Безграничное будущее: нанотехнологическая революция - [48]

Если «Desert Rose Industries» потребуется удвоить мощности, Карл и Мария смогут сделать это всего за несколько дней. Однажды они так и поступили, получив особый заказ на производство секций стадиона. Мария заставила Карла перестроить новое здание, чтобы его тень не закрывала их кактусовый сад.

Фабричное производство

В сценарии «Desert Rose Industries» производство стало дешевым, быстрым, чистым и эффективным. Использование быстрых, точных машин для обработки вещества в молекулярных частицах позволяет нанотехнологии быть быстрой, чистой и эффективной. Но чтобы она стала доступной, производственное оборудование должно быть дешевым.

Сценарий «Desert Rose Industries» показывает, как это может работать. Молекулярно-технологическое оборудование может быть использовано для изготовления всех деталей, необходимых для создания более совершенного молекулярного технологического оборудования. Она даже может строить машины, необходимые для сборки деталей. Это напоминает идею, разработанную НАСА для саморасширяющегося производственного комплекса на Луне, но сделанную быстрее и проще с использованием молекулярных машин и деталей.

Репликаторы

В первые дни возникновения нанотехнологий не будет такого количества различных видов машин, как в «Desert Rose Industries». Одним из способов построить в разумные сроки достаточное количество молекулярного технологического оборудования стала бы возможность сделать машину, которая могла быть использована для изготовления копии самой себя, начиная со специальных, но простых химических веществ. Машина, способная сделать это, называется «репликатором». С репликатором и резервуаром, полным подходящего топлива и сырья, вы можете начать с одной машины, затем получить две, четыре, восемь и так далее.

Этот процесс удвоения полезно использовать для создания большого количества машин. Репликаторы, каждый из которых состоит из компьютера для управления и универсального ассемблера для создания изделий, затем могут быть использованы для изготовления чего-то еще, например, тонны специализированных машин, необходимых для создания завода для «Desert Rose Industries». В этот момент репликаторы могут быть заменены более эффективными машинами.

Однако репликаторы заслуживают более пристального внимания, потому что показывают, как быстро молекулярные строительные системы могут быть использованы для создания большего производственного оборудования. На рисунке 9 показана конструкция, описанная в курсе CS 404 Стэнфордского университета весной 1988 года. Если бы мы оказались в одном из наших стандартных видов моделирования, субмикроскопическое устройство в верхней части изображения было бы похоже на лежащий на боку огромный танк высотой в три этажа. Большая часть его занята системой ленточной памяти, которая обеспечивает нужное перемещение манипулятора для сбора всех частей репликатора, кроме самой ленты. Лента изготавливается специальным ленточно-копировальным аппаратом. На правом конце репликатора находятся поры для подвода молекул топлива и сырья, а также машины для их обработки. Посередине — инструменты с компьютерным управлением, вроде тех, что мы видели во время поездки на завод. Именно они выполняют большую часть строительства.

Рисунок 9. РЕПЛИКАТОР

Репликатор способен построить копии самого себя, когда получает достаточно топлива и сырья. На рисунке изображен нанокомпьютер (А), библиотека сохраненных программ (В), оборудование, которое получает топливо и производит электроэнергию (С), двигатель (D) и оборудование, которое готовит сырье для использования (E). (Его объем соответствует расчетам, выполненным в Стэнфорде.) Нижние рисунки иллюстрируют этапы цикла репликации, показывая, как рабочее пространство изолируется от внешней жидкости, которая обеспечивает поступление необходимых молекул топлива и сырья. Репликаторы такого рода полезны в качестве мысленных экспериментов, чтобы показать, как наномашины могут производить больше наномашин, впрочем, реальное оборудование было бы на практике более эффективным.

Шаги в цикле — использование копии для блокировки трубки, начало создания новой копии, затем освобождение старой — иллюстрируют один из способов для машины построить копию себя, плавая в жидкости, но делая всю свою строительную работу внутри, в вакууме. (Вся исследовательская инженерная работа показывает, что легче конструировать в вакууме, поскольку, чем легче конструкция, тем она лучше.) Расчеты показывают, что весь цикл построения может быть завершен менее чем за четверть часа, так как репликатор содержит около миллиарда атомов, а каждый манипулятор может обрабатывать около миллиона атомов в секунду. При такой скорости одно устройство просто удваиваясь, произведет триллионы копий примерно за десять часов.

Каждый репликатор просто находится в ванне с химическими реактивами, впитывает то, что ему нужно, и создает больше репликаторов. В конце концов, либо специальные химикаты заканчиваются, либо добавляются новые химикаты, чтобы заставить их делать что-то другое. В этот момент они могут быть перепрограммированы, чтобы производить что-то еще, отменив первоначальную задачу. Продукция может быть длинной, может разворачиваться или собираться вместе, чтобы получились более крупные объекты, поэтому размер этих исходных репликаторов — они меньше, чем бактерия — будет только временным ограничением.