Техно

Война переходит на молекулярный уровень

В ближайшие десятилетия нанотехнологии произведут настоящую революцию в производстве и медицине, если до этого не уничтожат человечество

Фото: alphacoders.com

Эпоха нано

Производство постепенно переходит на молекулярный уровень. Нанотехнологии сегодня уже используются в синтетической биологии, оборонной промышленности, электронике, медицине, сельском хозяйстве и производстве продуктов питания, текстильной отрасли, косметологии, автомобилестроении и в производстве других потребительских товаров. Всего в настоящее время выпускается более 1600 коммерческих продуктов, в основе которых лежат нанотехнологии. Если в 2007 г. мировые объемы продаж нанотоваров составляли $50 млрд, то в прошлом уже превысили триллион долларов. Это чуть больше процента мирового ВВП. По оценкам Lux Research, в 2015 г. объем данного рынка достигнет отметки в $2,9 трлн. За восемь лет этот рынок вырастет в 58 раз, что закрепляет за отраслью статус одной из самых быстроразвивающихся.

Такую динамику обеспечивают солидные мировые инвестиции. В частности, США в период с 2001 по 2014 гг. вложат в развитие нанотехнологий $20 млрд. Штатам, к слову, принадлежит и первенство по объемам вливаний в отрасль. В пятерку лидеров также вошли Япония, Россия, Германия и Франция. Китай хоть и занимает пока шестую позицию в этом рейтинге, но начиная с 2004 г. вложения его правительства в этот сегмент стабильно увеличиваются на 30-45% ежегодно. К 2010 г. мировые вложения в нанотехнологии достигли $67,5 млрд, а к 2025 г. эта отрасль потребует инвестиций государственного и частного капиталов в размере $150 млрд.

В результате уже через пять лет объем произведенных в мире товаров с включением нанотехнологий составит до 15% от совокупного мирового выпуска, а через 10 лет может достигнуть 50-60%. На сегодняшний день специальные программы развития нанотехнологий приняты в более чем 60 странах мира, что абсолютно логично. Ведь в ближайшем будущем именно первенство в развитии этого направления обеспечит государству лидерство в глобальной экономике.

Конец эры кремния

Очевидно, что одно из главных и перспективных направлений развития нанотехнологий - усовершенствование компью­тер­ной техники, что в будущем позволит решать задачи, требующие обработки огромного объема данных, такие, например, как полное сканирование человеческого мозга. Проблема номер один заключается в так называемом законе Мура. Сооснователь Intel Гордон Мур еще в 1965 г. предсказал, что количество транзисторов в компьютерах каждые два года будет удваиваться, соответственно, будет расти их вычислительная мощность, пока они не достигнут потолка производительности. Дело в том, что самые распространенные - кремниевые транзисторы - нагреваются: чем мощнее компьютер, чем больше в нем транзисторов, тем горячее системный блок. Это главное препятствие на пути развития кремниевых технологий. Устранить его позволит использование углеродных нанотрубок, которые практически не нагреваются.

Недавно ученые из Стэнфордского университета создали первое в мире функционирующее вычислительное устройство с процессором, все элементы которого изготовлены из углеродных нанотрубок. Причем этот микропроцессор способен выполнять те же задачи, что и обычный кремниевый.

Более того, ученым удалось решить и критическую проблему, которая долгое время сдерживала создание мощных высококачественных квантовых компьютеров. Сразу две исследовательские группы, работающие в лабораториях университета Нового Южного Уэльса (Австралия), создали компоненты, которые обрабатывают квантовые данные с точностью 99,99%, и нашли способ сохранять квантовую информацию в ядре фосфора свыше 30 сек., что в квантовом мире считается вечностью.

И наконец, исследователи добились значительных успехов в миниатюризации компьютеров. Группа ученых и инженеров из MITRE Corporation и Гарвардского университета разработала и собрала наноэлектронное управляющее устройство nano­FSM, размер которого меньше человеческой нервной клетки, что открывает возможность создания микророботов, сенсорных имплантатов, нейроинтерфейсов для систем мозг-компьютер и т. п.

Нанороботы по рецепту

Не говоря уже о том, что нанотехнологии в ближайшем будущем перевернут традиционные представления о медицине. Проще говоря, заболевания будут лечить уже на клеточном уровне, когда нанороботы доставляют порцию лекарств непосредственно в поврежденные места организма. Они, к примеру, могут обнаруживать и самостоятельно уничтожать раковые клетки или с помощью специальных ферментов их целенаправленно "атаковать". Причем использование нанороботов в медицинских целях - дело ближайшей перспективы.

К 2010 г. мировые вложения в нанотехнологии достигли $67,5 млрд, а к 2025 г. эта отрасль потребует инвестиций государственного и частного капиталов в размере $150 млрд

Например, команда исследователей из Университета Бар-Илан в Израиле уже создала их из нанонитей ДНК. В своей работе, опубликованной в Nature Nanotechnology, ученые говорят, что несколько нанороботов работают вместе как единый компьютер, имеющий возможность влиять на функции организма. Потенциально это позволяет создать внутри человека искусственную сигнальную сеть, реагирующую на самые разные раздражители и способную мгновенно вмешиваться в случае возникновения проблем.

Команде химиков и инженеров из Университета штата Пенсильвания удалось разместить крошечных нанороботов внутри живых человеческих клеток. Они приводятся в движение с помощью ультразвуковых волн, а направление задается с помощью магнита. В будущем эта технология поможет проводить высокоточные внутриклеточные операции. Исследователи из Северо-Западного университета и Университета Калифорнии представили нанороботы-капсулы для доставки лекарств, прежде всего противораковых.

Важный прорыв произошел и в области вакцинации. Большинство современных вакцин предполагают использование мертвых или ослабленных вирусов, которые иногда становятся причиной осложнений и даже смерти. Ученые Университета Вандербильта разработали новый метод вакцинации, при котором крохотные наночастицы золота имитируют вирус и переносят специфические белки к иммунным клеткам организма. Многочисленные эксперименты доказали абсолютную безопасность методики. А химики из Дании, Бразилии и США научились расправляться с вирусами, взрывая бактериальные клетки с помощью наночастиц. В исследовании, опубликованном недавно в New Scientist, говорится, что помещенные в клетку бактерии наночастицы за миллиардные доли секунды способны разогреться до температуры 4 тыс. градусов и таким образом уничтожить микроорганизм.

Невидимая война

В более отдаленной перспективе человечество ожидает доселе невиданная промышленная революция, когда высокотехнологические производства уже не будут требовать ни масштабных инвестиций, ни банального места для их организации. Поскольку нанотехнологии позволяют разместить триллион компьютеров на кубическом сантиметре и наладить производство самоклонирующихся компонентов. Впрочем, эти невиданные возможности как никогда повышают и риск возникновения техногенных катастроф, которые могут смести человечество с лица Земли. Скажем, если те же самоклонирующиеся элементы вырвутся наружу и для поддержания своего "производства" начнут поглощать все живое.

Безусловно, исследователи говорят о необходимости жесткого контроля над развитием нанотехнологий. Но вот как раз конт­роль сильно отстает от развития наноотрасли. Мировое сообщество до сих пор не пришло к консенсусу, что именно относить к нанотехнологиям, соответственно, какие направления и продукты производства брать под усиленный контроль, точнее, подвергать специальной стандартизации. Не говоря уже об установлении глобальных норм по управлению нанотехнологиями. В настоящее время самая большая принципиальная разница в глобальном регулировании лежит между Европейским Союзом и США: Штаты настаивают на том, чтобы торговые ограничения в сфере нанотехнологий основывались на нормах ВТО, тогда как Европа говорит о "глобальной" экспансии предосторожности. Что уже говорить о регулировании наноразработок в военных целях. Словом, сейчас остается только наде­яться на то, что наноугроза не реализуется до того, как ее возьмут под контроль.

Справка

Слово "нано" в переводе с греческого означает карлик. Один нанометр (нм) - это одна миллиардная часть метра. Для сравнения: толщина нити ДНК составляет около 2 нм, диаметр эритроцитов - 7 тыс. нм, толщина человеческого волоса - 80 тыс. нм, большинство атомов вещества имеют размеры 0,1-0,2 нм.