История инженерной деятельности

Ожидается, что уже в 2005–2006 гг. появятся первые роботы, созданные на основе нанотехнологий. Теоретически возможно, что они будут способны конструировать из готовых атомов любой предмет. Нанотехнологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы способны будут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. К примеру, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено – корову. Нанотехнологии способны также стабилизировать экологическую обстановку. Новые виды промышленности не будут производить отходов, отравляющих планету, а нанороботы смогут уничтожать последствия старых загрязнений. Невероятные перспективы открываются также в области информационных технологий. Нанороботы способны воплотить в жизнь мечту фантастов о колонизации иных планет – эти устройства смогут создать на них среду обитания, необходимую для жизни человека.

Нанотехнологии имеют и блестящее военное будущее. Военные исследования в мире ведутся в шести основных сферах: технологии создания и противодействия «невидимости» (известны самолеты-невидимки, созданные на основе технологии stealth), энергетические ресурсы, самовосстанавливающиеся системы (например, позволяющие автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета), связь, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений. На военные наноисследования уже только в 2003 году США планировалось потратить $201 млн. Как предполагается, в 2008 году будут представлены первые боевые наномеханизмы.

Производители уже получают первые заказы на наноустройства. К примеру, армия США заказала компании Friction Free Technologies разработку военной формы будущего. Компания должна изготовить носки с использованием нанотехнологий, которые должны будут выводить за пределы носков пот, но сохранять ноги в тепле, а носки в сухости. Неизвестно, будут ли такие носки нуждаться в стирке.

Кое-какие подвижки чувствуются и у нас. К сожалению, пока лишь на уровне Национальной академии наук, которой, как говорится, сам Бог велел держать руку на пульсе науки. Как сообщил академик-секретарь отделения физики и астрономии НАНУ Антон Наумовец, Национальная академия наук, Министерство образования и науки Украины и научно-производственный концерн «Наука» совместно с Российской академией наук разработали программу «Нанофизика и наноэлектроника». Сопредседатели программы – лауреат Нобелевской премии, академик РАН и иностранный член НАНУ Жорес Алферов и академик НАНУ Николай Находкин. Перспективное сотрудничество в области нанотехнологий налаживается между научными организациями Украины и Германии. К сожалению, финансирование с украинской стороны является крайне скудным. Но, как говорится, лед все-таки тронулся.

Важнейшей проблемой нанотехнологии, как мы выяснили, является здоровье человека, продление жизни. Здесь очень много интересных проектов, предложений.

Что же может дать нанотехнология для продления жизни? Ответ естественен – мы можем создать микроскопических роботов для внутренней молекулярной хирургии даже для отдельных клеток. И прототипы подобных устройств уже созданы.

Национальный институт рака (США) и управление космонавтики НАСА приняли решение выделить в течение ближайших трех лет 36 миллионов долларов для разработки нанодатчиков – устройств размером в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. Эти устройства смогут сканировать человеческий организм в поисках молекулярных признаков рака – например, дефектных белков, характерных для злокачественных клеток, – и определения местонахождения и формы опухолей. Приспособленные для переноса лекарств или «сменных» генов, такие устройства смогут атаковать только раковые клетки, не затрагивая здоровые, и обрабатывать их одну за другой. Это сделает излишними химиотерапию и рентгеновскую бомбардировку организма со всеми их печальными последствиями. Так что через каких-нибудь пятнадцать лет лечение самых страшных сегодня видов рака будет сводиться к приему таблетки, содержащей миллионы микроустройств, приспособленных для обнаружения и уничтожения раковых клеток внутри организма. И это не научная фантастика.

На конференции по молекулярной нанотехнологии, прошедшей еще в 2002-м году в Штатах, группа инженеров из штата Юта доложила о проекте совершенно нового типа микродвигателя, основанного на… «бактериальной тяге». Этот мотор предлагается для создания миниатюрного биоробота, который был бы способен двигаться внутри человеческого организма.

Молекулярные двигатели уже разработаны, но инженеры из Юты предложили новый подход. Они планируют использовать бактериальные клетки для преобразования теплового движения атомов в механическую энергию поступательного движения микроробота. Благодаря малости бактериального источника энергии размеры такого плавучего устройства можно будет уменьшить всего до нескольких микронов. А на следующем этапе авторы намерены приспособить для движения своего робота одни лишь флагеллы с их броуновскими моторами, без бактерий. В таком случае, по предварительным расчетам, размеры биомотора можно будет снизить до 100 и менее нанометров. Продолжительность его работы будет определяться продолжительностью жизни бактерий или флагелл, использованных для его перемещения, и авторы надеются довести этот срок службы до часа и более. Фирма «Reneissance Technologies» из штата Кентукки уже объявила, что первый прототип такого микробиоробота размером в один миллиметр будет выпущен на рынок в течение года.

А если это будут еще и саморазмножающиеся устройства, то они смогут осуществлять не только экстренные операции, но и текущий мониторинг – коррекцию состояния организма. Это сулит гигантские перспективы. Робот-симбиот может избавить нас от многих проблем. Ведь недаром Foresight Institute обещал 250 тыс. долларов тому, кто построит нано-робота («руку», которая сможет оперировать на молекулярном уровне) и тому, кто создаст 8-ми битный сумматор, умещающийся в кубике со стороной в 50 нанометров.

Как известно в 1986 г., усилиями ученых и инженеров был создан атомно-силовой микроскоп, позволивший, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими. Именно тогда открылась перспектива создавать нанотехнические устройства. Дело в том, что для столь маленьких механизмов классическая технология не приемлема,и приходится опираться на разработки самой природы, которая, как известно, предпочитает углерод и органику.

Еще в 1991-м году удалось создать углеродные нанотрубки диаметром около 1 нм, однако лишь в 1997–1998 гг. им нашлось практическое применение в виде сверхчувствительных весов, на которых можно взвешивать вирусы. Более того, на основе нанотрубок были сделаны микротранзисторы.

По сообщению агентства «Информнаука» от 18 апреля 2000 г., японские ученые, испаряя в луче импульсного лазера таблетки из смеси нитрида бора, углерода и окиси кремния, обнаружили в продуктах реакции нанокатушку индуктивности, созданную самой природой.

В октябре 1998-го датские ученые продемонстрировали функционирование атомного бинарного тригера (позволяющего запоминать два состояния). Туннельный микроскоп использовался для удаления одного или двух атомов водорода от атома кремния, вследствие чего оставшийся атом водорода «переключался» в одно из двух положений.

13 января 1999 г. CNN сообщила о построении группой исследователей Надриана Симана (Nadrian C. Seeman) молекулярного двигателя на основе ДНК. Размер сгибающегося по команде механизма шарнирного типа составляет четыре десятитысячных толщины человеческого волоса. Устройство изготовлено при помощи соединения двух двойных спиралей ДНК посредством ДНК-моста. При подаче определенного химического сигнала часть этой структуры изгибается.

Это лишь первая «ласточка». «Мы пока не знаем, способен ли подобный механизм передавать нагрузку; мы продемонстрировали лишь то, что при движении правильно выдерживаются исходное и конечное положения. Что происходит в промежутке между ними, неизвестно,– сказал Ж. Симан. – Но мы постараемся использовать это открытие и надеемся, что в случае неудач сможем внести изменения, которые сделают конструкцию более полезной».