Департамента биомедицинской инженерии, созданного совместно Американским университетом Эмори и Технологическим институтом Джорджии.
«Квантовые точки» — это кристаллы полупроводников нанометрового размера, которые имеют уникальные химические и физические свойства, не характерные для тех же веществ в макромасштабе.
«Если вы дробите леденец на две части, каждая часть будет всё еще сладкой. Но если вы продолжите дробление, пока не достигнете масштаба нанометров, полученные части будут отличными по вкусу и обладать разными свойствами, — объясняет профессор Шумин Не, занимающийся этими исследованиями. — Например, крупинки золота нанометрового масштаба не желтые, а красные. Но нас интересует другое свойство, характерное именно для нанокристаллов полупроводников. Это интенсивная люминесценция в ответ на облучение с определённой частотой».
Именно её ученые и используют для нахождения и визуализации различных опухолей. Дело в том, что опухоли выращивают дополнительные кровеносные сосуды и система этих сосудов очень пористая и разветвленная, что позволяет микроскопическим кристалликам в ней накапливаться.
«Квантовые точки» могут быть химически связаны с биологическими молекулами типа антител, пептидов, белков или ДНК. И эти комплексы могут быть спроектированы так, чтобы обнаруживать другие молекулы, типичные для поверхности раковых клеток.
Пока коллеги занимаются созданием «умной пыли» и «квантовых точек», группа Джеймса Тура из Техасского университета имени Раиса создали самый маленький в мире действующий автомобиль — он состоит из трех сотен атомов, собранных в одну сложную молекулу. Ширина автомобиля — 4 нанометра. Он имеет раму и оси, а каждое его колесо — это бакиболл, то есть сфера из 60 атомов углерода. Конкуренты уже представляли объекты нанометрового масштаба, внешне напоминающие автомобили, однако Тур первым добился того, чтобы его молекулярная конструкция действительно катилась по поверхности подобно тому, как катятся автомобили на своих колесах. При этом ученые использовали сканирующий туннельный микроскоп, чтобы увидеть свое творение и доказать, что оно действительно катится.
Джеймс Тур надеется, что в самое ближайшее время ему удастся создать наногрузовики, которые могли бы транспортировать на себе молекулы к конвейерам нанофабрик, где будут собираться объекты микроскопических размеров…
Описанные выше достижения («умная пыль», «квантовые точки», наноавтомобиль) — лишь первый шаг на длинном и тернистом пути. Как же будут выглядеть нанотехнологии будущего? Перспективы впечатляют…
Десятки нанороботов под управлением нанокомпьютеров соберут нанозаводы, способные, следуя внешним или собственным программам, собирать из отдельных атомов другие наномашины. А отсюда вытекают интересные возможности: если один самовоспроизводящийся ассемблер способен сделать свою копию, то его можно запрограммировать так, чтобы он построил что-нибудь еще своего размера с той же скоростью. Значит, тонна ассемблеров сможет быстро построить тонну чего-нибудь еще.
Что это даст? Всё, что пожелаете! Эрик Дрекслер описывает производственный процесс так.
Представьте себе предприятие будущего по производству двигателей для ракет. В помещении мы видим огромный чан, в его центре размещена опорная плита, на которой находится «семя» — нанокомпьютер с хранящимися в нем планами будущей конструкции. На поверхности «семени» имеются места, к которым прикрепляются ассемблеры. После нажатия кнопки насосы наполняют чан густой молочной жидкостью. Жидкость состоит из ассемблеров, которых вырастили и перепрограммировали в другом чане. Ассемблер прилипает к «семени», которое передает инструкции компьютеру ассемблера. Подчиняясь инструкциям, в жидкости начинает расти нечто вроде кристалла. Поскольку каждый ассемблер «знает» свое место в плане, он зацепляет другие ассемблеры, только когда это необходимо. За несколько часов каркас из ассемблеров вырастает так, что уже соответствует планируемой конечной форме ракетного двигателя. Тогда насосы чана снова начинают работать, заменяя молочную жидкость одиночных ассемблеров чистой смесью органических растворителей и растворенных веществ, включая алюминиевые сплавы, компоненты, обогащенные кислородом, и компоненты, служащие в качестве топлива для ассемблеров. По мере их расходования жидкость становится всё более прозрачной, а двигатель всё больше обретает форму. Наконец чан пустеет, пульверизатор омывает двигатель, крышка открывается — и внутри находится готовый двигатель…
На что похож этот двигатель? Это не массивный кусок сваренного и скрепленного болтами металла — он без швов, словно драгоценный камень. Его внутренняя структура не монолитна — она разделена на пустые внутренние ячейки, построенные в ряды и находящиеся примерно на расстоянии длины волны света друг от друга, что заметно облегчает структуру, уже сделанную из самых легких и прочных материалов. В сравнении с современными металлическими двигателями этот усовершенствованный двигатель будет иметь гораздо меньшую массу — на 90 процентов меньшую!
Ударьте слегка по нему, и он отзовется, как колокольчик, звоном высокого тона. Установленный в космическом корабле, сделанном тем же способом, он легко поднимет его со взлётно-посадочной полосы в космос и вернёт назад. Он выдерживает длительное и интенсивное использование, потому что прочные материалы позволили разработчикам рассчитывать на большие запасы прочности. При всём своем превосходстве этот двигатель по сути вполне обычен — в нем просто заменили плотный металл тщательно устроенными структурами.
Подобным образом можно изготавливать не только двигатели. Например, полностью преобразится сельское хозяйство.
Комплексы нанороботов заменят естественные «машины» для производства пищи — растений и животных. Вместо длинных цепочек «почва — углекислый газ — фотосинтез — трава — корова — молоко» останутся лишь «почва — нанороботы — молоко». Или сразу кефир. Или сразу творог. Или сразу масло. Или мясо — сразу жареное, но без холестерина… Потребуется только энергия.
На базе нанотехники можно будет создавать предметы и конструкции, изменяющие свою форму и свойства. В зависимости от количества пассажиров автомобиль, например, сможет «отращивать» дополнительные сиденья, а его двигатель — «заживлять» царапины на стенках цилиндров.
В корне изменится медицина. Любые болезни будут лечиться на молекулярном уровне путем изменения структуры ДНК. Осуществлять «молекулярную хирургию» будут те же ассемблеры, которые займутся механическим воздействием на клетки тела, чтобы лечить их или изменять в зависимости от ситуации.
На одном из этапов развития медицинской нанотехнологии станет возможным достижение личного бессмертия людей за счет нанороботов, предотвращающих старение клеток.
Космос наконец-то станет обитаемым: огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком — сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» космические станции.
И всё это, по мнению футурологов, должно случиться уже к третьей четверти XXI века…
Впрочем, нанотехнологии таят в себе и немалую угрозу.
В настоящее время мировая экономика напрямую зависит от энергоресурсов, и в первую очередь от нефти. Мы знаем, сколько вооруженных конфликтов спровоцировала борьба за «черное золото», а нанотехнологии способны эту причину для войн снять, ведь они работают только на солнечной энергии, а энергия Солнца в равной степени доступна всем государствам на планете. При этом, однако, нанотехнологии могут и сами стать причиной конфликта, если мировые державы будут разрабатывать их разными темпами и с переменным успехом. Тогда нанотехнологии дестабилизируют отношения между государствами, что опять приведет к переделу мира.
К тому же, для организации стран — экспортеров нефти (ОПЕК) нанороботы в качестве альтернативы энергоресурсам будут означать потерю влияния, фактически эти страны будут разорены и вернутся в то состояние, в котором пребывали до прихода американцев с их деньгами. Соответственно, по ходу внедрения нанотехнологий следует ожидать возрастания протестных настроений в странах Ближнего Востока — можно уже говорить о такой угрозе, как антинанотехнологический терроризм.
И вряд ли нас утешит предположение, что боевые действия в эпоху нанотехнологий потеряют всякий
