Сожрут ли нас наноботы?

В августе 2003 года появилось сообщение о создании молекулярного двигателя, который примерно в миллиард раз меньше того, что работает в наших автомобилях. Этот двигатель не только сотворили, но и успешно протестировали. В научных журналах стали писать о том, что это важная веха в развитии нанотехнологий.

Почему важная? Потому что микроскопический двигатель может приводить в действие микроскопические машины. А ведь известно, что многие протеины в нашем теле тоже работают как двигатели. Это и вдохновляет нанотехнологов. Значит, у нас появится возможность много чего добиться. Даже, например, чистить изнутри кровеносные сосуды, ремонтировать повреждённые биологические клетки, или менять структуру материала — и живого, и искусственного.

В каком-то смысле нанотехнологам не позавидуешь — ведь с какой мелочью возятся! В 80 000 раз тоньше тончайшего человеческого волоса! Это у них такие масштабы, такие весы. А как иначе построишь молекулярную структуру? Никак.

Дженни Вонг, кандидат наук, недавно описала это в журнале Nature. Она, её научный руководитель профессор Дэвид Лей, а также химики из Болоньи спроектировали и создали молекулярный роторный двигатель. Это в природе такие "моторы" дело обычное (к примеру, именно они приводят в действие крошечные мышцы глаз, позволяя вам читать этот текст), а попробуй сделать такое искусственно! Хлопот не оберёшься. Ведь физика тут совсем иная, нежели в других научных областях, — квантовая физика!

На этом уровне даже и тепловая энергия (а где её нет?) заставляет молекулы и их компоненты, что называется, "плясать", т.е. вибрировать и метаться. Хочешь создавать молекулярные рабочие машины — научись контролировать это движение. Как это удалось на этот раз?

Команда исследователей воспользовалась теми же атомарными связями, какие держат молекулу воды, — водородными. Эта умная природная химия дала возможность "пристегнуть" два кольца к петле, составляющей всего лишь миллионную долю миллиметра. Маленькие кольца двигаются по большому кольцу, когда их освещают светом с разной длиной волн, т.е. когда они получают топливо для химических реакций, разрушающих гидрогенные связи. Каждое маленькое кольцо блокирует движение другого кольца, так что оба они перемещаются в одном и том же направлении. Что и даёт нам в итоге движимый светом направленный роторный мотор.

Микроскопические роторы делали и прежде, но эта молекула из взаимоблокирующих колец может вращаться только в одном направлении, а не вертеться туда-сюда, как это было в других экспериментах. Движение, которое можно спровоцировать и теплом, и химическими воздействиями, может быть как круговым, так и прямолинейным — вперёд-назад. Профессор Лей убеждён, что у молекулярных двигателей хорошее будущее, и сделанный сейчас крошечный роторный мотор показывает, как и за счёт чего они будут приводиться в движение. Где им найдётся применение?

На этот вопрос пока ещё трудно дать исчерпывающий ответ. Может, это будут какие-то "включаемые" поверхности, состоящие из материала, способного реагировать на конкретные внешние сигналы и менять свои свойства. Или, скажем, своего рода "лебёдки", наматывающие молекулярные цепи (полимеры), что позволит менять длину или форму таких цепей и создавать любые материалы по своему усмотрению. Или, если мыслить более приземлённо, создать антибактериальные носки. Однако сейчас пока не до этого. Нужно ещё определиться, как внедрить, "вмонтировать" такие машины в окружающий мир. Но в любом случае, казалось бы, уже можно радоваться: вот, прогресс налицо.

А вместо этого снова вспыхивают страхи. Как и многие другие исследователи, занятые в этой области науки, профессор Лей высмеивает опасения по поводу молекулярных технологий. Однако нас всё чаще этим пугают. По одному известному научно-фантастическому сценарию, мириады т.н. наноботов выходят из-под контроля и превращают в прах всё, что попадается им на пути. Речь, в принципе, идёт о книге Майкла Кричтона "Prey", что в переводе означает "жертва". Станет ли наш мир жертвой новых технологий, жертвой распоясавшихся наноботов? Ведь этот фантастический сценарий напугал даже британского принца Чарльза, да и не только его. Но что это ещё за наноботы?

Так принято называть микроскопических роботов. Они смогут проводить точнейшие хирургические операции внутри тела человека, быстро заживлять раны, "выедать" опухоли, паразитов и т.д. В общем, продлевать нам жизнь. Тем не менее, это всего лишь роботы. Если в их программе произойдёт сбой, тело жертвы начнёт самопроизвольно разрушаться. А представьте, если из-за такого сбоя самовоспроизводящиеся наноботы станут стремительно размножаться и пожирать всё без разбору! Это — конец всему. Мир заполонит "серая слизь", или "серая липкая масса", "серая муть". Жуткий сценарий настолько встревожил принца Чарльза, что просвещённый монарх решил проконсультироваться у экспертов — возможно ли такое в принципе.

Один из экспертов — Роджер Хайфилд — считает, что волноваться рано. То есть он, конечно, не сам так решил, а спросил знающего человека из Имперского колледжа в Лондоне, предложив мистеру Тому Пайку, специалисту по проектированию космической техники, временно вообразить себя д-ром На-Но.

Войдя в роль д-ра На-Но, д-р Пайк пояснил, что впервые идея "серой мути" всплыла ещё в 1986г, когда появилась книга Эрика Дрекслера "Машины созидания". А три года назад Билл Джой, один из основателей компании "Sun Microsystems", с тревогой отметил, что этой "серой мутью" может и закончиться наше существование на Земле, и такое вполне может произойти всего лишь из-за какой-то одной лабораторной ошибки в эксперименте. Жуть, да и только!

И вот, уже в 2003 году, идея "непредвиденных рисков" всплыла снова — по инициативе канадской группы "Etc." - в ходе полемики о возможном зле, какое могут причинить нанотехнологии. Вот эти и другие дебаты и достигли чуткого уха принца Чарльза. Может, уже пора бить тревогу? Стоит ли бояться?

Ну, представим: атомы составляют в диаметре одну, две, три десятых нанометра — десятимиллиардных долей метра (к примеру, внутри точки, которая стоит в конце этого предложения, атомов могло бы поместиться 200.000.000.000.000.000 штук). Создание нанобота можно уподобить построению робота из деталей детского конструктора "Лего". Однако атомы имеют круглую форму и подобны бусинкам, а потому у нанобота поверхность была бы не гладкой, как мы привыкли её представлять, а наподобие кассеты для яиц, какие мы видим в магазинах. Д-р На-Но перечисляет, что нам нужно бы для проведения такой работы. И заодно поясняет, почему она столь сложна. Настолько сложна, что, по мнению учёного, пока ещё рано говорить об угрозе.

Во-первых, потребуется сборщик, "ассемблер" - некий прибор, способный отбирать атомы и компоновать их таким образом, чтобы они были способны "реплицировать", воспроизводить себе подобных, т.е. новых наноботов. Во-вторых, нужен крохотный движитель, может, — что-то вроде микроскопических ресничек, с помощью которых, например, передвигается бактерия. И, конечно, нужен "мозг". В этом качестве подошли бы, скажем, некие модели электронного заряда, проходящего по полимерам, — лишь бы они были способны передать команду "реплицируй меня".

Однако ошибочным было бы думать, что нанобот — это лишь миниатюрная версия тех неуклюжих роботов, какие уже созданы. Во-первых, атомы — это вам не детали детского конструктора. Атомы цепляются друг за друга и соединяются меж собой множеством всяких разных способов. При обычных средних температурах они ещё и "скачут", упруго подпрыгивают. И "туман", дымка из электронов вокруг одного атома может деформировать и изменить электронные "облака" вокруг соседних атомов, так что "липучесть" этих "кирпичиков" нашего сооружения может меняться — не по нашей воле. Помимо всего прочего, тут приходится непременно учитывать т.н. "принцип неопределённости Гейзенберга", из которого следует, что положение и импульс объекта не могут быть точно определены (кстати, этот принцип немецкий физик сформулировал ещё в 1927г). Проще говоря, как можно манипулировать атомами, если их компоненты столь трудно уловимы?

Оказывается, всё-таки можно. Потому что в своей лаборатории д-р Пайк уже запросто управляется с ними с помощью тонкой иглы прибора, называемого атомным микроскопом (AFM). Этот большой примитивный сборщик нужно охладить до температуры намного ниже нуля градусов Цельсия, чтобы атомы перестали скакать туда-сюда. И работа идёт уж очень медленно. Команде из IBM понадобилось 22 часа непрерывной работы, чтобы написать торговую марку компании с помощью 35 атомов ксенона.

Другая проблема состоит в том, как заставить нанобота подбирать нужные атомы, которые соединились бы друг с другом, чтобы создать подобного ему братика. Д-р Пайк использует для этого вспышку света и анализирует, как этот свет поглощается, — таким образом можно идентифицировать атом. Другие подходы опираются на электронный "допрос" атома, прилипшего к кончику иглы микроскопа. И хотя такая героическая задача ещё не решена, д-ру На-Но потребовалось бы ещё больше атомов в дополнение к 10 миллионам или около того, — именно столько нужно бы иметь для базового механического сборщика.

Есть и другая проблема. Биологическим системам свойственно совершать ошибки (это называется мутацией). Механические роботы просто-напросто ломаются. "В любом случае вам придётся сражаться с энтропией (естественной тенденцией любой неупорядоченной среды)", — говорит д-р Пайк. Для создания самореплицирующегося нанобота потребуются миллиарды атомов. А конечный результат всё равно не будет искомым, истинным наноботом — это, скорее всего, будет нечто намного более крупное. Природа, в принципе, с такими "крупными" структурами нормально уживается: это бактерии. Примерно 1 000 нанометров — это микроботы, а не наноботы; вирусы — поменьше, 20-100 нанометров, но и им ещё нужны живые клетки, чтобы размножаться.

И ещё один довод. Даже по прошествии 4,5 миллиардов лет существования жизни на Земле Природа не создала самовоспроизводящихся наноботов. Микроботы, которые она породила, слишком привередливы в отношении того, что им поесть. Некоторым нравится плоть, иные едят даже влажный камень. Многие питаются нашей едой в нашем желудке. Но ни один микробот не удосужился претендовать на то, чтобы сожрать весь мир.

Нет, — вздыхает д-р Пайк, снимая с себя лик д-ра На-Но, — пока ещё неистовые наноботы — лишь объект научной фантастики. А реальность? В реальности нанотехнологи работают над новыми путями введения лекарств, создают более крепкие строительные материалы, пытаются изобрести одежду, на которую не садились бы пятна, делают гибкие компьютерные дисплеи и более скоростные транзисторы. А не наноботов-убийц. И зря снятся принцу Чарльзу кошмары о "серой мути"...

Павел Волгин