"Люди не хотят жить вечно. Люди просто не хотят умирать".
( С.Лем)
При создании систем ИИ, возникает скорее философский, чем технический вопрос: где та "образцовая мера", которая может позволить отличить человеческое начало в робототехнической машине? Кем будет чувствовать себя кибернетический наночеловек, зная, что в его организме трудятся сотни тысяч инородных «наночипов»? К тому же, еще неизвестно, как вздумается вести себя этому сообществу наноботов в случае, если откажет система управления ими.
Не превратится ли "бригада скорой помощи", состоящая исключительно из нанороботов-"лекарей", в бригаду своеобразных "нанокиборгов"? Начиняя человеческое тело нанороботами ("ботами"), мы можем упустить из виду тот порог "киборгизации" человека, когда уже трудно будет отличить, где кончается природная суть человека и начинается его наноэлектронная модель. Стоит ли удивляться, что система миниатюрных управляемых нано - франкенштейнов, обслуживающих организм человека, получила весьма своеобразное название – «серая слизь».
Пока это футурологический сценарий. Но это только пока. Земная популяция "Хомо Сапиенс" имеет все шансы превратиться в популяцию человекоподобных существ, полностью состоящих из кибернетических клеток-нано ботов, из «серой слизи». По определению, данному пионером нанотехнологии К.Эриком Дрекслером, молекулярная нанотехнология – «ожидаемая технология производства, ориентированная на дешевое получение устройств и веществ с заранее заданной атомарной структурой».
Нано – это приставка, обозначающая 10 в минус 9-той степени, нанометр – 10 в минус 9-той степени метра. На отрезке длиной в один нанометр можно расположить восемь атомов кислорода. Как и ожидали ученые, нанотехнологии развиваются очень быстро и изменят нашу жизнь еще до того, как будут созданы первые наномашины. Уже доказана принципиальная возможность сборки материи из атомов и построения самовоспроизводящихся механизмов с использованием нанотехнологий. Например, нано роботы – «убийцы» не только вредных и инородных тел в организме человека.
Некоторые продукты с использованием нанотехнологий уже появились на рынке. Это стиральная машинка с нано частицами серебра, обеззараживающая белье, мяч для гольфа с улучшенными аэродинамическими характеристиками, мобильные телефоны с OLED-дисплеями, процессоры, изготовленные по 90 нм технологическому процессу и др. А совсем недавно появилась возможность купить плоский телевизионный дисплей на основе нано трубок (LED TV) от компании Samsung, который гораздо дешевле не только плазменных панелей, но и жидкокристаллических.
Вместе с тем такой дисплей характеризуется более высоким разрешением, контрастностью и цветопередачей. Он легче и тоньше плазменных и LCD-панелей. Соответственно нано-TV будет более экономичным. Средняя плазменная панель потребляет около 500 ватт мощности, новый LED прототип таких же размеров – около 100 ватт. Основная проблема на сегодняшний день – управляемый синтез механизмов, то есть, составление молекул из атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи.
Для обеспечения механосинтеза необходим нано манипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. Нано манипулятор должен управляться либо макро компьютером, либо нано компьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего манипулятором.
На сегодня подобных манипуляторов не существует. Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время производят перемещение отдельных молекул и атомов, ограничена в диапазоне действия, и сама процедура сборки объектов из молекул из-за наличия интерфейса «человек–компьютер–манипулятор» пока что еще не может быть автоматизирована на нано уровне.
Институтом молекулярного производства (IMM) и Эриком Дрекслером разработан предварительный дизайн нано манипулятора с атомарной точностью. За изготовление такого устройства назначена премия из фонда IMM в размере 250 тыс. долларов. Как только будет получена система «нано компьютер–нано манипулятор» (эксперты прогнозируют это в 2015–2020 гг.), можно будет программно произвести еще один такой же комплекс – он соберет свой аналог по заданной программе, без непосредственного вмешательства человека.
Такая самостоятельная воспроизводящая оригинал сборка названа "репликацией", а робот-репликатор – "ассемблером". На основе системы «нано компьютер–наноманипулятор» можно будет проектировать специальные сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать любые макроскопические объекты по заранее разработанной трехмерной 3-D сетке расположения атомов. Например, компания "Xerox" в настоящее время ведет интенсивные исследования, стремясь создать в будущем «дубликаторов материи».
Комплекс роботов "дизассемблеров" сможет разбирать на атомы исходный объект, а другой комплекс "ассемблеры" будет создавать копию, идентичную оригиналу, вплоть до отдельных атомов. Эксперты прогнозируют достичь этого к 2030–2040 гг. Это позволит упразднить имеющуюся в настоящее время сеть фабрик, производящих продукцию с помощью «объемной» технологии, так как достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт – и он будет собран и размножен сборочным комплексом.
Фабрика, состоящая из миллиардов нано роботов, сможет собрать структуру вещества, состоящей из атомов, по заданной программе, следовательно, сможет обеспечивать товарами и продуктами питания всё население Земли. Каждый человек сможет без проблем обзавестись нано фабрикой, поскольку, помимо продуктов, заказанных ей человеком, она сможет делать собственные копии. Производство средств производства станет автоматическим нано сборочным комплексом.
Крис Феникс, исследователь Центра нанотехнологий, недавно предложил один из проектов подобной нано фабрики. Она копирует саму себя за два часа, и при желании через несколько месяцев после начала процесса репликации каждый житель Земли обзаведется персональной нано фабрикой, способной производить что угодно из чего угодно. Заманчивая перспектива, не правда ли?
Космическое агенство NASA совсем недавно аргументированно доказало принципиальную возможность построения самореплицирующихся механизмов, тем самым открыв дорогу к проектированию ассемблеров, нанороботов и нанофабрик. Благодаря нано фабрикам и нано робототехнике станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, любых построек в Мировом океане, на поверхности земли и в воздухе.
Возможность самостоятельной сборки может привести к решению глобальных вопросов человечества - проблем нехватки пищи, жилья и энергии. С помощью механо-электрических нано преобразователей можно будет создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация отходов и улучшение систем типа «recycling» позволит существенно увеличить сырьевые запасы. Благодаря системе взаимодействующих нано роботов станут возможными глобальный экологический и погодный контроль, работающих синхронно.
С появлением нано медицинских роботов станет возможным отдаление человеческой смерти на неопределенный, от человеческого желания зависящий срок. По словам Роберта Фрайтаса, ведущего ученого в области нано медицины, «можно сказать с уверенностью, что нано медицина, использующая нанороботов, сможет полностью устранить старение организма. Если бы мои коллеги и я получили достаточные ресурсы (персонал и финансирование) для развития молекулярных нанотехнологий применительно к медицине, то мы бы решили проблему старения уже через 20–30 лет», – считает ученый-футуролог.
Компьютеры постепенно трансформируются в единую глобальную информационную сеть все возрастающей производительности, причем каждый человек будет своеобразным "интерфейсом" благодаря возможности непосредственного доступа к головному мозгу и органам чувств. Область материаловедения также существенно изменится – появятся так называемые "умные" материалы, способные к мультимедиа общению с пользователем.
Также появятся сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие материалы. Например, с помощью автоматизированного механо-синтеза можно будет из кусков угля получить алмазоид – материал со всеми физическими и химическими свойствами алмаза. Это достигается путем перестановки отдельных атомов углерода таким образом, что они образуют пространственную структуру, аналогичную структуре алмаза. При этом производство алмазоида будет быстрым (производительность механо-синтеза алмазоида одной нано фабрикой размерами 0,5х0,5х0,5 м оценивается 1–2 кг в час).
На сегодняшний день ученые не обнаружили каких-либо физических законов, опровергающих возможность манипулирования материей на атомном уровне. Таким образом, нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией.
Сейчас около 300 000 ученых по всему миру проводят исследования в сфере нанотехнологий. По оценкам Национального научного фонда США, в ближайшие 15 лет нано технологии позволят создать более 2-3 млн. рабочих мест по всему миру. Консультативный Совет по проблемам науки и технологии при президенте США подготовил доклад, в котором анализируется нынешний уровень развития нанотехнологий в США и в других странах.
Согласно оценкам, приведенным в этом докладе, на долю США приходится четверть мировых инвестиций в эту сферу и не менее половины статей по нано технологиям, публикуемых в наиболее авторитетных профессиональных журналах. Америка также лидирует по количеству патентов в области нано технологических разработок. В общей сложности американским специалистам принадлежат 2/3 таких патентов, выданных в последние годы. Ежегодно только ученые и инженеры из США в области нано технологии получают около 1000 патентов.
Однако конкуренция в сфере нанотехнологий в последние годы сильно обострилась. Страны Евросоюза, Япония и Китай ежегодно выделяют на эти программы из своих бюджетов приблизительно по 1 млрд. долларов, что ненамного меньше американских федеральных расходов. Учитывая все эти тенденции, Конгресс США принял специальный закон – «Нано технологические исследования и разработки XXI века», которым предусматривается увеличение ассигнований на нано проекты.
Национальные программы в области нанотехнологий приняты в 35 странах. Только в ЕС с 2003 по 2009 год на эти цели будет потрачено 10,5 млрд. евро. За последние годы в мире создано свыше 24 тыс. нано-компаний, и их число удваивалось каждые 1,5–2 года. В России выделены значительные ассигнования (200 млрд. руб. до 2015 года). Но рациональность, эффективность и компетентность использования этих средств по назначению весьма сомнительна.
11. ВПЕРЕДИ ПЛАНЕТЫ ВСЕЙ
Годовые затраты из госбюджета США на развитие нанотехнологий за период с 2001 по 2008 г.г. составили около 9 млрд. долларов, причём частные инвестиции в нано технологии примерно в 10 раз превысили правительственные, а число ученых, участвующих в нано технологических исследованиях, превысило 100 000 человек. Таким образом, за прошедшие десять лет государственное финансирование нано технологического проекта в США выросло в 10 раз.
В 2008 году государственное финансирование нано технологических исследований в США составит 1,4 млрд. долларов, что соответствует примерно 35 млрд. рублей, из которых около 1/3 пойдёт на научные исследования, столько же на оборону и чуть меньше на энергетические проекты. В Японии с 1999 года действует японская «Национальная программа работ по нано технологиям» В Китае пятилетний план 2001 - 2005 включал выделение 300 млн. долларов, что позволило этой стране выйти на мировой уровень разработок.
В Европейском Союзе программа развития нанотехнологий включает множество проектов, направленных на установление лидирующих позиций на ряде критических направлений, начиная с разработки нано антенн и нано устройств, и заканчивая разработкой нано роботов, способных восстанавливать больные человеческие органы. В 2007 год на тематическое направление “Нано науки, нано материалы и новые технологии” в ЕС было выделено три с половиной миллиарда евро.
По прогнозам, в течение следующих 10 лет на развитие нанотехнологий в мире будет потрачено 3 триллиона долларов США. Лидерами по объему инвестиций в нанотехнологии в период с 2006 по 2010 гг. станут Япония (6 млрд. долларов), США (5,6 млрд. долларов) и страны Евросоюза (4,6 млрд. долларов). В 2007 году объем рынка товаров, изготовленных с применением нанотехнологий, составил около 700 млрд. долларов.
По прогнозам, к 2014 году объем рынка нано индустрии может увеличиться до 3 триллионов долларов, и эти товары составят около 20% от всех товаров, имеющихся на рынке. Россия планирует инвестировать в развитие нанотехнологий около 8 млрд. долларов до 2011 года. Cientifica констатирует, что ЕС, Япония и США, которые в с 2004 г. вместе формировали 85% мировых расходов на нано-исследования, в этом году сократят свою долю до 58%, «отражая появление новых игроков – Россия и Китай». Для этого была создана «Российская корпорация нанотехнологий» (РосНаноТех-РосНано).
Большинство стран в коммерциализацию нано технологических исследований, по сравнению с США, Японией и Евросоюзом, включается уже с большим опозданием. Прибегая к спортивной терминологии, большинство стран основательно засиделись на старте «нано гонки», лет на 15-20. По уровню состояния нано технологии в разных странах с учетом научного потенциала, публикаций, патентов, реализации достижений и масштабов финансирования известная аналитическая фирма Lux Research Inc. обследовав 51 страну, в которых развиваются нано технологии, выделила 14 ведущих государств, разделив их на четыре группы.
Первая группа: США, Япония, Южная Корея, Германия (доминирующие лидеры). Вторая группа: Тайвань, Израиль, Сингапур («игроки ниши»; страны, активно работающие в отдельных направлениях); третья группа: Великобритания, Франция («замок слоновой кости»; страны с высоким научным потенциалом, но со скромной реализацией достижений); наконец, четвертая группа: Китай, Канада, Австралия, Россия, Индия (низшая лига).
Но в мире наметились значительные сдвиги: во многих странах принята программа развития нано технологии и значительно увеличены государственные ассигнования, и ситуация, особенно в Китае, заметно прогрессирует. Например, по количеству «нано статей», публикуемых за один год: США – 14 750 (1-е место), Китай – 11 746 (2-е место), Россия занимает 9-е место (2185 статей). Ежедневно появляется около 200 статей, проходят одна- две международные конференции и выходят из печати одна- две монографии (сборника), посвященных нано проблематике.
Отметим, что существуют и общие трудности в нано технологическом развитии. Наряду с общеизвестными преимуществами реализации достижений нано технологии практически во всех областях человеческой деятельности (традиционная и новая техника, энергетика, электроника, информационные технологии, медицина, сельское хозяйство, оборона, транспорт и охрана окружающей среды) осознаются и тщательно исследуются и возможные негативные моменты: вредное влияние некоторых нано продуктов на человеческое здоровье, а также риски и осложнения, связанные с опасными военными приложениями и необходимостью принятия превентивных мер, в том числе и международных соглашений, регламентирующих контроль нано технологических исследований. При всем этом не только в России заявили о разработках нано оружия. Правительства выделяет на это большие деньги.
ПРИМЕРЫ СООТНОШЕНИЙ
* Размер протона – 8 х 10 в минус 16-той степени м ;
* Средний диаметр клетки человеческого тела – 0,00005 м ;
* Диаметр булавочной головки – 0,001 м;
* Длина пищеварительного тракта человека – 10 м;
* Диаметр Земли – 12 750 000 м.
* За 70 лет жизни человек весом в 70 кг вырабатывает 14 т клеток. Из них: 2/3 – клетки кишечного эпителия, 20% – клетки крови.
* В средней снежинке около 10 в 18-той степени молекул воды.
* В нашей галактике ежесекундно аннигилируют 10 в 43 степени позитрона.
* Запасы растворенных в морской воде химических веществ практически неисчислимы. Одних только солей в водах Мирового океана – 48 квадриллионов (48 000 000 000 000 000) тонн. Если извлечь эту соль из воды и рассыпать по всей суше, толщина слоя составит более 150 м. В каждом кубическом метре морской воды растворено в среднем 35 кг различных солей.
* Если «дробить» физическое расстояние между двумя точками, то можно в конце концов достигнуть масштабов столь малых, что само понятие расстояния в обычном его смысле станет бессмысленным. Предполагается, что это действительно имеет место на масштабах, характерных для квантовой теории гравитации, которые в 1020 раз меньше размеров субатомных частиц.
* Каждый из лимфоцитов, циркулирующих в крови и лимфе человека, 10–20 раз в сутки проходит через все кровеносные и лимфатические сосуды тела. Всего за свою жизнь лимфоцит проходит 100 и более километров.
* В одном микролитре крови содержится 4–5 млн. эритроцитов и от 5 до 9 тыс. лейкоцитов.
* Вероятность случайного возникновения хотя бы одной молекулы полинуклеотида, способной к репликации, чрезвычайно мала. По оценке Кастлера, эта вероятность меньше, чем 10 в минус 200 степени, а по оценке Блюменфельда – даже 10 в минус 800-той степени.
* В организме человека содержится примерно 10 в 12 степени лимфоидных клеток, а лимфоидная ткань составляет приблизительно 2% от общей массы тела.
* Организм человека содержит 10 в 26 степени атомов.
* Обонянием человека управляют 900 генов, но работают только 320 из них, остальные неисправны.
* Эксперименты на лягушках показали, что адаптированная к полной темноте сетчатка глаза вырабатывает макроскопический нервный импульс при попадании на нее даже единичного фотона. При преобразовании энергии фотона в энергию движения массы при выработке сигнала в сетчатке достигается гигантское усиление, возможно, до 10 в 20 степени раз.