Военные нанотехнологии -
ISBN 5-94836-096-2
Скачать (прямая ссылка):
нугон выше баллистической моде электронного переноса'"). Кроме этого, нанотрубки позволяют формировать структуры, напоминающие так называемые выпрямляющие и переключающие переходы в полупроводниках. Например, в полевых транзисторах величина тока, протекающего через нанотрубку (расположенную над изолирующим слоем двуокиси кремния), может контролироваться напряжением на расположенном под ней кремниевом вентиле. Проводимость полупроводниковых нанотрубок очень сильно меняется в зависимости от модификации их поверхности или механических деформаций, что естественно наводит на мысль об их использовании в качестве датчиков, регистрирующих, например, адсорбцию молекул на их поверхности или просто наличие механических воздействий (типа перепада давления или вибрации). Нанотрубки. присоединенные к остриям зондов сканирующих микроскопов, позволяют обеспечить мсключитель- Глава 2. Общий обзор развития нанопгехнологии
о механических «хирургических» инструментах, способных действовать внутри кровеносных сосудов человека» и о возможностях имитации действия биологических систем и синтезе любых мыслимых (с точки зрения химической устойчивости) соединений посредством прямой «укладки» атомов в требуемые структуры.
Наглядным примером или моделью действия молекулярных HT могут служить обычные биохимические процессы в живых клетках или органах организма, которые реально происходят и управляются на молекулярном уровне, В качестве типичных примеров можно привести процессы жизнедеятельности обычных клеток, внутри которых с так называемых информационных ДНК считывается и декодируется информация, на основе которой другие молекулы (рибосомы) осуществляют синтез белков из присутствующих в окружающей жидкости специфических аминокислот и т.д. Более того, в некоторых случаях эти реакции происходят при совместном каталитическом воздействии участвующих в реакции белков. Кажущиеся фантастическими проекты применения молекулярных HT неявно подразумевают, что исследователям удастся понять и описать полный механизм происходящих в живом организме процессов. Полное описание процессов позволит, с одной стороны, обеспечить управление, контроль и даже манипулирование такими процессами. С другой стороны, полученные концептуальные знания моїуг быть использованы для создания «искусственной жизни», т.е. для конструирования требуемых объектов молекулярного размера на основе сведений о биохимических механизмах переработки информации в клетках (с использованием локальных, внутриклеточных низкоэнергетических источников питания). Такой подход в перспективе должен подвести разработчиков к задаче намеренного создания устройств, нацеленных на выполнение целей, которые никогда не могли бы возникнуть в обычных биохимических системах за миллионы лет естественной эволюции.
Основная концепция M HT связана с универсальными молекулярными ассемблерами, представляющими собой запрограммированные молекулярные машины или устройства, способные синтезировать молекулы произвольного типа и даже более крупные структуры, «выстраивая» их из «строительных кирпичиков» запасенного материала или просто из окружающей среды (использование отдельных атомов в такой технологии должно быть относительно редким), т.е. механически укладывая их в нужном порядке с «атомарной точностью» (необходимой для образования намеченных химических связей). Такой гипотетический метод создания новых веществ (с использованием 2,2. Молекулярные HT
требуемых для образования связей конкретных порций энергии) может быть назван механосинтезом [ Drexler1 1981, 1986; Drexlerand Peterson, 1991; Drexleг. 1992|. Особую роль при этом приобретает, естественно, процесс самовоспроизведения самих молекулярных ассемблеров, при котором их число может возрастать экспоненциально (на практике это означает продолжение процесса до исчерпания всех доступных материальных ресурсов). Естественно, что огромное количество изделий является принципиально важным при производстве ничтожных по размерам объектов'*. Процесс может носить разветвленный характер, т.е. после нескольких циклов «воспроизведения» из полученных продуктов начнется синтез конечных устройств с заданной структурой, причем на промежуточных стадиях в него могут быть включены стадии изготовления разнообразных микро- и макроустройств или роботов.
В соответствии с обшей концепцией молекулярных HT новые методы должны позволить формировать структуры практически с любой конфигурацией атомов при условии, что это не запрещено фундаментальными законами физики и химии. Это означает, что могут быть созданы (синтезированы) почти любые объекты, включая традиционные артефакты науки и техники, а также живые организмы и целый ряд необычных объектов, которые никогда ранее не существовали и не создавались природой или людьми. При этом в большинстве случаев для их изготовления не потребуются никакие особые исходные материалы, поскольку почти все структуры будут создаваться из атомов легких элементов (типа углерода, азота, кислорода, кальция и т.п.). Конечно, синтез биологических объектов должен оказаться энергоемким, однако в этих случаях можно воспользоваться солнечной энергией. Новые, «небиологическне» системы смогут существовать и работать не только в водных средах, но и в совершенно ином окружении, в гораздо более широких диапазонах параметров среды. Они смогут функционировать при любых температурах (от арктических холодов до пламени костра), давлениях (от дна океана до космического пространства) или показателях pH среды (т.е. от кислой среды до щелочной). Их структурные элементы и оболочки будут изготовлены из прочнейших материалов, а поверхность может быть защищена жесткой оболочкой типа алмазной пленки. Такие ассемблеры должны быть способны самостоятельно производить заданные изделия в массовом количестве и по очень дешевой технологии, причем вмешательство человека в их деятельность будет (по крайней мере, теоретически) сводиться лишь к общему управлению и запуску процесса в целом. Глава 2. Общий обзор развития нанопгехнологии
