Безграничное будущее: нанотехнологическая революция - [31]

Шрифт
Интервал

Приведет ли микротехнология к нанотехнологиям?

Можно ли использовать бульдозеры для изготовления наручных часов? Самое большее, они могут помочь построить заводы, на которых будут производиться часы. Хотя могут быть сюрпризы, это хорошая аналогия того, как соотносятся микротехнологии и молекулярные нанотехнологии. Становится понятно, что для достижения инженерных целей на молекулярном уровне необходим подход «снизу вверх».

Каковы основные инструменты, используемые для молекулярной инженерии?

По определению путь к молекулярной нанотехнологии должен лежать через молекулярную инженерию. Работая в разных дисциплинах, руководствуясь разными целями, исследователи добиваются прогресса в этой области. Химики разрабатывают методы, способные построить точные молекулярные структуры, никогда прежде не наблюдаемые. Биохимики учатся строить структуры знакомых видов, таких как белки, чтобы создавать новые молекулярные объекты.

Впрочем, большинство инструментов, используемых химиками и биохимиками, не слишком впечатляющи. Они работают за лабораторными столами, заваленными лабораторной посудой, бутылями, трубками и тому подобным, смешивая, перемешивая, нагревая и разливая жидкости — в биохимии жидкость обычно представляет собой воду со следами растворенного в ней материала. Периодически немного жидкости помещается в большую машину, после чего остается полоска бумаги с напечатанной на ней диаграммой. Как можно догадаться из этого описания, исследования в молекулярных науках обычно намного дешевле, чем исследования в физике высоких энергий (с ее многомиллиардными ускорителями частиц) или исследования в космосе (с ее многомиллиардными космическими аппаратами). Химию называют «малой наукой», не только из-за размера молекул.

Химики и биохимики развивают свою область главным образом путем получения новых молекул, которые могут служить инструментами, помогая строить или изучать другие молекулы. Дальнейшие успехи возможны после появления новых приборов, новых способов изучения молекул и определения их структуры и поведения. Еще больше достижений следует ожидать от применения новых программных инструментов, новых компьютерных методов для прогнозирования поведения молекулы с определенной структурой. Многие из этих программных инструментов позволяют исследователям заглядывать с помощью монитора в моделируемые молекулярные миры, очень похожие на те, которые были представлены в последних двух главах.

Из этих областей именно биомолекулярная наука наиболее активно развивает инструменты, которые могут построить нанотехнологию, потому что биомолекулы уже формируют молекулярные машины, включая устройства, напоминающие грубые ассемблеры. Этот путь легче всего представить и, безусловно, он может привести к успеху, но нет никакой гарантии, что он будет самым быстрым: научные группы, занимающиеся другими дисциплинами, вполне могут опередить их. Исследования проводятся во всем мире, и прогресс не за горами.

Физики недавно представили новые перспективные инструменты для молекулярной инженерии. Это проксимальные зонды, в том числе сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) и атомно-силовой микроскоп (АСМ). Проксимально-зондовое устройство помещает острый наконечник в непосредственной близости от поверхности и использует его для зондирования (а иногда и модификации) поверхности и любых молекул, которые могут быть к ней прикреплены.



Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ, слева) предназначен для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением, позволяющим наблюдать отдельные атомы, анализируя скачки тока в зазоре между наконечником и поверхностью. Атомно-силовой микроскоп (АСМ, справа) воспринимает контуры поверхности механическим контактом и оптически: луч лазера направляется на внешнюю поверхность, отражается и попадает на фотодетектор.

Как работает СТМ?

СТМ подводит острую электропроводящую иглу к электропроводящей поверхности, почти касаясь ее. Игла и поверхность электрически соединены (см. левую сторону рисунка 4), так что ток будет течь, если они касаются, например, закрывая переключатель. Но в какой момент мягкие, нечеткие атомы «соприкасаются»? Оказывается, что ток обнаруживается, когда контактируют всего два атома — нечеткие полосы едва перекрываются — один на поверхности и один на кончике иглы. Осторожно перемещая иглу возле поверхности и сохраняя ток, протекающий с крошечной постоянной скоростью, STM может отображать форму поверхности с большой точностью. Естественно, что для того, чтобы поддерживать постоянный ток, игла должна подниматься и опускаться, проходя над отдельными атомами.

СTM был изобретен Гердом Биннигом и Генрихом Рорером, физиками-исследователями, изучающими поверхностные явления в исследовательских лабораториях IBM в Цюрихе, Швейцария. Заявку на патент они подали в середине 1979 года на основании результатов своей работы в 70-х годов. В 1982 году они получили изображения поверхности кремния, показывающие отдельные атомы. Надо отметить, что важность их работы была признана не сразу: первая научная статья Рорера и Биннига о новом инструменте была отклонена для публикации на том основании, что она «недостаточно интересна». В настоящее время конференции, где обсуждается СТМ, привлекают сотни заинтересованных исследователей со всего мира.

Продолжить чтение
Еще от автора Эрик Дрекслер
Машины создания

Впервые книга "Машины создания" была издана в твёрдой обложке издательством Энкор Букс (Anchor Books) в 1986 году, а в мягкой обложке – в 1987. Интернет-версия переиздана и адаптирована Расселом Вайтейкером с разрешения владельца авторских прав. Подлинник на английском языке находится на сайте Института предвиденияпо адресу: http://www.foresight.org/EOC/.

Рекомендуем почитать
Историческое образование, наука и историки сибирской периферии в годы сталинизма

Настоящая монография посвящена изучению системы исторического образования и исторической науки в рамках сибирского научно-образовательного комплекса второй половины 1920-х – первой половины 1950-х гг. Период сталинизма в истории нашей страны характеризуется определенной дихотомией. С одной стороны, это время диктатуры коммунистической партии во всех сферах жизни советского общества, политических репрессий и идеологических кампаний. С другой стороны, именно в эти годы были заложены базовые институциональные основы развития исторического образования, исторической науки, принципов взаимоотношения исторического сообщества с государством, которые определили это развитие на десятилетия вперед, в том числе сохранившись во многих чертах и до сегодняшнего времени.

Интеллигенция в поисках идентичности. Достоевский – Толстой

Монография посвящена проблеме самоидентификации русской интеллигенции, рассмотренной в историко-философском и историко-культурном срезах. Логически текст состоит из двух частей. В первой рассмотрено становление интеллигенции, начиная с XVIII века и по сегодняшний день, дана проблематизация важнейших тем и идей; вторая раскрывает своеобразную интеллектуальную, духовную, жизненную оппозицию Ф. М. Достоевского и Л. Н. Толстого по отношению к истории, статусу и судьбе русской интеллигенции. Оба писателя, будучи людьми диаметрально противоположных мировоззренческих взглядов, оказались “versus” интеллигентских приемов мышления, идеологии, базовых ценностей и моделей поведения.

Князь Евгений Николаевич Трубецкой – философ, богослов, христианин

Монография протоиерея Георгия Митрофанова, известного историка, доктора богословия, кандидата философских наук, заведующего кафедрой церковной истории Санкт-Петербургской духовной академии, написана на основе кандидатской диссертации автора «Творчество Е. Н. Трубецкого как опыт философского обоснования религиозного мировоззрения» (2008) и посвящена творчеству в области религиозной философии выдающегося отечественного мыслителя князя Евгения Николаевича Трубецкого (1863-1920). В монографии показано, что Е.

Технологии против Человека. Как мы будем жить, любить и думать в следующие 50 лет?

Эксперты пророчат, что следующие 50 лет будут определяться взаимоотношениями людей и технологий. Грядущие изобретения, несомненно, изменят нашу жизнь, вопрос состоит в том, до какой степени? Чего мы ждем от новых технологий и что хотим получить с их помощью? Как они изменят сферу медиа, экономику, здравоохранение, образование и нашу повседневную жизнь в целом? Ричард Уотсон призывает задуматься о современном обществе и представить, какой мир мы хотим создать в будущем. Он доступно и интересно исследует возможное влияние технологий на все сферы нашей жизни.

История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

Настоящая книга представляет собой интереснейший обзор развития инженерного искусства в истории западной цивилизации от истоков до двадцатого века. Авторы делают акцент на достижения, которые, по их мнению, являются наиболее важными и оказали наибольшее влияние на развитие человеческой цивилизации, приводя великолепные примеры шедевров творческой инженерной мысли. Это висячие сады Вавилона; строительство египетских пирамид и храмов; хитроумные механизмы Архимеда; сложнейшие конструкции трубопроводов и мостов; тоннелей, проложенных в горах и прорытых под водой; каналов; пароходов; локомотивов – словом, все то, что требует обширных технических знаний, опыта и смелости.

Лес. Как устроена лесная экосистема

Что такое, в сущности, лес, откуда у людей с ним такая тесная связь? Для человека это не просто источник сырья или зеленый фитнес-центр – лес может стать местом духовных исканий, служить исцелению и просвещению. Биолог, эколог и журналист Адриане Лохнер рассматривает лес с культурно-исторической и с научной точек зрения. Вы узнаете, как устроена лесная экосистема, познакомитесь с различными типами леса, характеризующимися по составу видов деревьев и по условиям окружающей среды, а также с видами лесопользования и с некоторыми аспектами охраны лесов. «Когда видишь зеленые вершины холмов, которые волнами катятся до горизонта, вдруг охватывает оптимизм.