Прогноз розвитку нанотехнологій з 2003 по 2050 р.

Ця стаття розрахована на тих, хто тільки що познайомився зі світом нанотехнологій і хоче дізнатися, що ж буде далі - яких чудес і розчарувань чекати через 20, 30, 40 років? На подібні питання завжди важко відповісти точно, тому ми пропонуємо прогноз того, що можуть дати нанотехнології через декілька десятиліть, при збереженні сучасних темпів розвитку.

У 2003 році командою сайту Nanotechnology News Network була зроблена спроба скласти широкий прогноз розвитку нанотехнологій з 2003 року по 2050. Більшість того, що ми передбачали, збулося, і, навіть здивувало темпами розвитку. Це стосується наноелектроніки, спінтроникі, квантових обчислень, матеріалознавства і інших галузей. Були і помилкові прогнози, пов'язані з розвитком нанобіології і наномедицини, але, як показує динаміка розвитку цих галузей, в недалекому майбутньому вони також можуть обігнати наші прогнози.

Основною проблемою в наноіндустрії на сьогоднішній день є керований механосинтез, тобто складання молекул з атомів за допомогою механічного наближення до тих пір, поки не вступлять в дію відповідні хімічні зв'язки. Для забезпечення механосинтеза необхідний наноманіпулятор, здатний захоплювати окремі атоми і молекули і маніпулювати ними в радіусі до 100 нм. Наноманіпулятор повинен управлятися або макрокомп'ютером, або нанокомп'ютером, вбудованим в робота-складальника (асемблера), керівника маніпулятором.

На сьогодні подібні маніпулятори не існують. Зондська мікроскопія, за допомогою якої в даний час проводять переміщення окремих молекул і атомів, обмежена в діапазоні дії, і сама процедура збірки об'єктів з молекул із-за наявності інтерфейсу "чоловік - комп'ютер - маніпулятор" не може бути автоматизована на нанорівні.

Інститутом Молекулярного Виробництва (IMM) розроблений попередній дизайн наноманіпулятора з атомарною точністю. За виготовлення такого пристрою призначена премія тільки з фонду IMM у розмірі $250,000. Як тільки буде отримана система "нанокомп'ютер - наноманіпулятор" (експерти прогнозують це в 2010-2020 рр.), можна буде програмно провести ще один такий же комплекс - він збере свій аналог за заданою програмою, без безпосереднього втручання людини.

Така "самосборка" називається реплікацією, а реплікатор - асемблером. Бактерії, використовуючи реплікатівниє властивості ДНК, здатні розвиватися за лічений годинник від декількох особин до мільйонів. Таким чином, отримання асемблерів в масовому масштабі не зажадає ніяких витрат з боку, окрім забезпечення їх енергією і сировиною.

На основі системи "нанокомп'ютер - наноманіпулятор" можна буде організувати складальні автоматизовані комплекси, здатні збирати будь-які макроскопічні об'єкти по заздалегідь знятій або розробленій тривимірній сітці розташування атомів. Компанія Xerox в даний час веде інтенсивні дослідження в області нанотехнологій, що наводить на думку про її прагнення створити в майбутньому дублікатори матерії. Комплекс роботів (дизасемблерів) розбиратиме на атоми початковий об'єкт, а інший комплекс (асемблери) створюватиме копію, ідентичну, аж до окремих атомів, оригіналу (експерти прогнозують це в 2020-2030 гг). Це дозволить скасувати комплекс фабрик, що проводять продукцію за допомогою "об'ємної" технології, що є в даний час, досить буде спроектувати в комп'ютеризованій системі будь-який продукт - і він буде зібраний і розмножений складальним комплексом. Завдяки реплікації можна буде наділяти окремі продукти цією властивістю, наприклад, нанороботів. Стане можливим автоматичне будівництво орбітальних систем, колоній, що самозбираються, на Місяці і Марсі, їх освоєння багатоланковими роботами-амебами, виробництво підводних будов в світовому океані, на поверхні землі і в повітрі (експерти прогнозують це в 2050 рр.). Можливість самосборки може привести до вирішення глобальних питань людства: проблеми браку їжі, житла і енергії. Схематично прогрес нанотехнологій з 2003 по 2050 роки представлений на дереві розвитку нанотехнологій.

Завдяки нанотехнологіям істотно зміниться конструювання машин і механізмів - багато частин спростяться унаслідок нових технологій збірки, багато хто стане непотрібним. Це дозволить конструювати машини і механізми, раніше недоступні людині через відсутність технологій збірки і конструювання. Ці механізми полягатимуть, по суті справи, з однієї дуже складної деталі.

За допомогою механоелектричних наноперетворювачів можна буде перетворювати будь-які види енергії з великим ККД і створити ефективні пристрої для отримання електроенергії з сонячного випромінювання з ККД близько 90%. Утилізація відходів і глобальний контроль за системами типу "recycling" дозволить істотно збільшити сировинні запаси людства. Стануть можливими глобальний екологічний контроль, погодний контроль завдяки системі взаємодіючих нанороботів, що працюють синхронно.

Біотехнологія і комп'ютерна техніка, ймовірно, отримають більший розвиток завдяки нанотехнологіям. З розвитком наномедичних роботів стане можливим віддалення людської смерті на невизначений термін. Також не буде проблем з перебудовою людського тіла для якісного збільшення природних здібностей. Можливо також забезпечення організму енергією, незалежно від того, уживалося що-небудь в їжу чи ні.

Різні нейроїнтерфейси й імпланти, розроблені на сьогоднішній час будуть значно покращувані і їх біологічна сумісність з нервовими тканинами людини стане ще повнішою. Тоді настане час "справжньої" віртуальної реальності і повноцінної взаємодії з комп'ютерами через нервову систему людини.

Завдяки цьому комп'ютерна техніка трансформується в єдину глобальну інформаційну мережу величезної продуктивності, причому кожна людина матиме можливість бути терміналом - через безпосередній доступ до головного мозку і органів чуття.

Засоби відображення інформації вже поповнилися прозорими і гнучкими дисплеями на основі нанотрубок або квантових крапок. Через декілька років з їх допомогою можна буде реалізувати електронні газети, що згортаються, оновлюються безпосередньо через бездротові мережі.

Сучасні транзистори вже виконуються по технологічному процесу 65 нанометрів, а попереду ще декілька переходів до межі в 11 нанометрів. Але навіть після цієї "останньої" межі, що перешкоджає подальшому зменшенню наноелектроніки, є шлях ще нижче: це квантові комп'ютери і спінтроника.

Область матеріалознавства істотно зміниться - з'являться т.з. "розумні" матеріали, здібні до мультимедіа-спілкування з користувачем. Також з'являться матеріали надміцні, надлегкі і негорючі (на основі алмазоїда).

Що стосується сировинної проблеми, то для споруди більшості об'єктів нанороботи використовуватимуть декілька найпоширеніших типів атомів: вуглець, водень, кремній, азот, кисень, сіра, і ін. в меншій кількості. З освоєнням людством інших планет проблема сировинного постачання буде вирішена.

Таким чином, на підставі прогнозів, нанотехнології обіцяють радикальне перетворення як сучасного виробництва і пов'язаних з ним технологій, так і людського життя в цілому. Як сказав Ralph Merkle, (Xerox, Palo Alto) "Нанотехнології проведуть таку ж революцію в маніпулюванні матерією, яку провели комп'ютери в маніпулюванні інформацією".

Автор: Юрій СВІДІНЕНКО, аналітик
Джерело: Nanonewsnet
Переклад: Роман Турянський, Коломия ВЕБ Портал
Обговорити на форумі