«Умные» материалы

Нанотехнология граничит не только с био и информационной технологией, но и с когнитивными науками. В ряде областей она ставит задачи создания «умных» устройств, а также «умных» материалов. «Умные», или «интеллектуальные», материалы должны эффективно и самостоятельно реагировать на изменение условий, смену режима работы устройства и непредвиденные обстоятельства.

Так, в Австралии специальная научно-промышленная организация разрабатывает «интеллектуальные» поверхности для самолетов и ракет. Они должны менять конфигурацию (при смене режима полета самолета), самовосстанавливаться при повреждениях, и все это при минимальном вмешательстве человека. Подобные самовосстанавливающиеся материалы разрабатываются для покрытий автомобилей, ракет, спутников.

Потребность в «умных» материалах вызвана тем, что современные механизмы и устройства становятся уязвимыми, с одной стороны, из-за своей сложности, с другой – из-за все более жестких условий эксплуатации: разные среды, радиация, большие скорости движения и пр.

Компьютерное моделирование давно используется для количественной оценки свойств различных материалов в разнообразных условиях эксплуатации. Для наноматериалов задачей компьютерного моделирования в основном становится прогнозирование новых свойств. По словам академика М. В. Алфимова, «осознается потенциал моделей прогнозировать свойства, которые лежат за пределами современного эксперимента» [5].

По прогнозу, из общего объема ежегодного рынка нанотехнологической продукции в 2015-2020 гг. (2 трлн долларов США) на новые материалы, которые не могут быть получены традиционными методами, придется 340 млрд долларов.

Лекция: Ассемблер. МЭМС И НЭМС. Наномоторы

Основные составляющие наноробота

В своей книге «Орудия созидания» Э. Дрекелер писал, что проблему «толстых пальцев» и возможность манипулировать материей на нанометровом уровне решат нанороботы, или, как их иногда называют, наноботы. Их пока нет, но уже во множестве работ получены отдельные составляющие будущих нанороботов. Особое место в создании таких устройств занимает компьютерное моделирование деталей наноробота.

Конкретный вид и конструкция наноробота зависят от его предназначения. На наноконвейере детали из атомов и молекул могут собирать достаточно простые «наноруки». Уже сконструирован «нанопинцет» из двух управляемых электрическим током углеродных нанотрубок, функция которого сводится к манипулированию с объектами в десятки и сотни нанометров. Наноробот, путешествующий по человеческому организму с целью его «ремонта», должен быть достаточно независим. Сеть нанороботов, проводящих экологический мониторинг некоторого района, должна быть самоорганизована. В общем случае наноробот должен состоять из следующих основных частей:

• наномотор (или наноактюатор) различной степени сложности;

• источник энергии;

• система обратной связи с оператором, возможно, с другими нанороботами;

• набор необходимых сенсоров;

• манипуляторы.

Ассемблер э. Дрекслера

С реди нанороботов особое место занимает классический молекулярный ассемблер (собиратель), идея которого предложена Э. Дрекслером, наноробот, способный собирать различные структуры, в том числе другие молекулярные машины и их части. Дрекелер полагал, что если не разработать систему самовоспроизводящихся нанороботов, невозможно будет создать макроскопические системы и продукты: это то же самое, что потребовать от одного - двух человек построить город. Поэтому в своих работах Дрекслер использовал идеи фон Неймана о самовоспроизводящихся роботах.

Очевидно, что даже простейший ассемблер очень сложен и состоит из огромного числа атомов (много миллионов). Существует мнение, что его реальное воплощение потребует совместных интеллектуальных и финансовых усилий нескольких стран. Вместе с тем второй ассемблер ничего не будет стоить - его соберет первый. В американском центре космических исследований NASA, например, собираются решить задачу освоения Луны и Марса с помощью автономных устройств, способных к репликации.

В настоящее время работа над отдельными деталями ассемблера и их соединениями ведется методом компьютерного моделирования. На рисунке 8.1 приведены некоторые из таких разработок Э. Дрекслера и Р. Меркля.

Однако в последнее время Э. Дрекслер и К. Феникс выдвинули идею нанофабрик; по их мнению, практичнее и безопаснее использовать простые руки-манипуляторы наноро-

ботов на больших производствах типа сборочных конвейеров (см. ниже).