4.6. Нанотехнологии

Факты. Далеко не полный перечень крупных событий истории вычислительной (и не только вычислительной) техники включает три даты - 1928, 1982 и 1985 гг. (см. выше), когда были заложены основы бурно развивающейся индустрии нанотехнологий. Будущее вычислительной техники принадлежит новейшим нанотехнологиям, элементы которых уже используются в некоторых компонентах ПК и периферийных устройств. Особенность нанотехнологий определяют пространственные размеры элементов, соизмеримых с размерами клетки, молекулы, атома. Согласно «рабочему» определению профессора МГУ Г. Г. Еленина,

«нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами».

Сканирующие микроскопы позволили не только увидеть и изучать атомную структуру поверхностей монокристаллов, полупроводников, органических молекул и т. п., но и конструировать наноструктуры: с помощью «движений острием микроскопа удается создавать атомные структуры».

Нанотехнологии применяются для синтеза молекул новых веществ, конструирования, скажем так, «сверх-сверх» миниатюрной элементной базы ЭВМ следующих поколений, создания медицинских инструментов для локального «ремонта» органов, точной доставки лекарств и уничтожения вирусов, управления ядерными реакциями и др.

Наше нанотехнологическое будущее: пост в стиле «фэнтези». «Наноэлектронный рай» - такое название теме своей статьи дал ее автор, описавший общедоступным слогом то будущее, которое ожидает нас в этом столетии, начиная с его первой четверти.

Поскольку нам посулили «рай», вспомним «Великого Данта» (Пушкин):

Земную жизнь пройдя до половины

Я очутился в сумрачном лесу.

Утратив правый путь во тьме долины. Данте. Ад

В этом «посте» рассматривается влияние НТР и информационных технологий на гуманитарные науки. Пользуясь, в основном, материалом статьи К.Ушакова, непредубежденно взглянем на наше близкое будущее, которое с едва заметной иронией обстоятельно описано автором-гуманитарием. И это будущее уже с середины 80-х гг. прошлого столетия сопряжено с надвигающейся наноиндустриальной революцией.

Уже давно по Москве ползли слухи о чудесах микромира, о новых «подводных лодках кровяного русла», которые меньше эритроцита и потому могут пробираться в самые дальние уголки нашего организма и что-то там ремонтировать. И еще много чего другого из дальних и ближних конференций и лабораторий «Штатов» и «Японии», да и из российских, приносили и приносят восторженные ученые. Они нашептывают «новости» друг другу и улыбаются при этом вполне двусмысленно.

Нанотехнология - это развитие информационной технологии на новой технической основе, а также - понятие, применимое к «научно-техническому, производственно-экономическому, а с некоторых пор и социально-политическому явлению, популярность которого в последние годы стремительно возрастает, продолжая, правда, оставаться до поры до времени в пределах, не выходящих за границы общественного спокойствия».

Драма конструирования нанотехнических устройств развертывается на уровне клетки, молекулы, атома, фотона. Что собой представляют «нанорасстояния» и «нановремен-ные отрезки»?

Греческое слово nanos - карлик - используется для образования наименования одной миллиардной доли какой-либо единицы - нанометр (это единица с девятью нулями) от метра, наносекунда от секунды и т. д.

Легко ли представить себе миллиард? Да это «всего лишь» кубический миллиметр от кубического метра (квадратный метр миллиметровой бумаги содержит миллион квадратиков со стороной в один миллиметр). Можно представить себе «объемную» миллиметровку. Осталось «только сжать» до размеров CD и получить «гигабит». Вставив «в счет» шесть граней, восемь вершин и двенадцать ребер каждого миллиметрового кубика, получим гигабайты. Нанотехника «сжимает» наш образ миллиарда до размеров клетки и крупной молекулы.

Но этот размер - это образ, характеризующий уже сегодняшние технологии. В нанотехнологии для характеризации размеров, например, памяти, используются «тера наименования». Греческое слово teras - чудовище (!) - используется для наименования кратных единиц в тысячу миллиардов раз больше исходной единицы.

Терабайт - это тысяча гигабайт. Современный «винчестер» мультимедиа ПК - это несколько десятков гигабайт, а большая ЭВМ, обслуживающая территорию крупного нефтеносного района имеет память объемом несколько терабайт.

Образ «объемной миллиметровки» представляется в трехэтажный дом десять на десять и на десять метров. Теперь «сожмем» его до размеров биологической клетки. Таков терабайт памяти.

Историю нанотехнологий начал физик-теоретик Георгий Анатольевич Гамов (1904-1968), с 1934 г. работавший в США над теорией альфа-распада. Именно его решение уравнения Шредингера открыло явление туннели-рования - преодоление энергетического барьера частицей, энергия которой ниже энергетического барьера. Путь следующих за ним первооткрывателей нанотехнологий устлан Нобелевскими премиями за создание туннельных диодов и нанотехники на их основе.

Стремительное развитие нанотехнологий отмечается не только международными конференциями, но и миллиардным финансированием, десятками проектов, распространением исследований и проектов в десятках стран, сотнях фирм - дело идет к созданию новой отрасли экономики с оборотом около двух десятков миллиардов долларов в год.

«Нанотехнологии могут полностью изменить среду обитания человека». Нанороботы-врачи будут «жить» в организме человека, устраняя в нем малейшие «неисправности». Они могут дать человеку бессмертие, оживить «криозаморо-женных» и совершать другие медицинские чудеса. Предметы быта и пища будут «собираться» непосредственно из атомов и молекул в домашних агрегатах, так что в магазин ходить не нужно. «Сельские» нанороботы воспроизведут биохимические процессы организма и смогут производить прямо «из травы» мясо, молоко и что угодно, «минуя корову» (CIO, 113).

Нанобиология воссоздаст вымершие организмы и создаст новые, которые не могут быть произведены эволюционным путем (отбором). Земля станет чистой за счет работы нанороботов-санитаров. А в космосе будут работать нанороботы-монтажники, собирающие космические станции из «подручных» материалов - комет и метеоритов.

Компьютеры будут строиться не из плоских, а из объемных микросхем. Активные элементы станут не более молекулы, частота работы этих элементов достигнет терагерцевых значений. Емкость памяти белковых молекул будет измеряться «терабайтами». Человеческий интеллект сможет «переселиться» в компьютер. Апофеозом НИР станет создание «разумной среды обитания», «исключительно комфортной для человека».

 

Вопросы

Какие технические решения в области архитектуры персональных компьютеров способствовали их массовому распространению?

Какие свойства ПК и программных средств ПК дают возможность пользователю не зависеть от смены моделей ПК и смены версий программных систем по мере их совершенствования?

Какова структура и уровни системы протоколов Международной организации стандартизации (МОС)?

К какому уровню принадлежит распространенный, в том числе в глобальной сети Интернет и локальных сетях Интранет, стандарт протоколов TCP/IP?

Дайте определение нанотехнологии?

 

Литература

Аладьев В.З., Хунт Ю.Я., Шишаков М.Л. Основы информатики: Учеб. пособие. М., 1998.

Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. СПб., 2003. Гук М.Ю. Аппаратные средства IBM PC: Энцикл. СПб., 2003.

Еленин Г. Г. Нанотехнологии, наноматериалы и наноустройства // Новое в синергетике: Взгляд в третье тысячелетие. М., 2002.

Информатика: Базовый курс: Учеб. пособие для вузов / Под ред. С. В.Симановича. СПб., 2004.

Комер Д. Принципы функционирования Интернета. СПб., 2002.

Ушаков К. Наноэлектронный рай // CIO: Chief Information Officer (Руководитель информационной службы). 2003. №2 (12).