Enhver form for menneskelig aktivitet er vokset med myter. Nanoteknologi, vores tids vigtigste videnskabelige og teknologiske projekt, er ingen undtagelse. Desuden berører mytefremstilling selve essensen. De fleste mennesker, også dem, der tilhører det videnskabelige samfund, er overbeviste om, at nanoteknologi først og fremmest er manipulation af atomer og konstruktion af genstande ved at samle dem fra atomer. Dette er den største myte.
Videnskabelige myter er todelt. Nogle genereres af ufuldstændigheden af vores viden om naturen eller manglen på information. Andre oprettes bevidst til et specifikt formål. I tilfælde af nanoteknologi har vi en anden mulighed. Takket være denne myte og konsekvenserne heraf var det muligt at tiltrække opmærksomheden fra de magtfulde og dramatisk fremskynde lanceringen af Nanoteknologiprojektet med en autokatalytisk stigning i investeringerne. I det væsentlige var det lidt snyd, ganske acceptabelt af spillereglerne på det højeste niveau. Myten spillede sin fordelagtige rolle som initiativtager til processen og blev glemt glemt, når det kom til selve teknologien.
Men myter har en fantastisk egenskab: Når de fødes, begynder de at leve deres eget liv, samtidig med at de demonstrerer en fantastisk vitalitet og lang levetid. De er så fast forankret i menneskers sind, at de påvirker opfattelsen af virkeligheden. Rigtige nanoteknologiske processer, både udenlandske og Rusnano-projekter, modsætter sig grundlæggende myten, der skaber forvirring i deres hoveder (de fleste forstår stadig ikke, hvad nanoteknologi er), afvisning (dette er ikke reel nanoteknologi!) Og endda benægtelse af nanoteknologi som sådan.
Ud over den største myte afslører nanoteknologiens historie os flere ledsagende myter, der begejstrer forskellige grupper af befolkningen, hvilket giver anledning til ubegrundede håb i nogle og panik i andre.
Den grundlæggende fars myte
Den mest uskadelige af myternes streng er beskrivelsen af Richard Feynman, en ekspert inden for kvantefeltteori og partikelfysik, som grundlægger af nanoteknologi. Denne myte opstod i 1992, da profeten for nanoteknologi, Eric Drexler, henvendte sig til et senatudvalg under en høring om "Nye teknologier til bæredygtig udvikling." For at skubbe igennem det nanoteknologiprojekt, han havde opfundet, henviste Drexler til erklæringen fra Nobelprisen i fysik, en urokkelig autoritet i senatorernes øjne.
Desværre døde Feynman i 1988 og kunne derfor hverken bekræfte eller benægte denne erklæring. Men hvis han kunne høre det, ville han sandsynligvis grine glædeligt. Han var ikke kun en fremragende fysiker, men også en berømt joker. Det er ikke underligt, at hans selvbiografiske bog havde titlen: "Selvfølgelig driller du sjov, Mr. Feynman!" Følgelig blev Feynmans fejrede tale ved American Physics Society 's nytårsaften ved Californien Institute of Technology accepteret. I henhold til erindringerne fra en af deltagerne på dette møde, den amerikanske fysiker Paul Schlickt:”Publikums reaktion kan generelt kaldes munter. De fleste troede, at højttaleren spillede narren."
Salgsfremmende video:
Men ordene: "De fysiske principper, vi kender, forbyder ikke oprettelse af genstande" atom for atom ". Manipulation af atomer er ganske reel og overtræder ikke nogen naturlov,”sagde de, dette er en kendsgerning. Resten var spekulationer om miniaturisering kombineret med futurologiske forudsigelser. Et kvart århundrede senere blev nogle af Feynmans ideer "kreativt" udviklet af Eric Drexler og gav anledning til de vigtigste myter om nanoteknologi. Yderligere vil vi ofte vende tilbage til denne tale for at huske, hvad Feynman faktisk sagde, og på samme tid for at nyde klarheden og billedet i den store videnskabsformulering.
Myten om uanvendelig teknologi
Når vi opretter et objekt atom for atom, anvender vi åbenbart affaldsfri teknologi. Ordet "åbenlyst" bruges her i den mest overordnede forstand - når mennesker, primært embedsmænd, ser på billeder, der viser processen med at manipulere atomer, ser de ikke noget affald, ingen røgrør, der forurener atmosfæren, og industrielle spildevand, der forurener vandmasser … Som standard er det tydeligt, at det at trække et næsten vægtløst atom med få nanometer fra hinanden kræver en lille mængde energi. Generelt er den ideelle teknologi til "bæredygtig udvikling" - et koncept, der var ekstremt populært i 90'erne af forrige århundrede.
Spørgsmålet om, hvor atomerne til samlingen kommer fra, er næsten uanstændigt. Naturligvis fra lageret, hvorfra de sandsynligvis leveres af miljøvenlige elbiler. Det overvældende flertal af befolkningen aner ikke, hvor det kommer fra. F.eks. De materialer, hvorfra forskellige industrielle produkter er fremstillet, som vi forbruger i stigende mængder. Forbindelsen mellem disse produkter og den kemiske industri er ikke synlig. Kemi som videnskab er kedelig og ikke særlig nødvendig, og den kemiske industri, som bestemt er skadelig for miljøet, skal være lukket.
Blandt andet er den kemiske industri efter flertalets mening et rovdrift af naturressourcer ved hjælp af olie, gas, malm og mineraler til dets processer. Og for den nye teknologi, som dens tilhængere forestiller sig, er det kun atomer, der kræves: i dette afsnit af lageret opbevarer vi guldatomer i det næste - jernatomer, derefter natriumatomer, kloratomer … Generelt hele periodiske tabel af Mendeleev. Vi er tvunget til at skuffe forfatterne af dette idylliske billede: atomer i sig selv, med undtagelse af atomer af inerte gasser, findes kun i et vakuum. Under alle andre forhold interagerer de med deres egen art eller andre atomer i kemisk interaktion med dannelsen af kemiske forbindelser. Dette er tingens natur, og der kan ikke gøres noget ved det.
Enhver teknologi kræver nogle tilpasninger, produktionsmidler, som også undgår opmærksomheden fra undskyldere for at samle genstande fra atomer. Nogle gange tværtimod, tiltrækker de deres opmærksomhed og ryster dem til kernen. Faktisk er tunnel- og kraftmikroskop smukke enheder, et synligt bevis på kraften i det menneskelige sind. Og generelt er laboratorierne, hvor manipulation af atomer er et billede af fremtidige teknologier i ånden af Alvin Tofflers "Tredje bølge": de såkaldte rene værelser med aircondition og speciel luftrensning, apparater, der udelukker den mindste vibration, en operatør i specielt tøj med en universitetsgrad i lomme.
Vil alt dette også indsamles fra atomer uden spild? Herunder fundamenter, vægge og tag? Vi tror, at selv de mest ivrige tilhængere af denne teknologi ikke vil tørre at besvare dette spørgsmål bekræftende.
Mennesket vil en dag skabe affaldsfrie, miljøvenlige teknologier, men de vil være baseret på forskellige principper eller på en grundlæggende anden teknik.
Nanomachine-myten
Faktisk handlede det oprindeligt om en anden teknik. Ideen om, at det er nødvendigt at have en manipulator med passende størrelse til design på nanoskalaen er indlysende. Sådan så Richard Feynman implementeringen af denne idé:
”Antag, at jeg lavede et sæt af ti manipulatorarme, nedskaleret fire gange og forbandt dem med ledninger til de originale styrehåndtag, så disse arme samtidig og nøjagtigt fulgte mine bevægelser. Så fabrikerer jeg et sæt på ti kvarterstørrelser igen. Naturligvis vil de første ti manipulatorer producere 10x10 = 100 manipulatorer, dog reduceret med en faktor på 16 …
Intet forhindrer os i at fortsætte denne proces og skabe så mange bittesmå maskiner, som vi ønsker, da denne produktion ikke har nogen begrænsninger i forbindelse med placering af maskiner og deres materialeforbrug … Det er klart, at dette øjeblikkeligt fjerner problemet med materialernes omkostninger. I princippet kunne vi organisere millioner af identiske miniatyrfabrikker, hvor små maskiner kontinuerligt ville bore huller, frimærke dele osv."
Denne tilgang er en ligetil implementering af ideen om at oprette miniature-enheder. Det, omend med mange begrænsninger, fungerer på mikroniveauet, som det fremgår af de såkaldte mikroelektromekaniske enheder. De bruges i systemer til udrulning af airbags i biler i tilfælde af ulykker, i laser- og inkjetprintere, i tryksensorer, i hjemlige klimaanlæg og i brændstofniveauindikatorer i gasstanken, i pacemakere og i joysticks til spilkonsoller. Når vi ser på dem under et mikroskop, ser vi de gear og aksler, cylindre og stempler, fjedre og ventiler, spejle og mikrokredsløb, som vi kender.
Men nanoobjekter har forskellige egenskaber end makro- og mikroobjekter. Hvis vi finder en måde til forholdsmæssigt at reducere størrelsen på transistorer fra den nuværende 45-65 nm til 10 nm, fungerer de simpelthen ikke, fordi elektroner vil begynde at tunnelere gennem isolatorlaget. Og de forbindende ledninger vil blive tyndere for en kæde af atomer, som vil lede strømmen anderledes end de massive prøver, og vil begynde at sprede sig til siderne på grund af termisk bevægelse eller omvendt samles i en bunke, glemme opgaven med at opretholde elektrisk kontakt.
Det samme gælder mekaniske egenskaber. Når størrelsen mindskes, øges forholdet mellem overfladeareal og volumen, og jo større overfladen er, desto større er friktionen. Nano-objekter klæber bogstaveligt talt på andre nano-objekter eller på overflader, som for dem på grund af deres egen lillehed virker glatte. Dette er et nyttigt træk til en gekko, der let går på en lodret væg, men yderst skadelig for enhver enhed, der skal køre eller glide på en vandret overflade. For blot at flytte den fra sin plads, bliver du nødt til at bruge en uforholdsmæssig mængde energi.
På den anden side er inertien lille, bevægelsen stopper hurtigt. Det er ikke svært at lave en nano-pendul - at fastgøre en partikel af guld med et par nanometer i diameter til en carbon nanorør, 1 nm i diameter og 100 nm i længden og hænge den fra en siliciumplade. Men denne pendel, hvis du svinger den i luften, stopper næsten øjeblikkeligt, fordi selv luft er en betydelig hindring for det.
Nanoobjekter har som sagt en høj vindmængde, og det er generelt let at vildlede dem. Mange observerede sandsynligvis brownsk bevægelse i et mikroskop - tilfældigt kast af en lille fast partikel i vand. Albert Einstein, tilbage i 1905, forklarede årsagen til dette fænomen: vandmolekyler, som er i konstant termisk bevægelse, rammer overfladen af partiklen, og den ukompenserede kraft af påvirkninger fra forskellige sider fører til, at partiklen får fart i en eller anden retning. Hvis en partikel på 1 μm i størrelse registrerer påvirkningen af små molekyler og ændrer bevægelsesretningen, hvad kan vi så sige om en partikel på 10 nm, som vejer en million gange mindre, og som forholdet mellem vægt og overfladeareal er 100 gange mindre.
Ikke desto mindre findes der i videnskabelig og populærvidenskabelig litteratur, især i mediepublikationer, beskrivelser af nanokopi af forskellige mekaniske dele, gear, skruenøgler, hjul, aksler og endda gearkasser konstant. Det antages, at de vil blive brugt til at oprette arbejdsmodeller af nanomachiner og andre enheder. Tag ikke disse værker med unødig alvor, fordømmelse, undring eller beundring.”Jeg er personlig overbevist om, at vi fysikere kunne løse sådanne problemer bare for sjov eller sjov,” sagde Richard Feynman. Fysikere joke …
Faktisk er de fuldt ud klar over det faktum, at det for at skabe nanomekaniske eller nanoelektromekaniske enheder er nødvendigt at anvende designmetoder, der adskiller sig fra makro- og mikroanaloger. Og her, til en start, behøver du ikke engang at opfinde noget, for i løbet af milliarder af år med evolution har naturen skabt så mange forskellige molekylære maskiner, at ti år ikke vil være nok til, at vi alle kan forstå, kopiere, tilpasse os vores behov og prøve at forbedre noget.
Det mest berømte eksempel på en naturlig molekylær motor er den såkaldte bakterielle flagellarmotor. Andre biologiske maskiner leverer muskelsammentrækning, hjerteslag, næringstransport og iontransport over cellemembranen. Effektiviteten af molekylære maskiner, der konverterer kemisk energi til mekanisk arbejde, er i mange tilfælde tæt på 100%. På samme tid er de ekstremt økonomiske, for eksempel bruges mindre end 1% af celleens energiressourcer på drift af elektriske motorer, der sikrer bevægelse af bakterier.
Det forekommer mig, at den beskrevne biomimetiske (fra de latinske ord "bios" - liv og "mimetis" - efterligning) er den mest realistiske måde at skabe nanomekaniske apparater og et af de områder, hvor samarbejde mellem fysikere og biologer inden for nanoteknologi kan give konkrete resultater.
Nanorobot-myten
Antag, at vi har oprettet en skitse af en nanodeenhed på papir eller på en computerskærm. Hvordan samles det og helst ikke i en kopi? Du kan, efter Feynman, oprette "små maskiner, der kontinuerligt vil bore huller, frimærke dele osv." og miniature manipulatorer til samling af det færdige produkt. Disse manipulatorer skal kontrolleres af en person, det vil sige, de skal have en slags makroskopisk udstyr, eller i det mindste handle i henhold til et program, der er givet af en person. Derudover er det nødvendigt på en eller anden måde at observere hele processen, f.eks. Ved hjælp af et elektronmikroskop, der også har makrodimensioner.
En alternativ idé blev fremsat i 1986 af den amerikanske ingeniør Eric Drexler i den futurologiske bestseller "Machines of Creation". Efter at have vokset op som alle mennesker i sin generation på bøgerne til Isaac Asimov foreslog han at bruge mekaniske maskiner i passende størrelser (100-200 nm) - nanorobots til produktion af nanodevices. Det var ikke længere et spørgsmål om boring og stansning, disse robotter måtte samle en enhed direkte fra atomer, så de blev kaldt samlere - samlere. Men fremgangsmåden forblev rent mekanisk: samleren var udstyret med manipulatorer adskillige titalls nanometer i længden, en motor til at bevæge manipulatorerne og roboten selv, inklusive de tidligere nævnte gearkasser og transmissioner samt en autonom strømkilde. Det viste sig, at nanorobotten skulle bestå af flere titusinder af dele,og hver detalje består af et eller to hundrede atomer.
Problemet med at visualisere atomer og molekyler forsvandt på en eller anden måde umærkeligt, det virkede ganske naturligt, at en nanorobot, der arbejder med genstande af sammenlignelig størrelse,”ser” dem, når en person ser en søm og en hammer, som han hamrer denne søm ind i en væg.
Den vigtigste enhed i nanobot var naturligvis indbyggede computer, der kontrollerede driften af alle mekanismer, bestemte hvilket atom eller hvilket molekyle, der skulle fanges af manipulatoren, og hvor de skulle placeres i den fremtidige enhed. De lineære dimensioner af denne computer skulle ikke have overskredet 40-50 nm - dette er nøjagtigt størrelsen på en transistor opnået med den industrielle teknologi i vores tid, 25 år efter at Drexler skrev sin bog "Creation Machines".
Men Drexler adresserede også sin bog til fremtiden, til den fjerne fremtid. På dette tidspunkt har forskere endnu ikke bekræftet den grundlæggende mulighed for at manipulere individuelle atomer, for ikke at nævne samlingen af mindst nogle strukturer fra dem. Dette skete først fire år senere. Enheden, der blev brugt til dette første gang og stadig bruges i dag - tunnelmikroskopet - har ganske konkrete dimensioner, tituscentimeter i hver dimension, og styres af en person, der bruger en magtfuld computer med milliarder af transistorer.
Drømme-ideen om at nanorobotter samler materialer og enheder fra individuelle atomer var så smuk og lokkende, at denne opdagelse kun gjorde den overbevisende. Mindre end få år senere troede De Forenede Staters senatorer, journalister, der var langt fra videnskaben, på det og med deres underkastelse - offentligheden og ganske overraskende forfatteren selv, som fortsatte med at forsvare den, selv når det forståeligt blev forklaret for ham, at ideen i princippet kunne realiseres … Der er mange argumenter mod sådanne mekaniske enheder, vi vil kun nævne den enkleste, der er fremført af Richard Smalley: en manipulator, der "fangede" et atom, vil forbinde med det for altid på grund af kemisk interaktion. Smalley var en nobelprisvinder inden for kemi, hvilket måske have været tilfældet.
Men ideen fortsatte med at leve sit eget liv og har overlevet i dag og er blevet mærkbart mere kompliceret og suppleret med forskellige anvendelser.
Myten om medicinske nanorobots
Den mest populære myte er, at der er millioner af nanorobotter, der vil prowl gennem vores kroppe, diagnosticere tilstanden af forskellige celler og væv, reparere nedbrud med en nanoskalpel, dissekere og demontere kræftceller, opbygge knoglevæv ved at samle atomer, skrabe kolesterolplaques med et nanoscoop og i hjernen selektivt sprænge synapser, der er ansvarlige for ubehagelige minder. Og rapporter også om det arbejde, der er udført ved at sende meddelelser som:”Alex til Eustace. Åbenbaret skade på mitralventilen. Bruddet blev fjernet. " Det er sidstnævnte, der skaber alvorlig bekymring for offentligheden, fordi dette er videregivelse af privat information - nanorobotens besked kan ikke kun modtages og dechiffres af en læge, men også af udenforstående. Denne bekymring bekræfterat mennesker i alt andet tror ubetinget. Som i nanorobots-spioner, i "smart støv", der vil trænge ind i vores lejligheder, se på os, tænke på vores samtaler og igen sende det modtagne video- og lydmateriale via en nano-sender med en nanoantenna. Eller til morderiske nanobots, der rammer mennesker og teknologi med nanoskop, måske endda nukleare.
Det mest fantastiske er, at næsten alt, hvad der er beskrevet, kan oprettes (og der er allerede skabt noget). Og invasive diagnosesystemer, der rapporterer om kroppens tilstand, og medikamenter, der virker på bestemte celler, og systemer, der renser vores kar fra aterosklerotiske plaques og knoglevækst og sletning af minder og usynlige fjernsporingssystemer og "smart støv".
Imidlertid har og alle disse systemer i nutiden og fremtiden ikke og har ikke noget at gøre med mekaniske nanobots i ånden af Drexler, med undtagelse af størrelsen. De vil blive oprettet i fællesskab af fysikere, kemikere og biologer, forskere, der arbejder inden for syntetisk videnskab kaldet nanoteknologi.
Myten om den fysiske metode til syntese af stoffer
I sit foredrag forræder Richard Feynman uforvarende fysikernes hemmelige evige drøm:
”Og til sidst, ved at tænke i denne retning (muligheden for at manipulere atomer. - GE), kommer vi til problemerne med kemisk syntese. Kemikere vil komme til os, fysikere, med specifikke ordrer: "Hør ven, ven, vil du ikke lave et molekyle med sådan og sådan en fordeling af atomer?" Kemikere bruger selv komplekse og endda mystiske operationer og teknikker til at fremstille molekyler. For at syntetisere det tilsigtede molekyle er de normalt nødt til at blande, ryste og forarbejde forskellige stoffer i ret lang tid. Så snart fysikere opretter en enhed, der kan fungere med individuelle atomer, bliver al denne aktivitet unødvendig … Kemikere bestiller syntese, og fysikere vil simpelthen "sætte" atomer i den rigtige rækkefølge."
Kemikere syntetiserer ikke et molekyle, kemikere får et stof. Stof, dets produktion og transformation er et emne for kemi, indtil i dag mystisk for fysikere.
Et molekyle er en gruppe atomer, ikke kun arrangeret i den rigtige rækkefølge, men også forbundet med kemiske bindinger. En gennemsigtig væske, hvor der er et iltatom for to hydrogenatomer, kan være vand, eller det kan være en blanding af flydende brint og ilt (opmærksomhed: bland ikke hjemme!).
Antag, at vi på en eller anden måde formåede at sammensætte en flok på otte atomer - to carbonatomer og seks hydrogenatomer. For en fysiker vil denne gruppe sandsynligvis være et molekyle af etan C2H6, men en kemiker vil påpege mindst to yderligere muligheder for at kombinere atomer.
Lad os sige, at vi ønsker at få ethan ved at samle atomer. Hvordan kan jeg gøre det? Hvor starter du: flyt to carbonatomer, eller bund et brintatom til et carbonatom? Et vanskeligt spørgsmål, inklusive for forfatteren. Problemet er, at forskere indtil videre har lært at manipulere atomer, for det første, tunge og for det andet ikke meget reaktive. Helt komplekse strukturer er samlet fra xenon, guld, jernatomer. Hvordan man håndterer de lette og ekstremt aktive brint-, kulstof-, nitrogen- og iltatomer er ikke helt klar. Så med den atomære samling af proteiner og nukleinsyrer, som nogle forfattere taler om som et praktisk løst stof, bliver nødt til at vente.
Der er endnu en situation, der markant begrænser udsigterne til den "fysiske" syntesemetode. Som allerede nævnt syntetiserer kemikere ikke et molekyle, men får et stof. Stoffet består af et stort antal molekyler. 1 ml vand indeholder ~ 3x1022 vandmolekyler. Lad os tage et mere kendt objekt til nanoteknologi - guld. En terning på 1 cm3 guld indeholder ~ 6x1022 guldatomer. Hvor lang tid tager det at samle en sådan kube af atomer?
I dag ligner arbejde med en atomkraft eller tunnelmikroskop kunst, det er ikke uden grund, at det kræver en særlig og meget god uddannelse. Manuel arbejde: krog atomet, træk det til det rigtige sted, evaluer det mellemliggende resultat. Cirka lige så hurtigt som murværk. For ikke at skræmme læseren med ufattelige tal, formoder vi, at vi har fundet en måde til på en eller anden måde at mekanisere og intensivere processen og kan stable en million atomer i sekundet. I dette tilfælde vil vi bruge to milliarder år på at samle en terning på 1 cm3, omtrent det samme som det tog naturen at skabe hele den levende verden og os selv som evolutionskrone ved prøve og fejl.
Derfor talte Feynman om millioner af "fabrikker" uden dog at vurdere deres mulige produktivitet. Det er grunden til at selv en million nanorobotter, der ryster inde i os, ikke løser problemet, fordi vi ikke har nok liv til at vente på resultatet af deres arbejde. Derfor opfordrede Richard Smalley Eric Drexler til at udelukke enhver omtale af "skabelsesmaskiner" fra offentligt talende for ikke at vildlede offentligheden med denne uvidenskabelige vrøvl.
Så kan vi sætte en stopper for denne metode til at få stoffer, materialer og enheder? Nej slet ikke.
For det første kan den samme teknik bruges til at manipulere væsentligt større byggesten, såsom carbon nanorør i stedet for atomer. Dette eliminerer problemet med lette og reaktive atomer, og produktiviteten øges automatisk med to til tre størrelsesordener. Dette er selvfølgelig stadig for lidt til en reel teknologi, men med denne metode producerer forskere allerede enkeltkopier af de enkleste nanodele i laboratorier.
For det andet kan man forestille sig mange situationer, når introduktionen af et atom, nanopartikel eller endda bare den fysiske påvirkning af spidsen af et tunnelmikroskop indleder processen med selvorganisering, fysiske eller kemiske transformationer i mediet. For eksempel - en kædereaktion af polymerisation i en tynd film af organisk stof, ændringer i krystalstrukturen af et uorganisk stof eller konformationen af en biopolymer i en bestemt nærhed af påvirkningspunktet. Overfladescanning med høj præcision og gentagen eksponering gør det muligt at skabe udvidede genstande, der er kendetegnet ved en regelmæssig nanostruktur.
Og endelig kan denne metode bruges til at få unikke prøver - skabeloner til yderligere udbredelse ved andre metoder. Lad os sige en hexagon lavet af metalatomer eller et enkelt molekyle. Men hvordan multipliceres et enkelt molekyle? Umuligt, siger du, er dette en slags uvidenskabelig fantasi. Hvorfor så? Naturen ved perfekt, hvordan man skaber flere, absolut identiske kopier af både individuelle molekyler og hele organismer. Dette kaldes almindeligvis kloning. Selv folk, der er langt fra videnskab, men som har besøgt et moderne medicinsk diagnostisk laboratorium mindst en gang, har hørt om polymerasekædereaktionen. Denne reaktion giver dig mulighed for at multiplicere et enkelt fragment af DNA-molekylet, ekstraheret fra biologisk materiale eller syntetiseret kunstigt med kemiske midler. For at gøre dette bruger forskere "molekylære maskiner" oprettet af naturen - proteiner og enzymer. Hvorfor kan vi ikke fremstille lignende maskiner til klonmolekyler andre end oligonukleotider?
Jeg vil vove mig med at parafrasere Richard Feynman lidt:”Principperne for kemi, vi kender, forbyder ikke kloning af enkeltmolekyler. "Reproduktion" af molekyler i henhold til en prøve er ganske reel og overtræder ikke nogen naturlov."
Den grå goo-myte
Den grundlæggende overvejelse af den ekstremt lave (med hensyn til masse) produktivitet af nanorobotter gik naturligvis ikke af Eric Drekeler. Der var andre problemer i verden af "skabelsesmaskiner", som vi, af mangel på plads, ikke diskuterede detaljeret. F.eks. Kvalitetskontrol, mestring af frigivelsen af nye produkter og råvarer, hvor og hvordan atomer vises i "lageret". For at løse disse problemer introducerede Drexler to flere typer enheder i konceptet.
Den første er demonterere, antipoder for samlere. Især disassembleren skal studere strukturen af et nyt objekt og nedskrive dets atomstruktur i hukommelsen til nanocomputeren. Ikke en enhed, men en kemiker drøm! På trods af alle fremskridt inden for moderne forskningsteknologi "ser" vi ikke alle atomer, for eksempel i et protein. Det er kun muligt at etablere den nøjagtige struktur af et molekyle, hvis det sammen med millioner af andre lignende molekyler danner en krystal. Derefter kan vi ved hjælp af metoden til røntgenstråle-strukturanalyse bestemme den nøjagtige op til tusindedele af et nanometer placeringen af alle atomer i rummet. Dette er en tidskrævende, mødelig procedure, der kræver voluminøst og dyrt udstyr.
Den anden type enhed er skaberen eller replikatoren. Deres vigtigste opgaver er in-line produktion af samlere og samling af replikatorer af deres egen art, det vil sige reproduktion. Som det er tænkt af deres skaber, er replikatorer meget mere komplekse enheder end enkle samlere; de skal bestå af hundreder af millioner atomer (to størrelsesordener mindre end i et DNA-molekyle) og skal følgelig have en størrelse på ca. 1000 nm. Hvis varigheden af deres replikation måles i minutter, vil de ved at multiplicere eksponentielt skabe billioner af replikatorer pr. Dag, og de vil producere kvadrillioner af specialiserede montører, som vil begynde at samle makroobjekter, huse eller raketter.
Det er let at forestille sig en situation, hvor systemets funktion går i en produktionstilstand for produktions skyld, den uhæmmede ophobning af produktionsmidler - nanoroboterne selv, når al deres aktivitet reduceres til en stigning i deres egen befolkning. Sådan er optællingen af maskiner i nanoteknologiens æra. For deres egen konstruktion kan nanorobotter kun hente atomer fra miljøet, så demonterere vil begynde at adskille i atomer alt, hvad der falder ind under deres ihærdige manipulatorer. Som et resultat, efter nogen tid, betyder alt noget, og hvad der er mest irriterende for os, vil biomasse blive til en flok nanorobotter, til "grå slim", som Eric Drexler billedligt kaldte det.
Hver ny teknologi genererer scenarier fra den uundgåelige ende af verden på grund af dens implementering og distribution. Den grå goo-myte er kun historisk det første sådanne scenario forbundet med nanoteknologi. Men han er meget fantasifuld, hvorfor journalister og filmskabere elsker ham så meget.
Heldigvis er et sådant scenario ikke muligt. Hvis du trods alt det ovenstående stadig tror på muligheden for at samle noget essentielt fra atomer, skal du overveje to omstændigheder. For det første mangler replikatorerne beskrevet af Drexler kompleksiteten til at skabe lignende enheder. Hundrede millioner atomer er ikke nok, selv for at skabe en computer, der styrer samleprocessen, selv ikke til hukommelse. Hvis vi antager det uopnåelige - at hvert atom bærer en smule information, så vil lydstyrken på denne hukommelse være 12,5 megabyte, og dette er for lidt. For det andet vil replikatorerne have råvareproblemer. Elementernes sammensætning af elektromekaniske apparater er grundlæggende forskellig fra sammensætningen af miljøgenstande og først og fremmest fra biomasse. At finde, udvinde og levere atomer af de nødvendige elementer, som kræver en enorm investering af tid og energi,- det er det, der bestemmer reproduktionshastigheden. Hvis du projicerer situationen på en makrostørrelse, er dette det samme som at samle et værktøjsmateriale fra materialer, der skal findes, udvindes og derefter leveres fra forskellige planeter i solsystemet. Mangel på vitale ressourcer sætter en grænse for den uhæmmede spredning af enhver befolkning, meget mere tilpasset og perfekt end mytiske nanorobots.
Konklusion
Listen over myter fortsætter. Myten om nanoteknologi som lokomotiv for økonomien er en separat artikel værdig. Tidligere i artiklen "Nanotechnology as a national idea" (se "Chemistry and Life", 2008, N3), forsøgte vi at fjerne den myte, at det amerikanske Nanotechnology Initiative er et rent teknologisk projekt.
Den kanoniske historie med nanoteknologi er også en myte, hvis centrale begivenhed er opfindelsen af det tunnelerende elektronmikroskop. Sidstnævnte er let at forklare.”Historien er skrevet af vinderne,” og det globale projekt kaldet”Nanoteknologi”, der i vid udstrækning definerer ansigt (og finansiering) af moderne videnskab, har trængt ind i fysikere. Som vi alle, forskere, der arbejder inden for dette og beslægtede områder, udtrykker vores uendelige taknemmelighed til fysikere.
Myter har spillet en positiv rolle, de har skabt entusiasme og tiltrukket opmærksomheden fra den politiske og økonomiske elite såvel som offentligheden til nanoteknologi. Imidlertid er det på tidspunktet for praktisk implementering af nanoteknologi at glemme disse myter og stoppe med at gentage dem fra artikel til artikel, fra bog til bog. Tross alt hindrer myter udviklingen, sætter de forkerte vartegn og mål, giver anledning til misforståelse og frygt. Og endelig er det nødvendigt at skrive en ny historie om nanoteknologi - en ny videnskab fra det 21. århundrede, et felt af naturvidenskab, der forener fysik, kemi og biologi.
G. V. Erlikh, doktor i kemiske videnskaber