4.8. Майбутнє ‒ в нанотехнологіях.

В 1959 году Ричард Фейнман, крупнейший американский физик-теоретик, Нобелевский лауреат 1965года прочитал свою знаменитую лекцию о будущем нанотехнологии «Там, внизу, еще очень много места»( «There’s Plenty of Room at the Bottom»). Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам..

Ричард Фейнман  ( 1918 — 1988) —

видатний американський фізик. Лауреат Нобелівської премії з фізики (1965), один з творців квантової електродинаміки та атомної бомби. Популяризатор фізики.

І дея Фреймана отримала розвиток в що з'явилася в 1986 р і здавалася напівфантастичною книзі Еріка Дрекслера "Двигуни Творення" («Engines of Creations»), в якій вперше була сформульована ідея робота, здатного "​​збирати" з окремих атомів складні структури. Власне з ім'ям Дрекслера пов'язані майже всі терміни та ідеї, що існують в сьогоднішній науці про нанотехнології, саме цей учений зрозумів всю значимість і справедливість однієї єдиної фрази Фейнмана в заголовку його промови.

Ерік Дрекслер (рід. В 1955,) -

відомий американський вчений і інженер, «батько нанотехнологій». Автор концепції нанотехнологічного механосінтеза, перший теоретик створення молекулярних нанороботів.

Свій робот-складальник Дрекслер назвав асемблером. Асемблер складається з двох основних частин ‒ мікрокомп'ютера і керованого маніпулятора. Відразу слід згадати, що в роботах Дрекслера ці терміни вживаються з уточнюючим словом "молекулярний", що само за себе говорить про розміри основних елементів і використовуваної "елементній базі". Таким чином, асемблер ‒ це мікроробот, або наноробот, що володіє як пам'яттю, яке береже керуючу програму, так і виконавчим механізмом, що дозволяє "розставляти" атоми відповідно з цією програмою.

           Якщо асемблери по Дрекслер призначені для творення, то деструктори, відповідно, ‒ для розбирання, що важливо, по-перше, для аналізу атомної структури (матриці) об'єкта, наміченого для майбутнього відтворення, а по-друге для отримання атомного сировини.

Проте практична нанотехнологія народилася, по суті, в 1986 р коли Герд Бінніг (фірма IBM) винайшов скануючий тунельний мікроскоп з можливостями маніпулювати атомами, який став прообразам машин майбутньої нанотехнології, передбаченої Фейнманом і Дрекслером. Весь світ обійшла "нанофотографію" дивовижною мозаїки, що утворює символіку компанії IBM, "вигравійована" окремими атомами ксенону на поверхні нікелевого монокристала (див. Лекцію 4). Поява таких нанороботів по оптимістичним прогнозам різних фахівців очікується між 2040 і 2050 роками.

Герд Карл Бінніг (рід. В 1947) - німецький фізик, в 1986 році спільно з Генріхом Рорером отримав Нобелівську премію з фізики за винахід скануючого тунельного мікроскопа. Розробки Бінніг розширили можливості нанотехнологій, дозволивши не тільки візуалізувати окремі атоми, а й маніпулювати ними.

   

Слід очікувати, що нанотехнологія забезпечить небачені досі можливості практично у галузі людської діяльності, Речі в наноери вироблятимуться мільйонами нанороботів-асемблеров, вони стануть збирати з підручного матеріалу, який перед цим буде розбиратися на атоми роботамі- деструкторами. Непідробний ентузіазм викликають перспективи використання нанотехнології в таких областях, як обчислювальна техніка, інформатика (модулі пам'яті, здатні зберігати трильйони бітів інформації в обсязі речовини з шпилькову головку), комунікаційні лінії, виробництво промислових роботів, біотехнології, медицина (адресна доставка лікарських препаратів до пошкодженим клітинам , виявлення пошкоджених і ракових клітин), космічні розробки та багато іншого.

      Очікується створення молекулярних роботів-лікарів, які можуть "жити" всередині людського організму, усуваючи всі виникаючі ушкодження, або запобігаючи виникненню таких. Маніпулюючи окремими атомами і молекулами, нанороботи зможуть здійснювати ремонт клітин.

       Вже зараз відомі нам наноматеріали із заздалегідь запрограмованими людиною властивості. Прикладів такого прогресу дуже багато: негорюча папір, прозорий і гнучкий матеріал з легкістю пластика і твердістю стали, змащення понижуючі тертя на 30-50%, непромокаючий одяг, гнучкі пластикові екрани товщиною менше 1 мм і яскравістю сучасного монітора і пр.

       Дуже перспективним є побудова на основі нанотехнологій системи штучного інтелекту шляхом моделювання принципів роботи людського мозку. Ще в першій половині цього століття перші машини, які можуть бачити, чути, пересуватися і управляти об'єктами на рівні, еквівалентному людському, вийдуть з лабораторій на ринок. Ці роботи поки не зможуть мислити творчо подібно людям, але попереду еше друга половина XXI століття!

Вже із сказаного зрозуміло, що володіння передовими нанотехнологиями визначатиме стратегічне лідерство в майбутньому світі. Ось чому понад 50 країн світу проваджують спеціальні програми розвитку нанотехнологій і постійно збільшують обсяги світових інвестицій у ці програми. Підґрунтя ринку світових інвестицій становлять п'ятнадцять країн – США, Японія, Велика Британія, Німеччина, Ізраїль, Китай, Канада, Австралія, Росія та ін. У більшості з них частка державних витрат у сфері нанонауки і нанотехнологій перевищує 50% від загального обсягу фінансування науки.

Комп'ютерне моделювання є безальтернативним інструментом при вирішенні "інженерних" задач, метою яких є оптимізація тих чи інших наноструктур і наноматеріалів під задані вимоги. Цю задачу неможливо вирішити без використання потужних суперкомп'ютерів.

У світі йде жорстка конкуренція щодо створення надпотужних супер-ЕОМ. Основними «гонщиками» в цьому змаганні являються США, Японія і тепер ще Китай (див. Лекцію 17).

       Одночасно йде шалена гонка за тактовою частотою і мінімізацією комп'ютерів, що змусить нас навчитися рахувати на атомах і молекулах. На сьогоднішній день в десятках науково-дослідних центрів по всьому світу ведуться роботи з реалізації квантового комп'ютера на базі органічних молекул і надпровідних кілець, на атомах фосфору, вбудованих в кремнієву пластину, квантовому ефекті Холла та інших фіеіческіх принципах. Одним з варіантів є молекулярна електроніка, або молетроніка. Якщо дійсно вдасться замінити транзистори окремими молекулами, то розмір процесора зменшиться в сотні разів. Зростання ж продуктивності зросте на кілька порядків і дозволить випустити Терагерцового микропроцессори, що абсолютно неможливо на базі класичних кремнієвих технологій. Потужний комп'ютер буде вміщатися на кінчику голки (мрія Фейнмана). Молекулярні схеми буде можливо організувати по нейроноподобному принципом, а молекулярна пам'ять залишить далеко позаду свою напівпровідникову конкурентку, що допоможе нарешті домогтися успіху у вирішенні вельми застарілої проблеми «якісного штучного інтелекту».

         Не забуваємо також, що поряд з суперкомпьютерами розвиватимуться нанокомп'ютери в якості контролерів для нанороботів. Таким чином, ми бачимо, що нанотехнології та обчислювальна техніка приречені розвиватися в тісному спарці, сприяючи вдосконаленню один одного.

        Але не все так гладко і райдужно. Діє непереборний закон розвитку: рішення будь-якої проблеми породжує нові. Людство вступає в епоху нанохімії і нанотехнологій. Неважко уявити собі, до якого розквіту цивілізації вже досить скоро може призвести використання цих відкриттів. І навпаки, до якої катастрофи може скотитися людство, виявися ці кошти в руках безсовісних егоїстів від економіки і безвідповідальних авантюристів від політики.