Самореплицирующиеся наноботы

Основные пути развития наноробототехники

Существует два принципиально различных пути развития нанотехнологий в области робототехники. Первый путь (условно названный «сухой нанотехнологией») базируется на уже существующих технологиях вроде сканирующих микроскопов, способных перемещать отдельные атомы и молекулы. На данный момент это ограничивается экспериментами по расположению томов определенным образом на плоскости (например, в 1989 г. сотрудники компании IBM Дональд Эйглер и Эрхард Швейцер выложил название своей фирмы из 35ти атомов ксенона).

Второй путь («мокрая нанотехнология») состоит в том, чтобы попытаться применить или воссоздать уже существующие в природе механизмы, такие как используемые живыми системами молекулярные машины, самосборка белковых молекул, молекулярные моторы. Так ученым из Корнелльского университета удалось изготовить гибридный наномотор с небиологическими элементами из 100-нанометровых полос азотистого кремния, вращающийся со скоростью 200 оборотов в минуту, на базе природного биомотора, имеющегося в ферменте аденозинтрифосфатозе.

По предварительным оценкам, механические системы могут обеспечить в будущем более высокие скорости работы и большую эффективность управления нанороботом, нежели биологические системы, но функциональные компоненты последних можно частично или целиком брать из природных живых систем, что может позволить сократить время разработки конкретной технологии.

Для построения нанообъектов требуются устройства-сборщики соответст-вующих размеров. В столь малых масштабах для создания достаточно крупного, пригодного для использования человеком изделия потребуется огромное количество таких нанороботов. Для решения этой проблемы было предложено создание репликаторов – нанороботов, создающих других нанороботов. Некоторыми учеными (в частности Биллом Джоем, ведущим научным сотрудником Sun Microsystems) идея создания репликаторов была воспринята критически. Было выдвинуто предположение, что выйдя из-под контроля, эти крошечные роботы могут, безостановочно перерабатывая все на своем пути в себе подобные нанороботы, превратить все вокруг в «серую слизь» (grey goo problem; это понятие впервые ввел Эрик Дрекслер в книге «Машины Созидания»).

Напротив, Ральф Меркль считает такой сюжет маловероятным, поскольку использование репликации в промышленном производстве не предполагает копирования свойств живых систем. Предполагается создание молекулярных машин, аналогичных макроскопическому оборудованию сегодняшних производств. «Мы автоматически начинаем подразумевать, что нанотехнологические репликационные системы будут подобны биологическим. Но машины, которые изготовляют люди, очень мало похожи на живые системы, поэтому и молекулярные системы производства скорее всего будут столь же непохожими». Он иллюстрирует свои доводы на примере «экспоненциальной сборки», которая разрабатывается техасской корпорацией Zyvex для сборки устройств микронного, субмикронного и молекулярного масштаба. Сначала проектируется простая роботизированная рука «взять-и-положить» на базе уже существующих MEMS-технологий, способная манипулировать литографически изготовленными планарными деталями микронного масштаба. Из них собирается роботизированная рука, которая может манипулировать другими MEMS-деталями. В рамках данной репликационной технологии, которая начинается с одной роботизированной руки на кремниевой пластине, собирающей другие роботизированные руки, беря детали, заранее уложенные на пластине в заданных местах, количество собранных деталей может возрастать экспоненциально (до определенных технологией и системой производства пределов) – поэтому процесс назван «экспоненциальной сборкой». Важно отметить, что процесс требует литографически изготовленных и предварительно расположенных на подложке определенным образом деталей, подачи управляющих сигналов для координации действий рук-манипуляторов и так же зависит от подачи энергии, отключив которую можно остановить процесс.

Но касательно такого подхода выдвигаются контраргументы, например Джефом Бринкером (ведущий специалист лаборатории Сандиа), область научных интересов которого затрагивает самособирающиеся нанокомпозиционные материалы. С его участием были созданы материалы, способные к спонтанной самоорганизации в сложные трехмерные наноразмерные структуры. Особый интерес для него представляет создание материалов с «жизнеподобными свойствами», такими, как способность чувствовать окружающую среду, реагировать на внешние воздействия, самовосстанавливаться при повреждении и избегать опасных для их существования обстоятельств. Репликаторы, обладающие подобными характеристиками, могут представлять серьезную угрозу. Согласно недавним исследованиям NASA, построить работоспособный репликатор возможно, и конструктивно его сложность не будет превосходить процессор Pentium 4.

Осознание возможных серьезных негативных последствий внедрения нанотехнологий привело к созданию в 1989 г. специальной организации, под названием «Предусмотрительный институт» (основатель и глава института – Эрик Дрекслер), где были начаты разработки правил «техники безопасности» для производителей молекулярных систем. Основные принципы следующие: «искусственные системы-репликаторы не должны иметь способность к воспроизводствув естественной, неконтролируемой окружающей среде. Они должны быть абсолютно зависимыми от источника искусственного питания или от искусственных компонентов, не встречающихся в природе. Они должны использовать коды выявления ошибок и шифрование, предотвращающее непреднамеренные изменения в их конструкции». Так же в США в 2002 году был создан Центр надежных нанотехнологий, в задачи которого входит разработка безопасных сценариев развития нанотехнологий. Он тесно сотрудничает с всемирной организацией World Care, занимающейся безопасным внедрением высокотехнологичной продукции в жизнь.

Согласно недавнему заявлению Дрекслера: "Неконтролируемые репликаторы, конечно, возможны с точки зрения инженерии и физики, но их нельзя произвести современными методами нанотехнологий. К тому же репликаторы не слишком важны для молекулярной нанотехнологии, и их разработка не входит в планы исследований нанотехнологов". Согласно его же исследованиям, создание армии репликаторов, способных уничтожить Землю, является чрезвычайно сложной задачей.