Дивний наносвіт: через кілька років ми побачимо роботів з молекулу і тканину завтовшки в атом

У світі науки і технологій завжди є явища, від яких найближчим часом чекають революційних змін: мовляв, ось ще трохи, і ми будемо жити зовсім інакше. В кінці XIX століття багато чого очікували від застосування енергії пара і перших кроків у вивченні і освоєнні електрики. У XX столітті сподівалися, що завдяки відкриттю антибіотиків людство стоїть за крок від викорінення більшості хвороб. Ще живе покоління, пам'ятає ейфорію від перших успіхів в освоєнні космосу (навіть співали про яблунях, що незабаром будуть цвісти на Марсі).

Однак проходять десятиліття, і настає протверезіння. Наприклад, з тих же 60-х і до цього дня ми ніяк не дочекаємося обіцяного дива у вигляді економічно вигідних термоядерних реакторів, буквально заливають цивілізацію дармової енергією.

На початку третього тисячоліття маса надій покладається на нанотехнології.

Мислителі атомарного рівня

Почнемо з нагадування: нано - приставка з міжнародної системи одиниць (СІ) для утворення найменувань і позначень величин, утворених в результаті множення вихідної одиниці на число 10-9. Іншими словами, таку величину можна назвати "одна мільярдна". Якщо говорити про розміри, то в цьому інтервалі величин об'єкти стають співрозмірні з окремими атомами. Наприклад, на відрізку в 1 нм (одна мільярдна метра) розміщуються вісім атомів кисню.

Саме на роботу з об'єктами таких, пропорційних з атомами предметів, і мають на увазі нанотехнології. Втім, краще дати слово "батькам засновникам" цього напрямку.

Саму ідею озвучив знаменитий американський фізик-теоретик, нобелівський лауреат, один з творців квантової електродинаміки Ричард Фейнман. У лекції "Там, внизу, повним-повнісінько місця", прочитаної в Каліфорнійському технологічному інституті в 1960 р, він змалював можливості майбутнього науково-технічного напряму. Саме слово запропонував ще в 1974 р японський вчений Норіо Танігуті. Він говорив, що "нанотехнології переважно складаються з процесів поділу, об'єднання і деформації матеріалів атом за атомом або молекула за молекулою ...".

Другий піонер напрямки, американець Ерік Дрекслер назвав своє дітище "технологією виробництва, орієнтованої на дешеве отримання пристроїв і речовин із заздалегідь заданою атомарної структурою". Тобто вона має справу з окремими атомами для того, щоб отримати структури з атомарної точністю. У цьому ключова відмінність нанотехнологій від сучасних об'ємних технологій, які мають справу з макрооб'єктами. Пояснимо все вищесказане на пальцях: нанотехнологи збирають об'єкти з одиничних атомів так само, як звичайні робочі збирають трактор з окремих деталей, а ткачі з окремих ниток виробляють тканину.

Матеріали: небачені раніше властивості

Зараз вже ні в кого не викликає подиву той факт, що нанооб'єктів (наприклад, частки металів, що складаються всього з декількох атомів) мають інші фізичні та хімічні властивості, ніж у більших об'єктів з того ж матеріалу і, в той же час, в окремих атомів. Так, температура плавлення частинок золота розміром 5-10 нм на сотні градусів нижче температури плавлення кубічного сантиметра цього металу.

Одне з найбільш перспективних (і розрекламованих в ЗМІ) напрямків - розробка нових матеріалів з атомів вуглецю. На них покладають особливі надії через недосяжних в інших матеріалах міцності, ваги, електричних властивостей і ще доброго десятка параметрів.

Поки що неможливо "ткати" наноматеріали з окремих атомів цієї речовини. Найближчим часом для цього передбачають використовувати так звані молекулярні блоки.

Графа. Являє собою плоску сітку з шестикутників, в вершинах якої знаходяться атоми вуглецю. Отримати такий дивовижний об'єкт вдалося тільки в 2004 р Звичайно, поки не доводиться говорити про квадратних метрах цієї диво-тканини. Поки що графен доступний у вигляді лусочок розміром в долі міліметра. Або у вигляді плівочок побільше, але складаються з декількох шарів атомів. При цьому виробництво графена залишається вкрай дорогим задоволенням.

Можливі області застосування графена - мініатюрні електронні компоненти (транзистори), здатні працювати на недосяжних сучасним транзисторів частотах, газові датчики і фотоелементи з чутливістю, що перевищує існуючі аналоги в 1000 разів. Згадаємо також РК-дисплеї і високоефективні сонячні батареї.

Нанотрубки. Являє собою порожнистий циліндр діаметром від десятих часток до десятків нанометрів і завдовжки від одного мікрометра до сантиметра. Іншими словами, мова йде про згорнутому в трубочку листочку графена. Одне з найбільш обговорюваних напрямків використання нанотрубок - надміцні волокна і композитні матеріали (ентузіасти ідеї космічного ліфта сподіваються з'єднати тросом з нанотрубок супутник на орбіті і поверхні Землі). Адже нитка з нанотрубок товщиною з волосинку здатна витримати вантаж в сотні кілограмів.

ФУЛЕРЕН. Замкнуте опуклий багатогранник, побудований з атомів вуглецю. Основні перспективи використання - електроніка і медицина .

Нанороботи: революція в медицині

Найменші з існуючих нині микророботов мають габарити всього кілька міліметрів в довжину і міліметр в діаметрі. Передбачається, що нанороботів можна буде побачити тільки в мікроскоп.

Ідея пристрою розміром з десяток атомів розбурхує уми давно. Першим кроком до реалізації стала одна з моделей електронних мікроскопів, яка давала можливість зміщувати окремі атоми за допомогою електромагнітного поля. А в 1980-і роки XX в. з атомів вуглецю зібрали обертові шестерінки розміром в нанометр.

Найбільш перспективна сфера для нанороботів - медицина. Доставка ліків безпосередньо в орган і навіть потрібну клітину, хірургія з мікророзріз - ось лише пара застосувань нанороботів-лікарів.

Сьогодні є факти використання нанотехнологій в онкології: наночастинки доставляють хіміотерапевтичні речовини всередину ракових пухлин.

Однак з моменту появи ідеї особливих проривів у створенні нанороботів не спостерігається. Що цілком природно: надто вже масштабні завдання стоїть перед інженерами. Потрібно забезпечити маляток навігацією, джерелами енергії, засобами переміщення. Не обійтися і без "мозку" - досить потужного комп'ютера, але розміром з пару молекул.

Невеликий сеанс викриття

Отже, загальний настрій суспільства такий, що нанотехнологіями слід захоплюватися, як суперпроривом. Але є ложка дьогтю: років сім тому вийшла книга американського вченого Девіда Берубе "Наношуміха". У ній автор з іронією аналізує ситуацію і відзначає, що в сфері нанотехнологій існують два напрямки. Перше ґрунтується на реальних розробках корпорацій, лабораторій, університетів і окремих вчених. Вони дійсно рано чи пізно приведуть до технологічного прориву. Другий напрямок - вигадки з області наукової і зовсім ненаукової фантастики - прогнозує швидке революційна зміна цивілізації. Однак захоплення засновані на метафорах і не мають точного розрахунку. Проте саме цей напрямок має найбільший вплив на обивателя.

Нанотехнології приваблюють величезну кількість шахраїв, вибивали гроші з довірливих і не дуже присвячених в цю тему інвесторів таким примітивним способом, як додаток приставки нано до назви компанії.

Але відверті шарлатани, наївні мрійники і божевільні винахідники - тільки мала частина тих, хто роздуває міхур навколо нанотехнологій. До цієї публіці потрібно віднести і розважливих бюрократів, офіційних осіб, топ-менеджерів корпорацій, грантоїдів самих різних мастей, банкірів-інвесторів, всілякі неурядові організації, які спекулюють на інтересі до нанотехнологій для того, щоб вибити собі фінансування.

Читайте найважливіші та найцікавіші новини в нашому Telegram