Реферат: Будущее развитие МЭМС и "сухой" нанотехнологии
Вершиной развития МД-технологии станет создание кибернетических организмов. Применяя только металл и диэлектрик, возможно вырастить почти полноценный киберорганизм с многочисленными датчиками давления и температуры, вестибулярным аппаратом, зрением и слухом, отличной координацией движения, развитой нервной системой, мощными мышцами и интеллектом. Необходимо только добавить обоняние и вкус. Рынок домашней прислуги огромен и может превысить рынок автомобилей. Может стать реальностью угроза создания самого страшного оружия - библейской «железной саранчи». Размножаясь, она сожрёт всё живое на Земле и необратимо загадит атмосферу дымом.
Главное, что МД-технология создаст все необходимые условия, (микророботы и объёмные компьютеры) для перехода на следующий этап научно-технического развития - создания молекулярной машины.
Молекулярная Машина
Через двадцать, максимум тридцать лет после начала интенсивных исследований в нужном направлении на Земле настанет новая эра - эра Молекулярной Машины. За дверями с такой вывеской в строении солидных размеров, человека усыпят, охолодят или, даже, заморозят и поместят в специальную камеру. Как только двери камеры закроются, на тело надвинется одна из её стенок, разрывая его на микронные кусочки. Всем этим займутся роботы микронных размеров. Двигаясь с помощью электрических полей, они, как экскаваторам, вырвут и перешлют в глубь стенки эти кусочки, где те мгновенно замёрзнут и поступят в анализатор. Там другие микророботы со специальными молекулярными насадками или без них, приблизительно за десять минут разберут их на молекулы или атомы. Они промеряют, как в атомно-силовом микроскопе, размеры каждой молекулы, на этом основании определяя их химический состав, и параллельно их рассортируют.
Полученная таким образом информация о строении человеческого тела поступит в чрезвычайно мощный объёмный компьютер, где будет сильно сокращена и сжата. Хотя, в результате такого варварского вскрытия часть информации будет утрачена, благодаря тому, что полученные кусочки меньше размеров клеток, а все химические соединения в организме человека продублированы, достаточно легко можно будет определить биологический вид каждой клетки, её химический состав и её связи с другими клетками. В целом душу человека можно полностью описать 1016 -1020 бит информации, а при максимальном её сжатии - 1011 -1012 бит.
Процесс сборки пойдёт обратным путём. На основании полученной от компьютера информации, роботы-анализаторы соберут из молекул поликристаллические кусочки плоти с минимальным количеством радикалов (то есть разорванных молекул) на стенках. После сборки из этих кусочков замороженного человека, тело постепенно, на протяжении многих часов, разогреют до нормальной температуры. При выполнении определённых условий, человек даже может и не почувствовать, что прошёл молекулярный анализ.
Для некоторых холоднокровных организмов размораживание обычная вещь, с теплокровными сложнее. Учёные считают главным условием успеха достаточно маленькие кристаллики льда и неповреждённые биомолекулы. Очевидно, что эти и другие условия легко выполнить в процессе сборки. Даже если при заморозке биомолекулы будут частично повреждены, это никак не повлияет на успех молекулярного анализа. Те, кто при жизни или сразу после смерти был заморожен по специальной технологии, имеют все шансы совершить удачное путешествие в будущее.
Последствием создания молекулярной машины будут просто грандиозными. Самое главное - это абсолютное бессмертие. Действительно, предположим, вы прошли молекулярный анализ, и попали в авиакатастрофу - ничего страшного, вас восстановят по последней копии. Чем чаще проходить молекулярный анализ, тем меньшими будут провалы памяти в случае внезапной смерти, а если в мозге будет работать что-то, похожее на радиотелефон, то потери информации станут минимальными. Кроме этого, радиопередатчик позволит избежать дублирования. Усовершенствованная память даст возможность жить, ничего не забывая, миллиарды лет, то есть - практически вечно. Другой вопрос - зачем жить так долго? Но мы сейчас рассматриваем возможности научно-технического прогресса, а не его последствия.
Молекулярная машина позволит как угодно, вплоть до физических ограничений, изменять сначала физические, а потом психические и интеллектуальные параметры человека. Можно будет как угодно изменить свою внешность, стать молодым, старым или ребёнком, мужчиной или женщиной, даже превратиться в животное *, или вообще, не в биологический, а кибернетический организм. Легендарная Панацея- средство от всех болезней, имеет название «Молекулярная Машина». Вполне возможно, что таким образом удастся сделать любую вещь и еду.
Только молекулярная машина станет мостиком между реальным и электронным миром. Современная виртуальная реальность только грубая пародия на то, что нас ожидает в будущем. Нулевые фононные компьютеры * создадут миры, полностью подобные реальному, но в то же время полностью подвластные людям. Возможности человека в электронных мирах настолько фантастичны, что, вероятно, большая часть человечества будет жить именно там. Электронные миры окончательно сотрут грань между жизнью и смертью.
Наверное, только после создания молекулярной машины появятся роботы, способные потеснить человека во всех сферах его деятельности. Проблема искусственного интеллекта чрезвычайно интересна, сложна, и на 90% связана с проблемой сжимания видеоинформации, поступающей в мозг робота, до уровня приблизительно сто бит на кадр и созданием базового дерева из приблизительно тысячи слов. Появятся роботы с интеллектом в миллион раз более мощным, чем средне человеческий, то есть их коэффициент интеллекта достигнет 300 единиц и более. В целом люди не выдержат такой конкуренции, если существенно не улучшат свои умственные способности. Только вряд ли конкуренция будет честной со стороны людей.
Парадокс в том, что «человеку разумному», как биологическому виду, разум как раз и не нужен. Это хорошо видно на примере шахматных программ. Гроссмейстерская программа должна за секунду просчитать в тысячу раз больше ходов, чем средняя шахматная программа. Причём это соотношение мощностей невозможно улучшить. Вполне очевидно, что это справедливо и для людей. Такой огромный диапазон главного параметра характеризует интеллект как второстепенную функцию организма, чему есть много примеров и в жизни.
Наконец, молекулярная машина позволит осуществить далёкие путешествия, потому что вместо тела достаточно передать информацию о его строении и вас соберут на другом континенте, другой планете или на борту космического корабля. Освоение человеком солнечной системы станет реальным только после создания молекулярной машины.
Молекулярная машина - это ещё не последний, но самый важный этап развития НТП. Влияние её создания на ход земной цивилизации очень интересен и заслуживает на отдельное рассмотрение.
Несмотря на огромные затраты энергии (не менее 10000 кВт-часов электроэнергии на один молекулярный анализ) страна, первой создавшая молекулярную машину, сразу станет мировым лидером и будет беречь тайну её создания бдительней, чем ядерные секреты. Без политики здесь не обойтись. Ведь, наверное, все хотят быть бессмертными, здоровыми, молодыми и красивыми и много кто может выложить за это кругленькую сумму. Не говоря уже про все те гражданские и военные технологические штучки, которые обеспечивают мировое первенство.
Парадоксально, но все необходимые исследования не требуют больших денег и могли начаться много лет назад. Это вопрос потенции учёных, а не образования и финансирования.
Молекулярная машина. Анализ.
Возможно, 20 лет покажется кому-то слишком быстро и нереально, но это не так. Пять лет уйдёт на развитие МД-технологии, пять лет на создание первых образцов молекулярной машины и десять на то, чтобы пройти весь путь от клетки до человека. Если проводить интенсивные исследования и не возникнут серьёзные проблемы, то такой темп вполне реален. Молекулярная машина уникальный, очень дорогой объект, как космический корабль. Стоимость технологии её изготовления не имеет большого значения, что резко сокращает темпы.
Есть серьёзные подозрения, что в большинстве практически важных случаев атомная сборка невозможна. Но это никак не повлияет на молекулярный анализ человека. Фактически живая природа успешно проводит молекулярный анализ ежесекундно. Биологические молекулы достаточно большие, чтобы ними можно было манипулировать. Биотехнология позволяет заменить поврежденные во время анализа молекулы на целые. Всё это рождает оптимизм. Если бы нейронные клетки не имели такие долгие и перепутанные отростки, то можно было бы обойтись и без замораживания, а уровень манипуляции повысить до отдельных клеток. Но правила игры устанавливает природа, а не мы.
Атомно-молекулярный анализ и сборка будет сопровождаться огромным энергозатратами. Это неизбежная плата за возможность контролировать процесс. Если когда-нибудь энергетический КПД молекулярного анализа человека достигнет 1%, то это будет огромным достижением. Более вероятна цифра в десятки раз меньше. Постепенно энергозатраты уменьшатся. Температура увеличится от 4К до 200 - 250 К, возможно процесс анализа станет более биохимическим. Если повезёт, то анализ и сборка будут осуществляться более крупными блоками, чем молекулы, и эта проблема исчезнет. Тогда молекулярный анализ станет дешёвым и общедоступным. Будем надеяться на лучшее, но готовиться к худшему.
Фактически, речь идёт о дальнейшем развитие микрохирургии. К моменту создания молекулярной машины биотехнология уже сможет выращивать все клетки и биохимические соединения, характерные для каждого отдельного человека, и возникнет вопрос, как из этого биоматериала сложить живой орган или целого человека. Если это можно сделать на уровне клеток – прекрасно, если для этого необходимо перейти на уровень молекул – значит микрохирургия переростёт в нанохирургию.
Базовая система из минимум четырёх микророботов типа трубчатого СТМ будет иметь размер около микрометра. Рабочий диапазон составит всего 10нм, что вполне достаточно. Такая система может провести молекулярный анализ всего за 100сек. Уже при такой скорости анализа выделяемая объёмная тепловая мощность достигнет огромной величины, как в ядерном реакторе. Дальнейшая миниатюризация микророботов не целесообразна, она ничего не даст, кроме серьёзных дополнительных проблем. Прежде чем проектировать «молекулярные шестерёнки» и т.п., надо сначала выяснить их необходимость вообще.
Элементарные подсчёты показывают, что скорость сборки атом за атомом слишком мала, чтобы вырастить сразу всё изделие. Сначала параллельно будут выращены кубики размером 0,1-1 мкм, а затем из них микророботы составят изделие. Если стенки кубиков будут атомно-гладкими, то они намертво спаяются. Но такие кубики можно получить и другим путём.
Намного проще, быстрее, экономичней их просто вырезать микророботами из моно или поликристаллического сырья. При низких температурах все вещества, кроме гелия, стают твёрдыми. В такой схеме автоматически возникают проблемы загрязнений, неравномерности теплового расширения и другие механические напряжения, взаимодействие радикалов на стенках и другие проблемы. Все вышеперечисленные проблемы возникнут и в молекулярной машине. Эти проблемы сложные, но вполне разрешимые. Если какой-либо объект охладили жидким гелем и он не разрушился, значит, его возможно собрать по такой схеме.
Именно эта схема станет основой будущей промышленной революции. Таким способом возможно собрать практически любой промышленный товар от шестерёнки до аэробуса и объёмного полупроводникового компьютера, при чём, при вполне приемлемых энергозатратах.
Таким образом, независимо от возможности или невозможности свободной манипуляции атомами, кибернетический путь в нанотехнологии обещает большие возможности. Только надо идти вперёд, а не топтаться на месте, как сейчас. Удивительно, но за всё это время развитие «сухого» направления нанотехнологии застопорилось на первом шаге - выводе о необходимости создания проводящих и не проводящих электрический ток структур.
Схема «МЭМС-МД-технология-Молекулярная машина» не содержит логических противоречий и ясно просматривается на всех этапах. Рано или поздно технологическое развитие всё равно пойдёт именно таким путём. Если даже эта реклама не позволит начать, наконец-то, необходимые опыты, то я могу подождать ещё, тем более, что я жду этого момента уже пятнадцать лет.