Что такое нанотехнологии?

Что такое нанотехнологии?

N?nos — это по-гречески «карлик». Один нанометр — миллиардная часть метра. Нанотехнологиями называют методы создания объектов с характерными размерами менее 100 нанометров, то есть менее одной десятимиллионной метра, или одной десятитысячной миллиметра. Безусловно, это прорыв, поскольку технологическое развитие человек начинал с метровых технологий — такой характерный размер имеют первые орудия труда. Затем человек двинулся сразу в две стороны — и увеличения, и уменьшения масштабов создаваемых им объектов. С одной стороны, он строил довольно большие сооружения. Пожалуй, это можно назвать гектометровыми или километровыми технологиями, так как самые большие постройки имеют размеры в несколько сотен метров. Например, Останкинская башня в высоту достигает 540 м.

С другой стороны, человек стал делать и миниатюрные предметы и с прецизионной точностью обрабатывать материалы. Если характеризовать современную точность, то получается, что в наши дни человек уверенно работает в области микрометровых технологий. Один микрометр — это одна миллионная часть метра, или 1000 нанометров. Таким образом, когда говорят о нанотехнологиях, речь идет о дополнительном, более чем десятикратном уменьшении размеров изготовляемых объектов. Казалось бы, ну и что? Подумаешь, в десять раз. Не впервой. Однако такой масштаб ответственности человечество примеряет впервые.

Есть ли в природе объекты таких малых размеров? Есть! Весь живой мир на Земле создан на основе нанотехнологий. Все живое, как известно, состоит из клеток, характерный размер которых составляет 10 микрометров, то есть 10 000 нанометров. Внутри клетки имеется множество важных для ее работы органоидов, сложнейших по устройству и функциям структур, которые как раз и имеют такие размеры — от десятков до сотен нанометров, в масштабах которых собирается работать нанотехнология. Речь, следовательно, идет о создании чего-то сопоставимого с жизнью на Земле, созданной природой.

В принципе, задача построения таких миниатюрных систем — аналогов машин и механизмов — решена. С помощью техники атомно-силовой микроскопии можно сконструировать, буквально сложить из отдельных атомов, как из кирпичиков, любую заданную систему с любыми свойствами, необходимыми для решения самых разных задач — от лечения людей до освоения космоса. Такое конструирование не будет очень простым, так как физические и химические закономерности в наноструктурных объектах принципиально отличаются от закономерностей, поведения отдельного атома или среды, состоящей из большого числа атомов. Эти особенности изучаются, и нет сомнений, что методы создания наноструктурных механизмов будут совершенствоваться.

Далее возникает проблема массового производства таких объектов, которая решена природой, умеющей размножать клетки делением, и не решена человеком, но есть теоретические предположения. Это значит, что рано или поздно человечество научится производить наноустройства в необходимых количествах.

Однако самое главное, что по предлагаемым способам тиражирования такие наносистемы могут стать способными к самостоятельному развитию, как развивалась жизнь на Земле, и нет гарантий, что мы сможем управлять этим новым эквивалентом жизни, или, если хотите, новой альтернативной жизнью.

Польза некоторых из уже реализованных наноустройств, в частности широко известных нанотрубок, очевидна. И у человечества достаточно времени, чтобы подумать, где следует остановиться.