Вы - новичок

и хотите больше узнать о движении или вступить в него

Вы - активист

и вас интересует жизнь движения

Вы - инвестор

и вы заинтересовались проектами движения и возможностью финансирования

Вы - журналист

и ищете информацию или хотите взять интервью

Путешествие в Нанопутию или новые приключения Гулливера

Дата опубликования статьи: 26.12.2005

Кухарев В.Н.

Все мы состоим из атомов. Мельчайший сдвиг – и вместо нас появятся мраморная статуя, динозавр или облачко пара. А ведь в нашем мире встречается меньше сотни атомов с различными ядрами. И этого хватает, чтобы, переставляя их, строить любые воздушные замки.

Я набираю эту статью, ударяя по клавишам клавиатуры. А что будет, если я стану меньше? Мир изменится. Атомы окажутся на космических расстояниях друг от друга, таких как дистанция между человеком с южного полюса от человека c северноuj. Ударив по клавише, я могу пройти рукой сквозь нее - туннельный эффект дремать не будет.

Это будет мир квантовой физики, а в нем, увы, не действует большинство из знакомых нам законов. Иной мир, с иными законами. Если в нашем мире белое с черным спутать нельзя, то здесь – запросто. Слишком большие сомнения в том, что, где и когда произойдет, ведут к аналогичным сомнениям в том, как же на основе этого что-то построить.

Но хватит рассматривать атомы клавиатуры. У нас есть корабль - сделаем круиз в сторону и посмотрим, что лежит рядом. Судно задраивает люки и …

...Открыв их, оказывается в странном месте. Вокруг видны какие-то непонятные молекулы цилиндрической формы. Жесткие, но малоплотные, они занимают все пространство вокруг. Время от времени по ним пробегают разряды молний. Да, необходимо, вспомнить физику микромира. Что же это может быть? Мы просто попали внутрь монитора!

Транзисторы, диоды, гибкие мониторы – вся современная электроника делается на их основе. Сам компьютер – всего лишь набор нанотранзисторов и нанотрубок. Нанотрубки – основа современной нанотехнологической промышленности. Для их создания можно насадить на вертел пару сот атомов углерода и медленно поджаривать на огне. Этот “поджаренный” углерод цилиндрической формы намного легче и прочнее металлов, гибкий, как пластмасса, и, кроме того, может проводить ток.

Или, как другой вариант, возьмем листик из атомов углерода и свернем его как снежинку с шестью углами. Это простейшая одностенная нанотрубка. Если нанизаем так одну за другой, по принципу матрешек, несколько снежинок – получим многостенную нанотрубку. Углеродные нанотрубки могут обладать полупроводниковыми или металлическими свойствами. Все дело в том, какие у них размеры и форма. Правда, размеры увидеть трудновато, ведь нанотрубки с нашей точки зрения не имеют длины и ширины. Но это и хорошо, поскольку электроны могут пробежать по ним беспрепятственно, вместе с информацией и энергией.

Существуют и другие способы получения нанотрубок, самый “интересный” из которых, – синтезирование из водки и виски. Данный процесс заключается в помещении электронагревателя и листа никеля внутрь бутылки алкоголя с дальнейшим нагревом. После этого на листе никеля образуется сажа, содержащая нанотрубки. Качество процесса напрямую зависит от крепости исходных материалов. Возможны и другие способы: обстрел графита из лазера, пропаривание расплавленного металла газом, содержащим углерод, и другие.

Для получения нанотранзистора берется набор специфических молекул полимеров и наносится на поверхность нанотрубки. Управление яркостью производится за счет подачи различного напряжения, а управление цветом – за счет изменения диаметра нанотрубки. Генерация света происходит внутри нанотрубки путем сталкивания электронов и дырок.

Было время, когда в сотовых телефонах и ноутбуках использовались только механические вентиляторы. Размеры устройств от этого сильно проигрывали. Теперь для охлаждения используются вентиляторы, встроенные прямо в микросхемы. Используя набор электродов (опять же сделанных из нанотрубок) для ионизации и прогонки воздуха, создаются грозовые облака в миниатюре. Главная задача – не допустить возникновения молний в наномире, а облака заряженных частиц пусть непрерывно летают от одного электрода к другому. Воздух движется – и микросхема охлаждается, а мы продолжаем поход в пространстве – пора плыть вперед…

…Вокруг темнота и ничего не видно. Судно прошло сквозь кислородные пленки, заключенные в какие-то гигантские молекулы полимеров. Стоит мне шевельнуться и включить аварийный синий свет, как сразу такой же свет начинает идти со всех сторон. Кажется, корабль проглотил хамелеон!

Эта мысль возвращает все на правильный путь. Прозрачность этого предмета меняется в зависимости от насыщенности освещения. Однажды при въезде в туннель без шлема после постоянной смены света и тьмы я едва не врезался в дорожный знак. Корабль бросил якорь внутри мотоциклетного шлема!

Настоящий шлем-хамелеон был создан для путешествий со стремительной сменой освещения. Его прозрачность находится в симбиозе с внешней средой. Если мчаться по современным улицам разбитых фонарей, попеременная смена яркости в шлеме может спасти жизнь. Отметим этот остров достижений нанотрубной промышленности на карте и посмотрим, какие острова расположены по курсу...

…Сходим на берег и видим знакомую картину снежинок-нанотрубок. Корабль движется внутри предмета, похожего на сплюснутый футбольный мяч. В середине он соприкасается с еще одним шаром, но гораздо меньших размеров и не сплюснутым.

Это теннисная ракетка с мячиком. Основные преимущества такой ракетки по сравнению с обычными – более высокая жесткость сетки и мощность подачи. Это достигнуто за счет прочности наноматериалов, расположенных в каждой точке ракетки. То же самое относится и к теннисному мячику – он становится гораздо долговечнее. Кроме того, покрыв мяч изнутри несколькими слоями из наноматерии, мы защитим его от проникновения воздуха, сохранив неизменным его вес и прыгучесть.

В будущем станет возможным изменение свойств ракетки в зависимости от силы, с которой вы ее сжимаете. Но пока неизвестно, как от нужных нам функций молекулы перейти к ее структуре, которую опять же неизвестно, как далее создать в реальности. Каждый атом является сложнейшей квантовомеханической системой и расчеты взаимодействий между группами атомов слишком сложны даже для самых мощных компьютеров.

…Предмет, внутри которого мы очутились, имеет весьма специфический климат. Запах отсутствует, но чувствуется, он здесь был. Перемещаясь внутри него, устанавливаю: объект имеет форму бумеранга. По пути замечаю атомы, воскрешающие воспоминания о золотой лихорадке. Золота, правда, не видно, зато серебра полно. Благородные атомы занимаются тем, что ищут редкие проникновения вражеских агентов-бактерий и ликвидируют их. Надо бы помочь, никогда не любил агентов бактериализма, но как-то не по себе, ведь объект опознан – мы внутри носка!

Самые обычные хлопковые носки с серебряными наночастицами устраняют возможное размножение бактерий и грибка. Наночастицы, помимо очистки от грязи, стимулируют кровообращение в ногах, вызывая циркуляцию крови – специально для неподвижной работы. Косвенным образом все это приносит экологическую пользу: при химчистке необходимо было бы использовать токсичные вещества.

Помимо этого, нанесение на ткань (не обязательно носков) двуокиси титана, которая используется в солнцезащитных кремах для получения белого цвета, позволило создавать на поверхности электрические частицы для расщепления грязи. Только процесс требует солнечных лучей. Понятно. Носки лежат рядом с ракеткой.

…Корабль проходит через ряд преград и останавливается в широкой реке. Видны проносящиеся шары со странными выступами. Присмотревшись, вижу, что они напоминают снежинки из прошлого прыжка, но намного толще. На них находятся феерические отверстия, сразу напоминающие старые добрые порты компьютера. Видимо, идея та же, только сигнал идет откуда-то извне, приказывая, кого лечить, а кого и бить. Отдельно видны кристаллические нашлепки каких-то редких атомов, кажется, это индий. Время от времени некоторые из них прикрепляются к разным клеткам и впрыскивают в них свой груз.

Картина напоминает внутренний космос: мы внутри человеческой артерии. Вместо звездолетов здесь летают нанокапсулы, усовершенствованные модели родных человеку кровяных телец – эритроцитов.

Превращение нанотрубки в транспортный конвейер потребовало покрытия нанотрубки частицами индия. Затем, подав разность потенциалов на одном из индиевых «узлов» и свободном конце трубки, нагрели всю эту конструкцию. Индий стал исчезать – и появляться у другого свободного конца нанотрубки. Движение между узлами напрямую зависит от величины напряжения, что дает рычаг управления потоками атомов. Эта система нанотранспортировки требует всего одну нанотрубку, источник энергии и транспортируемый материал. Нанотрубка содержит лекарство, либо “здоровые” варианты генов – хороший способ лечения аллергии.

Углеродные нанотрубки позволяют сращивать поломанные конечности без риска отторжения и с большой прочностью. Один укол раствора из нанотрубок – и все заживет! Для этого необходимы более трансформированные нанотрубки, которые могли бы хранить в себе спецдобавки для костей. Сам укол тоже необязателен, мы в состоянии собрать из нашего конструктора из нанотрубок с большим диаметром и тонкими стенками нанокапсулу и сложить все лекарства в нее.

Внедрение груза в такой контейнер достаточно сложно. Нужно прогреть нанотрубки в вакууме – диаметр трубки увеличится. Диаметр должен быть достаточным для вталкивания лекарства грузовик. Далее необходимо разогреть трубку в кислороде: появятся “окна” для входа гостей. Нанотрубки на основе протеина напоминают детские переговорные телеграфы, когда для разговора нужно было то держать трубку закрытой с двух сторон, открыть один конец или оба. Примечательным является их способность к самосборке в смешанном растворе под воздействием электричества.

Следующим шагом на пути развития таких капсул будет добавление к ним мотора и бортовой электроники. Тогда это будут полноценные нанороботы. Мотор к ним уже существует: это ось из “насаженных” друг на друга нанотрубок. На внешней трубе находится ротор из золотой пластинки. Повысим напряжение – и внешняя трубка сломается, ротор получит свободу вращения. Для его остановки достаточно снять питание.

Лукреций считал, что бессмертием обладают лишь атомы. Но, может, пришло время и некоторым биологическим структурам, состоящим из этих атомов, тоже стать таковыми? Нанороботы, дети нанокапсул, внуки нанотрубок, позволят лечить любые болезни, включая старение, которое тоже болезнь. Они также смогут собирать сами себя и все, что только можно сложить из атомов.

В основе развития всей цивилизации будет лежать знание о месте каждого атома, каждой молекулы и каждой частицы. Нужно знать кому куда мчаться, кому и где столкнуться, где выбить электрон из ядра или же, наоборот – слиться и образовать совершенно новую частицу… Только зная все это, можно будет создать молекулярные машины, способные преподнести человечеству и бессмертие, и колонизацию космоса, и все, что можно придумать.

Опасно перекладывать такие задачи на кого-то другого подумал я, так что пора плыть домой – учить физику.