Глава 6 Что мы знаем, не знаем и не можем знать о нанотехнологиях

Глава 6

Что мы знаем, не знаем и не можем знать о нанотехнологиях

Слово «нанотехнологии» в последние несколько лет было настолько затаскано, что стало вызывать аллергию. С одной стороны, границы термина настолько растянули, что им стали называть любой коллоидный раствор, а с другой – распространилось представление, что нанотехнологии – это только способ отмывания денег. Появись даже агентства недвижимости, использующие в своем названии приставку «нано». Поэтому важно напомнить, что в основе понятия о нанотехнологиях лежит идея о молекулярном производстве, то есть об атомной сборке материальных объектов с помощью микроскопических манипуляторов, называемых ассемблерами.

Этих молекулярных ассемблеров пока еще не существует, кроме того, многие высказывают сомнения в их практической реализуемости. Наноассемблер, по идее, представляет собой микроскопического робота размером с живую клетку, способного по программе собирать материальные объекты атом за атомом. Основная его особенность в том, что он может, при наличии энергии и материалов, собрать собственную копию, причем довольно быстро, по некоторым оценкам, ему потребуется около 15 минут. Это позволяет, получив хотя бы одного наноробота, размножить их в неограниченном количестве, а затем направить на выполнение задания.

Перспективы открываются грандиозные: например, бросив одного наноробота в раствор с питательными веществами, можно будет за несколько дней вырастить в нем двигатель для космической ракеты без единого атомарного изъяна, а значит, с крайне высокой прочностью и показателями надежности, тяги и массы. При этом потратиться придется только на сам раствор и энергию, которые в случае появления такой технологии также значительно подешевеют. Нанороботы, введенные в кровоток человеческого организма, могли бы исправлять все возможные повреждения в нем на клеточном уровне. И так далее.

Самое главное в отношении нанороботов – чтобы все эти фантастические возможности стали реальностью, достаточно произвести всего один экземпляр такой «наномашины».

В развитии нанотехнологий рано или поздно произойдет огромные перелом, или скачок, своеобразная нанотехнологическая сингулярность: до появления наноробота нанотехнологии будут очень затратной отраслью с малой отдачей, а после – рогом изобилия.

Когда будет создан наноробот

Прежде всего отметим, что наноробот возможен, потому что его аналог существует в природе. Любая живая клетка способна осуществлять молекулярное производство, то есть создавать структуры, обладающие атомарной точностью, например белки. Более того, живая клетка способна к саморепликации со скоростью одно деление в 15 минут. При этом клетка производит миллион химических операций в секунду. Таким образом, даже если не удастся сделать наноробота с помощью альтернативных механизмов, всегда можно пойти по пути копирования и подчинения природы и создать некую форму искусственной жизни, которая будет способна выполнять базовые функции будущих нанороботов.

Однако есть и другие подходы к созданию нанороботов: один из наиболее обсуждаемых – это конструирование механических нанороботов из алмазоида – материала, подобного алмазу, но набираемого поатомно с помощью микроскопических манипуляторов в сложные трехмерные структуры. Уже предложены чертежи отдельных деталей – подшипников, шестеренок, которые могут стать частями этого механического наноробота. С помощью атомного силового микроскопа возможна поатомная сборка первого прототипа.

Перспективы, которые откроет создание первого наноробота, безусловно, привлекают инвестиции. Та страна или организация, которая создаст такое устройство первой, получит в свои руки абсолютное оружие.

Почему наноробот является абсолютным оружием? Потому что, во-первых, он позволяет дешево развернуть производство любого обычного оружия с огромной скоростью. В частности ракет и даже атомных бомб, если удастся наноробота научить разделять изотопы.

Во-вторых, нанороботы сами по себе станут оружием, гораздо более страшным, чем атомное. Достаточно сбросить на территорию противника несколько невидимых нанороботов, чтобы они размножились, распространились по всем щелям, а затем в час икс атаковали, производя яды в человеческих телах, устраивая замыкания в электрических цепях и так далее. Такая атака была бы страшнее атомной, поскольку была бы анонимной, неотразимой и необнаружимой до последнего момента – если не иметь своих нанороботов, объединенных в защитную сеть, подобную иммунной системе.

Следовательно, весь вопрос заключается в том, когда станут возможными нанороботы. На этот вопрос мы имеем множество ответов: от «невозможны в принципе» до «возможны через сотни лет» или «возможны через 15 лет».

Например, опубликованная в США дорожная карта по развитию нанотехнологий предполагает, что развитые нанотехнологические системы молекулярного производства станут возможными через 15–30 лет. Около сорока ученых совместно разрабатывали этот 200-страничный документ, и их выводы сразу не опровергнешь.

Напомню, что утверждение о невозможности чего-либо является гораздо более сильным логически и в силу этого гораздо более редко истинным, чем утверждение о возможности. В определенных условиях возможно все. Поэтому мы не можем опровергнуть возможность нанороботов, указав, например, что части из алмазоида будут слипаться из-за вандерваальсовых сил – потому что наверняка найдется способ предотвратить их слипание, поместив, например, в жидкую среду или использовав другой материал. Ни одна неудача в создании нанотехнологий одной страной или лабораторией не может гарантировать, что и все остальные потерпят неудачу.

Прогресс в области нанотехнологий не линеен, поскольку его потенцируют успехи в области разработки компьютеров, которые позволяют все быстрее производить вычисление и моделирование, и успехи в области биотехнологий, которые позволяют подобраться к нанотехнологиям со стороны уже существующих систем.

Кроме того, нанотехнологии потенцируют сами себя, поскольку создаваемые с их помощью инструменты позволяют узнавать все больше и получать все лучшие результаты. При этом путь разработки нанотехнологий устилают неожиданные открытия, которые позволяют уже сейчас сделать возможным то, что казалось достижимым только в далеком будущем. Например, недавно был предложен способ конструировать произвольные трехмерные формы из модифицированных особым образом аминокислот, а в другом случае – из молекул ДНК. Такое соединение био– и нанотехнологий, где биологические организмы производят кирпичики размером с крупную молекулу белка, а затем более крупные микромеханические устройства производят сборку других механизмов из этих кирпичиков, – возможно.

Нановойна и «серая слизь»

Нанотехнологии могут привести к глобальной катастрофе несколькими путями.

Первый из них связан с интенсивным применением нанотехнологического оружия, причем такого, которое способно атаковать людей. Если вся земная поверхность будет засыпана микроскопическими роботами, нацеленными на обнаружение человека, проникновение под кожу, размножение в нем и атаку на него, то шансы людей на выживание значительно снизятся. При этом такое оружие может быть применено даже не в ходе войны, а как отдельная диверсия со стороны лица, обладающего доступом к программированию нанороботов.

По мере распространения нанороботов в промышленных производствах таких лиц будет становиться все больше. И все больше шансов, что появятся нанотехнологические хакеры, которые будут перепрограммировать нанороботов для своих личных целей и у которых может появиться очень большой соблазн «хакнуть» наноробота, так как наноробот, лишенный защиты, может быть использован для нелегального производства множества ценных вещей. Поэтому уже сейчас обсуждаются планы того, как зашифровать каналы управления нанороботами, чтобы исключить несанкционированный доступ. Кроме того, предлагается не выпускать нанороботов вовсе, а предоставить для целей производства нанофабрики – то есть макроскопические аппараты размером с микроволновую печь, которые, используя различные нанотехнологические достижения, будут осуществлять сборку макроскопических же объектов, не используя опасных нанороботов. Кроме того, нанофабрики будут непрерывно подключены по шифрованному каналу к центру, и в случае разрыва этого канала нанофабрика должна будет самоуничтожиться. Таким образом предполагается исключить несанкционированное ее использование.

В настоящий момент степень абстрактности таких проектов крайне велика, и мы не можем заключить, достаточны ли они для безопасного применения нанотехнологий. Важно, однако, отметить, что функционально нанофабрики и наноассемблеры взаимозаменяемы. То есть с помощью нанофабрики можно будет, вероятно, произвести робота-наноассемблера, а с его помощью – нанофабрику.

Другой вариант нанотехнологической катастрофы, получивший широкую известность, – это проблема «серой слизи», то есть неконтролируемого распространения нанороботов, которые превращают всю материю в себя.

Исследованию этого вопроса посвящена статья Р. Фрейтаса «К проблеме серой слизи», где он старается дать количественную оценку рисков такой катастрофы. Он приходит к выводу, что распространению вышедших из-под контроля нанороботов-ассемблеров препятствуют два фактора: ограниченность доступного материала и ограниченность энергии.

В качестве основного материала для нанороботов он рассматривает углерод, из которого можно делать алмазоидные структуры. Углерода в природе много, но почти везде, где он есть, нет источников энергии, которые могли бы питать процесс. При этом Фрейтас показывает, что чем интенсивнее будет саморепликация нанороботов, тем более мощный источник энергии им будет нужен, и тем большими при этом процессе будут потери тепла, которые тут же демаскируют то место, где размножаются нанороботы, для тепловых датчиков на спутниках. При этом наиболее привлекательной средой для саморепликации нанороботов будет биомасса, поскольку она содержит и углерод, и энергию, которую можно извлечь за счет окисления.

К сожалению, люди – это тоже биомасса. Все же Фрейтас полагает, что случайной катастрофической утечке самореплицирующихся роботов будет противостоять относительно просто. Для этого нужно сделать нанороботов зависимыми от какого-то редкого материала или другого условия, не встречающегося в естественной среде. Во-вторых, отслеживать любые признаки подозрительной тепловой активности, а в-третьих – создать своего рода специальную нанотехнологическую иммунную систему, которую можно будет распылять в местах вышедшего из-под контроля саморазмножения нанороботов. Поскольку боевые единицы такой системы будут заранее произведены на фабриках, полагает Фрейтас, то им не нужно будет тратиться на самокопирование, и они смогут эффективно обнаруживать и уничтожать опасных нанороботов, занятых репликацией.

С другой стороны, если не принять этих мер, то наноробот, способный к самокопированию за 15 минут, за двое суток уничтожит всю земную биомассу. При этом, если речь идет о случайной утечке, то шансы на то, что это ему удастся, достаточно малы; однако если «серая слизь» создана в результате нанотехнологической диверсии, то она может использовать более сложную тактику – а именно медленное и незаметное размножение в течение нескольких дней или недель, пока ветер не разнесет ее по всей поверхности Земли, а затем – взрывной рост из множества разных точек.

Перспективы всемирного нанотехнологического щита, который будет покрывать Землю и отслеживать любые проявления несанкционированной нанотехнологической активности, выглядят весьма туманно, поскольку, например, система всемирной ПРО до сих пор труднореализуема не только технологически, но и уперлась в массу препятствий политического характера. Кроме того, любой активный щит, подобный иммунной системе, может быть склонен к реакциям аутоиммунного характера. Одна неверная команда, данная оператором всемирного щита, может привести к тому, что этот щит атакует всю земную поверхность одновременно. Недаром и у человека смертность от диабета, аллергии и ряда нейродегенеративных заболеваний, связанных с аутоиммунными реакциями, сопоставима со смертностью от инфекций.

Итак, мы должны сделать вывод, что не «серая слизь» является главным риском нанотехнологий, как это принято считать, а нанотехнологическая война, диверсия или сбой в защитной системе.

Важно также отметить, что боевых роботов микроскопических размеров можно производить и без помощи молекулярного производства, а с помощью классической технологии литографии, которую применяют для производства чипов. Уже в прошлом году была создана умная пыль из радиометок RFID, частицы которой были размером 0,05 мм.

Микроскопические роботы будут неспособны саморазмножаться, и производство их будет значительно дороже, но и появятся они раньше. Несколько килограммов такой смеси могут содержать миллиарды устройств, способных атаковать и людей, и машины. Даже один микроробот может убить человека, если, например, будет содержать в себе токсин ботулизма.

Рекомендуемая литература

Дрекслер Э. Машины созидания. Грядущая эра нанотехнологии. – Anchor Books, 1986. http://mikeai.nm.ru/russian/eoc/eoc.html

Фрейтас Р. Проблема Серой Слизи. http://www.proza.ru/texts/2007/11/07/59.html

Глава из отчета CRN: Опасности молекулярного производства. http://www.proza.ru/texts/2008/04/08/430.html

Лем С. Непобедимый. – М.: АСТ, 2002.

Крайтон М. Рой. – М.: Эксмо, 2004.