Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии
Шрифт:
Традиционные области применения нанотехнологий требуют и ряда «простых» решений, таких как повышение надежности и качества соединений. Последнее решение стало особенно актуальным при строительстве подводных газопроводов, где качество сварных швов трудно периодически контролировать.
В этом же — решение проблемы сродства [11] различных материалов сборных конструкций, актуальной, в частности, в авиастроении. Так, отсутствие надлежащих материалов при проектировании в целом удачного воздушного судна ТУ-134/154 не позволило найти решения, исключающие процедуры технического обслуживания самолета, требующего периодическую частичную разборку фюзеляжа для проверки состояния стрингеров в местах соединений с корпусом.
11
Сродством
В этом же ряду стоит задача обеспечения необходимой адгезии [12] поверхностей, имеющей место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий, решение которой, в частности, позволит «склеивать» разнородные материалы, например керамическую пластину с металлической.
Итак, отчетливо просматривается перспектива «традиционных» нанотехнологий как продолжение уже сформировавшихся технологических потребностей и трендов технологического развития, но уже на новой технологической базе. При этом — и это принципиально — конечный продукт данных технологий, как правило, являет собой привычное нам изделие промышленности — от горных лыж, достаточно прочных и эластичных, обеспечивающих скольжение по любому снегу, а возможно и асфальту, до летательных аппаратов, пусть и с большим ресурсом и грузоподъемностью. Конечно, новые материалы дают нам перспективу новых конструктивных решений, позволяющих получить «новое качество», которое в свое время было достигнуто в авиации в виде принципиально новых видов техники и транспорта. Но данное технологическое развитие будет основано на уже имеющихся базовых представлениях, опираться на уже развитые модели, понятную нам математику в форме инженерного дела.
12
Адгезия (от лат. adhaesio— «прилипание») — слипание поверхностей двух разнородных твердых или жидких тел.
Конечно, не все так просто и последовательно. Следует отметить тенденцию по изменению классического характера некоторых ранее «классических» технологий (назовем такие технологии «переходными»). Ярким примером таких «переходных» технологий могло бы стать создание материала, обеспечивающего обтекание крыла без образования турбулентности, т. е. завихрений потока, приводящих к повышению сопротивления движению в разы и на порядки. Такой ламинарный (не турбулентный) поток по обтеканию «классического материала» демонстрирует нам природа в «лице», а точнее в теле дельфина. Казалось бы, создание «дельфиньей кожи» на основе классических технологий, пусть и нано-, ожидать сложно. Однако научные лаборатории дают нам иные сигналы. Так, разработанная в Институте физических проблем Сибирского отделения Российской академии наук технология создания массивов микродатчиков на основе нанотрубок на достаточно большой поверхности позволяет говорить о создании «думающей» поверхности летательного аппарата, которая будет подстраиваться под аэродинамический поток, затягивая ламинарно-турбулентный переход и уменьшая сопротивление. А это важный шаг к созданию принципиально нового летательного аппарата, «плывущего» в атмосфере подобно дельфину. Вообще, улучшение тех или иных качеств, уже в принципе достигнутых, традиционных, может приводить к изменениям, носящим принципиальный характер. Так, вполне традиционное «легче и прочнее» может сделать реальным полет на Марс, ранее невозможный по простейшим технологическим причинам. И это всегда надо иметь в виду.
Однако в долгосрочной перспективе, по оценке большинства экспертов, нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели (а она еще далеко не окончена) компьютерные технологии в манипулировании информацией. Нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. И этот главный нанотехнологический «приз» — а в контексте нашей книги — вместе со всеми рисками.
По мнению директора Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» М. В. Ковальчука, принципиальная особенность нынешней нанотехнологической революции состоит в том, что в ходе нее наблюдается смена парадигмы развития науки. Раньше мы шли «сверху вниз», т. е. двигались в сторону миниатюризации создаваемых предметов. Сейчас мы идем «снизу», с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, нужные материалы и системы с заданными свойствами. В этом суть нанотехнологий. Атомно-молекулярное конструирование материалов с необходимыми свойствами принесет ощутимые выгоды в экономии и энергетических, и материальных ресурсов.
Атомно-молекулярное конструирование означает становление индустрии в целом на иных, непривычных, и во многом на сегодня не понятых нами принципах. В этих условиях — когда мы многого не понимаем — полезно применение следующего методологического принципа. Если мы хотим представить, что будет через 20 лет, мы должны спрогнозировать, что будет лет через 50, согласиться с этим как с гипотезой, и подумать, что будет сделано за 20 лет по достижении 50-летней цели. При этом за 20 лет технологическое развитие приведет к тому, что сами 50-летние цели станут иными, потеряют актуальность, точность или, возможно, даже смысл. Но именно они в итоге определят развитие в более короткой 20-летней перспективе.
А что мы ожидаем в 50-летней (а многие эксперты говорят, что много ранее) перспективе? В долгосрочной перспективе нас ждет иная материальная капитализацияиндустрии. За этими сложными словами скрыта необходимость повторения того, что делало человечество для достижения своей индустриальной фазы развития. Примитивно это можно пояснить так. Для того чтобы выплавить сталь, надо было добыть коксующийся уголь, температура горения которого достаточно высока и достаточна для плавки стали. Но, чтобы добраться до угля, нужны металлические инструменты, пусть даже медные, ведь сталь мы еще не выплавили. Медь можно выплавить с применением дров. И так далее — до самого первого знакомства человека с огнем. В «квантовых» нанотехнологиях мы только зажгли первую спичку. Инструменты наши примитивны. Но не они будут определять лицо «квантовой» наноиндустрии в долгосрочной перспективе, как не определяет кремневое огниво пещерного человека современное производство.
Но — внимание! — появление новой индустрии подразумевает отказ от старой. Мы уже разучились строить пирамиды, мы скоро разучимся производить электронные лампы — опыт Чернобыля и Фукусимы наглядно показал, как опасен отказ от них: бывший Союз ССР сумел создать робота для работы вблизи активной зоны, Япония — уже нет. Мы утратим многие технологии, и если среди них окажутся те, которые принципиально важны для нашего выживания в экстраординарных условиях — а так оно и будет, — то последствия трудно представить. Давайте предположим, что на год-два отключили электричество. Всё. Повсеместно. Сможем ли мы когда-нибудь снова обеспечить его подачу?
Но каков будет новый технологический уклад, основанный на «нано»? И какие риски с этим связаны? Об этом говорится в последней главе нашей книги. Одни вопросы разобраны достаточно подробно, другие только обозначены, многое пропущено. Но чтобы обо всем подробно и точно написать, пришлось бы здорово отклониться от того, что мы называем «нано». Нам бы пришлось окунуться в эмпиреи футурологии и научно-технологического прогноза. А эта книга все же о другом.
Здесь мы затронем только один из самых «популярных» аспектов нового технологического уклада. Содержательным аспектом «квантовых» технологий являются наномеханизмы, в том числе наноактюаторы и наносенсоры, образующие особую группу механизмов, основанных на нанопринципах.
Микроразмеры определяют не только чрезвычайно разнообразные, но и принципиально новые области применения наномеханизмов — вплоть до глобального контроля сред. В широком смысле слова роль наномеханизмов заключается в формировании нового технологического уклада, такого уклада, при котором производство конечного продукта, привычного нам, будет осуществляться на нанопринципах, а новым конечным продуктом будут наноустройства, которые невозможно представить в существующем технологическом укладе. Само производство и его инструментарий будут реализовываться за счет наноустройств и наноинструментов.
«Конечным пунктом» такой «квантовой» наноиндустрии можно назвать нанорепликацию — когда наноустройства, совмещенные с наносенсорами по предложенной и «помещенной» в них программе, будут производить (собирая атомы в нужном порядке) письменные столы, продукты питания, биопротезы и органы для имплантации, и даже лемовские сепульки — что бы в будущем это ни означало. Это, вне всякого сомнения, далекая цель, но цель, которая позволяет нам оценить более близкие перспективы нашей погони за ней. При этом далеко не фантазийный характер мира наносенсоров и активных наноустройств демонстрируют ситуация и перспективы в «смежном» направлении — биотехнологиях, для которых наличие такого рода нанообъектов, как РНК- и ДНК-машины, — непреложный медицинский факт.