Чирков Юрий Георгиевич. Дарвин в мире машин. Изд. 2-е, испр и доп. М.: Ленанд, 2012. 288с

Климент Аркадьевич Тимирязев

Представляя этот доклад Конгрессу, президент Билл Клинтон сказал:

«Предлагаемый бюджет стоимостью 500 млн долларов поддерживает большую часть новой Национальной технологической инициативы. Мы станем манипулировать веществом на атомном и молекулярном уровне. Представьте себе: материал в десять раз прочнее стали, а весит во много раз меньше, вся информация библиотеки Конгресса США в объеме кубика сахара, диагностика раковых опухолей на стадии, когда они состоят лишь из нескольких клеток. Некоторые из этих исследований потребуют двадцати и более лет, но федеральное правительство считает, что они очень важны».

Химия, и органическая химия в том числе, собирая атомы и скрепляя их ковалентными связями, творит молекулы. И это дает человеку возможность получать новые вещества и материалы. Красители и краски, металлы и пластмассы, стекло и керамику, фармацевтические препараты, синтетические ткани. Это всё материалы для различного рода изделий.

Обычно используется какое-то главное свойство химического соединения: цвет, твердость и механическая прочность, адгезия и эластичность, электро- и теплопроводность, химическая стойкость. Так возникают различные инженерные дисциплины. Дело доходит и до производства машин и механизмов. При этом в основном используются объемные макроскопические свойства химических веществ.

Главное в машине или механизме, в отличие от химического соединения, — что она делает, а не то, из чего она состоит. И вот тут-то супра-молекуляриая химия предлагает человеку использовать новшество — при создании машин учесть ещё и микроскопические свойства химических веществ. Предлагает строить наномашины.

Для обозначения очень мелких размеров стало модным добавлять к слову префикс «нано-». Наночастица — это та, размер которой соизмерим с размерами атомов и молекул. Нанометр (кратко нм) — это одна миллиардная (10") доля метра.

Наномашины (или «микромашины», если угодно) — создания великолепные. Они занимают мало места, меньше подвержены влиянию внешних воздействий и, что очень важно, являются более быстродействующими по сравнению со своими громоздкими «предками» — «макромашинами».

\254\

А уж совсем замечательное свойство наномашин — им доступна самосборка! Они могут создаваться с помощью различных методов собирании супрамолекул или наноразмерных молекулярных ансамблей.

Они могут быть фотонными, электронными или ионными, в зависимости от того, какие активные компоненты в них входят. Если они участвуют в поглощении или испускании фотонов (квантов света) — устройство фотоактивно (молекулярная фотоника), если являются донорами или акцепторами электронов — электроактивно (молекулярные провода и переключатели), а если участвуют в обмене ионов — ио неактивно (каналы для ионного транспорта).

В таких наномашинах будут, видимо, отчетливо различимы два их основных компонента: активный, осуществляющий требуемую операцию (принимает, отдает или передает фотоны, электроны, ионы), и структурный, который нужен для создания должной супрамолекулярной архитектуры (необходимое расположение активных компонентов, встраивание их в более громоздкие устройства).

Наномашины могут совершить революцию в производстве компьютеров. Резко возрастет скорость вычислений, а также расширится область применения новых устройств из-за малости их размеров.

Пока в электронике продолжается «конструирование вниз»: идет процесс всемерного уменьшения размеров компонентов электронных устройств. Обычно они имеют вид так называемых «интегральных схем» (ИС). Это микроминиатюрное электронное устройство, элементы которого неразрывно связаны конструктивно, технологически и электрически.

В 1965 году Гордон Мур, один из руководителей крупной корпорации, производящей электронное оборудование, сформулировал так называемый закон Мура: «Число элементов на чипе (на ИС — Ю. Ч.) удваивается каждые два года».

Все последующие годы (вплоть до наших дней) эта закономерность выдерживалась. Развитие микроэлектронных технологий неизменно приводило к уменьшению размеров элементов и увеличивал о'их число на ИС. За счет этого возрастала вычислительная мощность компьютеров.

Однако путь миниатюризации имеет свои пределы: технологи сталкиваются с проблемами туннелирования электронов, с трудностями отвода тепла и другими препонами более тонкого свойства. Поэтому современная литографическая гравировальная техника изготовления ИС позволяет производить компоненты кремниевых плат лишь размером примерно до 100 нанометров (10~⁵ сантиметра).

И вот здесь технологический подход «конструирование вниз» встречается с идущим ему навстречу подходом «синтез вверх», с синтезом функциональных супрамолекуп или молекулярных ассоцпатов. Они будут способны выполнять те же операции, для которых и предназначены традиционные ИС.

\255\

И это всё вовсе не мечты, ибо у нас, так сказать, перед глазами имеется прецедент — в мире молекулярной биологии функционируют молекулярные устройства размерами от 1 до 1000 нанометров, и они испокон веков успешно регулируют всю химию жизни.

И коль скоро мы заговорили о компьютерах, то введение-внедрение должных супрамолекул может вообще кардинально изменить их сущностный облик.

Объяснимся. Дело в том, что камешки на песке, счеты, арифмометры, ЭВМ — все они построены на одном и том же простом принципе. На дискретном представлении информации и последовательном выполнении элементарных операций, на которые разбивается решение сложных задач.

А вот в живой природе задают тон иные механизмы обработки информации. Тут наблюдается параллелизм и сложные информационно-логические операции, которые могут в совокупности рассматриваться как элементарные.

Пример? Скажем так. То, что видит человек, не только проецируется на сетчатку его глаза, но — одновременно (а не последовательно, операция за операцией) передается по зрительному нерву в кору головного мозга, где над этой информацией-сигналом производятся сложнейшие действия.

Вот эту особенность живой материи необходимо было бы «привить» не только компьютерам нового типа, но и рядовым наномашинам, ориентированным на широчайший спектр деятельности в самых разных сферах.

7.22. С природой наперегонки

...мы можем чувствовать Себя подобно путнику, идущему по гористой местности: вершины представляют собой ясно видимые и реальные цели, но мы не знаем пока, каким образом их можно достичь. На пути нам могут встретиться оползни, камнепады, глубокие расщелины, бурные горные потоки, нам придется не раз возвращаться вспять и вновь устремляться к цели, изменив маршрут, но мы должны быть уверены, что, в конце концов, цель будет достигнута. Нам потребуется мужество, чтобы достойно встретить асе трудности, настойчивость, чтобы заполнить пропасть нашего невежества, и честолюбие, чтобы стремиться к высокой цели, не забывая о том, что «тому, кто сидит на дне колодца, созерцая небо, оно кажется маленьким». Для химии небо остается широко открытым, ибо это не только наука, но и искусство. Искусство, конечно же, благодаря красоте своих объектов, но и по самой своей сути, благодаря своей способности бесконечно изобретать и творить свои объекты, самое себя, свое собственное будущее.