Физика будущего - Мичио Каку

К примеру, один из возможных вариантов получил название самосборки; в робототехнике он соответствует подходу «снизу вверх». Человек с глубокой древности использовал в строительстве противоположный подход — «сверху вниз». Он брал инструменты, такие как молоток или пила, и начинал заготавливать дерево: рубить, пилить, тесать; затем из заготовленных материалов собирал по плану более крупные структуры, такие как дом. Этот процесс требует тщательного контроля на каждом этапе.

При подходе «снизу вверх» объекты собираются сами по себе. В природе, к примеру, чудесные снежинки кристаллизуются сами во время снегопада или метели. Многие триллионы атомов сами организуются в новые формы. Никто не придумывает узоры для снежинок. То же нередко происходит и в биологических системах. Так, бактериальные рибосомы — сложные молекулярные системы, содержащие по крайней мере 55 различных белковых молекул и несколько молекул РНК, — способны спонтанно образоваться в лабораторной пробирке.

Самосборка применяется и в полупроводниковой промышленности. Используемые в транзисторах компоненты иногда собираются воедино сами по себе. Применяя различные сложные технологии и процессы в определенной строгой последовательности (такие, как быстрое охлаждение, кристаллизация, полимеризация, осаждение из паровой фазы, отверждение и т. п.), можно получить достаточно широкий спектр готовых компьютерных компонент. Как мы уже видели, таким способом можно получить определенные типы наночастиц, используемые против раковых клеток.

Однако в большинстве своем предметы не спешат возникать из ничего сами по себе. В целом можно сказать, что лишь крохотная часть наноматериалов показала способность к корректной самосборке. Посредством самосборки невозможно получить наномашину на заказ, выбрав по каталогу. Так что прогресс в производстве наномашин таким образом будет, вероятно, стабильным, но медленным.

Суммируем сказанное. Судя по всему, молекулярные сборщики не нарушают никаких законов природы, но создать их будет чрезвычайно трудно. Пока наноботов не существует, и в ближайшее время они не появятся, но как только (и если) первый нанобот будет успешно изготовлен, человеческое общество, вполне возможно, изменится до неузнаваемости.

Создать репликатор

На что может быть похож репликатор? Как он может выглядеть? Никто точно этого не знает, поскольку до его создания остается еще не одно десятилетие, а может быть, и столетие. Мне, однако, довелось увидеть, как может выглядеть работа репликатора. Дело в том, что для научно-популярной передачи канала Science мою голову отсканировали (совершенно буквально) лазерным лучом, после чего изготовили реалистичную трехмерную пластиковую копию моего лица. При сканировании лазерный луч горизонтально двигался по моему лицу и отражался от кожи; отражение регистрировалось специальным датчиком и вводилось в компьютер. После этого луч направлялся на следующий проход, чуть ниже. Постепенно сканированию подверглось все мое лицо, и на экране появилось его трехмерное изображение с точностью, скажем, до десятой доли миллиметра, состоящее из тонких горизонтальных ломтиков.

Затем всю собранную информацию «скормили» большой установке размером примерно с холодильник — устройству, способному отлить пластиковое трехмерное изображение почти чего угодно. Это устройство снабжено тонким носиком, который движется горизонтально и совершает множество проходов. На каждом проходе он разбрызгивает тонким слоем расплавленный пластик, дублируя таким образом первоначальное лазерное изображение объекта — в данном случае моего лица. Примерно через десять минут и множество проходов машина выдала готовую пластиковую отливку, до боли напоминающую мое лицо.

Коммерческие перспективы применения этой технологии громадны, ведь вы можете всего за несколько минут создать реалистичную копию любого трехмерного объекта, такого, например, как сложная деталь машины. Однако нетрудно вообразить, как через несколько десятков или сотен лет подобная же машина будет выдавать трехмерные копии реальных объектов, абсолютно точные даже на клеточном и атомном уровнях.

На следующем уровне можно будет создавать при помощи такого трехмерного сканера не просто объекты, а живые органы человеческого тела. В Университете Уэйк Форест ученые предложили новый оригинальный способ создания живой сердечной ткани… при помощи струйного принтера. Для начала им пришлось написать аккуратную компьютерную программу, которая послойно, с каждым проходом каретки, разбрызгивает живые мышечные клетки. Они использовали для этой процедуры обычный струйный принтер, но заменили на нем картридж с чернилами на специальную емкость, куда поместили смесь различных жидкостей, содержащую живые клетки сердечной ткани. Таким образом ученые могут управлять размещением в пространстве каждой клетки. За множество проходов каретки им удалось реально получить слои сердечной ткани.

Есть и еще один инструмент, который когда-нибудь, возможно, позволит нам зарегистрировать точное местоположение каждого атома в человеческом теле. Это МРТ, магнитно-резонансный томограф. Как мы уже говорили, точность MPT-сканирования составляет примерно десятую долю миллиметра. Это означает, что каждый пиксель даже чувствительного MPT-скана соответствует тысячам клеток. Но если посмотреть на физические принципы, лежащие в основе метода МРТ, выяснится, что точность изображения определяется степенью однородности магнитного поля внутри машины. Поэтому, добиваясь, чтобы магнитное поле становилось все более однородным, можно заметно улучшить разрешение МРТ-аппарата.

Ученые уже говорят о создании машины по типу МРТ с разрешением около размеров клетки и даже меньше — такой, чтобы можно было с ее помощью различить при сканировании отдельные молекулы и атомы.

Подведем итоги. Репликатор как таковой не нарушает никаких законов природы, но создать его на принципах самосборки будет очень непросто. К концу этого столетия, когда человек овладеет наконец такой технологией, можно будет подумать о коммерческом применении репликаторов.

Серая слизь?

Некоторые люди, в том числе и основатель Sun Microsystems Билл Джой (Bill Joy), не раз выражали сомнения в перспективности нанотехнологий. Джой писал, что техника непременно выйдет из-под контроля человека, что это лишь вопрос времени. Взбесившиеся нанороботы сожрут все минералы на Земле и оставят после себя одну только бесполезную серую слизь. Даже наследник британского престола принц Чарльз выступал против нанотехнологий и сценария с серой слизью.

Опасность кроется в основном свойстве наноботов: способности к самовоспроизведению. Наноботов, выпущенных в окружающую среду, невозможно отозвать обратно. Со временем они действительно могут начать размножаться бесконтрольно и с жуткой скоростью, и тогда возникнет реальная опасность захвата окружающей среды и уничтожения жизни на Земле.

Лично я считаю, что до создания репликатора пройдет еще немало десятков, а то и сотен лет, так что беспокоиться о серой слизи пока рано. Технология эта пока только делает первые шаги. А по мере ее развития будет достаточно времени для разработки средств защиты от бешеных наноботов. К примеру, можно придумать такую систему страховки, что при нажатии тревожной кнопки все выпущенные наноботы просто «выключатся». Или можно изобрести «ботов-убийц», единственным назначением которых будет розыск и уничтожение вышедших из-под контроля нанороботов.

Еще один способ справиться с этой проблемой — поучиться у природы, у которой опыт миллиардов лет эволюции. Наш мир просто кишит самовоспроизводящимися молекулярными формами жизни, известными как вирусы и бактерии, способными бесконтрольно размножаться и мутировать. Однако человеческое тело создало и собственных «наноботов» — антитела и белые кровяные тельца (лейкоциты), которые разыскивают и уничтожают чуждые формы жизни. Система, разумеется, несовершенна, но может все же служить примером решения проблемы взбесившихся наноботов.

Социальные последствия репликаторов

В научно-популярной передаче канала BBC/Discovery, которую я однажды вел, Джоэл Гарро (Joel Garreau), автор книги «Радикальная эволюция», сказал: «Если самосборка когда-нибудь станет возможной, это будет один из величайших моментов в истории. Это будет означать, что мы действительно говорим о резких переменах в мире, о его превращении во что-то такое, чего мы прежде не могли даже вообразить».

Существует известная поговорка: будь осторожен в своих желаниях, они могут сбыться. Молекулярный сборщик, или репликатор, — это священный Грааль нанотехнологий, и все исследователи в этой области мечтают его создать. Но если такой прибор действительно будет изобретен, он, вполне возможно, потрясет человеческое общество до самого основания. Если разобраться, все философии и социальные системы в конечном итоге основаны на дефиците и бедности. На протяжении всей истории человечества именно эта тема была в обществе доминирующей, именно она сформировала нашу культуру, философию и религию. В некоторых религиях достаток рассматривается как божественное вознаграждение, а бедность — как справедливое наказание. В основе же буддизма лежит универсальная природа страдания и то, как человек с этим страданием справляется. В христианстве в Новом Завете сказано: «Легче верблюду пройти сквозь игольное ушко, чем богатому войти в Царствие Небесное».