Новый век принес надежду на новые, кажущиеся сейчас фантастическими, технологии, которые могут проникнуть во все области научных, инженерных приложений, медицину и быт людей. Мы сейчас еще до конца не понимаем всех последствий перехода на так называемые нанотехнологии, т. е. науку и технологию в масштабах атомов и молекул. Этот переход может преобразить наш мир.
В течение нескольких тысяч лет, прошедших с начала формирования современной цивилизации, люди использовали в качестве меры всех вещей ту естественную меру, ко-торая была у всех перед глазами — рост человека. Конкретные единицы длины, приме-нявшиеся в разные времена у разных народов, были того же порядка, что и общепринятый сейчас метр. Эта единица всегда определяла размеры бытовых предметов и употребляе-мых для их изготовления механизмов (от палки и топора до современных станков). Мож-но сказать, что большинство вещей и механизмов, созданных вплоть до начала научно-технической революции ХХ века, — это продукты метровой технологии.
В XVII веке разрешающая способность человеческого глаза была улучшена в 1000 раз благодаря изобретению микроскопа. Однако минитюаризация вещей и механизмов происходила медленно, так как этому всегда препятствует минитюаризация материалов и размеров оборудования. Такие препятствия преодолеваются с огромными трудностями и затратами, причем только тогда, когда общество начинает нуждаться в новых технологиях и передает ученым и инженерам общественный заказ на их развитие.
Так, в середине ХХ века, после того, как в 40-х годах была изобретена вакуумная лампа, началось бурное развитие электроники. Главным результатом революции в элек-тронике в 50-е годы было начало массового производства телевизоров со всеми вытекаю-щими отсюда последствиями для отдельных людей и общества в целом.
Новый скачок в сторону сокращения размеров еще в 1000 раз в середине ХХ века привел к колоссальному прогрессу вычислительной техники и быстрому росту эффектив-ности вычислительных машин, созданию персонального компьютера, использованию та-ких схем в быту и пр. За каких-то четверть века (в 1981 г. был собран первый настольный персональный компьютер) весь мир преобразился, начался новый этап развития земной цивилизации, связанной воедино всепроникающими путами Интернета.
Сейчас мы стоим на пороге нового скачка и перехода к размерам, близким к раз-мерам атомов и молекул. Здесь уже царят квантовые законы, управляющие поведением отдельных атомов и молекул. Все следствия этих законов в применении к новой техноло-гии еще не до конца понятны, и в наши дни над выяснением этих свойств работает целая армия специалистов–физиков. Однако многое уже понятно и ждет своего воплощения в нанотехнологии. Мы стоим на пороге фантастических открытий и изобретений.
Развитие нанофизики и нанотехнологии было предсказано выдающимся физиком–теоретиком Ричардом Фейнманом (1918–1988). На рождественском собрании Американ-ского физического общества в 1959 г. он произнес знаменитые слова о том, что «внизу еще очень много свободного места». «В году 2000-м, — говорил он, — посмотрев назад, все будут очень удивляться, почему вплоть до 1960 г. никто даже серьезно не смотрел в этом направлении». В 1974 г. японский исследователь Норио Танигучи предложил тер-мин нанотехнология (от греч. нанос — карлик) для науки и технологии в пространстве с линейными размерами от 0,1 до 100 нм. Но настоящим годом рождения нанотехнологии стал 1981 г., когда ученые фирмы ИБМ в Цюрихе Герд Бинниг и Генрих Рорер изобрели сканирующий туннельный микроскоп. Через четыре года они получили за это изобрете-ние Нобелевскую премию по физике. С помощью этого прибора удается перемещать от-дельные атомы и фрагменты молекул в заранее определенные места. В 1989 г. ученые из ИБМ осуществили замечательный с точки зрения маркетинга эксперимент —передвинули 35 отдельных атомов ксенона по никелевой подложке, написав слово «IBM». Еще одним важнейшим открытием стало создание фуллеренов (молекулы из 60 атомов углерода) и нанотрубок, которые в шесть раз легче и в 100 раз прочнее стали.
Переход к нанотехнологии означает новую промышленную революцию XXI века. Нанотехнология обеспечит невиданные до сих пор возможности практически в любой об-ласти человеческой деятельности. По прогнозам экспертов США, через 10-15 лет годовой оборот новой области составит 1 трлн долларов и обеспечит миллионы рабочих мест. Впечатляет одно только перечисление крупных направлений наноинженерии.
Нанотрубки и строительные материалы из них — волокна, нити, ткани (сверхпроч-ный пластик, компьютерные чипы).
Вычислительная техника (модернизация современныхкомпьютеров и создание квантовых компьютеров, производительность которых в тысячи раз больше, чем у сего-дняшних).
Информатика (модули памяти, хранящие триллионы битов информации в объеме вещества размером с булавочную головку, т.е. в 1000 раз больше информации, чем уме-щается на одном сегодняшнем CD-диске).
Линии связи (в сотни раз увеличивается скорость передачи данных).
Производство промышленных нанороботов и множества наноустройств (химиче-ских моторов, нанолифтов, нанотермометров, наноконтейнеров, нановесов и пр.).
Биотехнологии.
Медицина (доставка лекарств к поврежденным клеткам, поиск таких клеток в орга-низме, мониторинг состояния организма);
Разработки для космоса (особенно впечатляет проект «космического лифта», с по-мощью которого можно будет поднимать до нескольких тонн грузов в день на орбиталь-ные космические станции прямо с поверхности Земли).
Экология (детектирование и фильтрация бактерий и токсинов, очистка источников воды от тяжелых металлов и органических загрязнений).
Военные разработки (создание нового, легкого обмундирования и оружия, пулене-пробиваемой одежды, способной изменять цвет, создание «невидимых» материалов).
Инженерия в наномасштабах требует совершенно новых подходов. Уже показано, что некоторые наноматериалы способны к самосборке, т. е. микроэлектронные устройства могут выращивать сами себя как деревья. Исследователи также нашли спосо-бы заставить белки, ДНК, вирусы и бактерии работать в строящихся наноматериалах.
Всякая революция в технике требует, прежде всего, революции в мозгах ученых и инженеров, адаптации к новым задачам и новым возможностям, изменения методов обу-чения. Это требует большой самоотдачи, но одновременно дает большое удовлетворение от работы. Конечно, новое направление в науке и технике должно иметь достойную фи-нансовую поддержку как со стороны государства, так и со стороны крупных компаний. Только в этом случае Россия будет занимать в XXI веке достойное место среди великих государств.