Шаркан
16-02-2009 09:26:10
http://www.old.nkj.ru/cgi/nauka0256.html?06+9811+06811061+HTML
МИКРО, НАНО И ЕЩЕ МЕНЬШЕ
В романе Станислава Лема ⌠Непобедимый■ описана планета, цивилизация которой уничтожила себя самое в бесконечной войне. Остались только мириады металлических жучков-роботов, которые носятся в воздухе тучами и атакуют все живое. Кажется, наша земная технология делает первые шаги к осуществлению этого кошмара.
Эндрю Берлин, сотрудник исследовательского центра фирмы ⌠Ксерокс■ в Пало-Альто (США), считает, что нечто подобное можно создать уже сейчас. Он проектирует миниатюрный приборчик ≈ булавочку длиной в сантиметр, диаметром в миллиметр и с раскидистым зонтиком, как у семени одуванчика. Внутри разместятся различные датчики, источник питания, микропроцессор, рация. Зонтик служит антенной и парашютом. Тучка таких булавок, сброшенная с самолета, будет падать со скоростью около трех сантиметров в секунду, тогда падение с высоты 600 метров займет более пяти часов. Все это время датчики будут анализировать состав атмосферы, и компоненты этого искусственного облачка, обмениваясь данными между собой, составят общее мнение о состоянии атмосферы в данном месте, а затем передадут выводы в центр управления.
По утверждению Берлина, все отдельные детали такой микроаппаратуры уже существуют, и скомбинировать их вместе, создав, как он это называет, ⌠разумную пыль■, можно будет уже лет через пять. Он предвидит различное применение такой микротехники, в том числе военное ≈ пока только в разведке.
Изготовлять ⌠разумную пыль■ можно будет методами микроэлектроники, уже достаточно совершенными в настоящее время. Кроме того, разрабатываются целые автоматические линии для сборки мельчайших деталей электростатическими силами.
Теми же методами американские инженеры предполагают сделать, как они говорят, активной поверхность самолетных крыльев. Уже построена авиамодель в одну седьмую величины настоящего самолета, не имеющая элеронов, но способная сделать поворот на 180 градусов за 0,8 секунды. Дело в том, что часть поверхности ее крыльев покрыта миниатюрными чешуйками (см. фото внизу слева). В ответ на управляющие сигналы эти чешуйки (размер каждой ≈ миллиметр на миллиметр) могут ⌠вставать дыбом■ или укладываться ровно, изменяя течение воздуха поперек крыла. Это дает удивительную маневренность.
В дальнейшем специалисты Калифорнийского университета, создавшие эту модель, думают перейти на другую систему. Поверхность крыла будет покрыта миллионами пластиковых ⌠пупырышек■ с жидкостью внутри. Нагрев жидкости вызывает ее испарение, и ⌠пупырышек■ увеличивается, при охлаждении жидкость конденсируется, неровности на крыле исчезают. Результат тот же, что с миниатюрными элеронами.
Кроме ⌠пупырышек■ в поверхность крыла будут встроены миниатюрные датчики воздушных потоков, которые сами смогут управлять шероховатостью крыла в ответ на изменения воздушных завихрений.
Американские и японские инженеры пытаются сейчас смоделировать способ движения инфузорий с помощью ресничек. Используя методы микролитографии, те же, какие применяются при создании микросхем, они формируют на кремниевой пластинке группы из четырех ⌠ресничек■, которые могут под действием приложенного электрического заряда выгибаться вверх или прилегать к поверхности (см. фото в центре). Управляя этими четверками (поперечник каждой ≈ менее миллиметра), можно заставить пластинку ползти по столу или, если перевернуть ее и положить сверху какой-то легкий предмет, двигать его ⌠ресничками■. Скорость движения в обоих случаях ≈ до одной пятой миллиметра в секунду, а точность перемещения ≈ несколько микрон. Это устройство найдет массу применений в точной механике, а возможно, и в биологии ≈ для сортировки и перемещения отдельных клеток.
Но мысль ученых и инженеров идет дальше, от микротехники ≈ к нанотехнике, к машинам, работающим на уровне отдельных молекул и даже атомов. Нанотехнология ≈ производство материалов и структур в масштабах до ста нанометров (тысячных долей микрона). Эту еще не существующую область техники уже лет двадцать пропагандирует американский физик Эрик Дрекслер. Он объединяет идеи двух знаменитых ученых ≈ Ричарда Фейнмана, который еще в 1959 году говорил о том, что когда-нибудь человек научится манипулировать отдельными атомами, как сейчас манипулирует, скажем, винтами и гайками, и Джона фон Неймана, который вскоре после войны стал разрабатывать теорию самовоспроизводящихся, размножающихся машин. Такая машина (впрочем, до сих пор остающаяся чистой теорией) способна из деталей собрать свою копию или даже изготовить сначала нужные детали из имеющегося сырья.
Манипулирование отдельными атомами стало возможным с 1981 года, когда швейцарские ученые Бининг и Рорер создали туннельный электронный микроскоп (позже их работа была отмечена Нобелевской премией).
Суть этого устройства в том, что сверхтонкая игла движется над поверхностью какого-либо электропроводного материала на высоте около одного нанометра (см. ⌠Наука и жизнь■ ╧ 6, 1986 г.). Если к игле приложить электрическое напряжение, можно ⌠выдернуть■ с поверхности отдельный атом, перенести его в сторону и, поменяв знак напряжения, снова отложить на поверхность. А в 1986 году появился атомно-силовой микроскоп, который работает не на электростатическом принципе, а на силах межатомного взаимодействия, обеспечивающих притяжение между атомами (см. ⌠Наука и жизнь■ ╧ 9, 1991 г.). Стало возможным работать не только с проводящими, но и с любыми другими материалами. Сначала экспериментаторы демонстрировали возможности новой техники, складывая из отдельных атомов названия или символы своих фирм, а уже года два делают первые образцы нанотранзисторов или электронных переключателей, состоящих из считанного числа атомов.
Теоретики же смотрят много дальше. По самым скромным прогнозам, уже к 2000 году могут появиться производства, использующие нанотехнологию ≈ прежде всего в выпуске нанокомпонентов для компьютеров и другой электроники.
В дальней же перспективе... Эрик Дрекслер обещает, что иглой атомно-силового микроскопа будут созданы первые самовоспроизводящиеся молекулярные наномашины, образцом для которых послужит ДНК, умеющая складывать свою копию из более простых молекул, плавающих в растворе. Затем появятся наномашины, которые смогут не только воспроизводить себя, но и, управляемые сигналами извне, собирать то, что им закажет человек. У Дрекслера уже есть название для такой машины ≈ ассемблер, то есть сборщик. Английский писатель-фантаст Артур Кларк в книге ⌠Черты будущего■ (1962 год) предсказывал появление устройства, собирающего из атомов все, что закажет человек (он называл его репликатором), в конце будущего столетия. Первый такой прибор, писал Кларк, обойдется во много миллиардов долларов, вложенных во многих странах разными фирмами за период в несколько десятков лет. Но второй экземпляр уже будет бесплатным ≈ его соберет первый.
Дальше, по мнению Дрекслера, возможно развитие по двум путям, причем одновременно. Триллионы ассемблеров будут собирать из атомов и молекул дешевого, никому не нужного сырья ≈ скажем, из грязи, морской воды или опавших листьев ≈ любые макроскопические объекты, все, что им закажут: алмазы, бифштексы, телевизоры, норковые манто, детали для любых машин (кстати, некоторые детали можно будет делать из атомов углерода, выстроенных в алмазную решетку, тогда они окажутся практически вечными)... Развитие может пойти и в микромир: ассемблеры создадут наносубмарины размерами в доли микрона, которые, будучи введенными человеку через шприц, проплывут по всем кровеносным сосудам и уничтожат отложения холестерина, а может быть, и поправят ошибки, накапливающиеся с возрастом в молекулах ДНК и тем самым сделают человека практически бессмертным. Другие наномашины, проникнув во все уголки организма, разыщут и уничтожат микробов и зарождающиеся раковые клетки. А почему бы не поселить в ротовой полости орду саморазмножающихся наномашин размером с бактерию, которые будут чистить ваши зубы после каждой еды? И, конечно, Дрекслер предсказывает поштучное, но массовое производство любых молекул любых соединений, образцы которых существуют в природе, но по разным причинам редки и труднодобываемы. Скажем, требуется ⌠серое золото парфюмеров■ ≈ китовая амбра? Пожалуйста, не надо искать этот раритет в морях, можно сложить по молекулам в лаборатории из чего-нибудь бросового, лишь бы оно содержало атомы углерода, азота, водорода и кислорода. Можно будет собирать и молекулы, в природе не существующие и специально спроектированные для той или иной цели, например новые лекарства.
В нескольких своих книгах Эрик Дрекслер описывает мир, в котором утвердится нанотехнология. Он полагает, что все произведенное нано-сборщиками будет очень дешевым, стоит лишь запустить эту цепочку самовоспроизводящихся и манипулирующих атомами машин. Экономика как наука исчезнет, так как экономика, по Дрекслеру, это наука о нехватках и о том, как их преодолевать. Не будет нехватки ни в чем ≈ отпадет надобность и в этой науке. Дома у каждого будет стоять синтезатор размером с микроволновую печь, куда вы зальете ведро воды, а через час достанете компьютер, новый костюм или готовый обед. Совершенно преобразится сельское хозяйство. Например, из цепочки ⌠углекислый газ плюс минеральные вещества почвы ≈ трава ≈ корова ≈ молоко■ можно будет удалить все лишнее и делать молоко прямо из воздуха, ведь все нужные для этого атомы в воздухе уже есть.
Смелый автор видит и некоторые опасности в этом прекрасном новом мире. Например, производство оружия, в том числе и атомных бомб, может стать доступным всякому. А что произойдет, если группа саморазмножающихся наномашин, специализирующихся на разборке до атомов всяческих вредных промышленных отходов, ⌠сойдет с ума■, выйдет из-под контроля и начнет, наоборот, все полезное превращать в грязь и пыль?
Большинство ученых смотрят сейчас на построения Дрекслера, как на ненаучную фантастику, улыбаются и пожимают плечами. Тем не менее на дисплеях компьютеров уже возникают чертежи будущих молекулярных механизмов. А два американских финансиста предлагают премию в 250 тысяч долларов тому, кто первым создаст способную хватать и перемещать атомы ⌠руку■ и управляющее устройство для ассемблера.
-----------------
еще ссылки:
http://nanorf.ru/educ.aspx?cat_id=215&d_no=690
http://parus.web.ur.ru/sta.nan10.shtml
http://itc.ua/node/586
http://www.grani.ru/Techno/p.10377.html
-----------------
-----------------
актуальная информация:
в Австралии построен наноробот для операций на мозге, диаметр его 250 нанометров
http://www.jabulela.com/science-tech/brain-surgery-performed-nanorobot
МИКРО, НАНО И ЕЩЕ МЕНЬШЕ
В романе Станислава Лема ⌠Непобедимый■ описана планета, цивилизация которой уничтожила себя самое в бесконечной войне. Остались только мириады металлических жучков-роботов, которые носятся в воздухе тучами и атакуют все живое. Кажется, наша земная технология делает первые шаги к осуществлению этого кошмара.
Эндрю Берлин, сотрудник исследовательского центра фирмы ⌠Ксерокс■ в Пало-Альто (США), считает, что нечто подобное можно создать уже сейчас. Он проектирует миниатюрный приборчик ≈ булавочку длиной в сантиметр, диаметром в миллиметр и с раскидистым зонтиком, как у семени одуванчика. Внутри разместятся различные датчики, источник питания, микропроцессор, рация. Зонтик служит антенной и парашютом. Тучка таких булавок, сброшенная с самолета, будет падать со скоростью около трех сантиметров в секунду, тогда падение с высоты 600 метров займет более пяти часов. Все это время датчики будут анализировать состав атмосферы, и компоненты этого искусственного облачка, обмениваясь данными между собой, составят общее мнение о состоянии атмосферы в данном месте, а затем передадут выводы в центр управления.
По утверждению Берлина, все отдельные детали такой микроаппаратуры уже существуют, и скомбинировать их вместе, создав, как он это называет, ⌠разумную пыль■, можно будет уже лет через пять. Он предвидит различное применение такой микротехники, в том числе военное ≈ пока только в разведке.
Изготовлять ⌠разумную пыль■ можно будет методами микроэлектроники, уже достаточно совершенными в настоящее время. Кроме того, разрабатываются целые автоматические линии для сборки мельчайших деталей электростатическими силами.
Теми же методами американские инженеры предполагают сделать, как они говорят, активной поверхность самолетных крыльев. Уже построена авиамодель в одну седьмую величины настоящего самолета, не имеющая элеронов, но способная сделать поворот на 180 градусов за 0,8 секунды. Дело в том, что часть поверхности ее крыльев покрыта миниатюрными чешуйками (см. фото внизу слева). В ответ на управляющие сигналы эти чешуйки (размер каждой ≈ миллиметр на миллиметр) могут ⌠вставать дыбом■ или укладываться ровно, изменяя течение воздуха поперек крыла. Это дает удивительную маневренность.
В дальнейшем специалисты Калифорнийского университета, создавшие эту модель, думают перейти на другую систему. Поверхность крыла будет покрыта миллионами пластиковых ⌠пупырышек■ с жидкостью внутри. Нагрев жидкости вызывает ее испарение, и ⌠пупырышек■ увеличивается, при охлаждении жидкость конденсируется, неровности на крыле исчезают. Результат тот же, что с миниатюрными элеронами.
Кроме ⌠пупырышек■ в поверхность крыла будут встроены миниатюрные датчики воздушных потоков, которые сами смогут управлять шероховатостью крыла в ответ на изменения воздушных завихрений.
Американские и японские инженеры пытаются сейчас смоделировать способ движения инфузорий с помощью ресничек. Используя методы микролитографии, те же, какие применяются при создании микросхем, они формируют на кремниевой пластинке группы из четырех ⌠ресничек■, которые могут под действием приложенного электрического заряда выгибаться вверх или прилегать к поверхности (см. фото в центре). Управляя этими четверками (поперечник каждой ≈ менее миллиметра), можно заставить пластинку ползти по столу или, если перевернуть ее и положить сверху какой-то легкий предмет, двигать его ⌠ресничками■. Скорость движения в обоих случаях ≈ до одной пятой миллиметра в секунду, а точность перемещения ≈ несколько микрон. Это устройство найдет массу применений в точной механике, а возможно, и в биологии ≈ для сортировки и перемещения отдельных клеток.
Но мысль ученых и инженеров идет дальше, от микротехники ≈ к нанотехнике, к машинам, работающим на уровне отдельных молекул и даже атомов. Нанотехнология ≈ производство материалов и структур в масштабах до ста нанометров (тысячных долей микрона). Эту еще не существующую область техники уже лет двадцать пропагандирует американский физик Эрик Дрекслер. Он объединяет идеи двух знаменитых ученых ≈ Ричарда Фейнмана, который еще в 1959 году говорил о том, что когда-нибудь человек научится манипулировать отдельными атомами, как сейчас манипулирует, скажем, винтами и гайками, и Джона фон Неймана, который вскоре после войны стал разрабатывать теорию самовоспроизводящихся, размножающихся машин. Такая машина (впрочем, до сих пор остающаяся чистой теорией) способна из деталей собрать свою копию или даже изготовить сначала нужные детали из имеющегося сырья.
Манипулирование отдельными атомами стало возможным с 1981 года, когда швейцарские ученые Бининг и Рорер создали туннельный электронный микроскоп (позже их работа была отмечена Нобелевской премией).
Суть этого устройства в том, что сверхтонкая игла движется над поверхностью какого-либо электропроводного материала на высоте около одного нанометра (см. ⌠Наука и жизнь■ ╧ 6, 1986 г.). Если к игле приложить электрическое напряжение, можно ⌠выдернуть■ с поверхности отдельный атом, перенести его в сторону и, поменяв знак напряжения, снова отложить на поверхность. А в 1986 году появился атомно-силовой микроскоп, который работает не на электростатическом принципе, а на силах межатомного взаимодействия, обеспечивающих притяжение между атомами (см. ⌠Наука и жизнь■ ╧ 9, 1991 г.). Стало возможным работать не только с проводящими, но и с любыми другими материалами. Сначала экспериментаторы демонстрировали возможности новой техники, складывая из отдельных атомов названия или символы своих фирм, а уже года два делают первые образцы нанотранзисторов или электронных переключателей, состоящих из считанного числа атомов.
Теоретики же смотрят много дальше. По самым скромным прогнозам, уже к 2000 году могут появиться производства, использующие нанотехнологию ≈ прежде всего в выпуске нанокомпонентов для компьютеров и другой электроники.
В дальней же перспективе... Эрик Дрекслер обещает, что иглой атомно-силового микроскопа будут созданы первые самовоспроизводящиеся молекулярные наномашины, образцом для которых послужит ДНК, умеющая складывать свою копию из более простых молекул, плавающих в растворе. Затем появятся наномашины, которые смогут не только воспроизводить себя, но и, управляемые сигналами извне, собирать то, что им закажет человек. У Дрекслера уже есть название для такой машины ≈ ассемблер, то есть сборщик. Английский писатель-фантаст Артур Кларк в книге ⌠Черты будущего■ (1962 год) предсказывал появление устройства, собирающего из атомов все, что закажет человек (он называл его репликатором), в конце будущего столетия. Первый такой прибор, писал Кларк, обойдется во много миллиардов долларов, вложенных во многих странах разными фирмами за период в несколько десятков лет. Но второй экземпляр уже будет бесплатным ≈ его соберет первый.
Дальше, по мнению Дрекслера, возможно развитие по двум путям, причем одновременно. Триллионы ассемблеров будут собирать из атомов и молекул дешевого, никому не нужного сырья ≈ скажем, из грязи, морской воды или опавших листьев ≈ любые макроскопические объекты, все, что им закажут: алмазы, бифштексы, телевизоры, норковые манто, детали для любых машин (кстати, некоторые детали можно будет делать из атомов углерода, выстроенных в алмазную решетку, тогда они окажутся практически вечными)... Развитие может пойти и в микромир: ассемблеры создадут наносубмарины размерами в доли микрона, которые, будучи введенными человеку через шприц, проплывут по всем кровеносным сосудам и уничтожат отложения холестерина, а может быть, и поправят ошибки, накапливающиеся с возрастом в молекулах ДНК и тем самым сделают человека практически бессмертным. Другие наномашины, проникнув во все уголки организма, разыщут и уничтожат микробов и зарождающиеся раковые клетки. А почему бы не поселить в ротовой полости орду саморазмножающихся наномашин размером с бактерию, которые будут чистить ваши зубы после каждой еды? И, конечно, Дрекслер предсказывает поштучное, но массовое производство любых молекул любых соединений, образцы которых существуют в природе, но по разным причинам редки и труднодобываемы. Скажем, требуется ⌠серое золото парфюмеров■ ≈ китовая амбра? Пожалуйста, не надо искать этот раритет в морях, можно сложить по молекулам в лаборатории из чего-нибудь бросового, лишь бы оно содержало атомы углерода, азота, водорода и кислорода. Можно будет собирать и молекулы, в природе не существующие и специально спроектированные для той или иной цели, например новые лекарства.
В нескольких своих книгах Эрик Дрекслер описывает мир, в котором утвердится нанотехнология. Он полагает, что все произведенное нано-сборщиками будет очень дешевым, стоит лишь запустить эту цепочку самовоспроизводящихся и манипулирующих атомами машин. Экономика как наука исчезнет, так как экономика, по Дрекслеру, это наука о нехватках и о том, как их преодолевать. Не будет нехватки ни в чем ≈ отпадет надобность и в этой науке. Дома у каждого будет стоять синтезатор размером с микроволновую печь, куда вы зальете ведро воды, а через час достанете компьютер, новый костюм или готовый обед. Совершенно преобразится сельское хозяйство. Например, из цепочки ⌠углекислый газ плюс минеральные вещества почвы ≈ трава ≈ корова ≈ молоко■ можно будет удалить все лишнее и делать молоко прямо из воздуха, ведь все нужные для этого атомы в воздухе уже есть.
Смелый автор видит и некоторые опасности в этом прекрасном новом мире. Например, производство оружия, в том числе и атомных бомб, может стать доступным всякому. А что произойдет, если группа саморазмножающихся наномашин, специализирующихся на разборке до атомов всяческих вредных промышленных отходов, ⌠сойдет с ума■, выйдет из-под контроля и начнет, наоборот, все полезное превращать в грязь и пыль?
Большинство ученых смотрят сейчас на построения Дрекслера, как на ненаучную фантастику, улыбаются и пожимают плечами. Тем не менее на дисплеях компьютеров уже возникают чертежи будущих молекулярных механизмов. А два американских финансиста предлагают премию в 250 тысяч долларов тому, кто первым создаст способную хватать и перемещать атомы ⌠руку■ и управляющее устройство для ассемблера.
-----------------
еще ссылки:
http://nanorf.ru/educ.aspx?cat_id=215&d_no=690
http://parus.web.ur.ru/sta.nan10.shtml
http://itc.ua/node/586
http://www.grani.ru/Techno/p.10377.html
-----------------
-----------------
актуальная информация:
в Австралии построен наноробот для операций на мозге, диаметр его 250 нанометров
http://www.jabulela.com/science-tech/brain-surgery-performed-nanorobot
а в обнажённом виде? 
