Цель данной статьи — пролить свет на самые грубые научные ошибки, которые привели к возникновению нанозаблуждений и появлению легенд. Один из таких легенд — угроза «серой слизи». Что самое увлекательное, в эти легенды охотно верует глобальная общественность. Естественно, рой нанороботов, вышедших из-под контроля, живописно описанный в книжке «Жертва» Майкла Крайтона, смотрится жутко, невзирая на то, что создатель допустил много конкретно научных ошибок.
Эта самая книжка устрашила Царевича Чарльза, который сейчас является одним из врагов развития нанотехнологий в мире. Естественно, неважно какая быстроразвивающаяся разработка стращает. Тем паче разработка с таким огромным потенциалом. Можно с уверенностью гласить, что нанотехнологии так же изменят мир, как в свое время его изменила электрификация. В то дальнее время, когда электричество было предметом лабораторных исследовательских работ, только отдельные фантасты (Жюль Верн, к примеру) смогли более-менее точно обрисовать возникновение электронных машин, кораблей и подводных лодок. Но смогли ли они предсказать возникновение вычислительной техники, Веб и виртуальную действительность?
То же самое происходит в области футурологических прогнозов о будущем населения земли, пользующегося благами нанотехнологий. Выгоды, видимые невооруженным глазом, фантасты предсказали еще в 60-х годах прошедшего столетия. А предстоящее прикладное развитие молекулярного производства порождает те же легенды и заблуждения, о которых мы будем гласить ниже. В особенности это касается области наноробототехники и наномедицины.
До того как начать, следует обмолвиться, что все заблуждения, которых мы коснемся, в принципе воплотимы и не противоречат физике, химии, инженерии и другим четким наукам. Другое дело, что они неэффективны, нецелесообразны и временные рамки по их реализации могут отличаться от тех, о которых мы привыкли слышать.
Итак, начнем:
1. Вещи в наноэру будут выполняться миллионами нанороботов-ассемблеров, они станут собирать их из подручного материала, который перед этим будет разбираться на атомы роботами-дизассемблерами.
Если б инженеру, жившему в 50-е годы прошедшего века, произнесли бы что-то вроде: «В недалеком будущем, лет так через 40, авто будут собирать роботы-андроиды», он наверное в это бы не поверил, потому что уже в то время была более доступная конвейерная сборка. Схожая ситуация имеет место и сейчас. Многие люди, имеющие поверхностное представление о современных производственных процессах, могут поверить в то, что башмаки либо плазменные панели в наноэру будут выполняться «тучей» нанороботов, собирающих их поатомно. И не задумается о том, как неэффективным будет внедрение таких сложных устройств.
Вправду, для того, чтоб сделать управляемый конгломерат из мобильных нанороботов, нужно оснастить их рядом детекторов, системой навигации, системой передвижения и массивным бортовым компом для управления всем этим.
Рис. 1. Производственная линия наносборки
Вероятнее всего, если эта система будет представлять собой «конструктивный туман», о котором мы писали ранее, сборка макроскопического продукта усложнится из-за трудности доставки молекулярного сырья в зону сборки. Еще проще было бы из нескольких микроблоков, собранных в одном месте сборочного потока, сформировывать макроблоки. Этот подход реализован в проекте нанофабрики Криса Феникса.
Не исключено, естественно, что сборка вещей при помощи мобильных нанороботов будет вероятна в дальнейшем. Но можно с уверенностью сказать, что 1-ые производственные структуры, изготавливающие вещи с атомарной точностью, будут выполнены по принципу нанофабрик, потому что для первого производства «роя нанороботов» нужна более обычная структура.
Сторрс Холл, создатель проекта «конструктивного тумана», поначалу представлял для себя производственный процесс на базе наноассемблеров, связанных при помощи пространственной сетки, облегчающей их координацию в пространстве и сборку готового продукта. После детализированных расчетов даже такая система, состоящая из «привязанных к рельсам» нанороботов, оказалась неэффективной по сопоставлению с конвейерной нанофабрикой.
Рис. 2. Наноассемблер и пространственная сетка Сторрса Холла
Некие читатели могут поразмыслить: раз появляются такие трудности при использовании мобильных нанороботов, то, может, и сама концепция «конструктивного роя» тоже невыполнима? В данном случае нужно увидеть, что у гипотетичных роботов-сборщиков и «конструктивного роя» разные функции: 1-ые собирают готовый продукт с атомарной точностью, в то время как «рой» сформировывает готовые объекты из собственных составляющих — фоглетов.
Подручный материал, вероятнее всего, тоже разбираться мобильными нанороботами-дизассемблерами не будет. Это опять-таки неэффективно. Еще проще получить сверхчистые материалы в огромных количествах способами промышленной химии. На сегодня, правда, этого достигнуть тяжело, но с возникновением новых нанокатализаторов получение «молекулярного сырья» будет поставлено на поток.
Также при разбирании сырья на молекулы при помощи дизассемблеров появляется неувязка идентификации отдельных «разобранных» атомов и молекул. Некие ученые предлагают определять тип атома, воздействуя на него слабеньким электрическим излучением. Другие — взвешиванием при помощи НЭМС-осцилляторов. Но в любом случае процесс «разборки» такого же каменного угля на «чистый» углерод при помощи даже миллиона дизассемблеров востребует достаточно много времени. Опять-таки, это неэффективно.
2. В эру нанотехнологий все продукты будут очень дешевенькими и они будут доступны всем желающим
Хоть какое высокотехнологичное создание никогда не было дешевеньким. Цена готового продукта (при самом грубом приближении) определяется суммированием издержек на производственное оборудование, издержек на сырье для производства и потребленную энергию, издержек на оплату труда обслуживающему персоналу и оплату умственной принадлежности (патентов и пр.). Также следует не забывать о том, что в готовом продукте большую часть составляет прибыль предприятия-изготовителя.
Приведу аналог «бесплатных продуктов» на примере программного обеспечения. Казалось бы, для чего платить огромные средства за то, что можно за несколько секунд растиражировать фактически без издержек? Все же, спец лицензионные программки стоят очень недешево, программки общего использования — подешевле, некие распространяются безвозмездно. Как ни феноминально, но Билл Гейтс, глава компании Microsoft, самый обеспеченный человек в мире, заработал млрд баксов конкретно на тиражируемом программном обеспечении. Естественно, есть и безвозмездно распространяющиеся программки, и они время от времени работают лучше дорогих аналогов, но все-же платные тоже приобретают и пользуются ими. Можно представить, что в дальнейшем будет обширно всераспространено хакерское «нанопиратство», позволяющее безвозмездно воспользоваться разными продуктами нанотеха, как сейчас это происходит со многим программным обеспечением. Но это не означает, что полностью все нанопродукты будут доступны всем. Тем паче что не считая умственных вложений для их потребуются еще сырье и затраты энергии, которые тоже не будут бесплатными.
Попробуем представить для себя изготовка нанопродуктов при помощи самого сложного производственного наноустройства — нанофабрики. К примеру, один бизнесмен решил делать и продавать фоглеты для системы «конструктивный туман». Он посчитал, сколько может произвести фоглетов в час одна нанофабрика, и решил, что для массового производства фоглетов ему необходимо N нанофабрик. Он приобретает за некую исходную сумму нанофабрику у гипотетичного распространителя нанофабрик. И потом запускает программку ее самокопирования. Казалось бы — выходит все очень недорого. Но здесь есть одно «но». Готовая нанофабрика ну никак не может быть дешевле молекулярного сырья, затраченного на ее создание. И это нормально, потому что для производства копии нанофабрики необходимо молекулярное сырье. Дальше, в процессе работы одна нанофабрика будет потреблять около 250 кв электроэнергии в час. Пусть самая «скоростная» нанофабрика в час сделает одну свою копию (хотя это очень и очень стремительно). Другими словами если поначалу будет работать одна нанофабрика, а позже две, то потребление электроэнергии вырастет во столько раз, сколько будет работать нанофабрик.
Рис. 3. Экспоненциальное создание
Получив завод из N нанофабрик, коммерсант уже издержит на их создание некую сумму, которая будет равна: исходные издержки = (N-1)(тариф эл.эн, кВт * 2501 час + цена сырья, затраченного на 1 нанофабрику) + цена первой нанофабрики. И это издержки лишь на производственное оборудование. Позже коммерсант наймет исследовательскую группу, которая разработает конструкцию фоглета и наладит их создание. Это обойдется ему еще в определенную сумму. Потом, в конце концов, он приступает к выпуску серийной продукции. Пусть он в первой партии выпустит M фоглетов. Тогда их цена будет равна:
Стоимость 1 фоглета = (Исходные издержки + издержки на проектирование фоглетов)/M + (250время создание M фоглетовтариф эл.эн, кВт + сумма на затраченное сырье для их же)/M
Не считая этого прибавим к этой сумме прибыль коммерсанта — и мы получим уже готовую цена 1-го фоглета. На данный момент тяжело реально оценить денежные характеристики этой системы, чтоб прикинуть, сколько же будет стоить «собственный рой». Но уж во всяком случае это будет не безвозмездно.
Настоящая выгода такового производства по сопоставлению с обыденным — быстрота его развертывания, высочайшая упругость и перепрофилируемость. Если тот же коммерсант захотит, к примеру, заместо «роя» создавать компы, то он заплатит только конструкторскому персоналу за разработку нового продукта. При всем этом не надо будет ничего поменять в структуре производства. Это означает, что один таковой завод может делать и лекарства, и компы, и продукты питания.
Не исключено, что из-за таковой гибкой и доступной технологии производства вещи станут дешевле. Но цена их будет зависеть и от вложенной в их разработку умственной принадлежности. Потому еще рано делать выводы о дешевизне грядущего нанопроизводства, пока хотя бы один макет такового производства не начал работать.
3. А когда в центральном компьютере, управляющем роем наноассемблеров произойдет сбой, то они дружно примутся разбирать все вокруг себя, складывая из приобретенных атомов таких же ботов.
Этот вопрос уже не раз дискуссировался. Для такового произвола нужна система «ассемблер-дизассемблер». А если ее не будут использовать, то, естественно, этого не случится. Нанофабрики же работают по разбитой схеме: они не поставляют сами для себя сырья, оно готовится в другом производственном цикле. Этим разъединением сырья и производства получится предупредить выход репликаторов типа нанофабрики из-под контроля.
Рис. 4. Репликаторы
Роберт Фрайтас в самом начале «серого бума» подсчитал, за какое время наниты-репликаторы сумеют разобрать всю биосферу Земли на атомы. Вышло, что им будет нужно для этого два года.
Естественно, неконтролируемая репликация может быть сотворена искусственно. Но сделать такое орудие массового поражения будет очень тяжело. Тем паче что держать под контролем разбушевавшихся нанитов не сумеют сами создатели наноапокалипсиса.
4. Можно будет оживлять мертвых благодаря мед нанороботам, которые будут восстанавливать тела погибших поатомно. И если потом что-то в твоем теле нужно будет поменять, то полчища нанороботов перестроят его за толики секунды: вырастят дополнительные ноги/руки, изменят форму и крепкость тела и переведут метаболизм с кислорода на метан.
Как ни прискорбно, но оживлять мертвых даже наномедицина, вероятнее всего, не сумеет. В течение медицинской погибели есть еще шансы поддержать жизнь в пациенте, пока живой мозг. При погибели человека происходит утрата структуры самого головного органа — мозга. Даже если временами записывать поатомную структуру мозга пациента, а позже восстанавливать его с последнего «чекпоинта», то это будет не тот человек, который погиб.
Он не будет держать в голове отрезок времени, прошедший с момента «чекпоинта» и до погибели. Естественно, можно будет сделать сложные системы мониторинга состояния мозга для того, чтоб как можно почаще «сохранять» его структуру. Но еще проще создать меры по предотвращению досрочной погибели и погибели от злосчастных случаев.
Можно реконструировать человеческое тело, снабдив его набором имплантов и наноробототехники, что позволит конструктивно продлить срок людской жизни и защитить людей от 99% имеющихся болезней. Но защититься так же отлично от злосчастных случаев не получится. В целом население земли станет здоровее, молодее и сумеет жить фактически неопределенное количество лет. Но опасность от случайной погибели остается.
Оживлять же мертвецов, пролежавших деньки, годы либо столетия в могилах — утопия. Этого не достигнуть даже при помощи самых развитых нанотехнологий. Как было сказано выше — без инфы о строении мозга погибшего нельзя достигнуть его возвращения к жизни.
Рис. 5. Респироциты Фрайтаса
Резвые преобразования в организме вероятны только в определенных границах, потому не стоит ожидать от нанотехнологий чудес. Естественно, при помощи наномедицины можно приспособить человеческий организм к работе в более широком температурном спектре и т.д., но эти конфигурации не сумеют произойти за толики секунды. К примеру, для заслуги эффекта долгого дыхания при помощи респироцитов, обрисованных Робертом Фрайтасом, нужно ввести в систему кровоснабжения набор этих наноустройств и потом провести пару раз гипервентиляцию легких (глубоко вдохнуть 10—12 раз). Только после этих манипуляций человек сумеет находиться без кислорода в течение часа.
5. И все эти чудеса нанотеха произойдут уже через 10—20 лет!
Создание первых простых наномашин (нанокомпьютеров, наноманипуляторов и наномеханизмов) востребует инвентаря, которого еще не существует. При помощи современной атомно-силовой и сканирующей зондовой микроскопии сделать даже простой наноподшипник фактически нереально, потому что это трехмерная наноструктура. На сегодня исследователям удалось создавать атом за атомом только плоские структуры, состоящие из 10-ка атомов. Поатомная сборка современными микроскопами нанокомпьютера, к примеру, сравнима со строительством египетских пирамид при помощи пинцета. Потому при помощи современной технической и инструментальной базы сделать наносистемы с атомарной точностью нельзя.
Рис. 6. Наноподшипник, состоящий из ~106 атомов
Но если б можно было сделать такие наносистемы, как наноманипулятор, на данный момент, то, вне всякого сомнения, нанороботы появились бы в нашей жизни лет через 10.
Вероятнее всего, 1-ые инструменты, при помощи которых можно будет собирать из атомов разные трехмерные структуры, появятся только к концу этого десятилетия. Также, возможно, разовьются биотехнологические способы производства отдельных упорядоченных молекул и заблаговременно спроектированных белков. Белки-энзимы в природе делают функции природных наномашин, и если человеку получится повторить эти био механизмы, то появится возможность создавать и синтезировать простые наноструктуры, из которых потом можно будет собрать наноманипуляторы и нанокомпьютеры, эти базисные блоки наномашин и нанороботов.
Огромные надежды возлагаются на создание способом самосборки. Не исключено, что многие алмазоидные и био наномашины можно будет создавать способами самосборки при помощи энзимов либо катализаторов. Но, опять-таки, исследования в этих областях только начинаются, хотя перспективы их внедрения уже достаточно широкие.
Исходя из того, что инструментов для производства наномашин пока нет, а наиблежайшие появятся лет через 10—20, то не стоит ожидать реально работоспособных нанороботов и иных чудес нанотеха ранее, чем через 40—50 лет. И это жизнеутверждающий прогноз. По пессимистическому прогнозу расцвет нанотеха произойдет к концу этого столетия.
Свидиненко Юрий