Qualsiasi tipo di attività umana è ricoperta di miti. La nanotecnologia, il principale progetto scientifico e tecnologico del nostro tempo, non fa eccezione. Inoltre, qui la creazione di miti tocca l'essenza stessa. La maggior parte delle persone, anche quelle appartenenti alla comunità scientifica, sono convinte che la nanotecnologia sia, prima di tutto, la manipolazione degli atomi e la costruzione di oggetti assemblandoli a partire dagli atomi. Questo è il mito principale.
I miti scientifici sono duplici. Alcuni sono generati dall'incompletezza della nostra conoscenza della natura o dalla mancanza di informazioni. Altri sono creati deliberatamente per uno scopo specifico. Nel caso della nanotecnologia, abbiamo una seconda opzione. Grazie a questo mito e alle conseguenze che ne derivano, è stato possibile attirare l'attenzione del potere e accelerare drasticamente l'avvio del progetto Nanotechnology con un aumento autocatalitico degli investimenti. In sostanza, è stato un po 'barare, abbastanza accettabile dalle regole del gioco ai massimi livelli. Il mito ha svolto il suo ruolo benefico come iniziatore del processo ed è stato felicemente dimenticato quando si trattava della tecnologia stessa.
Ma i miti hanno una proprietà straordinaria: quando nascono, iniziano a vivere la propria vita, dimostrando al contempo straordinaria vitalità e longevità. Sono così saldamente radicati nella mente delle persone che influenzano la percezione della realtà. I veri processi nanotecnologici, sia progetti stranieri che di Rusnano, contraddicono fondamentalmente il mito, che crea confusione nelle loro teste (la maggior parte delle persone ancora non capisce cosa sia la nanotecnologia), rifiuto (queste non sono vere nanotecnologie!) E persino negazione della nanotecnologia come tale.
Oltre al mito principale, la storia della nanotecnologia ci rivela diversi miti di accompagnamento che stimolano diversi gruppi di popolazione, suscitando in alcuni speranze infondate e in altri panico.
Il mito del padre fondatore
Il più innocuo della serie di miti è l'attribuzione di Richard Feynman, esperto nel campo della teoria quantistica dei campi e della fisica delle particelle, come padre fondatore della nanotecnologia. Questo mito è nato nel 1992 quando il profeta della nanotecnologia, Eric Drexler, si è rivolto a una commissione del Senato in un'audizione sulle "Nuove tecnologie per lo sviluppo sostenibile". Per portare avanti il progetto di nanotecnologia che aveva inventato, Drexler ha fatto riferimento alla dichiarazione del premio Nobel per la fisica, un'autorità incrollabile agli occhi dei senatori.
Sfortunatamente, Feynman è morto nel 1988 e quindi non ha potuto né confermare né negare questa affermazione. Ma se avesse potuto sentirlo, allora, molto probabilmente, avrebbe riso allegramente. Non era solo un fisico eccezionale, ma anche un famoso burlone. Nessuna meraviglia che il suo libro autobiografico avesse il titolo: "Certo che sta scherzando, signor Feynman!" Di conseguenza, il celebre discorso di Feynman al cenone di Capodanno dell'American Physics Society al California Institute of Technology è stato accettato. Secondo i ricordi di uno dei partecipanti a quell'incontro, il fisico americano Paul Schlickt: “La reazione del pubblico, nel complesso, può essere definita allegra. La maggior parte pensava che l'oratore stesse facendo il buffone."
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Ma le parole: "I principi della fisica che conosciamo non vietano la creazione di oggetti" atomo per atomo ". La manipolazione degli atomi è abbastanza reale e non viola nessuna legge della natura ", hanno detto, questo è un dato di fatto. Il resto era speculazione sulla miniaturizzazione accoppiata a previsioni futurologiche. Un quarto di secolo dopo, alcune delle idee di Feynman furono sviluppate "in modo creativo" da Eric Drexler e diedero origine ai principali miti della nanotecnologia. Inoltre, torneremo spesso su questo discorso per ricordare ciò che Feynman ha effettivamente detto e allo stesso tempo per godere della chiarezza e delle immagini delle formulazioni del grande scienziato.
Il mito della tecnologia senza sprechi
Quando creiamo un oggetto atomo per atomo, stiamo ovviamente applicando una tecnologia senza sprechi. La parola "ovviamente" è qui usata nel senso più primordiale: quando le persone, principalmente funzionari, guardano le immagini che raffigurano il processo di manipolazione degli atomi, non vedono alcun rifiuto, tubi vietati al fumo che inquinano l'atmosfera e effluenti industriali che inquinano i corpi idrici … Per impostazione predefinita, è chiaro che trascinare un atomo quasi senza peso a pochi nanometri di distanza richiede una piccola quantità di energia. In generale, la tecnologia ideale per lo "sviluppo sostenibile" - un concetto estremamente popolare negli anni '90 del secolo scorso.
La questione della provenienza degli atomi per l'assemblaggio è quasi indecente. Naturalmente, dal magazzino, da dove vengono probabilmente consegnate da auto elettriche ecocompatibili. La stragrande maggioranza della popolazione ha poca idea da dove provenga. Ad esempio, i materiali da cui sono realizzati vari prodotti industriali, che stiamo consumando in quantità crescenti. La connessione di questi prodotti con l'industria chimica non è visibile. La chimica come scienza è noiosa e poco necessaria, e l'industria chimica, certamente dannosa per l'ambiente, deve essere chiusa.
Tra le altre cose, l'industria chimica, secondo l'opinione della maggioranza, è uno spreco predatorio di risorse naturali, che utilizza petrolio, gas, minerali e minerali per i suoi processi. E per la nuova tecnologia, come immaginano i suoi aderenti, sono necessari solo atomi: in questa sezione del magazzino immagazziniamo atomi d'oro, nella successiva - atomi di ferro, poi atomi di sodio, atomi di cloro … In generale, l'intera tavola periodica di Mendeleev. Siamo costretti a deludere gli autori di questo quadro idilliaco: gli atomi stessi, ad eccezione degli atomi dei gas inerti, esistono solo nel vuoto. In tutte le altre condizioni, interagiscono con i loro simili o altri atomi, in interazione chimica con la formazione di composti chimici. Questa è la natura delle cose e non si può fare nulla al riguardo.
Qualsiasi tecnologia richiede alcuni adattamenti, mezzi di produzione, che sfuggono anche all'attenzione degli apologeti per l'assemblaggio di oggetti dagli atomi. Tuttavia, a volte al contrario, attirano la loro attenzione e li scuotono fino in fondo. In effetti, i microscopi a tunnel e elettrici sono dispositivi bellissimi, una prova visibile del potere della mente umana. E in generale, i laboratori in cui la manipolazione degli atomi è immagine delle future tecnologie nello spirito della "Terza Onda" di Alvin Toffler: le cosiddette camere bianche con aria condizionata e purificazione dell'aria speciale, dispositivi che escludono la minima vibrazione, un operatore in abiti speciali con una laurea in tasca.
Tutto questo verrà raccolto anche dagli atomi senza sprechi? Comprese fondazioni, muri e tetti? Crediamo che anche i più ardenti aderenti a questa tecnologia non oseranno rispondere affermativamente a questa domanda.
L'umanità un giorno creerà tecnologie senza sprechi e rispettose dell'ambiente, ma si baseranno su principi diversi o su una tecnica fondamentalmente diversa.
Il mito delle nanomacchine
In realtà, inizialmente si trattava di una tecnica diversa. L'idea che sia necessario disporre di un manipolatore di dimensioni adeguate per progettare su nanoscala è ovvia. Ecco come Richard Feynman ha visto l'implementazione di questa idea:
“Supponiamo che io abbia realizzato una serie di dieci bracci manipolatori, ridotti quattro volte e collegati con fili alle leve di comando originali, in modo che questi bracci ripetano simultaneamente e accuratamente i miei movimenti. Quindi ricostruirò un set di dieci braccia di un quarto. Naturalmente i primi dieci manipolatori produrranno 10x10 = 100 manipolatori, ridotti però di un fattore 16 …
Niente ci impedisce di continuare questo processo e di creare tutte le minuscole macchine che vogliamo, poiché questa produzione non ha restrizioni legate al posizionamento delle macchine e al loro consumo di materiale … È chiaro che questo rimuove immediatamente il problema del costo dei materiali. In linea di principio, potremmo organizzare milioni di fabbriche in miniatura identiche, dove minuscole macchine perforerebbero continuamente, stamperebbero parti, ecc."
Questo approccio è un'implementazione diretta dell'idea di creare dispositivi in miniatura. Seppur con molte limitazioni, funziona a livello micro, come dimostrano i cosiddetti dispositivi microelettromeccanici. Sono utilizzati nei sistemi per l'azionamento di airbag in auto in caso di incidenti, nelle stampanti laser e inkjet, nei sensori di pressione, nei condizionatori domestici e negli indicatori di livello del carburante in un serbatoio di gas, nei pacemaker e nei joystick per console di gioco. Guardandoli al microscopio, vedremo gli ingranaggi e gli alberi, i cilindri e i pistoni, le molle e le valvole, gli specchi ei microcircuiti che ci sono familiari.
Ma i nanooggetti hanno proprietà diverse da quelle dei macro e dei microoggetti. Se troviamo un modo per ridurre proporzionalmente la dimensione dei transistor dagli attuali 45-65 nm a 10 nm, semplicemente non funzioneranno, perché gli elettroni inizieranno a tunneling attraverso lo strato isolante. E i fili di collegamento si diraderanno in una catena di atomi, che condurrà la corrente in modo diverso dai campioni massicci e inizierà a disperdersi ai lati a causa del movimento termico o, al contrario, si raccoglieranno in un mucchio, dimenticandosi del compito di mantenere il contatto elettrico.
Lo stesso vale per le proprietà meccaniche. Man mano che le dimensioni diminuiscono, il rapporto tra superficie e volume aumenta e maggiore è la superficie, maggiore è l'attrito. I nano-oggetti si attaccano letteralmente ad altri nano-oggetti o alle superfici, che per loro, per la loro piccolezza, sembrano lisce. Questo è un tratto utile per un geco che cammina facilmente su una parete verticale, ma estremamente dannoso per qualsiasi dispositivo che abbia bisogno di cavalcare o scivolare su una superficie orizzontale. Per spostarlo semplicemente dal suo posto, dovrai spendere una quantità sproporzionata di energia.
D'altra parte, l'inerzia è piccola, il movimento si ferma rapidamente. Non è difficile realizzare un nanopendolo: attaccare una particella d'oro di pochi nanometri di diametro a un nanotubo di carbonio di 1 nm di diametro e 100 nm di lunghezza e sospenderla da una piastra di silicio. Ma questo pendolo, se lo fai oscillare in aria, si ferma quasi immediatamente, perché anche l'aria è un ostacolo significativo per lui.
I nanooggetti, come si suol dire, hanno un'elevata deriva ed è generalmente facile ingannarli. Molti, probabilmente, hanno osservato il moto browniano al microscopio - lancio casuale di una piccola particella solida in acqua. Albert Einstein, nel 1905, spiegò la ragione di questo fenomeno: le molecole d'acqua, che sono in costante movimento termico, colpiscono la superficie della particella e la forza non compensata degli impatti da lati diversi porta la particella ad acquisire quantità di moto in una direzione o nell'altra. Se una particella di 1 μm di dimensione rileva la forza degli impatti di piccole molecole e cambia la direzione del movimento, allora cosa possiamo dire di una particella di 10 nm, che pesa un milione di volte meno e per la quale il rapporto tra peso e superficie è 100 volte inferiore.
Tuttavia, nella letteratura scientifica e popolare, in particolare nelle pubblicazioni dei media, si trovano costantemente descrizioni di nanocopie di varie parti meccaniche, ingranaggi, chiavi, ruote, assi e persino scatole del cambio. Si presume che verranno utilizzati per creare modelli funzionanti di nanomacchine e altri dispositivi. Non prendere queste opere con indebita serietà, condanna, sconcerto o ammirazione. "Sono personalmente convinto che noi fisici potremmo risolvere questi problemi solo per divertimento o divertimento", ha detto Richard Feynman. I fisici scherzano …
Sono infatti pienamente consapevoli del fatto che per creare dispositivi nanomeccanici o nanoelettromeccanici è necessario utilizzare approcci progettuali diversi dai macro e microanaloghi. E qui, tanto per cominciare, non serve nemmeno inventare nulla, perché in miliardi di anni di evoluzione, la natura ha creato così tante macchine molecolari diverse che dieci anni non saranno sufficienti a tutti noi per capirle, copiarle, adattarle alle nostre esigenze e provare a migliorare qualcosa.
L'esempio più famoso di un motore molecolare naturale è il cosiddetto motore flagellare batterico. Altre macchine biologiche forniscono contrazione muscolare, battito cardiaco, trasporto di nutrienti e trasporto di ioni attraverso la membrana cellulare. L'efficienza delle macchine molecolari che convertono l'energia chimica in lavoro meccanico è in molti casi prossima al 100%. Allo stesso tempo, sono estremamente economici, ad esempio, meno dell'1% delle risorse energetiche della cella viene speso per il funzionamento di motori elettrici che assicurano il movimento dei batteri.
Mi sembra che l'approccio biomimetico descritto (dalle parole latine "bios" - vita e "mimetis" - imitazione) sia il modo più realistico di creare dispositivi nanomeccanici e una di quelle aree in cui la collaborazione di fisici e biologi nel campo delle nanotecnologie può portare risultati tangibili.
Il mito dei nanorobot
Supponiamo di aver creato uno schizzo di un nanodispositivo su carta o sullo schermo di un computer. Come raccoglierlo e preferibilmente non in una copia? Puoi, seguendo Feynman, creare "piccole macchine che perforerebbero continuamente fori, stamperebbero parti, ecc." e manipolatori miniaturizzati per l'assemblaggio del prodotto finito. Questi manipolatori devono essere controllati da una persona, cioè devono avere una sorta di apparecchiatura macroscopica, o almeno agire secondo un programma dato da una persona. Inoltre, è necessario in qualche modo osservare l'intero processo, ad esempio, utilizzando un microscopio elettronico, che ha anche dimensioni macro.
Un'idea alternativa fu avanzata nel 1986 dall'ingegnere americano Eric Drexler nel futurologico bestseller "Machines of Creation". Essendo cresciuto, come tutte le persone della sua generazione, sui libri di Isaac Asimov, ha proposto di utilizzare macchine meccaniche di dimensioni appropriate (100-200 nm): nanorobot per la produzione di nanodispositivi. Non era più una questione di perforazione e punzonatura, questi robot dovevano assemblare il dispositivo direttamente dagli atomi, quindi erano chiamati assemblatori - assemblatori. Ma l'approccio rimaneva puramente meccanico: l'assemblatore era dotato di manipolatori lunghi diverse decine di nanometri, un motore per la movimentazione dei manipolatori e il robot stesso, compresi i riduttori e le trasmissioni precedentemente citati, nonché una fonte di energia autonoma. Si è scoperto che il nanorobot dovrebbe essere composto da diverse decine di migliaia di parti,e ogni dettaglio è composto da uno o duecento atomi.
Il problema di visualizzare atomi e molecole in qualche modo è scomparso in modo impercettibile, sembrava del tutto naturale che un nanorobot operante con oggetti di dimensioni comparabili li “vedesse” come una persona vede un chiodo e un martello con cui martella questo chiodo in un muro.
L'unità più importante del nanorobot era, ovviamente, il computer di bordo, che controllava il funzionamento di tutti i meccanismi, determinava quale atomo o quale molecola doveva essere catturata dal manipolatore e dove posizionarli nel futuro dispositivo. Le dimensioni lineari di questo computer non dovevano superare i 40-50 nm - questa è esattamente la dimensione di un transistor raggiunta dalla tecnologia industriale del nostro tempo, 25 anni dopo che Drexler scrisse il suo libro "Creation Machines".
Ma Drexler ha anche rivolto il suo libro al futuro, al lontano futuro. Al momento della stesura di questo documento, gli scienziati non hanno ancora confermato nemmeno la possibilità fondamentale di manipolare singoli atomi, per non parlare dell'assemblaggio di almeno alcune strutture da essi. Questo è successo solo quattro anni dopo. Il dispositivo che è stato utilizzato per questo per la prima volta e viene utilizzato ancora oggi - un microscopio a tunnel - ha dimensioni abbastanza tangibili, decine di centimetri in ogni dimensione, ed è controllato da una persona che utilizza un potente computer con miliardi di transistor.
L'idea di sogno dei nanorobot che assemblano materiali e dispositivi da singoli atomi era così bella e allettante che questa scoperta l'ha resa convincente. Meno di pochi anni dopo, i senatori degli Stati Uniti, giornalisti lontani dalla scienza, ci credettero e, su loro suggerimento, il pubblico e, abbastanza sorprendentemente, lo stesso autore, che continuarono a difenderlo anche quando gli fu spiegato in modo comprensibile che l'idea era irrealizzabile in linea di principio. … Ci sono molti argomenti contro tali dispositivi meccanici, citeremo solo il più semplice avanzato da Richard Smalley: un manipolatore che ha "catturato" un atomo si connetterà per sempre con esso a causa dell'interazione chimica. Smalley era un premio Nobel per la chimica, il che deve essere stato il caso.
Ma l'idea ha continuato a vivere la propria vita ed è sopravvissuta fino ad oggi, diventando notevolmente più complicata e integrata con varie applicazioni.
Il mito dei nanorobot medici
Il mito più popolare è che ci sono milioni di nanorobot che si aggirano nel nostro corpo, diagnosticano lo stato di varie cellule e tessuti, riparano i guasti con un nanoscalpello, sezionano e smantellano le cellule tumorali, costruiscono tessuto osseo assemblando atomi, raschiano via le placche di colesterolo con un nanoscoop e nel cervello rompono selettivamente le sinapsi responsabili di ricordi spiacevoli. E riferire anche sul lavoro svolto trasmettendo messaggi come: “Alex a Eustace. Rivelato danno alla valvola mitrale. La rottura è stata eliminata. " È quest'ultimo che causa seria preoccupazione al pubblico, perché questa è la divulgazione di informazioni private: il messaggio del nanorobot può essere ricevuto e decifrato non solo da un medico, ma anche da estranei. Questa preoccupazione confermache in tutto il resto le persone credono incondizionatamente. Come nelle spie nanorobot, nella "polvere intelligente", che penetrerà nei nostri appartamenti, ci guarderà, orterà le nostre conversazioni e, di nuovo, trasmetterà i materiali video e audio ricevuti tramite un nano-trasmettitore con una nanoantenna. O in nanobot assassini che colpiscono persone e tecnologia con nanoscapi, forse anche nucleari.
La cosa più sorprendente è che quasi tutto ciò che è descritto può essere creato (e qualcosa è già stato creato). E sistemi diagnostici invasivi che segnalano lo stato del corpo e farmaci che agiscono su determinate cellule e sistemi che purificano i nostri vasi dalle placche aterosclerotiche, dalla crescita ossea e dalla cancellazione dei ricordi, sistemi di localizzazione remota invisibili e "polvere intelligente".
Tuttavia, tutti questi sistemi del presente e del futuro non hanno e non avranno nulla a che fare con i nanorobot meccanici nello spirito di Drexler, ad eccezione delle dimensioni. Saranno creati congiuntamente da fisici, chimici e biologi, scienziati che lavorano nel campo della scienza sintetica chiamata nanotecnologia.
Il mito del metodo fisico per sintetizzare le sostanze
Nella sua conferenza, Richard Feynman ha inconsapevolmente tradito il segreto eterno sogno dei fisici:
“E infine, pensando in questa direzione (la possibilità di manipolare gli atomi. - GE), arriviamo ai problemi della sintesi chimica. I chimici verranno da noi, fisici, con ordini precisi: "Ascolta, amico, non vuoi fare una molecola con questa o quella distribuzione di atomi?" Gli stessi chimici usano operazioni e tecniche complesse e persino misteriose per preparare le molecole. Di solito, per sintetizzare la molecola desiderata, devono mescolare, agitare ed elaborare varie sostanze per un tempo piuttosto lungo. Non appena i fisici creeranno un dispositivo in grado di operare con i singoli atomi, tutta questa attività diventerà superflua … I chimici ordineranno la sintesi, ei fisici semplicemente "metteranno" gli atomi nell'ordine giusto ".
I chimici non sintetizzano una molecola; i chimici ottengono una sostanza. La sostanza, la sua produzione e trasformazione è un argomento di chimica, ancora oggi misterioso per i fisici.
Una molecola è un gruppo di atomi, non solo disposti nel giusto ordine, ma anche collegati da legami chimici. Un liquido trasparente, in cui è presente un atomo di ossigeno per due atomi di idrogeno, può essere acqua, oppure può essere una miscela di idrogeno liquido e ossigeno (attenzione: non mescolare a casa!).
Supponiamo di essere riusciti in qualche modo a mettere insieme un gruppo di otto atomi: due atomi di carbonio e sei atomi di idrogeno. Per un fisico, questo gruppo sarà probabilmente una molecola di etano C2H6, ma un chimico indicherà almeno altre due possibilità di combinare gli atomi.
Supponiamo di voler ottenere l'etano assemblando dagli atomi. Come lo posso fare? Da dove inizi: sposta due atomi di carbonio o collega un atomo di idrogeno a un atomo di carbonio? Una domanda delicata, anche per l'autore. Il problema è che gli scienziati finora hanno imparato a manipolare gli atomi, in primo luogo, pesanti e, in secondo luogo, poco reattivi. Strutture piuttosto complesse sono assemblate da atomi di xeno, oro, ferro. Non è del tutto chiaro come gestire gli atomi di idrogeno, carbonio, azoto e ossigeno leggeri ed estremamente attivi. Quindi con l'assemblaggio atomico di proteine e acidi nucleici, di cui alcuni autori parlano come una questione praticamente risolta, bisognerà aspettare.
C'è un'altra circostanza che limita notevolmente le prospettive per il metodo di sintesi "fisico". Come già accennato, i chimici non sintetizzano una molecola, ma ottengono una sostanza. La sostanza è costituita da un numero enorme di molecole. 1 ml di acqua contiene ~ 3x1022 molecole d'acqua. Prendiamo un oggetto più familiare per la nanotecnologia: l'oro. Un cubo d'oro di 1 cm3 contiene ~ 6x1022 atomi d'oro. Quanto tempo ci vuole per assemblare un simile cubo di atomi?
Fino ad oggi, lavorare su un microscopio a forza atomica o a tunnel è simile all'arte, non è senza motivo che richiede un'istruzione speciale e molto buona. Lavoro manuale: aggancia l'atomo, trascinalo al posto giusto, valuta il risultato intermedio. Circa veloce come la muratura. Per non spaventare il lettore con numeri impensabili, supponiamo di aver trovato un modo per meccanizzare e intensificare in qualche modo il processo e di poter impilare un milione di atomi al secondo. In questo caso, impiegheremo due miliardi di anni per assemblare un cubo di 1 cm3, più o meno lo stesso che ha impiegato la natura per creare l'intero mondo vivente e noi stessi come la corona dell'evoluzione per tentativi ed errori.
Ecco perché Feynman ha parlato dei milioni di "fabbriche", senza valutare, però, la loro possibile produttività. Ecco perché anche un milione di nanorobot che si affrettano dentro di noi non risolverà il problema, perché non avremo abbastanza vita per aspettare il risultato delle loro fatiche. Questo è il motivo per cui Richard Smalley ha esortato Eric Drexler a escludere qualsiasi menzione di "macchine della creazione" dal parlare in pubblico, in modo da non fuorviare il pubblico con queste sciocchezze anti-scientifiche.
Quindi, possiamo porre fine a questo metodo per ottenere sostanze, materiali e dispositivi? No, per niente.
Innanzitutto, la stessa tecnica può essere utilizzata per manipolare blocchi di costruzione sostanzialmente più grandi, come i nanotubi di carbonio, piuttosto che gli atomi. Ciò elimina il problema della luce e degli atomi reattivi e la produttività aumenterà automaticamente da due a tre ordini di grandezza. Questo, ovviamente, è ancora troppo poco per una vera tecnologia, ma con questo metodo gli scienziati stanno già producendo singole copie dei nanodispositivi più semplici nei laboratori.
In secondo luogo, si possono immaginare molte situazioni in cui l'introduzione di un atomo, una nanoparticella o anche solo l'impatto fisico della punta di un microscopio a tunnel avvia il processo di auto-organizzazione, trasformazioni fisiche o chimiche nel mezzo. Ad esempio: una reazione a catena di polimerizzazione in un film sottile di materia organica, cambiamenti nella struttura cristallina di una sostanza inorganica o la conformazione di un biopolimero in una certa vicinanza del punto di impatto. La scansione superficiale ad alta precisione e l'esposizione ripetuta consentiranno di creare oggetti estesi caratterizzati da una nanostruttura regolare.
Infine, questo metodo può essere utilizzato per ottenere campioni unici: modelli per un'ulteriore propagazione con altri metodi. Diciamo un esagono fatto di atomi di metallo o una singola molecola. Ma come moltiplicare una singola molecola? Impossibile, dici, questa è una specie di fantasia non scientifica. Allora perche? La natura sa perfettamente come creare copie multiple e assolutamente identiche sia di singole molecole che di interi organismi. Questo è comunemente chiamato clonazione. Anche persone lontane dalla scienza, ma che hanno visitato almeno una volta un moderno laboratorio medico diagnostico, hanno sentito parlare della reazione a catena della polimerasi. Questa reazione consente di moltiplicare un singolo frammento della molecola di DNA, estratto da materiale biologico o sintetizzato artificialmente con mezzi chimici. Per fare questo, gli scienziati usano "macchine molecolari" create dalla natura: proteine ed enzimi. Perché non possiamo realizzare macchine simili per clonare molecole diverse dagli oligonucleotidi?
Mi azzarderei a parafrasare un po 'Richard Feynman: “I principi della chimica a noi noti non proibiscono la clonazione di singole molecole. La "riproduzione" delle molecole secondo un campione è abbastanza reale e non viola nessuna legge della natura."
Il mito della melma grigia
La considerazione elementare della produttività estremamente bassa (in termini di massa) dei nanorobot, naturalmente, non è stata ignorata da Eric Drekeler. C'erano altri problemi nel mondo delle "macchine della creazione" che noi, per mancanza di spazio, non abbiamo discusso in dettaglio. Ad esempio, controllo di qualità, padronanza del rilascio di nuovi prodotti e fonti di materie prime, dove e come appaiono gli atomi nel "magazzino". Per risolvere questi problemi, Drexler ha introdotto altri due tipi di dispositivi nel concetto.
Il primo sono i disassemblatori, gli antipodi dei collezionisti. Il disassemblatore, in particolare, deve studiare la struttura di un nuovo oggetto, annotandone la struttura atomica nella memoria del nanocomputer. Non un dispositivo, ma il sogno di un chimico! Nonostante tutti i progressi della moderna tecnologia di ricerca, non "vediamo" tutti gli atomi, ad esempio, in una proteina. È possibile stabilire la struttura esatta di una molecola solo se questa, insieme a milioni di altre molecole simili, forma un cristallo. Quindi, utilizzando il metodo dell'analisi strutturale a raggi X, possiamo determinare l'esatta, fino a millesimi di nanometro, la posizione di tutti gli atomi nello spazio. Si tratta di una procedura laboriosa e dispendiosa in termini di tempo che richiede attrezzature ingombranti e costose.
Il secondo tipo di dispositivo è il creatore o replicatore. I loro compiti principali sono la produzione in linea di collezionisti e l'assemblaggio di replicatori simili, cioè la riproduzione. Come concepito dal loro creatore, i replicatori sono dispositivi molto più complessi dei semplici assemblatori; devono essere costituiti da centinaia di milioni di atomi (due ordini di grandezza più piccoli di una molecola di DNA) e, di conseguenza, avere una dimensione di circa 1000 nm. Se la durata della loro replica è misurata in minuti, quindi, moltiplicandosi in modo esponenziale, creeranno trilioni di replicatori al giorno, produrranno quadrilioni di assemblatori specializzati che inizieranno ad assemblare macro oggetti, case o razzi.
È facile immaginare una situazione in cui il funzionamento del sistema entrerà in una modalità di produzione per il bene della produzione, l'accumulo sfrenato di mezzi di produzione - i nanorobot stessi, quando tutta la loro attività si riduce a un aumento della propria popolazione. Questo è il tripudio delle macchine nell'era della nanotecnologia. Per la loro stessa costruzione, i nanorobot possono solo ottenere atomi dall'ambiente, quindi gli smantellatori inizieranno a smontare in atomi tutto ciò che cade sotto i loro tenaci manipolatori. Di conseguenza, dopo un po 'di tempo, tutta la materia e, ciò che è più fastidioso per noi, la biomassa si trasformerà in un mucchio di nanorobot, in "melma grigia", come la chiamava figurativamente Eric Drexler.
Ogni nuova tecnologia genera scenari dell'inevitabile fine del mondo, grazie alla sua implementazione e distribuzione. Il mito della melma grigia è solo storicamente il primo scenario simile associato alla nanotecnologia. Ma è molto fantasioso, motivo per cui giornalisti e registi lo adorano così tanto.
Fortunatamente, uno scenario del genere non è possibile. Se, nonostante tutto quanto sopra, credi ancora nella possibilità di assemblare qualcosa di essenziale dagli atomi, considera due circostanze. In primo luogo, i replicatori descritti da Drexler non hanno la complessità per creare dispositivi simili. Cento milioni di atomi non sono sufficienti nemmeno per creare un computer che controlli il processo di assemblaggio, anche per la memoria. Se assumiamo l'irraggiungibile - che ogni atomo trasporta un bit di informazione, il volume di questa memoria sarà di 12,5 megabyte, e questo è troppo poco. In secondo luogo, i replicatori avranno problemi con le materie prime. La composizione elementare dei dispositivi elettromeccanici è fondamentalmente diversa dalla composizione degli oggetti ambientali e, prima di tutto, dalla biomassa. Trovare, estrarre e fornire atomi degli elementi necessari, che richiedono un enorme investimento di tempo ed energia,- questo è ciò che determinerà il tasso di riproduzione. Se si proietta la situazione su una macro-dimensione, allora è come assemblare una macchina da materiali che devono essere trovati, estratti e quindi consegnati da vari pianeti del sistema solare. La mancanza di risorse vitali pone un limite alla diffusione incontrollata di qualsiasi popolazione, molto più adattata e perfetta dei mitici nanorobot.
Conclusione
L'elenco dei miti continua. Il mito della nanotecnologia come locomotiva dell'economia è degno di un articolo a parte. In precedenza, nell'articolo "La nanotecnologia come idea nazionale" (vedi "Chimica e vita", 2008, N3), abbiamo cercato di sfatare il mito secondo cui la National Nanotechnology Initiative degli Stati Uniti è un progetto puramente tecnologico.
Anche la storia canonica della nanotecnologia è un mito, il cui evento chiave è l'invenzione del microscopio elettronico a tunnel. Quest'ultimo è facile da spiegare. "La storia è scritta dai vincitori" e il progetto globale chiamato "Nanotecnologia", che definisce in larga misura il volto (e il finanziamento) della scienza moderna, è penetrato nei fisici. Per il quale noi tutti, ricercatori che lavorano in questo campo e in quelli correlati, esprimiamo la nostra infinita gratitudine ai fisici.
I miti hanno svolto un ruolo positivo, hanno generato entusiasmo e attirato l'attenzione dell'élite politica ed economica, oltre che dell'opinione pubblica, sulla nanotecnologia. Tuttavia, nella fase di implementazione pratica della nanotecnologia, è tempo di dimenticare questi miti e smetterla di ripeterli di articolo in articolo, di libro in libro. Dopotutto, i miti ostacolano lo sviluppo, fissano punti di riferimento e obiettivi sbagliati, danno luogo a incomprensioni e paure. Infine, è necessario scrivere una nuova storia della nanotecnologia - una nuova scienza del 21 ° secolo, un campo delle scienze naturali che unisce fisica, chimica e biologia.
G. V. Erlikh, dottore in scienze chimiche
