Technology diterima. Menurut ingatan salah satu peserta pertemuan itu, ahli fizik Amerika Paul Schlickt: “Reaksi penonton, secara keseluruhan, dapat disebut ceria. Sebilangan besar menyangka pembicara bermain bodoh."
Video promosi:
Tetapi kata-kata: "Prinsip-prinsip fizik yang kita ketahui tidak melarang penciptaan objek" atom oleh atom ". Manipulasi atom cukup nyata dan tidak melanggar undang-undang alam,”kata mereka, ini adalah fakta. Selebihnya adalah spekulasi mengenai miniaturisasi ditambah dengan ramalan futurologi. Seperempat abad kemudian, beberapa idea Feynman dikembangkan "kreatif" oleh Eric Drexler dan menimbulkan mitos utama nanoteknologi. Selanjutnya, kita sering akan kembali ke pidato ini untuk mengingat apa yang sebenarnya dikatakan oleh Feynman, dan pada masa yang sama untuk menikmati kejelasan dan gambaran formulasi saintis hebat.
Mitos Teknologi Tanpa Sisa
Apabila kita membuat atom objek dengan atom, kita jelas menggunakan teknologi bebas sampah. Perkataan "jelas" digunakan di sini dalam arti paling primordial - ketika orang, terutama pegawai, melihat gambar yang menggambarkan proses memanipulasi atom, mereka tidak melihat sisa, tidak ada paip merokok yang mencemarkan atmosfer, dan limbah industri yang mencemarkan badan air … Secara lalai, jelas bahawa menyeret atom yang hampir tidak berbobot dengan jarak beberapa nanometer memerlukan sedikit tenaga. Secara umum, teknologi yang ideal untuk "pembangunan lestari" - konsep yang sangat popular pada tahun 90-an abad yang lalu.
Persoalan dari mana atom untuk berkumpul hampir tidak senonoh. Secara semula jadi, dari gudang, dari mana mereka mungkin dihantar oleh kereta elektrik yang mesra alam. Sebilangan besar penduduk mempunyai sedikit idea dari mana asalnya. Sebagai contoh, bahan-bahan dari mana pelbagai produk industri dibuat, yang kita gunakan dalam jumlah yang meningkat. Hubungan produk ini dengan industri kimia tidak dapat dilihat. Kimia sebagai sains membosankan dan tidak begitu diperlukan, dan industri kimia, yang pasti berbahaya bagi alam sekitar, mesti ditutup.
Antara lain, industri kimia, menurut pendapat mayoritas, adalah pemangsa sumber semula jadi dengan menggunakan minyak, gas, bijih, dan mineral untuk prosesnya. Dan untuk teknologi baru, seperti yang dibayangkan oleh penganutnya, hanya atom yang diperlukan: di bahagian gudang ini kita menyimpan atom emas, di sebelahnya - atom besi, kemudian atom natrium, atom klorin … Secara umum, keseluruhan jadual berkala Mendeleev. Kami terpaksa mengecewakan pengarang gambar yang indah ini: atom itu sendiri, kecuali atom gas inert, hanya wujud dalam keadaan hampa. Dalam semua keadaan lain, mereka berinteraksi dengan jenis mereka sendiri atau atom lain, dalam interaksi kimia dengan pembentukan sebatian kimia. Ini adalah sifat perkara dan tidak ada yang dapat dilakukan mengenainya.
Apa-apa teknologi memerlukan beberapa penyesuaian, cara pengeluaran, yang juga menarik perhatian para meminta maaf kerana memasang objek dari atom. Namun, kadang-kadang sebaliknya, mereka menarik perhatian mereka dan menggegarkannya ke inti. Sesungguhnya, mikroskop terowong dan kuasa adalah alat yang indah, bukti yang jelas mengenai kekuatan minda manusia. Dan secara umum, makmal di mana manipulasi atom adalah gambaran teknologi masa depan dalam semangat "Gelombang Ketiga" Alvin Toffler: bilik-bilik bersih yang disebut dengan penyaman udara dan pembersihan udara khas, peranti yang tidak termasuk getaran sedikit pun, pengendali pakaian khas dengan ijazah universiti di poket.
Adakah semua ini juga akan dikumpulkan dari atom tanpa sisa? Termasuk pondasi, dinding dan bumbung? Kami percaya bahawa walaupun penganut teknologi yang paling gigih tidak akan berani menjawab soalan ini secara tegas.
Manusia suatu hari nanti akan mencipta teknologi bebas sampah dan mesra alam, tetapi mereka akan berdasarkan pada prinsip yang berbeza atau pada teknik yang sangat berbeza.
Mitos nanomachine
Sebenarnya, pada mulanya ia mengenai teknik yang berbeza. Idea bahawa perlu untuk mempunyai manipulator bersaiz yang tepat untuk merancang pada skala nano adalah jelas. Ini adalah bagaimana Richard Feynman melihat pelaksanaan idea ini:
Andaikan saya membuat satu set sepuluh lengan manipulator, dikurangkan empat kali, dan menghubungkannya dengan wayar ke tuas kawalan asal, sehingga lengan ini secara serentak dan tepat mengulangi pergerakan saya. Kemudian saya akan membuat semula sepuluh lengan ukuran seperempat. Secara semula jadi, sepuluh manipulator pertama akan menghasilkan 10x10 = 100 manipulator, namun, dikurangkan dengan faktor 16 …
Tidak ada yang menghalang kami untuk meneruskan proses ini dan membuat sebanyak mungkin mesin kecil, kerana pengeluaran ini tidak mempunyai sekatan yang berkaitan dengan penempatan mesin dan penggunaan bahannya … Jelas bahawa ini segera menghilangkan masalah kos bahan. Pada prinsipnya, kami dapat mengatur berjuta-juta kilang miniatur yang serupa, di mana mesin kecil akan terus menggerudi lubang, bahagian setem, dll."
Pendekatan ini adalah pelaksanaan langsung idea untuk mencipta peranti miniatur. Ia, walaupun dengan banyak sekatan, berfungsi pada tahap mikro, seperti yang dibuktikan oleh apa yang disebut peranti mikroelektromekanikal. Mereka digunakan dalam sistem untuk menyebarkan beg udara di dalam mobil jika terjadi kecelakaan, di laser dan printer inkjet, di sensor tekanan, di penghawa dingin domestik dan di dalam indikator tingkat bahan bakar di tangki gas, alat pacu jantung dan tongkat untuk konsol permainan. Melihatnya di bawah mikroskop, kita akan melihat roda gigi dan poros, silinder dan omboh, pegas dan injap, cermin dan litar mikro yang tidak asing lagi bagi kita.
Tetapi nanoobjects mempunyai sifat yang berbeza dengan makro dan microobjects. Sekiranya kita mencari cara untuk mengurangkan ukuran transistor dari 45-65 nm semasa hingga 10 nm, maka ia tidak akan berfungsi, kerana elektron akan mula terowong melalui lapisan penebat. Dan wayar penyambung akan menjadi lebih tipis pada rantai atom, yang akan mengalirkan arus berbeza dari sampel besar, dan akan mula berselerak ke sisi kerana gerakan termal atau, sebaliknya, berkumpul di timbunan, melupakan tugas menjaga hubungan elektrik.
Perkara yang sama berlaku untuk sifat mekanikal. Apabila ukurannya menurun, nisbah luas permukaan dan isipadu meningkat, dan semakin besar permukaannya, semakin besar geseran. Objek nano secara harfiah melekat pada objek nano lain atau ke permukaan, yang bagi mereka, kerana kecilnya, kelihatan halus. Ini adalah sifat berguna untuk tokek yang berjalan dengan mudah di dinding menegak, tetapi sangat merugikan mana-mana peranti yang perlu menunggang atau meluncur di permukaan mendatar. Untuk memindahkannya dari tempatnya, anda perlu mengeluarkan tenaga yang tidak seimbang.
Sebaliknya, inersia kecil, pergerakan berhenti dengan cepat. Tidak sukar untuk membuat nanopendulum - untuk memasang zarah emas dengan diameter beberapa nanometer ke nanotube karbon berdiameter 1 nm dan panjang 100 nm dan menangguhkannya dari plat silikon. Tetapi pendulum ini, jika anda mengayunkannya di udara, akan berhenti dengan segera, kerana udara juga merupakan halangan yang signifikan untuknya.
Nanoobjects, seperti yang mereka katakan, mempunyai angin yang tinggi, dan biasanya mudah untuk menyesatkannya. Mungkin, banyak yang memerhatikan gerakan Brown dalam mikroskop - membuang secara rawak zarah pepejal kecil ke dalam air. Albert Einstein, pada tahun 1905, menjelaskan sebab fenomena ini: molekul air, yang berada dalam gerakan termal berterusan, memukul permukaan zarah, dan daya hentakan tanpa pampasan dari sisi yang berlainan menyebabkan zarah memperoleh momentum dalam satu arah atau yang lain. Sekiranya zarah berukuran 1 μm merasakan kekuatan hentaman molekul kecil dan mengubah arah pergerakan, maka apa yang boleh kita katakan mengenai zarah 10 nm, yang beratnya sejuta kali lebih sedikit dan yang nisbah beratnya dan luas permukaannya 100 kali lebih sedikit.
Walaupun begitu, dalam sastera sains dan popular, terutamanya dalam penerbitan media, perihalan nanokopi pelbagai bahagian mekanikal, gear, sepana, roda, gandar dan juga kotak gear selalu dijumpai. Diandaikan bahawa mereka akan digunakan untuk membuat model kerja nanomachines dan peranti lain. Jangan menganggap karya-karya ini dengan serius, mengutuk, bertanya-tanya atau mengagumi. "Saya secara peribadi yakin bahawa kita ahli fizik dapat menyelesaikan masalah seperti itu hanya untuk bersenang-senang atau bersenang-senang," kata Richard Feynman. Ahli fizik bergurau …
Sebenarnya, mereka menyedari hakikat bahawa untuk membuat peranti nanomekanik atau nanoelectromechanical, perlu menggunakan pendekatan reka bentuk yang berbeza dengan makro dan mikroanalog. Sebagai permulaan, anda tidak perlu mencipta apa-apa, kerana evolusi selama berbilion tahun, alam telah mencipta begitu banyak mesin molekul yang berbeza sehingga sepuluh tahun tidak akan mencukupi bagi kita semua untuk memahami, menyalin, menyesuaikan diri dengan keperluan kita dan berusaha memperbaiki sesuatu.
Contoh motor molekul semula jadi yang paling terkenal adalah motor flagellar bakteria. Mesin biologi lain menyediakan pengecutan otot, degupan jantung, pengangkutan nutrien, dan pengangkutan ion melintasi membran sel. Kecekapan mesin molekul menukar tenaga kimia menjadi kerja mekanikal dalam banyak kes hampir 100%. Pada masa yang sama, mereka sangat menjimatkan, misalnya, kurang dari 1% sumber tenaga sel dibelanjakan untuk operasi motor elektrik yang memastikan pergerakan bakteria.
Menurut saya, pendekatan biomimetik (dari perkataan Latin "bios" - hidup dan "mimetis" - tiruan) yang dijelaskan adalah kaedah yang paling realistik untuk mencipta alat nanomekanik dan salah satu bidang di mana kerjasama ahli fizik dan ahli biologi dalam bidang nanoteknologi dapat membawa hasil yang nyata.
Mitos nanorobot
Katakan kita telah membuat lakaran alat nanodev di atas kertas atau di skrin komputer. Bagaimana cara mengumpulkannya, dan lebih baik tidak dalam satu salinan? Anda boleh, mengikuti Feynman, membuat "mesin kecil yang akan terus menggerudi lubang, bahagian setem, dll." dan manipulator miniatur untuk memasang produk siap. Manipulator ini mesti dikendalikan oleh seseorang, iaitu, mereka mesti mempunyai sejenis peralatan makroskopik, atau sekurang-kurangnya bertindak mengikut program yang diberikan oleh seseorang. Di samping itu, perlu untuk melihat keseluruhan proses, misalnya, menggunakan mikroskop elektron, yang juga mempunyai dimensi makro.
Idea alternatif dikemukakan pada tahun 1986 oleh jurutera Amerika Eric Drexler dalam buku terlaris futurologi "Mesin Penciptaan". Setelah dewasa, seperti semua orang dari generasinya, pada buku-buku Isaac Asimov, dia mencadangkan menggunakan mesin mekanikal dengan ukuran (100-200 nm) yang sesuai - nanorobots untuk pengeluaran alat nanodev. Bukan lagi masalah pengeboran dan penebukan, robot ini harus memasang perangkat langsung dari atom, sehingga mereka disebut assembler - assembler. Tetapi pendekatannya tetap murni mekanikal: alat pemasangan dilengkapi dengan manipulator panjangnya puluhan nanometer, motor untuk menggerakkan manipulator dan robot itu sendiri, termasuk kotak gear dan transmisi yang disebutkan sebelumnya, serta sumber kuasa autonomi. Ternyata nanorobot harus terdiri daripada beberapa puluhan ribu bahagian,dan setiap perincian terdiri daripada satu atau dua ratus atom.
Masalah memvisualisasikan atom dan molekul entah bagaimana hilang tanpa kelihatan, nampaknya wajar bahawa nanorobot yang beroperasi dengan objek dengan ukuran yang sebanding "melihat" mereka ketika seseorang melihat paku dan tukul yang dengannya dia memalu kuku ini ke dinding.
Unit nanobot yang paling penting, tentu saja, adalah komputer on-board, yang mengawal operasi semua mekanisme, menentukan atom atau molekul mana yang harus ditangkap oleh manipulator dan di mana meletakkannya di peranti masa depan. Dimensi linear komputer ini tidak boleh melebihi 40-50 nm - ini betul-betul ukuran satu transistor yang dicapai oleh teknologi industri pada zaman kita, 25 tahun selepas Drexler menulis bukunya "Mesin Penciptaan".
Tetapi Drexler juga menyampaikan bukunya ke masa depan, ke masa depan yang jauh. Pada masa penulisan ini, para saintis belum mengesahkan kemungkinan asas memanipulasi atom individu, apatah lagi pemasangan beberapa struktur daripadanya. Ini berlaku hanya empat tahun kemudian. Peranti yang digunakan untuk ini untuk pertama kalinya dan masih digunakan hari ini - mikroskop terowong - mempunyai dimensi yang cukup nyata, berpuluh-puluh sentimeter dalam setiap dimensi, dan dikendalikan oleh seseorang yang menggunakan komputer yang kuat dengan berbilion transistor.
Idea impian nanorobot memasang bahan dan peranti dari atom individu sangat indah dan memikat bahawa penemuan ini hanya menjadikannya meyakinkan. Kurang dari beberapa tahun kemudian, para senator Amerika Syarikat, wartawan yang jauh dari sains, mempercayainya, dan atas cadangan mereka - orang ramai dan, yang sangat mengejutkan, pengarang itu sendiri, yang terus mempertahankannya walaupun ketika dijelaskan kepadanya bahawa idea itu tidak dapat direalisasikan secara prinsip … Terdapat banyak hujah terhadap alat mekanikal seperti itu, kita hanya akan menyebut satu yang paling mudah yang dikemukakan oleh Richard Smalley: seorang manipulator yang "menangkap" atom akan berhubung dengannya selamanya kerana interaksi kimia. Smalley adalah pemenang Nobel dalam bidang kimia, yang pastinya berlaku.
Tetapi idea itu terus menjalani kehidupannya sendiri dan bertahan hingga hari ini, menjadi lebih rumit dan dilengkapi dengan pelbagai aplikasi.
Mitos nanorobots perubatan
Mitos yang paling popular ialah terdapat berjuta-juta nanorobots yang akan melintas di dalam badan kita, mendiagnosis keadaan pelbagai sel dan tisu, memperbaiki kerosakan dengan nanoscalpel, membedah dan membongkar sel-sel barah, membina tisu tulang dengan memasang atom, mengikis plak kolesterol dengan nanoscoop, dan di otak selaps pecah selektif yang bertanggungjawab untuk kenangan yang tidak menyenangkan. Dan juga melaporkan pekerjaan yang dilakukan dengan menghantar mesej seperti: “Alex ke Eustace. Mendedahkan kerosakan pada injap mitral. Kerosakan dihapuskan. " Inilah yang menyebabkan kebimbangan masyarakat serius, kerana ini adalah pendedahan maklumat peribadi - mesej nanorobot dapat diterima dan diuraikan bukan hanya oleh doktor, tetapi juga oleh orang luar. Kebimbangan ini mengesahkanbahawa dalam semua perkara lain orang percaya tanpa syarat. Seperti di nanorobots-spies, di "smart dust", yang akan meresap ke pangsapuri kami, menonton kami, menguping perbualan kami dan, sekali lagi, menghantar bahan video dan audio yang diterima melalui pemancar nano dengan nanoantenna. Atau menjadi nanobots pembunuh yang memukul orang dan teknologi dengan nanoskopi, mungkin juga yang nuklear.
Perkara yang paling menakjubkan ialah hampir semua yang dijelaskan dapat dibuat (dan sesuatu telah dibuat). Dan sistem diagnostik invasif yang melaporkan keadaan badan, dan ubat-ubatan yang bertindak pada sel tertentu, dan sistem yang membersihkan kapal kita dari plak aterosklerotik, dan penumpukan tulang, dan penghapusan kenangan, dan sistem pengesanan jarak jauh yang tidak dapat dilihat, dan "debu pintar".
Walau bagaimanapun, semua sistem ini masa kini dan masa depan tidak dan tidak akan ada kaitan dengan nanorobot mekanik dalam semangat Drexler, kecuali ukuran. Mereka akan diciptakan bersama oleh ahli fizik, ahli kimia dan ahli biologi, saintis yang bekerja di bidang sains sintetik yang disebut nanoteknologi.
Mitos kaedah fizikal mensintesis bahan
Dalam ceramahnya, Richard Feynman tanpa sengaja mengkhianati mimpi rahsia kekal ahli fizik:
"Dan akhirnya, memikirkan ke arah ini (kemungkinan memanipulasi atom. - GE), kita menemui masalah sintesis kimia. Ahli kimia akan datang kepada kami, ahli fizik, dengan perintah khusus: "Dengar, kawan, tidakkah anda akan membuat molekul dengan sebaran atom seperti itu?" Ahli kimia sendiri menggunakan operasi dan teknik yang kompleks dan misterius untuk menyediakan molekul. Biasanya, untuk mensintesis molekul yang dimaksudkan, mereka harus mencampurkan, menggoncang dan memproses pelbagai bahan untuk jangka masa yang agak lama. Sebaik sahaja ahli fizik membuat alat yang mampu beroperasi dengan atom individu, semua aktiviti ini akan menjadi tidak perlu … Ahli kimia akan memerintahkan sintesis, dan ahli fizik hanya akan "meletakkan" atom dalam urutan yang betul."
Ahli kimia tidak mensintesis molekul; ahli kimia mendapatkan zat. Bahan, penghasilan dan transformasinya adalah subjek kimia, hingga kini misteri bagi ahli fizik.
Molekul adalah sekumpulan atom, tidak hanya disusun dalam urutan yang betul, tetapi juga dihubungkan oleh ikatan kimia. Cecair telus, di mana terdapat satu atom oksigen untuk dua atom hidrogen, boleh menjadi air, atau boleh menjadi campuran hidrogen cair dan oksigen (perhatian: jangan campurkan di rumah!).
Katakan kita entah bagaimana berjaya mengumpulkan sekumpulan lapan atom - dua atom karbon dan enam atom hidrogen. Bagi seorang ahli fizik, kumpulan ini mungkin merupakan molekul etana C2H6, tetapi ahli kimia akan menunjukkan sekurang-kurangnya dua kemungkinan gabungan atom.
Andaikan kita mahu mendapatkan etana dengan menyusun atom. Bagaimana saya boleh melakukannya? Di mana anda bermula: pindahkan dua atom karbon, atau pasangkan atom hidrogen ke atom karbon? Soalan yang sukar, termasuk untuk pengarang. Masalahnya ialah para saintis setakat ini belajar memanipulasi atom, pertama, berat, dan kedua, tidak terlalu reaktif. Struktur yang cukup kompleks dipasang dari atom xenon, emas, besi. Cara menangani atom hidrogen, karbon, nitrogen dan oksigen yang ringan dan sangat aktif tidak sepenuhnya jelas. Oleh itu, dengan penghimpunan atom protein dan asid nukleik, yang dibincangkan oleh beberapa pengarang sebagai perkara yang diselesaikan secara praktikal, perlu menunggu.
Terdapat satu keadaan lagi yang secara signifikan membatasi prospek kaedah sintesis "fizikal". Seperti yang telah disebutkan, ahli kimia tidak mensintesis molekul, tetapi mendapatkan zat. Bahan ini terdiri daripada sebilangan besar molekul. 1 ml air mengandungi ~ 3x1022 molekul air. Mari ambil objek yang lebih dikenali untuk nanoteknologi - emas. Seketul emas 1 cm3 mengandungi ~ 6x1022 atom emas. Berapa lama masa yang diperlukan untuk memasang kubus atom?
Hingga hari ini, kerja-kerja mikroskop kekuatan atom atau terowong serupa dengan seni, bukan tanpa alasan bahawa ia memerlukan pendidikan yang istimewa dan sangat baik. Kerja manual: pancing atom, seret ke tempat yang betul, nilai hasil pertengahan. Lebih kurang sepantas batu bata. Agar tidak menakutkan pembaca dengan angka yang tidak dapat difahami, anggaplah kita telah menemukan cara untuk membuat mekanisme dan memperhebatkan prosesnya dan dapat menumpuk sejuta atom sesaat. Dalam kes ini, kita akan menghabiskan dua bilion tahun untuk memasang kubus 1 cm3, hampir sama dengan yang diperlukan untuk menciptakan seluruh dunia hidup dan diri kita sebagai mahkota evolusi melalui percubaan dan kesilapan.
Itulah sebabnya Feynman bercakap mengenai berjuta-juta "kilang", tanpa menilai, bagaimanapun, kemungkinan produktiviti mereka. Itulah sebabnya walaupun satu juta nanorobot yang menggegarkan diri kita tidak akan menyelesaikan masalah itu, kerana kita tidak akan mempunyai cukup hidup untuk menunggu hasil kerja mereka. Itulah sebabnya mengapa Richard Smalley mendesak Eric Drexler untuk mengecualikan sebutan "mesin penciptaan" dari pengucapan awam, agar tidak menyesatkan masyarakat dengan omong kosong anti-saintifik ini.
Oleh itu, bolehkah kita menghentikan kaedah mendapatkan bahan, bahan dan alat ini? Tidak, tidak sama sekali.
Pertama, teknik yang sama dapat digunakan untuk memanipulasi blok bangunan yang jauh lebih besar, seperti nanotube karbon, bukan atom. Ini menghilangkan masalah atom cahaya dan reaktif, dan produktiviti secara automatik akan meningkat dua hingga tiga pesanan magnitud. Ini, tentu saja, masih terlalu sedikit untuk teknologi yang sebenarnya, tetapi dengan kaedah ini, saintis telah menghasilkan satu salinan alat nano termudah di makmal.
Kedua, banyak situasi dapat dibayangkan ketika pengenalan atom, nanopartikel, atau bahkan hanya kesan fizikal ujung mikroskop terowongan memulakan proses organisasi diri, transformasi fizikal atau kimia dalam medium. Contohnya - reaksi berantai polimerisasi dalam lapisan nipis bahan organik, perubahan struktur kristal bahan anorganik atau penyesuaian biopolimer di kawasan tertentu pada titik impak. Pengimbasan permukaan berketepatan tinggi dan pendedahan berulang akan memungkinkan untuk membuat objek lanjutan yang dicirikan oleh struktur nano biasa.
Dan akhirnya, kaedah ini dapat digunakan untuk mendapatkan sampel unik - templat untuk penyebaran lebih lanjut dengan kaedah lain. Katakan sebuah segi enam yang terbuat dari atom logam atau satu molekul. Tetapi bagaimana membiak satu molekul? Mustahil, anda katakan, ini adalah semacam khayalan yang tidak saintifik. Mengapa begitu? Alam sememangnya tahu bagaimana membuat banyak salinan sama molekul individu dan keseluruhan organisma. Ini biasa disebut pengklonan. Walaupun orang yang jauh dari sains, tetapi pernah mengunjungi makmal diagnostik perubatan moden sekurang-kurangnya sekali, telah mendengar mengenai reaksi berantai polimerase. Tindak balas ini membolehkan anda memperbanyak satu pecahan molekul DNA, diekstrak dari bahan biologi atau disintesis secara buatan dengan kaedah kimia. Untuk melakukan ini, saintis menggunakan "mesin molekul" yang dihasilkan oleh alam semula jadi - protein dan enzim. Mengapa kita tidak boleh membuat mesin yang serupa dengan klon molekul selain oligonukleotida?
Saya akan menerangkan sedikit mengenai Richard Feynman: “Prinsip kimia yang kita ketahui tidak melarang pengklonan molekul tunggal. "Reproduksi" molekul menurut sampel cukup nyata dan tidak melanggar hukum alam."
Mitos goo kelabu
Pertimbangan asas produktiviti nanorobots yang sangat rendah (dari segi jisim), secara semula jadi, tidak dilalui oleh Eric Drekeler. Terdapat masalah lain dalam dunia "mesin penciptaan" yang kita, kerana kekurangan ruang, tidak membincangkannya secara terperinci. Sebagai contoh, kawalan kualiti, menguasai pengeluaran produk baru dan sumber bahan mentah, di mana dan bagaimana atom muncul di "gudang". Untuk menyelesaikan masalah ini, Drexler memperkenalkan dua lagi jenis peranti ke dalam konsep.
Yang pertama adalah pembongkar, antipod pengumpul. Pembongkar, khususnya, mesti mengkaji struktur objek baru, menuliskan struktur atomnya ke dalam memori nanokomputer. Bukan alat, tetapi impian ahli kimia! Walaupun semua kemajuan dalam teknologi penyelidikan moden, kita tidak "melihat" semua atom, misalnya, dalam protein. Adalah mungkin untuk menentukan struktur molekul yang tepat hanya jika, bersama dengan berjuta-juta molekul serupa yang lain, membentuk kristal. Kemudian, dengan menggunakan kaedah analisis struktur sinar-X, kita dapat menentukan tepat, hingga seperseribu nanometer, lokasi semua atom di angkasa. Ini adalah prosedur yang memakan masa dan sukar yang memerlukan peralatan yang besar dan mahal.
Jenis peranti yang kedua adalah pencipta, atau replikator. Tugas utama mereka adalah pengeluaran sejajar pengumpul dan pemasangan replikator serupa, iaitu pembiakan semula. Seperti yang difahami oleh pencipta mereka, alat replikator adalah alat yang jauh lebih kompleks daripada penyusun sederhana; alat tersebut mesti terdiri daripada beratus-ratus juta atom (dua urutan besarnya kurang daripada molekul DNA) dan, dengan itu, mempunyai ukuran sekitar 1000 nm. Sekiranya jangka masa replikasi mereka diukur dalam beberapa minit, maka, berlipat ganda, mereka akan menghasilkan triliunan replikator setiap hari, mereka akan menghasilkan empat kali ganda penghimpun khusus yang akan mula memasang objek makro, rumah atau roket.
Sangat mudah untuk membayangkan situasi ketika fungsi sistem akan masuk ke mod pengeluaran demi pengeluaran, pengumpulan alat pengeluaran yang tidak terkawal - nanorobots itu sendiri, apabila semua aktivitinya dikurangkan menjadi peningkatan populasi mereka sendiri. Begitulah rusuhannya mesin di era nanoteknologi. Untuk pembinaan mereka sendiri, nanorobots hanya dapat memperoleh atom dari persekitaran, jadi pembongkar akan mulai membongkar atom segala yang berada di bawah manipulator kuat mereka. Akibatnya, setelah beberapa lama, semuanya penting dan, apa yang paling menjengkelkan bagi kita, biomas akan berubah menjadi sekumpulan nanorobots, menjadi "slime kelabu," seperti yang disebut Eric Drexler secara kiasan.
Setiap teknologi baru menghasilkan senario akhir dunia yang tidak dapat dielakkan, kerana pelaksanaan dan pengedarannya. Mitos goo kelabu hanya secara historis merupakan senario pertama yang berkaitan dengan nanoteknologi. Tetapi dia sangat khayal, itulah sebabnya wartawan dan pembuat filem sangat menyayanginya.
Nasib baik, senario seperti itu tidak mungkin. Sekiranya, di sebalik semua perkara di atas, anda masih mempercayai kemungkinan untuk mengumpulkan sesuatu yang penting dari atom, pertimbangkan dua keadaan. Pertama, replika yang dijelaskan oleh Drexler tidak mempunyai kerumitan untuk membuat peranti serupa. Seratus juta atom tidak mencukupi walaupun untuk membuat komputer yang mengawal proses pemasangan, bahkan untuk memori. Sekiranya kita menganggap tidak dapat dicapai - bahawa setiap atom membawa sedikit maklumat, maka jumlah memori ini akan menjadi 12.5 megabait, dan ini terlalu sedikit. Kedua, peniru akan mengalami masalah bahan mentah. Komposisi elemen peranti elektromekanik pada asasnya berbeza dari komposisi objek persekitaran dan, pertama sekali, dari biomas. Mencari, mengekstrak dan menyampaikan atom unsur-unsur yang diperlukan, yang memerlukan pelaburan masa dan tenaga yang besar,- itulah yang akan menentukan kadar pembiakan. Sekiranya anda memproyeksikan situasi pada ukuran makro, maka ini sama dengan memasang mesin dari bahan yang mesti dijumpai, dilombong, dan kemudian dihantar dari pelbagai planet sistem suria. Kekurangan sumber daya penting membatasi penyebaran populasi yang tidak terkawal jauh lebih sesuai dan sempurna daripada nanorobot mitos.
Kesimpulannya
Senarai mitos berterusan. Mitos nanoteknologi sebagai lokomotif ekonomi layak untuk artikel yang berasingan. Sebelumnya dalam artikel "Nanoteknologi sebagai idea nasional" (lihat "Kimia dan Kehidupan", 2008, N3), kami berusaha menghilangkan mitos bahawa Inisiatif Nanoteknologi Nasional AS adalah projek teknologi semata-mata.
Sejarah kanonik nanoteknologi juga merupakan mitos, peristiwa pentingnya adalah penemuan mikroskop elektron terowong. Yang terakhir mudah dijelaskan. "Sejarah ditulis oleh para pemenang," dan projek global yang disebut "Nanoteknologi", untuk sebagian besar menentukan wajah (dan pendanaan) sains moden, telah menembusi ahli fizik. Untuk itu kami semua, penyelidik yang bekerja di bidang ini dan yang berkaitan, mengucapkan terima kasih yang tidak terhingga kepada ahli fizik.
Mitos telah memainkan peranan positif, mereka telah menimbulkan semangat dan menarik perhatian elit politik dan ekonomi, serta masyarakat, kepada nanoteknologi. Namun, pada tahap pelaksanaan praktik nanoteknologi, sudah tiba masanya untuk melupakan mitos-mitos ini dan berhenti mengulanginya dari artikel ke artikel, dari buku ke buku. Lagipun, mitos menghalang perkembangan, menetapkan mercu tanda dan tujuan yang salah, menimbulkan salah faham dan ketakutan. Dan akhirnya, perlu menulis sejarah baru nanoteknologi - sains baru abad ke-21, bidang sains semula jadi yang menyatukan fizik, kimia dan biologi.
G. V. Erlikh, Doktor Sains Kimia
