В стране все чаще говорят о нанотехнологиях. Академик РАН Михаил Алфимов уверен, что «реальные плоды нанотехнологической революции превзойдут любые фантазии. Нано – это не какая-то отрасль промышленности. Это мотор, который в ближайшие 50 лет потащит всю мировую экономику. Будущий рывок можно сравнить с революцией, совершенной паровой машиной Уатта…». Нанотехнологии не имеют какого-то определенного, связанного с ними физического процесса. Это даже не технология, а идея, как сейчас принято говорить, парадигма, благодаря которой человек уже научился управлять отдельными атомами.
Мировой рынок наноиндустрии исчисляется сотнями миллиардов долларов. Уже есть гражданские и военные нано. И мировая гонка нанотехнологий набирает обороты. В Послании Федеральному собранию в апреле 2007 г. В. Путин объявил о выделении на нанотехнологии 130 млрд. рублей. Но Президент России озабочен и тем, что «для большинства людей нанотехнологии – это такая же абстракция, как и ядерные технологии в 30-е годы прошлого века». Народ не в курсе, что наступают нановремена. Мы уже можем пользоваться наногитарами, наноброней, носить наноплатье и скоро будем закусывать нанокотлетами. Не верите?
«Все состоит из корпускулов»
ЧТО же такое эти самые нано? Как они выглядят? Вот простой пример – в Британском музее Лондона хранится «Кубок Ликурга». На стенах кубка изображены интересные сцены из жизни этого великого спартанского законодателя. Кубок изготовили древнеримские мастера. Он содержит микроскопические частицы золота и серебра, добавленные в стекло. При различном освещении кубок меняет цвет – от кроваво-красного до солнечно-золотистого. Это и есть наночастицы (они невидимы для человеческого глаза). Аналогичные технологии применялись и при создании витражей средневековых европейских соборов. То есть наночастицы (сами того не подозревая) использовали еще древнеримские мастера?
А предвестником нанотехнологий считают греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово «атом» (с греческого – «нераскалываемый») для описания самой малой частицы вещества. В 1661 г. ирландский химик Роберт Бойль опубликовал статью, в которой в пух и прах разбил утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов – воды, земли, огня и воздуха. Роберт Бойль в своих работах сообщал, что «все в этом мире состоит из корпускулов – сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы».
Карлики и гномы эпохи Возрождения
НО ЧЕЛОВЕЧЕСТВО пошло дальше. Нанотехнологический прорыв был достигнут американским изобретателем Джорджем Истмэном в 1883 году. Именно он основал известную компанию Kodak, которая изготовила фотопленку. В 1905 г. инициативу подхватил Альберт Эйнштейн: он опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр. И этому есть многочисленные подтверждения. Греческое слово «нанос» означает «гном» или «карлик», им обозначают биллионные части целого.
В 1931 г. в Германии был создан электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. А в 1974 г. японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово «нанотехнологии», которым предложил называть механизмы размером менее одного микрона. Эстафету подхватили в 1981 г. немецкий ученый Герд Бинниг и швейцарский физик Генрих Рорер. Они создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы. И уже с 1993 г. в США начали присуждать Фейнамановскую премию (в честь физика Ричарда Фейнамана, который еще полвека назад считал, что многие научные проблемы будут решены лишь тогда, когда ученые научатся работать на атомарном уровне).
Дальше – больше. В 1998 г. в Голландии был создан транзистор на основе нанотехнологий. В 1999 г. американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как и молекулярные цепочки.
В 2006 г. профессор Пьеро Баглиони из Университета Флоренции создал нанораствор, позволяющий улучшать реставрацию произведений живописи. Он представляет собой наноэмульсию из воды и масла с добавлением поверхностно активных веществ, которая способна растворять акриловые краски. Раствор особенно эффективен в удалении более поздних наслоений на хрупких поверхностях. Новый метод опробован при восстановлении настенной живописи известного художника эпохи Возрождения Вечетты. У России, как говорится, своя стать. В 2007 г. уральскими учеными создана наноброня.
Тем временем китайские ученые сообщили об открытии так называемых углеродных нанорожков. Эти малыши могут использоваться для внутриклеточного транспорта веществ, например лекарств. Сегодня авторы открытия заняты исследованием частиц на биологическую совместимость с тканями человека и животных.
Еще в конце мая с.г. китайские ученые во время пуска китайской ракеты-носителя Chang Zheng вывели на околоземную орбиту наноспутник. Его вес – около 1 кг. И предназначен этот наномалыш для изучения поведения микроэлектроники в условиях космического полета.
Как далеко ушли китайцы от разработок российских ученых? И что вообще происходит у нас в стране? Один известный российский физик как-то сказал в сердцах: «Чтобы дожить до развития нанотехнологий в России, надо быть бессмертным». Значит, мы пока отстаем?
Для России – это мегапроект
РАЗВИТИЕ наноисследований, нанотехнологий и наноиндустрии рассматривается Президентом России и Правительством РФ как одно из стратегических направлений формирования инновационной экономики – «экономики знаний». В 2005 г. направление «Индустрия наносистем и материалы» включено в государственные научно-технические приоритеты. В России в ближайшее время будет создана государственная корпорация, которая займется развитием наноиндустрии и контролем средств, выделяемых на эти цели. В ближайшее время будет создан Совет по нанотехнологиям.
– Это действительно мегапроект, – считает первый вице-премьер С. Иванов. – Нанотехнологии способны изменить всю экономику России.
Но куда пойдут деньги?
Оказывается, у нас уже есть на что их тратить. Санкт-Петербургский государственный университет подписал соглашение с Министерством образования и науки РФ о создании Центра нанотехнологий. Общая стоимость проекта составляет более 130 млн. рублей. До конца 2007 г. планируется завершить строительные работы по подготовке помещений нового научного диагностического центра, ввести в эксплуатацию комплекс электронной микроскопии для нанотехнологических исследований. Новый научный центр выйдет на проектную мощность уже в начале 2008 года. Сегодня университет уже заявил о 30 проектах, связанных с нанотехнологиями.
А «Доктор Бомба» против
НО НЕ все ученые приветствуют прорывное развитие нанотехнологий. Блестящий выпускник Гарварда, профессор математики Теодор Качински собственноручно убил трех своих коллег, а 23 попросту изувечил. «Доктор Бомба» – так окрестили ученого в ФБР – «пытался спасти мир от науки». Качински с 1976 по 1995 гг. посылал по почте бомбы самым прогрессивным ученым США. Известная американская писательница Синтия Озик назвала его новым Раскольниковым, который хотел спасти мир ценой жизни самых ярких представителей «отвратительного индустриального мира». ФБР охотилось за американским Раскольниковым несколько десятилетий. Его выдал родной брат. Процесс над Качински длился два года. Его признали шизофреником и приговорили к пожизненному заключению. Ныне он сидит в одиночной камере в тюрьме Сакраменто. Журнал «Пипл» назвал Качински одним из 25 самых интересных людей планеты.
«Доктор Бомба» считал, что стоящие перед человечеством проблемы будут все более сложными, а машины – все более разумными. Люди станут позволять машинам принимать все больше решений за себя... В конце концов будет достигнута фаза, когда решения, необходимые для поддержания системы, будут настолько сложными, что люди не смогут разумно их принимать. На этой стадии машины фактически обретут контроль над человеком. И сегодня в среде ученых, специализирующихся в нанообластях, вновь царит несогласие. Некоторые из них повторяют слова «Доктора Бомбы» – «нанотехнологии непонятно куда могут всех нас завести».
Нано – потенциальная угроза стабильности?
НАНОТЕХНОЛОГИИ становятся ключевым направлением развития современной промышленности и науки, – объяснил корреспонденту «Аргументов неделi» Владимир Кишинец, инженер, автор нашумевшей книги «Nano Sapiens, или Молчание небес». – Изделия с применением нанотехнологий со временем войдут в жизнь каждого человека, позволят сэкономить невозобновляемые природные ресурсы. И если мы можем оперировать отдельными атомами и молекулами, то можем создавать и сверхминиатюрные наномерные устройства – компьютеры, механические и электрические машины. Мы можем создавать материалы с совершенно необычными свойствами – без сварки или клея. Существует два вида гипотетических устройств, внедрение которых позволит говорить о нанотехнологиях в чистом виде. Это макроразмерный наносборщик и наноробот. Первый будет представлять собой некий настольный аппарат, размером с печь СВЧ, в котором поатомно будут воссоздаваться объекты по специальным компьютерным программам.
– Второй – наноробот, это устройство совсем других размеров, – продолжает Владимир Кишинец. – Это нанометрический механизм, действующий внутри биологического объекта, например, нашего тела. Он умеет самовоспроизводиться – «размножаться» и выполнять по заложенной программе действия, связанные с распознанием отдельных молекул в живой клетке, с «разборкой» и «сборкой» необходимых молекул.
Прототипы нанороботов в природе нам хорошо известны, а некоторые человек использует давно. Это микроорганизмы, бактерии и вирусы. Вино, сыр и многие другие продукты «изготавливают» микроорганизмы, а не нанороботы. Соотношение между наноботом и вирусом будет как между лошадью и автомобилем. Животное мы лишь «приспособили» к транспортированию человека, а автомобиль создавали специально.
Между тем, сегодня мало кто говорит о колоссальных потенциальных изменениях в геополитике, социальной жизни, которые принесут с собой наноизобретения. Что будет означать для человечества, для нашей страны хотя бы одно такое явление, как снижение потребности в нефти? Как это отразится на политических проблемах? Так что нанотехнологии – не только безусловное благо, но и потенциальная угроза стабильности.
Нано борется с холестериновыми бляшками
ГРУППА исследователей из Нью-Йоркского университета сделала свой прорыв в области нанотехнологий. Ученые вплотную подошли к созданию управляемой машины на основе синтетических молекул ДНК. Исследователи сообщили, что разработанное ими устройство может стать основой для строительства сложных машин молекулярного масштаба, что приведет к созданию нанороботов, которые будут строить новые молекулы, проводить операции на молекулярном уровне и бороться с заболеваниями.
Наноробот, введенный в организм человека, сможет самостоятельно передвигаться по кровеносной системе и очищать его от микробов или зарождающихся раковых клеток, а саму кровеносную систему – от отложений холестерина. Он сможет изучить, а потом и «выправить» характеристики тканей и клеток. Сегодня ученые из Нью-Йорка работают над тем, чтобы управлять несколькими парами молекул автономно, без воздействия на другие. Таким образом, они хотят запрограммировать молекулы ДНК, чтобы те могли в заданном порядке объединяться с другими молекулами в более крупную структуру.
Обживут ли нанороботы Луну
ЗА СЧЕТ внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, можно будет достигнуть бессмертия человека, – уверен биотехнолог Евгений Свирин. – В промышленности произойдет замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул.
Молекулярные роботы смогут «внедряться» в живой организм на уровне атомов, и станет возможным создание новых типов живых существ, в том числе биороботов. Будет освоен космос: огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство. Они и подготовят космос для человека – сделают пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудят космические станции. Фантастика?
– Уверен, что это реальность, – сказал «Аргументам неделi» почетный президент Международного авиационного космического салона в Жуковском, летчик-космонавт Магомед Толбоев. – А пока мы топчемся на одном месте. В кибернетике произойдет переход к объемным микросхемам, а размеры активных элементов уменьшатся до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Появится долговременная быстродействующая память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами.
Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер. На все это, по мнению ученых, понадобится около 100 лет.
Берегись серой жижи
СУЩЕСТВУЕТ и гипотетическая опасность выхода самовоспроизводящихся нанороботов из-под контроля. Тогда все живое на Земле будет разобрано на молекулы, а нанороботы станут бесконечно копироваться, и толстый слой «серой жижи» покроет всю Землю. Введение этого термина в обиход приписывают американцу Эрику Дрекслеру. В 1981 г. он опубликовал научную работу, посвященную проблемам нанотехнологии. В 1986 г. появилась его книга «Машины созидания», речь в которой идет о самовоспроизводящихся роботах размером с молекулу, которые, например, могли уничтожать раковые клетки в человеческом организме.
Билл Джой, один из разработчиков универсального языка программирования Java, уже призвал хотя бы к частичному прекращению исследований в области нанотехнологий: «Мы можем стать последним поколением людей на Земле».
Так что сегодня идут горячие дебаты о будущем новой технологии. Нанороботы, вышедшие из-под контроля, могут стать оружием массового поражения. Нанороботы могут быть запрограммированы на изготовление уже существующего оружия (недаром же «Доктор Бомба» так отчаянно пробовал привлечь к этому внимание общественности еще 30 лет назад). Овладев секретом создания подобного робота, воспроизвести универсальных «карликов» сможет даже террорист-одиночка. Возможность создания таких устройств существует. И они смогут воздействовать на определенные этнические группы или заданные географические области.
Полнофункциональное слияние человеческого и машинного интеллекта произойдет, по средневзвешенным оценкам ученых, к 2030 году.
Съедобные нано из керамики
НО ПОКА оптимисты и пессимисты спорят, специалисты пищевой промышленности сообщают об изобретенной ими… наноеде. Это, оказывается, совершенно новое направление в пищевой отрасли. И скоро мы получим совершенно уникальную пищу.
– Речь идет о диагностических машинах с применением наносенсоров, или так называемых квантовых точек, способных быстро и надежно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения, – рассказывает биотехнолог Евгений Свирин. – Наночастицы будут целенаправленно использоваться для доставки к частям организма полезных веществ и лекарств. Съедобные наночастицы могут быть сделаны из кремния, керамики или полимеров.
Ученые пока не могут сказать, по каким маршрутам эти частицы будут курсировать в теле человека. Помимо доставки ценных питательных веществ к нужным клеткам можно будет видоизменять те же напитки: потребитель сможет сам управлять наночастицами и менять вкус, цвет, аромат лимонада или сока. Некоторые нанопродукты уже поступили в продажу. Одна известная молочная компания выпустила йогурт с наночастицами для более быстрого усвоения кальция. Другая известная компания разработала новые носители для пищевых добавок, таких как ликопен и бета-каротин.
Сегодня в мире около 200 компаний ведут исследования в области создания нанопродуктов. В первую очередь в этом задействованы энергетические напитки, кремы, мороженое и даже кое-что посущественнее. И скоро мы получим и нанокотлеты, которые излечивают сосуды и сердце, и наномороженое с повышенным содержанием кальция, и многое другое нано… Сюрпризов ученые обещают немало.
Наноэра, выходит, не за горами и у нас в России?