Kakršna koli človeška dejavnost je zaraščena z miti. Nanotehnologija, glavni znanstveni in tehnološki projekt našega časa, ni izjema. Poleg tega se tukaj ustvarjanje mitov dotika samega bistva. Večina ljudi, tudi tisti, ki spadajo v znanstveno skupnost, je prepričana, da je nanotehnologija najprej manipulacija atomov in gradnja predmetov z njihovo sestavljanje iz atomov. To je glavni mit.
Znanstveni miti so dvojni. Nekatere nastanejo zaradi nepopolnosti našega znanja o naravi ali pomanjkanja informacij. Drugi so ustvarjeni namerno z določenim namenom. V primeru nanotehnologije imamo drugo možnost. Zahvaljujoč temu mitu in posledicam, ki iz njega izvirajo, je bilo mogoče pritegniti pozornost tistih, ki so na oblasti, in dramatično pospešiti zagon projekta Nanotehnologija z avtokatalitičnim povečanjem naložb. V bistvu je šlo za malo varanje, povsem sprejemljivo po pravilih igre na najvišji ravni. Mit je imel kot pobudnik procesa svojo koristno vlogo in bil srečno pozabljen, ko je šlo za samo tehnologijo.
Toda miti imajo neverjetno lastnost: ko se rodijo, začnejo živeti svoje življenje, hkrati pa izkazujejo neverjetno vitalnost in dolgoživost. Tako močno so zakoreninjeni v glavah ljudi, da vplivajo na dojemanje resničnosti. Pravi nanotehnološki procesi, tako tuji kot rusnanski projekti, v osnovi nasprotujejo mitu, kar ustvarja zmedo v njihovih glavah (večina ljudi še vedno ne razume, kaj je nanotehnologija), zavračanje (to niso prave nanotehnologije!) In celo zanikanje nanotehnologije! kot tak.
Zgodovina nanotehnologije nam poleg glavnega mita razkriva več spremljajočih mitov, ki vznemirjajo različne skupine prebivalstva, pri nekaterih pa vzbujajo neutemeljeno upanje, pri drugih pa paniko.
Mit o ustanovitelju
Najbolj neškodljiv iz niza mitov je pripisovanje Richarda Feynmana, strokovnjaka na področju kvantne teorije polja in fizike delcev, kot utemeljitelja nanotehnologije. Ta mit je nastal leta 1992, ko je prerok nanotehnologije Eric Drexler na zaslišanju o "novih tehnologijah za trajnostni razvoj" nagovoril senatno komisijo. Da se je Drexlerjeva potegovala za projekt nanotehnologije, ki ga je izumil, je v očeh senatorjev navedla izjavo Nobelovega nagrajenca za fiziko.
Žal je Feynman leta 1988 umrl, zato te trditve ni mogel niti potrditi niti zanikati. A če bi ga slišal, bi se potem najverjetneje veselo smejal. Ni bil le izjemen fizik, ampak tudi znan šaljivec. Ni čudno, da je njegova avtobiografska knjiga nosila naslov: "Seveda se šalite, gospod Feynman!" V skladu s tem je bil sprejet slavnostni govor Feynmana na novoletni večerji Ameriškega fizikalnega društva na kalifornijskem tehnološkem inštitutu. Po spominih enega od udeležencev tega srečanja, ameriškega fizika Paula Schlickta: "Reakcijo občinstva na splošno lahko imenujemo veselo. Večina je mislila, da se zvočnik igra norca."
Promocijski video:
Toda besede: "Načela fizike, ki jih poznamo, ne prepovedujejo ustvarjanja predmetov" atom po atom ". Manipulacija atomov je povsem resnična in ne krši nobenih naravnih zakonov, "so dejali. To je dejstvo. Ostalo je špekuliranje o miniaturizaciji, skupaj s futurološkimi napovedmi. Četrt stoletja pozneje je nekaj Feynmanovih idej "kreativno" razvil Eric Drexler in ustvarili glavne mite o nanotehnologiji. Nadalje se bomo pogosto vrnili k temu govoru, da bi se spomnili, kaj je dejansko rekel Feynman, in hkrati uživali v jasnosti in slikovnosti formulacij velikega znanstvenika.
Mit o brezupni tehnologiji
Ko ustvarjamo objekt atom po atomu, očitno uporabljamo tehnologijo brez odpadkov. Beseda "očitno" se tukaj uporablja v najbolj primordialnem pomenu - ko ljudje, predvsem uradniki, pogledajo slike, ki prikazujejo postopek manipulacije z atomi, ne vidijo odpadkov, ne kajenje cevi, ki onesnažujejo ozračje, in industrijskih izpustov, ki onesnažujejo vodna telesa … Privzeto je jasno, da vlečenje skoraj breztežnega atoma na nekaj nanometrov narazen zahteva majhno količino energije. Na splošno je idealna tehnologija za "trajnostni razvoj" - koncept, ki je bil v 90. letih prejšnjega stoletja izjemno priljubljen.
Vprašanje, od kod prihajajo atomi za sestavljanje, je skoraj nespodobno. Seveda iz skladišča, od koder jih verjetno dostavijo okolju prijazni električni avtomobili. Velika večina prebivalstva nima pojma, od kod prihaja. Na primer materiali, iz katerih so izdelani različni industrijski izdelki, ki jih porabimo v vedno večjih količinah. Povezava teh izdelkov s kemično industrijo ni vidna. Kemija kot znanost je dolgočasna in ni ravno potrebna, kemična industrija pa zagotovo škodljiva za okolje.
Med drugim je kemijska industrija po mnenju večine plenilska izguba naravnih virov, ki za svoje procese uporablja nafto, plin, rude in minerale. In za novo tehnologijo, kot si predstavljajo njeni privrženci, so potrebni le atomi: v tem oddelku skladišča shranjujemo atome zlata, v naslednjem - atome železa, nato natrijeve atome, atome klora … Na splošno je celotna Mendelejeva periodična tabela. Avtorji te idilične slike smo prisiljeni razočarati: sami atomi, razen atomov inertnih plinov, obstajajo le v vakuumu. V vseh drugih pogojih si medsebojno vplivajo s svojo vrsto ali drugimi atomi, v kemični interakciji s tvorbo kemičnih spojin. To je narava stvari in glede tega ni mogoče storiti ničesar.
Vsaka tehnologija zahteva nekatere prilagoditve, sredstva za proizvodnjo, ki tudi odvrnejo pozornost opravičevalcev pri sestavljanju predmetov iz atomov. Vendar včasih ravno nasprotno, pritegnejo njihovo pozornost in jih stresejo k srcu. Dejansko so tuneli in napajalni mikroskopi lepe naprave, viden dokaz moči človeškega uma. In na splošno so laboratoriji, v katerih se ukvarjajo z manipulacijo z atomi, podoba prihodnjih tehnologij v duhu Alvin Tofflerjevega "tretjega vala": tako imenovane čiste sobe s klimatsko napravo in posebnim čiščenjem zraka, naprave, ki izključujejo najmanjše vibracije, upravljavec v posebnih oblačilih z univerzitetno diplomo v žep.
Se bo vse to zbiralo tudi iz atomov brez odpadkov? Vključno s temelji, stenami in strehami? Verjamemo, da si niti najbolj goreči privrženci te tehnologije ne bodo upali odgovoriti pritrdilno.
Človeštvo bo nekega dne ustvarilo okolju prijazne tehnologije brez odpadkov, vendar bodo temeljile na različnih načelih ali na bistveno drugačni tehniki.
Mit o nanomašini
Pravzaprav je sprva šlo za drugačno tehniko. Zamisel, da je za načrtovanje na nanoskalni površini potreben ustrezen manipulator, je očitna. Tako je Richard Feynman videl uresničevanje te ideje:
„Recimo, da sem naredil niz desetih ročic manipulatorja, jih štirikrat zmanjšal in jih z žicami povezal z originalnimi krmilnimi ročicami, tako da te roke istočasno in natančno ponavljajo moje gibe. Nato bom ponovno izdelal komplet desetih ročic v četrtini. Seveda bo prvih deset manipulatorjev proizvedlo 10x10 = 100 manipulatorjev, vendar zmanjšanih za faktor 16 …
Nič nas ne ovira, da nadaljujemo s tem postopkom in ustvarimo toliko drobnih strojev, kot si jih želimo, saj ta proizvodnja nima nobenih omejitev, povezanih z namestitvijo strojev in njihovo porabo materiala … Jasno je, da s tem takoj odstranimo problem stroškov materialov. Načeloma bi lahko organizirali na milijone enakih miniaturnih tovarn, kjer bi drobni stroji neprestano vrtali luknje, žigosali dele itd."
Ta pristop je preprosta izvedba ideje o ustvarjanju miniaturnih naprav. Čeprav deluje s številnimi omejitvami, deluje na mikro ravni, kar dokazujejo tako imenovane mikroelektromehanske naprave. Uporabljajo jih v sistemih za nameščanje zračnih blazin v avtomobilih ob nesrečah, v laserskih in brizgalnih tiskalnikih, v tlačnih senzorjih, v domačih klimatskih napravah in pri indikatorjih nivoja goriva v rezervoarju za plin, v srčnih spodbujevalnikih in v igralnih palicah za igralne konzole. Če jih pogledamo pod mikroskop, bomo videli zobnike in gredi, jeklenke in bate, vzmeti in ventile, ogledala in mikrovezja, ki so nam že znani.
Toda lastnosti nanoobjektov se razlikujejo od lastnosti makro- in mikroobjektov. Če najdemo način, da sorazmerno zmanjšamo velikost tranzistorjev s sedanjih 45-65 nm na 10 nm, potem preprosto ne bodo delovali, saj se bodo elektroni začeli tunelirati skozi plast izolatorja. In povezovalne žice se bodo tanjšale v verigo atomov, ki bo tok vodila drugače kot masivni vzorci in se zaradi toplotnega gibanja začela raztresti na stranice ali se, nasprotno, zbrala v kup, pri čemer pozabi na nalogo vzdrževanja električnega stika.
Enako velja za mehanske lastnosti. Ko se velikost zmanjšuje, se razmerje med površino in prostornino povečuje in čim večja je površina, večje je trenje. Nano-predmeti se dobesedno držijo drugih nano-predmetov ali površin, ki se jim zaradi svoje majhnosti zdijo gladki. To je koristna lastnost gekona, ki zlahka hodi po navpični steni, vendar izjemno škodljivo za katero koli napravo, ki mora voziti ali drsati po vodoravni površini. Če ga želite preprosto premakniti z mesta, boste morali porabiti nesorazmerno veliko energije.
Po drugi strani je vztrajnost majhna, gibanje se hitro ustavi. Nanopenduluma ni težko narediti - delček zlata premera nekaj nanometrov s pritrditvijo na ogljikovo nanocevko premera 1 nm in dolžino 100 nm pritrdite na silikonsko ploščo. Toda to nihalo, če ga zamahnete po zraku, se bo ustavilo skoraj takoj, saj je celo zrak zanj pomembna ovira.
Nanoobjekti imajo, kot pravijo, velik odmev, in na splošno jih je enostavno zavajati. Mnogi so verjetno opazovali Brownovo gibanje v mikroskopu - naključno metanje majhnega trdnega delca v vodo. Albert Einstein je leta 1905 razložil razlog za ta pojav: molekule vode, ki so v nenehnem toplotnem gibanju, zadenejo površino delca, nekompenzirana sila udarcev z različnih strani pa pripelje do tega, da delci pridobijo zagon v eno ali drugo smer. Če delec velikosti 1 mikrona zazna silo udarcev majhnih molekul in spremeni smer gibanja, potem lahko rečemo o delcu 10 nm, ki tehta milijon krat manj in za katerega je razmerje teže in površine 100-krat manj.
Kljub temu se v znanstveni in poljudnoznanstveni literaturi, zlasti v medijskih publikacijah, vedno najdejo opisi nanokopij različnih mehanskih delov, zobnikov, ključev, koles, osi in celo zobnikov. Predvideva se, da jih bodo uporabili za ustvarjanje delujočih modelov nanomobilin in drugih naprav. Teh del ne jemljite z neprimerno resnostjo, obsojanjem, spraševanjem ali občudovanjem. "Osebno sem prepričan, da bi fiziki lahko rešili takšne težave samo zaradi zabave ali zabave," je dejal Richard Feynman. Fiziki se šalijo …
Pravzaprav se popolnoma zavedajo dejstva, da je za ustvarjanje nanomehanskih ali nanoelektromehanskih naprav potrebno uporabiti oblikovalske pristope, ki se razlikujejo od makro- in mikroanalogov. In za začetek vam sploh ni treba izumiti ničesar, saj je narava v več milijard letih evolucije ustvarila toliko različnih molekularnih strojev, da deset let ne bo dovolj, da bi nas vsi razumeli, kopirali, prilagodili svojim potrebam in poskušali kaj izboljšati.
Najbolj znan primer naravnega molekularnega motorja je tako imenovani bakterijski flagelarni motor. Drugi biološki stroji zagotavljajo krčenje mišic, srčni utrip, transport hranil in transport ion po celični membrani. Učinkovitost molekularnih strojev, ki pretvarjajo kemično energijo v mehansko delo, je v mnogih primerih blizu 100%. Hkrati so izredno varčni, na primer manj kot 1% energijskih virov v celici porabi za delovanje elektromotorjev, ki zagotavljajo gibanje bakterij.
Zdi se mi, da je opisani pristop biomimetike (iz latinskih besed "bios" - življenje in "mimetis" - imitacija) najbolj realističen način ustvarjanja nanomehanskih naprav in eno od tistih področij, kjer lahko sodelovanje fizikov in biologov na področju nanotehnologije prinese oprijemljive rezultate.
Mit o nanorobotih
Recimo, da smo na papirju ali računalniškem zaslonu ustvarili skico nanodelne naprave. Kako ga zbrati in po možnosti ne v enem izvodu? Po Feynmanu lahko ustvarite "drobne stroje, ki bi neprestano vrtali luknje, štancali dele itd." in miniaturnimi manipulatorji za sestavljanje končnega izdelka. Te manipulatorje mora nadzorovati oseba, torej morajo imeti nekakšno makroskopsko opremo ali vsaj delovati po programu, ki ga določi oseba. Poleg tega je treba nekako opazovati celoten postopek, na primer z uporabo elektronskega mikroskopa, ki ima tudi makro dimenzije.
Alternativno idejo je leta 1986 ameriški inženir Eric Drexler predstavil v futurološki uspešnici "Machines of Creation". Ko je odraščal, kot vsi ljudje njegove generacije, je v knjigah Isaaca Asimova predlagal uporabo mehanskih strojev ustreznih (100-200 nm) velikosti - nanorobotov za izdelavo nanodelcev. Ni šlo več za vprašanje vrtanja in prebijanja, ti roboti so morali sestaviti napravo neposredno iz atomov, zato so jih imenovali monterji - monterji. Toda pristop je ostal izključno mehaničen: monter je bil opremljen z manipulatorji dolžine več deset nanometrov, motor za premikanje manipulatorjev in sam robot, vključno s prej omenjenimi menjalniki in menjalniki ter avtonomnim virom energije. Izkazalo se je, da naj bi nanorobot sestavljal več deset tisoč delov,in vsak detajl je sestavljen iz enega ali dvesto atomov.
Problem vizualizacije atomov in molekul je nekako neopazno izginil, zdelo se je povsem naravno, da jih nanorobot, ki deluje s predmeti primerljive velikosti, »vidi«, ko človek vidi žebelj in kladivo, s katerim ta noht zabije v steno.
Najpomembnejša enota nanobota je bil seveda računalnik na vozilu, ki je nadzoroval delovanje vseh mehanizmov, določal, kateri atom ali katero molekulo naj bi manipulator zajel in kam naj jih postavi v prihodnjo napravo. Linearne dimenzije tega računalnika ne bi smele presegati 40-50 nm - prav to je velikost enega tranzistorja, doseženega z industrijsko tehnologijo našega časa, 25 let po tem, ko je Drexler napisal svojo knjigo "Creation Machines".
Toda Drexler je svojo knjigo naslovil tudi v prihodnost, v daljno prihodnost. V času tega pisanja znanstveniki še niso potrdili niti temeljne možnosti manipulacije posameznih atomov, da ne omenjam sestavljanja vsaj nekaterih struktur iz njih. To se je zgodilo šele štiri leta kasneje. Naprava, ki je bila prvič uporabljena za to in se uporablja še danes - tunelski mikroskop - ima precej oprijemljive dimenzije, več deset centimetrov v vsaki dimenziji, nadzira pa jo oseba, ki uporablja močan računalnik z milijardami tranzistorjev.
Sanjska ideja o nanorobotih, ki sestavljajo materiale in naprave iz posameznih atomov, je bila tako lepa in vabljiva, da jo je to odkritje samo prepričalo. Manj kot nekaj let pozneje so senatorji ZDA, novinarji, ki so bili daleč od znanosti, verjeli vanjo in na njihov predlog - javnost in, kar presenetljivo, tudi sam avtor, ki jo je še naprej zagovarjal, tudi ko mu je bilo razumljivo razloženo, da je ideja načeloma neuresničljiva. … Proti takšnim mehanskim napravam je veliko argumentov, navedli bomo le najpreprostejšega, ki ga je predstavil Richard Smalley: manipulator, ki je "ujel" atom, se bo zaradi kemične interakcije za vedno povezal z njim. Smalley je bil Nobelov nagrajenec za kemijo, kar je moralo biti tako.
Toda ideja je še naprej živela svoje življenje in je preživela vse do danes ter postala opazno bolj zapletena in dopolnjena z različnimi aplikacijami.
Mit o medicinskih nanorobotih
Najbolj priljubljen mit je, da obstaja na milijone nanorobotov, ki bodo premetavali naša telesa, diagnosticirali stanje različnih celic in tkiv, popravili okvare z nanoskalpelom, secirali in razstavili rakave celice, zgradili kostno tkivo z zbiranjem atomov, odstranili holesterolove plakete z nanoskopom in v možganih selektivno raztrga sinapse, odgovorne za neprijetne spomine. In poročajte tudi o opravljenem delu s prenašanjem sporočil kot je: „Alex to Eustace. Odkrita poškodba mitralne zaklopke. Zlom je bil odpravljen. " Prav slednje povzroča resno zaskrbljenost javnosti, saj gre za razkritje zasebnih informacij - sporočilo nanorobota lahko sprejme in razširi ne le zdravnik, temveč tudi zunanji sodelavci. Ta skrb potrjujeda v vse drugo ljudje brezpogojno verjamejo. Kot v nanorobotih-vohunih, v "pametnem prahu", ki bo prodrl v naša stanovanja, nas opazujte, prisluhnite pogovorom in ponovno prenesite prejete video in avdio materiale preko nano-oddajnika z nanoantenno. Ali pa v ubijalske nanobote, ki z nanoskopi zadenejo ljudi in tehnologijo, morda celo jedrske.
Najbolj neverjetno je, da je mogoče ustvariti skoraj vse opisano (in nekaj je že bilo ustvarjeno). In invazivni diagnostični sistemi, ki poročajo o telesnem stanju, in zdravila, ki delujejo na določene celice, in sistemi, ki očistijo naše žile pred aterosklerotičnimi plaki, rastjo kosti in izbrisom spominov, nevidnimi oddaljenimi sledilnimi sistemi in "pametnim prahom"
Vendar vsi ti sistemi sedanjosti in prihodnosti nimajo in ne bodo imeli nič skupnega z mehanskimi nanoroboti v duhu Drexlerja, razen velikosti. Skupaj jih bodo ustvarili fiziki, kemiki in biologi, znanstveniki, ki delujejo na področju sintetičnih znanosti, imenovanih nanotehnologija.
Mit o fizikalni metodi sintetiziranja snovi
Richard Feynman je v svojem predavanju nevede izdal skrivne večne sanje fizikov:
"In končno, če razmišljamo v tej smeri (možnost manipulacije z atomi. - GE), pridemo do problemov kemične sinteze. Kemiki bodo prišli k nam, fiziki, z določenimi ukazi: "Poslušajte, prijatelj, ali ne boste naredili molekule s takšno in takšno porazdelitvijo atomov?" Kemiki sami uporabljajo zapletene in celo skrivnostne operacije in tehnike za pripravo molekul. Običajno morajo za sintezo predvidene molekule precej dolgo mešati, pretresati in obdelati različne snovi. Takoj, ko fiziki ustvarijo napravo, ki lahko deluje s posameznimi atomi, bo vsa ta aktivnost postala nepotrebna … Kemiki bodo naročili sintezo, fiziki pa bodo preprosto "postavili" atome v pravilen vrstni red."
Kemiki ne sintetizirajo molekule, kemiki dobijo snov. Snov, njena proizvodnja in preoblikovanje je predmet kemije, ki je do danes skrivnostna za fizike.
Molekula je skupina atomov, ki niso le razporejena v pravem vrstnem redu, ampak so povezana tudi s kemičnimi vezmi. Prosojna tekočina, v kateri je en atom kisika za dva vodikova atoma, je lahko voda ali pa je mešanica tekočega vodika in kisika (pozor: doma se ne mešajte!).
Predpostavimo, da smo nekako uspeli sestaviti kup osem atomov - dva atoma ogljika in šest vodikovih atomov. Za fizika bo ta skupina verjetno molekula etana C2H6, vendar bo kemičar izpostavil vsaj še dve možnosti združevanja atomov.
Recimo, da želimo dobiti etan s sestavljanjem iz atomov. Kako lahko to storim? Kje začnete: premaknite dva atoma ogljika ali pritrdite atom vodika na atom ogljika? Zapleteno vprašanje, tudi za avtorja. Težava je v tem, da so se znanstveniki do zdaj naučili manipulirati z atomi, prvič, težko, in drugič, ne zelo reaktivno. Precej zapletene strukture so sestavljene iz atomov ksenona, zlata, železa. Kako ravnati z lahkimi in izjemno aktivnimi atomi vodika, ogljika, dušika in kisika, ni povsem jasno. Torej bo treba z atomsko sestavo beljakovin in nukleinskih kislin, o katerih nekateri avtorji govorijo kot praktično rešena zadeva, počakati.
Obstaja še ena okoliščina, ki bistveno omejuje možnosti za "fizično" metodo sinteze. Kot smo že omenili, kemiki ne sintetizirajo molekule, ampak dobijo snov. Snov je sestavljena iz ogromnega števila molekul. 1 ml vode vsebuje ~ 3x1022 molekul vode. Vzemimo bolj znan predmet nanotehnologije - zlato. 1 cm3 zlata kocka vsebuje ~ 6x1022 zlatih atomov. Koliko časa traja sestavljanje takšne kocke atomov?
Delo na atomski sili ali tunelskem mikroskopu je do danes podobno umetnosti, zato ni nujno, da zahteva posebno in zelo dobro izobrazbo. Ročno delo: priklopite atom, ga povlecite na pravo mesto, ocenite vmesni rezultat. Približno tako hitro kot zidaki. Da ne bi prestrašili bralca z nepojmljivimi številkami, predpostavimo, da smo našli način, kako nekako mehanizirati in intenzivirati postopek in lahko zložimo milijon atomov na sekundo. V tem primeru bomo porabili dve milijardi let, da sestavimo 1 cm3 kocko, približno toliko, kot je narava potrebovala, da je ustvarila ves živi svet in sebe kot krono evolucije s poskusom in napako.
Zato je Feynman govoril o milijonih "tovarn", ne da bi ocenil njihovo možno produktivnost. Zato tudi milijon nanorobotov, ki se pljuskajo v nas, ne bo rešil težave, saj ne bomo imeli dovolj življenja, da bi čakali na rezultat njihovih naporov. Zato je Richard Smalley pozval Erica Drexlerja, naj izključi kakršno koli omembo "naprav za ustvarjanje" iz javnega nastopanja, da ne bi zavajal javnosti s to protiznanstveno neumnostjo.
Ali lahko s tem načinom pridobivanja snovi, materialov in naprav končamo? Ne, sploh ne.
Prvič, ista tehnika se lahko uporablja za manipuliranje bistveno večjih gradnikov, kot so ogljikove nanocevke in ne atomi. To odpravi problem svetlobnih in reaktivnih atomov, produktivnost pa se bo samodejno povečala za dva do tri zaporedje. To je za resnično tehnologijo še vedno premalo, toda s to metodo znanstveniki že izdelujejo posamezne kopije najpreprostejših nanodelcev v laboratorijih.
Drugič, si lahko zamislimo veliko situacij, ko vnos atoma, nanodelcev ali celo samo fizični vpliv konice tunelskega mikroskopa sproži proces samoorganizacije, fizičnih ali kemičnih preobrazb v mediju. Na primer - verižna reakcija polimerizacije v tankem filmu organske snovi, spremembe v kristalni strukturi anorganske snovi ali konformacija biopolimera v določeni bližini mesta udarca. Visoko natančno skeniranje površin in večkratna izpostavljenost bosta omogočila ustvarjanje razširjenih predmetov, za katere je značilna redna nanostruktura.
In končno, to metodo lahko uporabimo za pridobitev edinstvenih vzorcev - predlog za nadaljnje razmnoževanje z drugimi metodami. Recimo šesterokotnik iz kovinskih atomov ali ene same molekule. Toda kako pomnožiti eno samo molekulo? Nemogoče, pravite, to je nekakšna nenaučna fantazija. Zakaj potem? Narava odlično zna ustvariti več, popolnoma enakih kopij tako posameznih molekul kot celih organizmov. Temu običajno rečemo kloniranje. Celo ljudje, ki so daleč od znanosti, vendar so vsaj enkrat obiskali sodoben medicinsko diagnostični laboratorij, so slišali za verižno reakcijo polimeraze. Ta reakcija vam omogoča, da pomnožite en delček molekule DNK, ki je bil ekstrahiran iz biološkega materiala ali umetno sintetiziran s kemičnimi sredstvi. Za to znanstveniki uporabljajo "molekularne stroje", ki jih je ustvarila narava - beljakovine in encime. Zakaj ne bi mogli narediti podobnih strojev za kloniranje molekul, razen oligonukleotidov?
Odzval bi se, če bi parafraziral Richarda Feynmana: „Znana načela kemije ne prepovedujejo kloniranja posameznih molekul. "Razmnoževanje" molekul po vzorcu je povsem resnično in ne krši nobenih naravnih zakonov."
Sivi goo mit
Elementarnega premisleka o izjemno nizki (masovni) produktivnosti nanorobotov seveda ni prevzel Eric Drekeler. V svetu "strojev za ustvarjanje" so se pojavili še drugi problemi, o katerih zaradi pomanjkanja prostora nismo podrobno razpravljali. Na primer, nadzor kakovosti, obvladovanje sproščanja novih izdelkov in virov surovin, kje in kako se atomi pojavljajo v "skladišču". Za reševanje teh težav je Drexler v koncept vpeljal še dve vrsti naprav.
Prvi so razstavljavci, antipod zbiralcev. Zlasti razstavljalec mora preučiti strukturo novega predmeta in zapisati njegovo atomsko strukturo v pomnilnik nanoračunalnika. Ne pripomoček, ampak sanje kemikov! Kljub vsem napredkom sodobne raziskovalne tehnologije ne vidimo vseh atomov, na primer v beljakovini. Natančno strukturo molekule je mogoče določiti le, če skupaj z milijoni drugih podobnih molekul tvori kristal. Nato lahko z metodo rentgenske strukturne analize določimo natančno, do tisočinke nanometra, lokacijo vseh atomov v vesolju. To je zamuden in naporen postopek, ki zahteva zajetno in drago opremo.
Druga vrsta naprave je ustvarjalec ali replikator. Njihove glavne naloge so linijska izdelava zbiralnikov in sestavljanje podobnih replikatorjev, torej reprodukcija. Replikatorji so, kot si jih je zamislil njihov ustvarjalec, veliko bolj zapletene naprave kot preprosti sestavljavci, sestavljeni morajo iz več sto milijonov atomov (dva reda manj kot v molekuli DNK) in so v skladu s tem velikosti približno 1000 nm. Če trajanje njihove replikacije izmerimo v minutah, potem, ko se eksponentno pomnožijo, ustvarijo trilijo replikatorjev na dan, izdelali bodo štirikolesnike specializiranih monterjev, ki bodo začeli sestavljati makro predmete, hiše ali rakete.
Zlahka si je predstavljati situacijo, ko bo delovanje sistema prešlo v proizvodni način zaradi proizvodnje, neomejenega kopičenja proizvodnih sredstev - samih nanorobotov, ko se vsa njihova aktivnost zmanjša na povečanje lastne populacije. Takšen je nemir strojev v dobi nanotehnologije. Nanoroboti lahko za lastno konstrukcijo pridobijo le atome iz okolja, zato bodo razstavljavci začeli razstavljati v atome vse, kar sodi pod njihove vztrajne manipulatorje. Posledično bo čez nekaj časa vse zadeva in kar nas najbolj moti, se bo biomasa spremenila v kup nanorobotov, v "sivo sluz", kot je figurativno poimenoval Eric Drexler.
Vsaka nova tehnologija zaradi izvajanja in distribucije ustvari scenarije neizogibnega konca sveta. Mit o sivi goo je šele zgodovinsko prvi tak scenarij, povezan z nanotehnologijo. Je pa zelo domiseln, zato ga novinarji in filmski ustvarjalci tako zelo radi.
Na srečo tak scenarij ni mogoč. Če kljub vsemu še vedno verjamete v možnost sestavljanja nečesa bistvenega iz atomov, razmislite o dveh okoliščinah. Prvič, replikatorji, ki jih je opisal Drexler, nimajo zapletenosti pri ustvarjanju podobnih naprav. Sto milijonov atomov ni dovolj niti za izdelavo računalnika, ki nadzira postopek montaže, tudi za pomnilnik. Če predpostavimo, da je nedosegljivo - da vsak atom nosi en košček informacij, potem bo prostornina tega pomnilnika 12,5 megabajtov in to je premalo. Drugič, replikatorji bodo imeli težave s surovinami. Elementarna sestava elektromehanskih naprav se bistveno razlikuje od sestave okoljskih predmetov in najprej od biomase. Iskanje, pridobivanje in dobava atomov potrebnih elementov, ki zahtevajo ogromno vlaganja časa in energije,- to bo določilo hitrost razmnoževanja. Če načrtujete situacijo na makro velikosti, potem je to isto kot sestavljanje stroja iz materialov, ki jih je treba najti, minirati in nato dostaviti iz različnih planetov osončja. Pomanjkanje vitalnih virov omejuje neomejeno širjenje katere koli populacije, veliko bolj prilagojeno in popolno kot mitični nanoroboti.
Zaključek
Seznam mitov se nadaljuje. Mit o nanotehnologiji kot lokomotivi gospodarstva je vreden posebnega članka. Prej v članku "Nanotehnologija kot nacionalna ideja" (glej "Kemija in življenje", 2008, N3) smo poskušali razbliniti mit, da je ameriška Nacionalna pobuda za nanotehnologijo izključno tehnološki projekt.
Mit je tudi kanonska zgodovina nanotehnologije, katere ključni dogodek je izum tunelirnega elektronskega mikroskopa. Slednje je enostavno razložiti. "Zgodovino pišejo zmagovalci", globalni projekt z imenom "Nanotehnologija", ki v veliki meri določa obraz (in financiranje) sodobne znanosti, je prodrl med fizike. Za kar smo vsi, raziskovalci, ki delujemo na tem in sorodnih področjih, fizikom izrekamo neskončno hvaležnost.
Miti so imeli pozitivno vlogo, vzbudili so navdušenje in pritegnili pozornost politične in gospodarske elite, pa tudi javnosti, k nanotehnologiji. Toda na stopnji praktičnega izvajanja nanotehnologije je čas, da na te mite pozabimo in jih nehamo ponavljati iz članka v članek, od knjige do knjige. Konec koncev miti ovirajo razvoj, postavljajo napačne mejnike in cilje, vzbujajo nerazumevanje in strahove. In končno, treba je napisati novo zgodovino nanotehnologije - novo znanost 21. stoletja, področje naravoslovja, ki združuje fiziko, kemijo in biologijo.
G. V. Erlikh, doktor kemijskih znanosti