Для этого их нужно научить самостоятельно размножаться.

Одной из самых бурно развивающихся областей исследований сегодня стала техника манипуляций с отдельными молекулами и атомами. Новая технология обещает уникальные перспективы -- от новых электронных устройств до молекулярных машин. Крупные корпорации (ibm, xerox) работают над размножающимися молекулярными роботами, которые смогут создавать мясо и нефть прямо из молекул воздуха. Специалисты уверены, что по своим потенциальным возможностям молекулярная технология превосходит все, что было до сих пор достигнуто человечеством. Россию также не обошел нанотехнологический бум -- только в этом месяце в москве и петербурге состоялось пять конференций по молекулярным технологиям, которые не только обещают чудеса в будущем, но уже сегодня приносят российским научным фирмам реальную прибыль.

В романе станислав лема "проверка на месте" описано общество будущего без материальных проблем: у каждого есть специальный аппарат, который превращает любой подручный материал -- воздух или пыль -- во что угодно: в пищу, одежду, драгоценности. Проблемы здоровья не существует: в организме каждого человека обитают микроскопические роботы-врачи, которые тут же исправляют все неполадки на уровне клеток. Специалистам по нанотехнологиям фантазии лема утопией уже не кажутся. Нанотехнология -- операции с точностью нанометра, одной миллиардной доли метра, что сопоставимо с размером атомов. Проще говоря, нанотехнология -- это манипуляции с отдельными атомами. В нанотехнологии существует три направления: изготовление электронных схем из элементов размером с молекулу, самовоспроизводящиеся механизмы и роботы размером с молекулу и, наконец, сборка из молекул новых материалов и веществ. Например, меняя порядок атомов в графите, можно получить алмаз. Из молекул воды и углекислого газа можно собрать молекулу сахара или крахмала.

Реализация всех этих направлений уже началась. Почти десять лет назад были получены первые результаты по перемещению единичных атомов и сборки из них целых конструкций. Через 2д3 года начнется производство наноэлектронных чипов. Новые технологии позволят изготавливать микросхемы памяти емкостью в десятки гигабайт размером в несколько миллиметров.

Микроскоп из иголки.

Инструменты и оборудование для манипуляции атомами появились в 1981 году, когда в швейцарском отделении ibm был создан так называемый зондовый микроскоп, устроенный чрезвычайно просто: острая игла, на которую подано небольшое напряжение, движется над поверхностью материала на расстоянии около одного нанометра. При этом с острия иглы на поверхность стекают электроны, и возникает небольшой ток, величина которого зависит от расстояния между иглой и поверхностью. Изменение этого расстояния на величину меньшую, чем размер единичного атома, вызывает резкое изменение тока. Таким образом можно "различить" на поверхности материала единичные атомы.

В отличие от других микроскопов зондовый микроскоп позволяет не только видеть отдельные атомы, но и манипулировать ими. С помощью этого микроскопа можно "подхватить" атом и поместить его в нужное место. Значит, можно собирать из атомов, как из кирпичей, все что угодно. Правда, "атомная сборка" существует пока только в лабораториях. Но контроль изделий и материалов на уровне единичных атомов в некоторых областях промышленности уже стал обычным делом. К примеру, матрицы dvd-дисков проходят нанотехнологический контроль.

По-видимому, электроника станет первой отраслью, где "атомная сборка" будет реализована в промышленных масштабах. Существующие сегодня способы изготовления микросхем основаны на использовании принципа трафарета -- слои полупроводников рисуются друг на друге по микроскопическим шаблонам. Однако традиционный шаблонный метод уже приближается к своему технологическому пределу. Новые же методы атомного монтажа способны обеспечить в сотни раз большую плотность размещения транзисторов и диодов, поскольку каждый из этих элементов будет размером с молекулу. Пока ученые учатся собирать из атомов проводники и изготавливать транзисторы.

Частная жизнь молекулярных машин.

Хотя сегодня имеются средства для манипуляций отдельными атомами, напрямую применить эти методы для монтажа полезных веществ в сколько-нибудь заметных количествах нельзя -- слишком много атомов придется "монтировать". Однако возможностей существующих технологий уже достаточно, чтобы соорудить из нескольких молекул простейшие механизмы, которые смогут манипулировать другими молекулами и создавать себе подобные устройства или более сложные механизмы. Те, в свою очередь, смогут изготовить еще более сложные устройства. В конце концов этот процесс приведет к созданию молекулярных роботов -- механизмов, сравнимых по размерам с крупной молекулой и обладающих собственным встроенным компьютером. В создании таких молекулярных машин нет ничего фантастического, активные электронные элементы таких размеров уже получены в лабораторных условиях.

Технология должна быть экономически выгодной, а производство деталей молекулярных машин с помощью зондовых микроскопов требует гигантских денег. Поэтому основное требование к молекулярным машинам -- научиться воспроизводить самих себя: как только будут получены первые такие машины, они сразу же начнут производить свои копии, и микромир машин заживет своей автономной жизнью, не требуя от нас особых затрат (по крайней мере, так планируют ученые).

Основные усилия брошены на создание так называемого сборщика -- машины, способной собирать другие молекулярные машины. Из опубликованных в открытой печати проектов наиболее впечатляюще выглядит проект сборщика xerox corporation. Работа сборщика основана на использовании своеобразного молекулярного аналога руки. Молекулы будут захватываться "рукой", доставляться к определенному месту "сборочной линии" и прикрепляться точно к нужному атому, наращивая тем самым очередную деталь производимой на "конвейере" молекулярной машины.

Даже простейший сборщик имеет довольно сложную конструкцию в несколько миллионов атомов. В качестве реального механизма для получения молекулярных машин до того, как будет запущен процесс их самовоспроизводства, предложен "эволюционный" подход, при котором сначала будут синтезированы самые простые детали, которые в дальнейшем будут использованы для производства более сложных, и так до тех пор, пока молекулярные машины не станут способны производить другие машины.

Радужные перспективы молекулярных машин -- это только половина картины. Опыт технологического прогресса показывает, что любое техническое достижение будет прежде всего приспособлено для военного применения. То же самое, видимо, произойдет и с нанотехнологией. А возможности испортить жизнь "потенциальному противнику" с помощью молекулярных машин весьма разнообразны: от разведки до разрушения всего подряд. Из современных достижений "военной мысли" на работу молекулярных диверсантов больше всего похоже химическое или биологическое оружие (также действующее на молекулярном уровне).

Основным фактором, сдерживающим развитие наномашин, является вовсе не сложность их изготовления. Ученые уже умеют собирать атомы и молекулы в определенные конструкции. Главная сложность состоит в том, что такую машину надо сначала рассчитать, сконструировать. Моделирование такой конструкции -- дело настолько сложное, что для этого не хватает мощности даже современных суперкомпьютеров. Дело в том, что на молекулярном уровне уже перестают действовать обычные законы механики. Вместо этого вступают в действие законы квантовой механики, которые приводят к совершенно неожиданным последствиям. А любая ошибка в конструкции может стоить многих лет работы больших научных коллективов. Поэтому пока основная работа идет над теоретическим обоснованием работоспособности молекулярных устройств.