Прогноз развития нанотехнологий в будущем, а также отрасли человеческой деятельности, которые будут при этом затронуты
Эта
статья рассчитана на тех, кто только что познакомился с миром
нанотехнологий и хочет узнать, что же будет дальше – каких чудес и
разочарований ждать через 20, 30, 40 лет? На подобные вопросы всегда
трудно ответить точно, поэтому мы предлагаем прогноз того, что могут
дать нанотехнологии через несколько десятилетий, при сохранении
современных темпов развития.
В 2003 году командой сайта
Nanotechnology News Network была предпринята попытка составить широкий
прогноз развития нанотехнологий с 2003 года по 2050. Большинство того,
что мы предвидели, сбылось, и, даже удивило темпами развития. Это
касается наноэлектроники, спинтроники, квантовых вычислений,
материаловедения и других отраслей. Были и ошибочные прогнозы, связанные
с развитием нанобиологии и наномедицины, но, как показывает динамика
развития этих отраслей, в недалеком будущем они также могут обогнать
наши прогнозы.
Основной проблемой в наноиндустрии на сегодняшний
день является управляемый механосинтез, т.е. составление молекул из
атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в
действие соответствующие химические связи. Для обеспечения
механосинтеза необходим наноманипулятор, способный захватывать отдельные
атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм.
Наноманипулятор должен управляться либо макрокомпьютером, либо
нанокомпьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего
манипулятором.
На сегодня подобные манипуляторы не существуют.
Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время производят
перемещение отдельных молекул и атомов, ограничена в диапазоне действия,
и сама процедура сборки объектов из молекул из-за наличия интерфейса
«человек – компьютер – манипулятор» не может быть автоматизирована на
наноуровне.
Институтом Молекулярного Производства (IMM)
разработан предварительный дизайн наноманипулятора с атомарной
точностью. За изготовление такого устройства назначена премия только из
фонда IMM в размере $250,000. Как только будет получена система
«нанокомпьютер – наноманипулятор» (эксперты прогнозируют это в 2010—2020
гг.), можно будет программно произвести еще один такой же комплекс – он
соберет свой аналог по заданной программе, без непосредственного
вмешательства человека.
Такая «самосборка» называется
репликацией, а репликатор — ассемблером. Бактерии, используя
репликативные свойства ДНК, способны развиваться за считанные часы от
нескольких особей до миллионов. Таким образом, получение ассемблеров в
массовом масштабе не потребует никаких затрат со стороны, кроме
обеспечения их энергией и сырьем.
На
основе системы «нанокомпьютер – наноманипулятор» можно будет
организовать сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать
любые макроскопические объекты по заранее снятой либо разработанной
трехмерной сетке расположения атомов. Компания Xerox в настоящее время
ведет интенсивные исследования в области нанотехнологий, что наводит на
мысль о ее стремлении создать в будущем дубликаторы материи. Комплекс
роботов (дизассемблеров) будет разбирать на атомы исходный объект, а
другой комплекс (ассемблеры) будет создавать копию, идентичную, вплоть
до отдельных атомов, оригиналу (эксперты прогнозируют это в 2020—2030
гг).Это позволит упразднить имеющийся в настоящее время комплекс фабрик,
производящих продукцию с помощью «объемной» технологии, достаточно
будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт – и он
будет собран и размножен сборочным комплексом. Благодаря репликации
можно будет наделять отдельные продукты этим свойством, например,
нанороботов.Станет возможным автоматическое строительство орбитальных
систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, их освоение
многозвенными роботами-амебами, производство подводных строений в
мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют
это в 2050 гг.). Возможность самосборки может привести к решению
глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и
энергии. Схематически прогресс нанотехнологий с 2003 по 2050 года
представлен на дереве развития нанотехнологий.
Благодаря
нанотехнологиям существенно изменится конструирование машин и механизмов
– многие части упростятся вследствие новых технологий сборки, многие
станут ненужными. Это позволит конструировать машины и механизмы, ранее
недоступные человеку из-за отсутствия технологий сборки и
конструирования. Эти механизмы будут состоять, по сути дела, из одной
очень сложной детали.
С помощью механоэлектрических
нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с
большим КПД и создать эффективные устройства для получения
электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация
отходов и глобальный контроль за системами типа «recycling» позволит
существенно увеличить сырьевые запасы человечества. Станут возможными
глобальный экологический контроль, погодный контроль благодаря системе
взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно.
Биотехнологии и
компьютерная техника, вероятно, получат большее развитие благодаря
нанотехнологиям. С развитием наномедицинских роботов станет возможным
отдаление человеческой смерти на неопределенный срок. Также не будет
проблем с перестройкой человеческого тела для качественного увеличения
естественных способностей. Возможно также обеспечение организма
энергией, независимо от того, употреблялось что-либо в пищу или нет.
Различные
нейроинтерфейсы и импланты, разработанные на сегодняшнее время будут
значительно улучшены и их биологическая совместимость с нервными тканями
человека станет еще более полной. Тогда настанет время «настоящей»
виртуальной реальности и полноценного взаимодействия с компьютерами
через нервную систему человека.
Благодаря этому компьютерная техника
трансформируется в единую глобальную информационную сеть огромной
производительности, причем каждый человек будет иметь возможность быть
терминалом – через непосредственный доступ к головному мозгу и органам
чувств.
Средства отображения информации уже пополнились
прозрачными и гибкими дисплеями на основе нанотрубок или квантовых
точек. Через несколько лет с их помощью можно будет реализовать
сворачиваемые электронные газеты, обновляемые непосредственно через
беспроводные сети.
Современные транзисторы уже выполняются по
технологическому процессу 65 нанометров, а впереди еще несколько
переходов до границы в 11 нанометров. Но даже после этой «последней»
границы, препятствующей дальнейшему уменьшению наноэлектроники, есть
путь еще ниже: это квантовые компьютеры и спинтроника.
Область
материаловедения существенно изменится – появятся т.н. «умные»
материалы, способные к мультимедиа-общению с пользователем. Также
появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие (на основе
алмазоида).
Что касается сырьевой проблемы, то для постройки
большинства объектов нанороботы будут использовать несколько самых
распространенных типов атомов: углерод, водород, кремний, азот,
кислород, сера, и др. в меньшем количестве. С освоением человечеством
других планет проблема сырьевого снабжения будет решена.
Таким
образом, на основании прогнозов, нанотехнологии обещают радикальное
преобразование как современного производства и связанных с ним
технологий, так и человеческой жизни в целом. Как сказал Ralph Merkle,
(Xerox, Palo Alto) «Нанотехнологии произведут такую же революцию в
манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании
информацией».
http://nano-tech.at.ua/news/2008-04-18-6 |