Введение в нанотехнологии

 

"Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией".

Ральф Меркле.

В начале заметим, что приставка нано (от греч. "nannos" – "карлик") означает одну миллиардную (10-9) долю какой-либо единицы (в нашем случае етра). Атомы и мельчайшие молекулы имеют размер порядка 1 нанометра.

Современные микросхемы, с размерами компонентов в одну десятую толщины тончайшего волоса могут считаться маленькими в стандартах тесальщиков кремня, но каждый транзистор все еще содержит триллионы атомов, и микрочипы все еще видимы невооружённым глазом.

Древние приемы технологии, которые можно проследить от ручной обработки камня до кремниевых чипов, таковы, что обращаются с сырьем, представляющим из себя большие совокупности атомов и молекул. Этот стиль принято называть балк-технологией (англ. "bulk" – "груда", "кипа").

Нанотехнология призвана сверхточно манипулировать индивидуальными атомами и молекулами. Атом – (от греч. "atomos" – "неделимый") – это мельчайшая частица химического элемента, носитель его свойств, способный образовывать с другими атомами более сложные конструкции – молекулы.

Нанотехнология то совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами.

В связи с данным определением нанотехнологий, возникает естественный вопрос: каким же образом мы можем манипулировать веществом на уровне атомов и молекул? Ведь наши руки слишком громадны для наномасштаба. Этот вопрос является камнем преткновения современной нанонауки. Для манипулирования атомами предполагается использовать специальные наномашины или ассемблеры.

Наномашины должны уметь захватывать атомы или молекулы и соединять их между собой, причем не хаотично, а в соответствии с заданным алгоритмом. Важно отметить, что такие машины уже тысячи лет превосходно функционируют в природе, и примером их работы может служить механизм синтеза белка рибосомами.

Молекула рибосомы конструирует белок, "считывая" из молекул РНК (рибонуклеиновой кислоты)"инструкции" для его построения.

Ассемблер – это молекулярная машина, способная к саморепликации (самовоспроизведению), которая может быть запрограммирована строить практически любую молекулярную структуру или устройство из более простых химических строительных блоков.

Главная задача ассемблера - соединение атомов и молекул в заданном порядке. Он должен уметь строить наносистемы любого назначения. Это будет универсальный молекулярный робот со сменными программами на "перфолентах" типа цепочек РНК или ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота).

Ассемблеры могут работать в паре с дизассемблерами – наномашинами, способными разбирать объект на атомы с записью его структуры на молекулярном уровне. Например, для того, чтобы создать копию какого-то объекта, необходимо, чтобы дизассемблер разобрал его атом за атомом, и передал всю информацию о типе атомов, их положении и т.д. ассемблеру, который потом может создавать копии объекта сколько угодно раз. Теоретически такая копия ничем не будет уступать оригиналу - она будет повторять его вплоть до отдельного атома! Дизассемблеры также помогут ученым лучше узнать вещи и их атомную структуру

Возможности использования нанотехнологий неисчерпаемы ачиная от "проживающих" в организме нанокомпьютеров, убивающих раковые клетки и ремонтирующих поврежденные ткани и органы и заканчивая автомобильными двигателями, не загрязняющими окружающую среду.

Сегодня Foresight Institute – базис всей мировой нанотехнологии бещает $250.000 тому, кто построит нано-манипулятор - "руку", которая сможет оперировать на молекулярном уровне и тому, кто создаст 8-битный сумматор, умещающийся в кубике со стороной в 50 нанометров (так что у вас еще есть все шансы неплохо подзаработать!).

В публикациях утверждается, что ждать осталось не так уж долго. Оптимисты считают периодом расцвета практических нанотехнологий первую четверть наступившего века. Пессимисты отодвигают срок до середины века.