Чтение онлайн

Рис. 74. Схема изготовления и работы ««умной пыли»

Стороны пористой зеркальной поверхности наделены практически противоположными свойствами. Одна сторона – гидрофоб, то есть водоотталкивающая, но «любящая» маслянистые вещества, другая – гидрофил (привлекательная для воды). После разрушения зеркального чипа ультразвуком от него остаются микроскопические частички диаметром с человеческий волос. Каждая из них – это крошечный датчик, и поэтому создается семейство самоорганизующихся сенсоров. При появлении влаги пылинки поворачиваются «гидрофильной» красной стороной к воде, а «гидрофобной» зеленой – к воздуху. Когда же появляется маслянистое (нерастворимое в воде) вещество, частички окружают каплю, прижимаясь к ней «гидрофобной» стороной. Ввиду того, что стороны разноцветные, по окраске можно определить, что происходит в этой «пыльной» среде. По словам М. Сэйлора, частицы можно запрограммировать на миллионы реакций, что даст возможность обнаружить присутствие тысяч химических веществ одновременно.

Длины волн света или цвета, отраженного от поверхностей пылинок после реакции на химический или биологический агент, – это своего рода штрихкод. Каждая частичка слишком мала, чтобы по ее цвету определить изменения, однако совокупность сотен или тысяч пылинок уже достаточно заметна для лазера даже на расстоянии 20 м. В университете Сан-Диего поставили цель разглядеть изменения с расстояния 1 км.

Работу над «пылинками» профессор М. Сэйлор с коллегами ведет в течение нескольких лет. В 2002 году они представили частички с односторонней зеркальной поверхностью. Финансовую поддержку ученым оказывает Национальный научный фонд США, озабоченные борьбой с терроризмом военные в лице управления научных исследований ВВС и агентства Пентагона по передовым оборонным разработкам DARPA.

Продолжая тему миниатюризации военных систем и использования в них нанотехнологий, следует рассказать о разработках беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые все больше используются военными разных стран в разведывательных и боевых операциях.

В связи с этим стоит отметить интенсивные полеты российских и грузинских БПЛА иностранного производства в канун начала грузино-осетинской войны 2008 года, а также полеты израильских аппаратов над территорией Палестины.

В настоящее время на вооружение стран НАТО поступают уже сверхмалые БПЛА, созданные с применением последних нанотехнологических разработок в конструкционном, энергетическом, радиотехническом и навигационном оснащении.

Норвежская компания Prox Dynamics создала самый маленький в мире беспилотный разведывательный вертолет PD-100 Black Hornet («Черный шершень») с оптической камерой, способной вести наблюдение на открытой местности и внутри помещений.

Вес «шершней» составляет всего 15 г, диаметр двухлопастного несущего винта – 10 см, а масса сервомоторов PDS-2 – всего 0,5 г. Особенность вертолета в том, что он практически неслышен с расстояния в несколько метров.

В комплекс беспилотной системы общей массой 0,7 кг включены три БПЛА PD-100 Black Hornet , пульт управления, зарядное устройство и транспортный контейнер размером 8x12x20 см с пультом управления на основе жидкокристаллического дисплея с диагональю 6 дюймов и устройством для записи сигнала, получаемого с камер, установленных на аппарате.

Компания Prox Dynamics планирует начать поставку полнофункционального нанобеспилотника PD-100 Black Hornet потенциальным заказчикам уже в 2010 году.

Аналогичные разработки ведутся и в других странах. В США разработан еще более миниатюрный аналогичный БПЛА NAV (Nano Air Vehicle) длиной всего 7,5 см, массой менее 10 г, полезной нагрузкой около 2 г, скоростью 5-10 м/с, дальностью полета более 1000 м и возможностью зависания над объектом не менее чем на 60 с. При этом данное нанотехнологическое воздушное транспортное средство Nano Air Vehicle приводится в движение взмахами крыльев и предназначено не только для военных миссий, но и для применения в городских условиях при мониторинге различного назначения и проведении спасательных операций.

По данным создателей, в БПЛА применены революционные разработки в аэродинамической конструкции подъемных устройств, обеспечивающих парящий полет, а также бортовое программное обеспечение, позволяющее избегать столкновений с препятствиями не только на улице, но и в закрытых помещениях.

NAV оснащен современной навигационной системой с GPS и, кроме видеонаблюдения, может выполнять различные функции в зависимости от типа устанавливаемых на него нанодатчиков.

По сообщениям российских интернет-изданий, отечественные разработки БПЛА пока не отличаются аналогичной компактностью. БПЛА вертолетного типа, выпускаемые ижевской компанией «Беспилотные системы», серий ZALA 421-06 и ZALA 421-06 при максимальном взлетном весе 12,5 кг имеют длину 1,57 м, ширину 0,54 м и высоту 0,57 м. При диаметре несущего винта в 1,77 м отечественный БЛПА имеет возможность нести полезную нагрузку массой до 3,5 кг. Однако эта характеристика, пожалуй, не является достоинством российского БЛПА, а указывает на несравнимо огромные, по сравнению с зарубежными аналогами, габариты и вес его оснащения.

Если говорить о проблемах авиации в целом, то следует отметить, что для реализации следующих поколений летательных аппаратов сегодня необходим технологический прорыв в создании новых конструкционных материалов при производстве двигателей, крыльев и фюзеляжей, в том числе значительном повышении доли нанотехнологий, и, самое главное, новаторские кадры, способные этот прорыв обеспечить.

Военный аналитик Том Маккарти (Tom McCarthy), автор статьи Molecular Nanotechnology and the World System [14] , заявляет, что нанотехнологии фундаментально изменят природу войны. Во-первых, это то, чего можно ожидать от инновационных и потенциально могущественных идей: нанотехнологии сделают войну гораздо более опасной и опустошительной, чем когда-либо в прошлом, в частности благодаря возможности создавать оружие огромной разрушительной силы. Во-вторых, нанотехнологии позволят странам вести войну при существующем миропорядке.

Отмечается, что нанооружие объединит оба пути развития вооружения. Благодаря возможностям наносборки и молекулярного конструирования станет возможным создание невидимых видов вооружений, более коварных и жестоких, чем даже биологическое или химическое оружие. Изготовленные с атомарной точностью с помощью молекулярной нанотехнологии новые виды оружия и боевых роботов окажутся, возможно, сопоставимыми с бактериями, но значительно более универсальными и мощными. Кроме того, таких нанороботов, в отличие от бактерий, можно будет программировать, а при необходимости – разбирать, используя как строительный материал для других целей на молекулярных нанофабриках.

Войну выигрывает тот, кто сможет уничтожить танки, самолеты, авианосцы, а также заводы и фабрики противника. Но если супероружие эпохи нанотехнологий невидимо, вроде невидимых фабрик, тогда и цели для удара не существует, опять же за исключением людей.

«…Развитие радикально новых видов оружия всегда сопровождается нарушением установленных международным сообществом правил» [15] . Как заявляют некоторые эксперты, технология молекулярного производства приведет к созданию значительно более опасных видов вооружения, чем существуют сегодня. Следует ожидать, что некоторые государства, отдельные группы людей или организаций предпримут попытки к их обладанию в террористических или иных целях. Можно объявить международный мораторий распространения такого оружия или полного его запрета, но будь это луки и стрелы (Второй Латеранский Собор, 1159 год) или ядерное оружие (Генеральная Ассамблея ООН, 1946 год), ни к чему кардинальному такой мораторий не приведет. «По одному меткому выражению, мечи не перековываются на орала. Они ржавеют», – заявляется в статье.

Представьте себе устройство (боевого робота) размером с мельчайшее насекомое (около 200 мкм), способное самостоятельно перемещаться, обнаруживать незащищенных людей (солдат или просто мирное население) и впрыскивать им яды. Учитывая, что смертельная доза токсина ботулизма составляет 100 нг или около 1/100 объема всего устройства, количества подобного оружия в 50 млрд единиц, способного храниться в обыкновенном дипломате, достаточно, чтобы убить всех людей на Земле.

Маккарти делает вывод, что нанотехнологии будут способствовать снижению степени экономического влияния отдельных государств (или даже военных блоков. – Прим. автора). В ходе боевых действий целью воюющих армий будут живые ресурсы, то есть солдаты и мирное население, а не военная техника и промышленные предприятия. Поскольку нанотехнологии обещают возможность организации промышленного производства даже в регионах, где нет минеральных ресурсов, они сделают небольшие группы людей вполне самодостаточными, что может способствовать распаду государственного устройства мирового сообщества.

Однако некоторые известные эксперты и ученые отмечают более глобальную потенциальную опасность нанотехнологий. Эрик Дрекслер, почетный председатель американского Института предвидения (Foresight Nanotech Institute – ведущая нанотехнологическая организация США, активно занимающаяся пропагандой данного направления), почти 20 лет назад выдвинул катастрофический сценарий «серой слизи» (grey goo problem), который предполагает превращение поверхности планеты и всего живого на ней в единый слой однородной липкой пыли или слизи, если самокопирующиеся нанороботы, способные брать вещество из окружающей среды, выйдут из-под контроля. Этой точки зрения придерживался также Билл Джой (Bill Joy), один из основателей корпорации Sun Microsystems, который неоднократно высказывался об опасности развития нанотехнологий.

Роберт Фрейтас, известный эксперт в области наномедицины. в работе «Некоторые ограничения, касающиеся угрозы уничтожения биосферы наноассемблерами и рекомендации по общественной безопасности» [16] , заявляет, что нашествие «серой слизи» вызовет интенсивное и значительное повышение температуры, а это не позволит человечеству оперативно отреагировать на возникшую угрозу. Если же скорость воспроизведения нанороботов окажется не очень высокой и сильного повышения температуры не произойдет, то для уничтожения биосферы Земли потребуется не менее двадцати месяцев, следовательно, у человечества появится возможность противостоять опасности уничтожения.

Если же работу самокопирующихся роботов удастся контролировать, они окажутся идеальным оружием, что вызывает повышенный интерес армейских кругов. В любом случае, поскольку функционирование всех устройств микромира носит вероятностный характер, всегда возможны непредсказуемые мутации наноавтоматов под влиянием внешних воздействий, приводящие к отказу от выполнения заданной программы и разрушительному поведению.

Пока гипотеза «серой слизи» не выдерживает критики: ведь для автосборки нанороботу нужны пальцы-манипуляторы, современные аналоги которых (микроэлементы модифицированных атомных микроскопов) значительно превосходят размеры атомов, что в принципе не позволяет создавать автономные сборщики наноразмеров. Кроме того, такие манипуляторы весьма несовершенны: в них внедряются посторонние атомы, и пока неясно, можно ли исключить все эти побочные эффекты, как подобные роботы смогут получать необходимую энергию, и будет ли она рассеиваться в результате масштабных молекулярных преобразований. На данный момент гипотеза «серой слизи» (в том виде, в каком она сформулирована) противоречит законам термодинамики. В настоящее время Э. Дрекслер опроверг собственный сценарий, считая его невероятным: «История про “серую слизь” является весьма захватывающей, однако те исследования, которые ведутся сейчас в области молекулярной сборки, не имеют с ней ничего общего. Идея о том, что молекулярные нанотехнологические системы могут выйти из-под контроля, основана на устаревшей информации». Впрочем, теоретическая возможность создания автосборщиков остается, и то, что кажется совершенно нереальным сегодня, завтра вполне может стать обыденностью. Показательно, что в 2003 году один из призов Института молекулярного производства (IMM), работа которого финансируется Институтом предвидения, был присужден за теоретические разработки по созданию стражей, способных контролировать деятельность авторепликаторов.

Более вероятна гипотеза «зеленой слизи» (green goo problem). Ученые предупреждают, что существует реальная возможность создания разрушительных вирусов и бактерий, которые, быстро размножаясь, просто уничтожат всю жизнь на планете, разобрав белковые структуры на отдельные молекулы. В технологическом плане эта задача проще – вирусы могут пользоваться строительным материалом и готовыми энергоресурсами клеток. Так, в 2002 году группа американских ученых заявила, что создала искусственным методом поливирус, потратив на эту работу более трех лет. В ноябре 2003 года появилось сообщение о том, что ученые Института альтернативных биологических источников энергии (г. Роквилл, шт. Мэриленд) собрали за 14 дней точную живую копию вируса PhiX из коммерчески доступных материалов. PhiX известен тем, что стал первым земным существом, генетический код которого был расшифрован в 1978 году. Его геном состоит из 5386 элементов, которые ученые состыковывали вручную.

В будущем ученые намерены сконструировать подобным образом искусственную бактерию и попробовать автоматизировать технологию сборки ДНК, чтобы в дальнейшем создавать более сложные живые организмы. Данный проект вызвал неодобрительные комментарии представителей ЦРУ, опасающихся, что технологии разработки вирусов могут оказаться доступными странам, поддерживающим глобальный терроризм.

С идеей создания нанороботов (которые, по прогнозам, должны появиться через 10–15 лет) также был не согласен Ричард Смолли.

Хочется надеяться, что знаменитый закон робототехники, сформулированный американским фантастом Айзеком Азимовым: «Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред. Робот должен повиноваться командам человека, если эти команды не противоречат Первому закону», – будет такой же неотъемлемой частью программ создания и применения и нанороботов.

В начале хотелось повторить слова, озвученные одним из нас в интервью интернет-изданию «АиФ-онлайн» под заголовком «Косметика с нанотехнологиями – научное чудо или рекламный трюк?» о твердом убеждении, что настоящую революцию нанотехнологии сначала произведут именно в медицине, а впоследствии полученные результаты дадут мощный толчок к развитию и других отраслей.

По многочисленным прогнозам, химерные нанобиоструктуры (созданные на основе генетически модифицированных вирусов, молекул нуклеиновых кислот энзимов и имеющие возможность транспортировать по организму медицинские нанодатчики, лекарственные препараты и даже ремонтные клетки) будут разработаны в ближайшие 10–12 лет, а уже через 15 лет войдут в повседневную практику подобно прививкам или флюорографическому обследованию.

Подобного мнения придерживаются многие современные ученые-футурологи, в том числе Рей Курцвейл. Он говорит: «Возможно, мои рассуждения покажутся кому-то неправдоподобными, но искусственные поджелудочные железы и нервные волокна существуют уже сейчас».

В соответствии с выдвинутым им Законом ускоряющейся отдачи, ученый заявляет: «Я и многие мои коллеги полагаем, что примерно через двадцать лет в нашем распоряжении окажутся средства для повторного биологического программирования человеческого организма. Таким образом, мы сможем остановить, а затем и полностью свести старение на нет» .

В своей книге «Сингулярность уже близка» [17] ученый фактически предсказывает наступление биологического бессмертия человека, но бессмертия относительного, основанного на нано-биотехнологическом ремонтном воздействии на органы и саму сущность человека.

В относительно скором будущем, утверждает футуролог, нанороботы, введенные в кровь, сделают функционирование сердечно-сосудистой системы человека в тысячи раз более эффективной. «Через 25 лет мы будем в состоянии пробежать олимпийскую спринтерскую дистанцию за 15 с в буквальном смысле на одном дыхании или плыть под водой четыре часа без кислорода», – говорит он.

Рей Курцвейл уверенно заявляет, что с помощью нанотехнологий можно будет создавать жизнеспособные ткани для восстановления пораженных болезнью или врожденных дефектных органов человеческого тела.

«Пострадавшие от сердечных приступов, даже не пожелавшие пересадить себе доступное по цене бионическое сердце, смогут жить без опаски, периодически наведываясь к врачу для проведения небольшой операции, потому что управляемые нанороботами клетки их собственной крови будут поддерживать организм в нормальном состоянии», – утверждает он.

В связи с вышесказанным, нам кажется несколько странным называть человеком (с его природной уязвимостью, чувствами, пороками, верой в Бога и т. д.) кибернетическое существо, напичканное нанодатчиками, частично собранное из биологических и синтетических полимерных материалов.

Идеи и предсказания Курцвейла, как и ряда других футурологов от нанотехнологий, вступают в неразрешимый конфликт с христианской моралью и поэтому категорически отвергаются церковью.

Пожалуй, на этом стоит остановиться и поговорить о более приземленных делах и проблемах. Самый яркий и простой пример использования нанотехнологии в медицине и косметике – обыкновенный мыльный раствор, обладающий моющим и дезинфицирующим действием. В нем образуются наночастицы, мицеллы – частицы дисперсной фазы Золя (коллоидного раствора), окруженные слоем молекул или ионов дисперсной среды. Мыло – чудо нанотехнологии, уже бывшее таковым, когда никто и не подозревал о существовании наночастиц. Однако этот наноматериал не является главным для развития современных нанотехнологий в здравоохранении и косметологии.

История, сделав круг, снова вернулась к нанотехнологиям в области дезинфицирующих средств. Мы уже неоднократно рассказывали в данной книге о бактерицидных свойствах наночастиц серебра, используемых в различных дезинфицирующих материалах, включая краску, одежду и даже напитки.

Речь уже не идет о простом мыльном пузыре, а о современных нанотехнологических разработках в данной области американской компании EnviroSystems. Ученые и технологи компании создали высокоэффективное дезинфицирующее, но безопасное для человека и животных средство EcoTru®. В нем используются наночастицы, которые, проникая внутрь бактерий, уничтожают их изнутри. Они действуют очень избирательно, поражая только бактерии и микробы.

Президент EnviroSystems Диана Хоффман (Diana Hoffman) утверждает, что EcoTru ® значительно снижает распространение широкого диапазона возбудителей инфекционных заболеваний, включая вирус СПИДа, кишечную палочку, сальмонелл. Препарат за пять минут убивает чрезвычайно жизнеспособную бациллу туберкулеза.

Еще в 2003 году компания получила от Агентства по охране окружающей среды США (US Environmental Protection Agency) разрешение на использование своего дезинфицирующего средства на поверхностях, контактирующих с пищевыми продуктами. В настоящее время средство может успешно применяться в ресторанах, гостиницах, столовых и на предприятиях пищевой промышленности: заводах по производству напитков, пивоваренных заводах, молокозаводах и при мясо– и рыбопереработке. При этом практически отпадает необходимость в использовании защитной одежды и резиновых перчаток для персонала, работающего с этим препаратом.

Другим древнейшим применением наноматериалов в косметологии оказался тот факт, что красящие вещества, использовавшиеся аборигенами Австралии для нанесения ярких боевых раскрасок, а также краска для волос древнегреческих красавиц тоже содержали наночастицы, обеспечивающие очень длительный и стойкий окрашивающий эффект.

В работах Центра исследований и реставрации французских музеев (Centre de recherche et de restauration des musees de France) под руководством доктора Филиппа Вальтера (Philippe Walter) указывается, что древний процесс окрашивания волос в черный цвет, применявшийся египтянами, греками, а затем и римлянами, основан на применении минерала галенита (дисульфида свинца).

Натуральную (природную) черную окраску волосы имеют из-за наличия в поверхностном слое скоплений частиц меланина размером около 300 нм. Так как частицы галенита диаметром всего около 5 нм (сопоставимы по размеру с квантовыми точками), проникая в структуру волос при окраске, играют роль меланина, достигается устойчивое окрашивание. Достоинством древнего способа окрашивания является минимальное негативное влияние на механические свойства волоса.

Наверное, уже многие встречали в открытой продаже так называемую шунгитную воду, производители которой уверяют нас в ее уникальных оздоровительных свойствах, якобы полученных в результате воздействия на нее природных фуллеренов (рис. 75). Расскажем о такой воде немного подробнее. Дело в том, что в Карелии вблизи Онежского озера многие века существовал целебный источник, возле которого еще российский император Петр I повелел построить первый в России курорт «Марциальные воды». Люди издревле использовали целебные свойства этой воды. Особенностью ее является тот факт, что такую воду нельзя долго хранить – через несколько часов она теряет свои уникальные свойства.