Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 30 от 21 августа 2007 года
Но ведь очень интересно посмотреть, что полезного можно напечатать наночастицами и на простом струйнике! Предлагая эту тему ребятам, я не исключал, что работа над ней может привести даже к созданию компании-стартапа. Вокруг нанотехнологий напущено много тумана, но на самом деле сделать наночастицы сравнительно легко (по крайней мере химикам). Если в автоклаве сильно нагреть воду, она станет хорошим растворителем, пригодным для так называемого гидротермального синтеза, и с его помощью уже делают десятки видов наночастиц. Поэтому можно развивать очень любопытные и недорогие проекты, причем отчасти на "подручных материалах".
Есть и еще более простые способы – вот школьный опыт, который показывает, что наночастицы может получить каждый (правда, далеко не каждый может получить наночастицы с заданными свойствами и детально их исследовать). Есть такое удобрение – парамолибдат аммония. Если вы растворите его в воде, добавите уксуса и бросите туда цинк, то раствор моментально посинеет – образуется молибденова синь, состоящая из наночастиц довольно простого состава на основе гидратированного оксида молибдена. Это пример электрохромного материала: если не добавлять цинк, а прикладывать напряжение, цвет тоже изменится. Поэтому, если наночастицы такого материала нанести на бумагу в виде сеточки, к которой напряжение в несколько вольт подводится дорожками из прозрачного проводника (такие чернила уже делаются, скажем, в Японии и могут быть сделаны и у нас), то при включении тока на бумаге появится нужный текст или картинка, а при выключении поверхность обесцветится от контакта с воздухом. В потенциале это дешевая электронная бумага. Вот вам один вариант развития опытов с "разломанным струйником".
Есть и совсем простой путь – делать чернила для струйника с такими наночастицами, которые бы позволяли "юному нанотехнологу" печатать не очень маленькие, но настоящие работающие электронные схемы по собственным спецификациям. В образовательных целях это было бы очень полезно.
А в Science уже были сообщения о микропечати люминесцентных структур квантовыми точками. Что дальше?..
НанофилософияДальше, видимо, начинается инновационная экономика – но на эту малоизученную территорию мы сегодня не зайдем. Прежде чем приступить к инвентаризации наноотраслей, нам с читателями нужно сориентироваться в базовых понятиях. "Нанотехнологии, – говорит Евгений Гудилин, – это новый взгляд на давно известные вещи. Любые объекты и материалы можно изучать на разных пространственных масштабах. Кроме макроуровня (объект в целом) и атомарного уровня (определяющие, фундаментальные характеристики вещества), обычно выделяют масштабный уровень «микро» (характерный размер – микроны, то есть тысячные доли миллиметра), который задает так называемые "структурно-чувствительные" свойства материала, зависящие, например, от размера зерен керамики. Большую роль часто играет и субмикронный масштаб «мезо». Что касается «нано», IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry, Международный союз чистой и прикладной химии) постановил, что если хотя бы по одному измерению размер объекта меньше 100 нм (0,1 мкм), то мы говорим о наносистеме – это и есть уровень наномасштабов.
Логичнее было бы определить, что "настоящее нано" начинается с момента появления наноэффектов – изменений физических свойств веществ, связанных с переходом к этим масштабам. Принципиальная важность наносистем заключается именно в том, что на этом кусочке пространственной шкалы реализуется большинство самых интересных для химии и физики взаимодействий".
Евгений предлагает такое сравнение. В эпоху путешествий, великих географических открытий люди изучали двухмерную поверхность Земли. Когда поднялись в космос – это был выход в третье измерение. Когда стали изучать быстротекущие, фемтосекундные процессы и одновременно динамику на астрономических интервалах времени – взялись за четвертое измерение, шкалу времени. Сейчас в нашем поле зрения пятое измерение – мы движемся по шкале пространственных масштабов. Отсюда и мысли, что эти работы могут создать новую парадигму исследований, привести к научно-технологической революции.
Однако, по мнению Гудилина, речь может идти только о революции в понимании сути различных процессов и улучшении технологий производства: вряд ли в этих исследованиях будет обнаружено нечто эпохально новое.
Измерения в пятом измеренииЛюбопытно, что вейвлет-анализ – математический аппарат для расцепления структуры объектов (процессов) на разных пространственных (временных) масштабах – возник почти одновременно с пионерскими лозунгами «нано». В 1986 году вышла книга Эрика Дрекслера "Машины созидания", сделавшая нанотех фактом "общественного сознания". В 1984 году появилась первая работа, где был введен термин «вейвлет». Вскоре заговорили о «вейвлет-революции», а в 2000 году авторитетные комментаторы уже включили вейвлет-анализ в топ-десятку математических успехов ХХ века. В 1998 году «КТ» посвятила вейвлет-анализу целый номер (см."КТ" № 236). Многие ожидания, связанные с этим аппаратом, с тех пор вполне оправдались. В частности, новые, экономичные форматы представления изображений на основе вейвлетов включены в стандарт JPEG-2000. Сейчас идет интенсивное развитие обобщений вейвлет-анализа, нацеленных на детальный анализ трехмерной геометрической структуры сложных объектов.
Осмотр на местеКак выяснилось, Евгений – большой ценитель творчества издавна почитаемого в «КТ» Станислава Лема, особенно – знаменитого технологическими прогнозами романа "Осмотр на месте". Ответы Евгения на мои настойчивые расспросы ("а это тоже нанотехнологии? а это? а вот это?..") ниже скомпонованы в нечто, напоминающее по форме тот самый отчет Ийона Тихого об ошустренном мире.
Нанороботы: лапки, глазки, серая слизьДавайте начнем с главного – с нанороботов?
– Мы, знаете ли, из-за нанороботов чуть не подрались с коллегами, когда писали "Нанотехнологии. Азбука для всех" (сборник статей, который выходит в свет в конце года в издательстве «Наука»; по замыслу, это объективный рассказ о нанотехнологиях, интересный и школьнику, и академику. – Л.Л.-М.). Точнее, не из-за самих роботов, а из-за статьи про них в «Азбуке». Потому что в нанороботов, которые содержат шестеренки, ручки, ножки, глазки и процессор класса «Пентиум», я не верю абсолютно. Это чушь. Нанороботы – это и главная приманка, и главное пугало нанотеха. Все боятся "серой слизи" (grey goo, термин придумали первые нанофутуристы) – орд нанороботов, которые бесконтрольно размножаются и все вокруг убивают. Но ведь серая слизь существует уже миллиарды лет – это вирусы. Вирусы – объекты нанометрового размера, которые проникают в клетку и размножаются, больше ничего они делать не могут. Может быть, серая слизь – это искусственный вирус? Да, такие проекты, видимо, сегодня на повестке дня – но это не нанотех, это совсем другая область.
Почему же ничего, кроме вирусов, не годится на эту роль?
– Сколь-нибудь полезный наноробот должен оперировать большими объемами информации. Самое эффективное наноустройство для записи информации – биополимер, длинная биологическая молекула вроде ДНК или РНК. А если использовать биополимер, то ничего лучшего, чем вирусы, не придумаешь. Потому что это продукт очень длительной эволюции. Может быть, с них даже жизнь началась (хотя не все согласны с тем, что вирус вообще форма жизни). Можно и такой постулат выдвинуть: материя со сложным поведением не может обладать тривиальной структурой. Согласившись с этим, приходим к выводу, что структурные элементы такой материи не должны быть однородны. А в этом случае самый эффективный вариант – биополимеры, и мы опять приходим к вирусам. На мой взгляд, это правильная логика, хотя я понимаю, что и ее можно попытаться обойти…
Наверное, и количественно не получается втиснуть в нанообъем все эти механизмы, процессоры?
– Нет, главная проблема в другом. Важнее, что все физические процессы, которые сегодня используются для обработки информации, основаны на определенной статистике поведения частиц (в частности, на законе больших чисел), гарантирующей правильное взаимодействие элементов, скажем, в микроэлектронике. Но на наномасштабах, когда функциональные элементы состоят из небольшого количества атомов или молекул, эта статистика перестает действовать. Больше того, никто не отменял теплового движения атомов. Любая информация в таком маленьком элементе имеет немалый шанс пропасть. Отсюда вопрос: как сделать для наноробота мозг с процессором в сто мегагерц? Он сможет работать разве что при абсолютном нуле, если очень повезет… И это лишь одна из принципиальных трудностей, есть и другие. Поэтому я считаю, что любые попытки сделать наноробота закончатся созданием примитивного объекта, который будет уметь что-то одно. Ему не нужны лапки и глазки, поскольку нечем будет ими управлять.
