Чи зжеруть нас наноботи, Осі світу
Чому важлива? Тому що мікроскопічний двигун може приводити в дію мікроскопічні машини. Адже відомо, що багато протеїнів у нашому тілі теж працюють як двигуни. Це надихає нанотехнологів. Значить, у нас з'явиться можливість багато чого досягти. Навіть, наприклад, чистити зсередини кровоносні судини, ремонтувати пошкоджені біологічні клітини, або змінювати структуру матеріалу – і живого, і штучного.
У якомусь сенсі нанотехнологам не позаздриш – адже з якою дрібницею пораються! У 80 000 разів тонше найтоншого людського волосся! Це у них такі масштаби, такі ваги. А як інакше збудуєш молекулярну структуру? Ніяк.
На цьому рівні навіть теплова енергія (а де її немає?) змушує молекули та їх компоненти, що називається, «танцювати», тобто. вібрувати та метатися. Хочеш створювати молекулярні робочі машини – навчися контролювати цей рух. Як це вдалося цього разу?
Команда дослідників користувалася тими самими атомарними зв'язками, які містять молекулу води, – водневими. Ця розумна природна хімія дала можливість «пристебнути» два кільця до петлі, що становить лише мільйонну частку міліметра. Маленькі кільця рухаються великому кільцю, коли їх висвітлюють світлом із різною довжиною хвиль, тобто. коли вони одержують паливо для хімічних реакцій, що руйнують гідрогенні зв'язки. Кожне маленьке кільце блокує рух іншого кільця, так що обидва вони переміщаються в тому самому напрямку. Що і дає нам в результаті рухомий світлом спрямований роторний двигун.
Мікроскопічні ротори робили і раніше, але ця молекула із взаємоблокуючих кілець може обертатися тільки в одному напрямку, а не крутитися туди-сюди, як це було в інших експериментах. Рух,яке можна спровокувати і теплом, і хімічними впливами, може бути як круговим, так і прямолінійним – вперед-назад. Професор Лей переконаний, що у молекулярних двигунів хороше майбутнє, і зроблений зараз крихітний роторний мотор показує, як і за рахунок чого вони будуть рухатися. Де їм знайдеться застосування?
На це питання поки що важко дати вичерпну відповідь. Може, це будуть якісь поверхні, що «включаються», що складаються з матеріалу, здатного реагувати на конкретні зовнішні сигнали і змінювати свої властивості. Або, скажімо, свого роду «лебідки», що намотують молекулярні ланцюги (полімери), що дозволить змінювати довжину або форму таких ланцюгів і створювати будь-які матеріали на власний розсуд. Або, якщо мислити більш приземлено, створити антибактеріальні шкарпетки. Однак зараз поки що не до цього. Потрібно ще визначитися, як впровадити, вмонтувати такі машини в навколишній світ. Але в будь-якому разі, здавалося б, вже можна радіти: ось прогрес очевидний.
А натомість знову спалахують страхи. Як і багато інших дослідників, зайнятих у цій галузі науки, професор Лей висміює побоювання щодо молекулярних технологій. Однак нас все частіше цим лякають. За одним відомим науково-фантастичним сценарієм, міріади т.зв. наноботів виходять з-під контролю і перетворюють на порох все, що трапляється їм на шляху. Йдеться, в принципі, про книгу Майкла Кричтона «Prey», що в перекладі означає «жертва». Чи стане наш світ жертвою нових технологій, жертвою наноботів, що розперезалися? Адже цей фантастичний сценарій налякав навіть британського принца Чарльза, та й не лише його. Але що це за наноботи?
Так прийнято називати мікроскопічних роботів. Вони зможуть проводити найточніші хірургічні операції всередині тіла людини, швидко загоюватися.рани, «виїдати» пухлини, паразитів тощо. Загалом продовжувати нам життя. Проте, це лише роботи. Якщо в їхній програмі відбудеться збій, тіло жертви почне мимоволі руйнуватися. А уявіть, якщо через такий збій наноботи, що самовідтворюються, стануть стрімко розмножуватися і пожирати все без розбору! Це – кінець усьому. Світ заполонить «сіра слиз», або «сіра липка маса», «сіра каламут». Моторошний сценарій настільки стривожив принца Чарльза, що освічений монарх вирішив проконсультуватися в експертів - чи можливо таке в принципі.
Один із експертів – Роджер Хайфілд – вважає, що хвилюватися зарано. Тобто він, звичайно, не сам так вирішив, а запитав знавця з Імперського коледжу в Лондоні, запропонувавши містеру Тому Пайку, фахівцю з проектування космічної техніки, тимчасово уявити себе д-ром На-Но.
Увійшовши у роль д-ра На-Но, д-р Пайк пояснив, що вперше ідея «сірої каламуті» спливла ще 1986 року, коли з'явилася книга Еріка Дрекслера «Машини творення». А три роки тому Білл Джой, один із засновників компанії «Sun Microsystems», з тривогою відзначив, що цією «сірою каламуттю» може й закінчитися наше існування на Землі, і таке цілком може статися лише через якусь одну лабораторну помилку. в експерименті. Жах, та й годі!
І ось уже в 2003 році ідея «непередбачених ризиків» спливла знову – з ініціативи канадської групи «Etc.» — у ході полеміки про можливе зло, яке можуть спричинити нанотехнології. Ось ці та інші дебати й досягли чуйного вуха принца Чарльза. Може, вже час бити на сполох? Чи варто боятися?
Ну, уявимо: атоми становлять у діаметрі одну, дві, три десятих нанометра – десятимільярдних часток метра (наприклад, усередині точки, яка стоїть наприкінці цієї пропозиції, атомів моглоб поміститися 200.000.000.000.000.000 штук). Створення нанобота можна уподібнити до побудови робота з деталей дитячого конструктора «Лего». Однак атоми мають круглу форму і подібні до бусинок, а тому у нанобота поверхня була б не гладкою, як ми звикли її уявляти, а на кшталт касети для яєць, які ми бачимо в магазинах. Д-р На-Але перераховує, що нам потрібно було б для проведення такої роботи. І заразом пояснює, чому вона така складна. Настільки складна, що, на думку вченого, поки що рано говорити про загрозу.
По-перше, знадобиться збирач, «асемблер» – якийсь прилад, здатний відбирати атоми і компонувати їх в такий спосіб, щоб вони були здатні «реплікувати», відтворювати собі подібних, тобто. нових наноботів. По-друге, потрібен крихітний рушій, може, щось на кшталт мікроскопічних вій, за допомогою яких, наприклад, пересувається бактерія. І, звичайно, потрібен «мозок». У цій якості підійшли б, скажімо, деякі моделі електронного заряду, що проходить полімерами, — аби вони були здатні передати команду «реплікуй мене».
Однак помилковим було б думати, що нанобот – це лише мініатюрна версія тих незграбних роботів, які вже створені. По-перше, атоми – це не деталі дитячого конструктора. Атоми чіпляються один за одного і з'єднуються між собою безліччю різних способів. При нормальних середніх температурах вони ще й «скачуть», пружно підстрибують. І «туман», серпанок з електронів навколо одного атома може деформувати та змінити електронні «хмари» навколо сусідніх атомів, тож «липучість» цих «цеглинок» нашої споруди може змінюватися – не з нашої волі. Крім іншого, тут доводиться обов'язково враховувати т.зв. «принцип невизначеності Гейзенберга», з якого випливає, що положення та імпульс об'єкта не можутьбути точно визначені (до речі, цей принцип німецький фізик сформулював ще 1927г). Простіше кажучи, як можна маніпулювати атомами, якщо їх компоненти настільки важко вловити?
Виявляється, таки можна. Тому що в своїй лабораторії д-р Пайк вже легко управляється з ними за допомогою тонкої голки приладу, званого атомним мікроскопом (AFM). Цей великий примітивний збирач потрібно охолодити до температури набагато нижче за нуль градусів Цельсія, щоб атоми перестали скакати туди-сюди. І робота йде дуже повільно. Команді з IBM знадобилося 22 години безперервної роботи, щоби написати торгову марку компанії за допомогою 35 атомів ксенону.
Інша проблема полягає в тому, як змусити нанобота підбирати потрібні атоми, які б з'єдналися один з одним, щоб створити подібного йому братика. Д-р Пайк використовує для цього спалах світла та аналізує, як це світло поглинається – таким чином можна ідентифікувати атом. Інші підходи спираються на електронний «допит» атома, що прилип до кінчика голки мікроскопа. І хоча таке героїчне завдання ще не вирішене, д-ру На-Але знадобилося б ще більше атомів на додаток до 10 мільйонів або близько того — саме стільки потрібно мати для базового механічного збирача.
Є й інша проблема. Біологічним системам властиво робити помилки (це називається мутацією). Механічні роботи просто ламаються. "У будь-якому випадку вам доведеться боротися з ентропією (природною тенденцією будь-якого невпорядкованого середовища)", - говорить д-р Пайк. Для створення нанобота, що самореплікується, знадобляться мільярди атомів. А кінцевий результат все одно не буде шуканим, щирим наноботом – це, швидше за все, буде щось набагато більше. Природа, в принципі, із такими «великими» структурами нормально уживається:це бактерії. Приблизно 1000 нанометрів – це мікророботи, а не наноботи; віруси – менше, 20-100 нанометрів, але й їм ще потрібні живі клітини, щоби розмножуватися.
І ще один аргумент. Навіть після 4,5 мільярдів років існування життя на Землі Природа не створила наноботів, що самовідтворюються. Мікроботи, які вона породила, надто вибагливі щодо того, що їм поїсти. Деяким подобається тіло, інші їдять навіть вологий камінь. Багато хто харчується нашою їжею у нашому шлунку. Але жоден мікробот не спромігся претендувати на те, щоб зжерти весь світ.
Ні, - зітхає д-р Пайк, знімаючи з себе лик д-ра На-Но, - поки що шалені наноботи - лише об'єкт наукової фантастики. А чи реальність? Насправді нанотехнологи працюють над новими шляхами введення ліків, створюють міцніші будівельні матеріали, намагаються винайти одяг, на який не сідали б плями, роблять гнучкі комп'ютерні дисплеї та більш швидкісні транзистори. А не наноботів-вбивць. І даремно сняться принцу Чарльзу кошмари про «сірий каламут».