Безграничное будущее: нанотехнологическая революция - [25]

В настоящее время инженеры только начинают использовать алмазы. Пионером технологии применения алмазов при низком давлении является Япония. Японская компания продает динамик с отличной высокочастотной характеристикой — конус динамика усилен легкой, жесткой пленкой алмаза. Алмаз — это необыкновенный материал, который можно получить из дешевых материалов, например, из природного газа. Американские компании только пытаются наверстать упущенное.

Все эти материалы просты. Более крупные структуры обладают свойствами сложнее, это позволяет точнее представить, как молекулярное производство будет использовать материалы.

Что делать, если вы собрали атомы углерода в длинные цепи с боковыми группами, немного похожими на белковую цепь, а затем создали из них большую трехмерную структуру? Если бы цепи были изогнуты так, что не могли плотно упаковываться, они бы свернулись клубком и схлопнулись почти как молекулы жидкости, но сильные связи сохранили бы общую структуру неповрежденной. Растягивание будет выпрямлять цепи, но их колебательные движения будут сворачивать их обратно. Такая структура была сделана: она называется резиновой.

Резина разрывается в основном потому, что ее структура нерегулярна. При растяжении сначала не выдерживает одна цепь, затем другая, потому что все они не натягиваются одновременно, чтобы совместно выдержать силу натяжения. Материал с лучшими свойствами сначала был бы мягким, как резина, но при сильном растягивании оказывался бы прочнее стали. Молекулярное производство может сделать такие вещи.

Природный мир содержит множество хороших материалов — целлюлозу и лигнин в древесине, белки прочнее стали в шелке паука, твердую керамику в песчинках и многое другое. Многие продукты молекулярного производства будут отличаться большой долговечностью как песок. Другие будут разработаны для легкой переработки как дерево. Некоторые из них могут быть предназначены для использования там, где их можно будет потом утилизировать. В последнем случае будут использоваться нанотехнологичные биоразлагаемые материалы. Можно предположить, что почти все продукты от обуви до компьютерных наномашин может быть сделан таким образом, чтобы они могли использоваться в течение длительного времени, а затем довольно быстро распадались бы на молекулы и другие материалы, которые обычно находятся в почве.

Это только намек на то, что молекулярное производство сделает возможным, обеспечивая лучший контроль над структурой твердого вещества. Но самыми впечатляющими достижениями нанотехнологий будут не материалы из сверхпрочных структур, не улучшенная резина, а простые биоразлагаемые материалы: однородные, повторяющиеся структуры, не сильно отличающиеся от обычных материалов. Эти материалы будут «глупыми». Когда их толкают, они сопротивляются или растягиваются и отскакивают назад. Если вы направите на них свет, они передадут его, отразят или поглотят. Но молекулярное производство может сделать гораздо больше. Вместо того чтобы использовать простые молекулы, оно может создавать материалы из триллионов двигателей, храповиков, излучателей света и компьютеров.

Мышцы умнее резины, потому что они содержат молекулярные машины: можно сказать, что они способны сокращаться. Продукты молекулярного производства могут включать материалы, способные изменять форму, цвет и другие свойства по команде. Когда в пылинке удастся разместить суперкомпьютер, материалы можно будет сделать умными, медицина станет очень сложной, и мир изменится. Умные материалы будут рассмотрены в главе 8.

Идеи и критические замечания

Мы только что увидели картину молекулярного производства (одного вида) и того, что оно может сделать (в общих чертах). Теперь давайте посмотрим на саму идею нанотехнологии: откуда она взялась, и что об этом думают эксперты? В следующей главе будет рассказано о представлениях исследователей, которые занимаются новыми технологиями.

Происхождение

Идея молекулярной нанотехнологии, как и большинство идей, имеет корни, уходящие в далекое прошлое. В Древней Греции Демокрит предположил, что мир построен из прочных, невидимых частиц — атомов, строительных блоков для твердых объектов, жидкостей и газов. За последние сто лет ученые узнали очень много об этих строительных блоках, а химики разработали множество способов объединять их, создавая новые вещи. Десятилетия назад биологи обнаружили молекулы, которые делают сложные вещи; они назвали их «молекулярными машинами».

Физик Ричард Фейнман был провидцем миниатюризации, он первым указал на возможность создания молекулярной нанотехнологии: 29 декабря 1959 года в послеполуденной речи на ежегодном собрании Американского Физического Общества он предложил использовать большие машины для создания меньших машин, которые могли бы сделать еще меньшие машины, работающие сверху вниз от макромира до микромира. В конце своего выступления он предсказал возможность управлять движением отдельных атомов: «принципы физики, насколько я понимаю, ничего не говорят против возможности маневрирования вещами атом за атомом». Он предсказал создание молекул, четко указывая направление, взятое современной концепцией нанотехнологии: «но интересно, что в принципе было бы возможно (я так думаю) для физика синтезировать любое химическое вещество, которое химик пожелает. Оставьте заказ, и физик их синтезирует. Как? Переместите атомы туда, куда нужно химику, и таким образом вы создадите необходимое вещество».