Неведомые технологии

   Предрекать новые научные открытия и появление новых технологий сегодня становится все труднее. Наука ушла слишком далеко, и рассказывать о том, что происходит на ее переднем крае нелегко даже самим ученым. Складывается парадоксальное положение: обыкновенный налогоплательщик все меньше понимает, на что идут его деньги, и, напуганный страшными рассказами об опасных последствиях научных открытий, начинает думать, что лучше бы его деньги пустили бы не на эту зловредную науку, а на что-нибудь другое; между тем, результаты этих самых исследований входят в самую повседневную жизнь все быстрее и быстрее, и, не будь их, цивилизация бы задохнулась. Очень часто философы и журналисты обсуждают последствия тех или иных нововведений, даже не подозревая, что давно ими пользуются. Более того, большинство людей совершенно не подозревают, какие принципы лежат в основе высоких технологий и почему вещи, в которых они применяются, вообще работают. Следствием этого становится обособление различных областей знания друг от друга: редкий кибернетик имеет хоть какое-то представление о современном сельском хозяйстве. Продвинутые технари готовы поверить самым нелепым публикациям об ужасах биотехнологии, в свою очередь вполне компетентные вирусологи с легкостью принимают за истину россказни о подвигах хакеров и войнах в киберпространстве.

   Подобное положение ставит серьезные проблемы перед правительствами промышленно развитых стран. Дело не только в общественном мнении, для которого научные исследования все чаще оказываются на третьем плане. Все сложнее становится решать, какие направления науки и техники нуждаются в первоочередной государственной поддержке, что окажется перспективным и что через несколько лет будет определять положение на мировом рынке и в военных технологиях. История о том, как крупнейшие электронные корпорации в конце семидесятых проморгали будущий успех персональных компьютеров (что и позволило никому неведомому Стиву Джобсу - буквально <на коленке> - собрать первую <персоналку>), уже стала хрестоматийной. Но за минувшие 30 лет все только усложнилось. Можно наверняка сказать, что десятки интереснейших и перспективных идей сегодня оказываются вне поля зрения корпораций и правительств, а подчас и отвергаются ими с ходу. Теперь, впрочем, всякий, обладая минимумом средств, может распространять их, например, через Интернет - и не исключено, что это принесет плоды быстрее, чем обивание порогов патентных ведомств и научных центров.

   Одно из самых перспективных направлений современной технологии - так называемые микроэлектромеханические приспособления - МЕМы, - которые часто называют микромашинами. Хотя эти устройства практически невидимы, они уже существенным образом изменили нашу жизнь, найдя широкое применение, например, в автомобилестроении или в струйных принтерах. Возможно, они станут той <закваской>, которая уже в первой половине XXI века изменит облик технической цивилизации. Использование МЕМов открывает путь к совершенно новым техническим решениям, поскольку для столь малых механизмов практически теряют значения силы тяготения и инерции. Электромотор, разработанный в Национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laborotories) (США), способен вращать колесико диаметром 0,3 миллиметра со скоростью 350 тыс. оборотов в минуту. Ученые полагают, что сверхмалая масса колеса и связанные с этим сверхнизкое трение и незначительная инерция, позволят им создать устройство, которое будет вращаться со скоростью 10 миллионов оборотов в минуту (кроме того, благодаря своей чрезвычайно малой массе, приспособления эти невероятно прочны). Уже сейчас предполагают, что объем рынка для этих устройств составит около 100 млрд. долларов в год. Трудно предположить, как их появление повлияет на мировой рынок, но очевидно, что в течение какого-то времени монополией на эту технологию будут располагать лишь некоторые промышленно развитые страны.

   Технология их изготовления напоминает производство компьютерных чипов, только МЕМы обладают движущимися частями. Аналогичные микроскопические двигатели, инструменты или оптические устройства можно изготавливать и традиционным способом, но тогда они будут стоить десятки тысяч долларов. Производство подобных устройств в виде МЕМов обходится в тысячи раз дешевле. Проблема сейчас лишь в том, как подвести к ним энергию, чтобы они могли действовать автономно, а не только как составная часть более крупных устройств. МЕМы однократного действия, вроде тех, что уже сейчас широко применяются в автомобильных <мешках безопасности>, в энергии не нуждаются, поскольку срабатывают от механического воздействия. Но запустить микроскопический двигатель без внешнего источника энергии невозможно. К сожалению, все существующие источники питания в сотни и тысячи раз больше МЕМов.В конце 1990-х министерство энергетики США выделило 450 тыс. долларов специалистам Висконсинского университета на разработку миниатюрных ядерных элементов, сродни тем, что сейчас применяются в космических аппаратах, изучающих внешние планеты Солнечной системы. В этих батареях тепло, выделяющееся в ходе естественного радиоактивного распада непосредственно преобразуется в электрический ток. Однако даже самые маленькие такие элементы сегодня размером не меньше теннисного мяча. Ученым предстоит уменьшить их настолько, чтобы можно было расположить элементы питания на срезе человеческого волоса. Задача эта представляется вполне достижимой - ожидается, что прототип такой батареи появится уже в 2001 г. Другие специалисты надеются решить проблему энергоснабжения МЕМов, используя энергетические механизмы живой клетки - их мощности вполне достаточно, чтобы привести в действие двигатель размером в десятые доли миллиметра.

   На основе МЕМов создается система ориентации миниатюрных (размером с кулак) спутников. Стая таких спутников способна работать как гигантский радиотелескоп. Сотня двигателей малой тяги, смонтированных на каждом из МЕМов способна доставить каждый спутник на определенную орбиту и удерживать его там.

   У нанотехнологий есть и более поразительные перспективы. Джеймс Элленбоген из военного научного центра The MITRE Corporation (<Митра>) говорит, что в перспективе в микроэлектронике не будет разницы между <софтом> и <железом> - сама программа одновременно и будет машиной. Каким образом? Сегодня, когда вы загружаете в свой компьютер программу, вы изменяете структуру вещества на вашем диске, изменяя магнитные свойства групп молекул. Если бы размеры деталей компьютера были бы сравнимы с размерами этих групп, то изменяя их структуру, можно было бы создавать компьютерные чипы. Ученые уже сейчас работают над компьютерами размером с булавочную головку, и детали этих компьютеров значительно меньше, чем те физические структуры, которые мы изменяем, записывая информацию на жесткий диск.

   В лаборатории "Сандия" разработан <самый маленький в мире секретный замок>, который станет надежной защитой, предотвращающей проникновение хакеров в компьютерную систему. Разработчики утверждают, что, поскольку это <не столько софт, сколько железо>, сломать его будет невероятно трудно. У хакера будет один шанс из миллиона угадать верный код, а после первой же неудачной попытки замок закроется механически, и открыть его сможет только владелец.

   Сегодня микроэлектроника стоит так дорого только потому, что при производстве микросхем применяются высокоточные механические операции. В перспективе от них, вероятно, удастся отказаться. Летом 1999 г. в журнале появилось сообщение о том, что создан компьютерный компонент размером с молекулу. Ведется работа над созданием сверхтонких проводников поперечником не более нескольких атомов, которые позволят соединять молекулярные чипы в полноценные компьютеры. По словам директора Физико-технологического института РАН академика Камиля Валиева, <в последние годы удалось использовать квантовые переходы в атомах в качестве вычислительных операций. В журнале , очевидно, речь идет о молекулярном компьютере, в котором элементами служат химические процессы в молекулах. Подразумевается, что в зависимости от положения в них электронов молекулы находятся в том или ином логическом состоянии>.¹

   Еще в 1994 г. Леонард Эдлман из Университета Южной Калифорнии смог использовать в качестве компьютера молекулы ДНК и решить математическую задачу. Пока это лишь эксперимент, поскольку с точки зрения быстродействия этот метод сейчас безнадежно проигрывает традиционным компьютерам, но перспективы могут быть огромны. Предполагается, что биокомпьютеры можно использовать для решения задач, которые требуют многоступенчатых вычислений.

   Как только появится технология, позволяющая создавать вычислительные устройства размером не больше, чем крупинка соли, многое изменится самым коренным образом. Эти нанокомпьютеры будут дешевле грязи, и они будут повсюду. Компьютер, вставленный в белье, будет контролировать температуру воды и концентрацию стирального порошка и передавать эти данные стиральной машине. (Специалисты, впрочем, сетуют, что нет большого прогресса в области программирования - программисты просто не успевают за новыми процессорами).

   В перспективе электронные устройства, созданные по такой технологии можно будет просто печатать на листе пластика на аппарате наподобие принтера, причем эта технология будет доступна уже к 2020 г. Такие компьютеры могут быть плоскими, как лист бумаги, их можно будет гнуть, сминать в складки, вытягивать в линию (что, очевидно, будет изменять и их назначение). Важно, что такая технология позволяет произвести едва ли не все электронные устройства, такие, например, как сотовый телефон, включая все его детали - динамик, микрофон и т. д. Все они, по-видимому, будут до некоторой степени связаны друг с другом и с более мощными компьютерами. Таким образом, значительная территория планеты окажется накрыта огромной электронной сетью. Специалисты консультационной фирмы прогнозируют, что к 2010 г. на каждого человека на планете будет приходиться около десяти тысяч различных телеметрических устройств - термометры, микрофоны, барометры, телекамеры, медицинская и промышленная измерительная аппаратура... Связи между ними могут возникать спонтанно, и со временем из этого возникнет некая сеть, которая, вероятно, со временем превратит электронную сферу планеты в самонастраивающийся организм с обратной связью. В принципе, ученые сегодня не видят ничего невозможного в том, что МЕМы-пылинки, оборудованные сенсорами, процессорами и системой связи, смогут легко объединяться и функционировать как единое облако <умной пыли>. Не исключено, что из нее сформируется глобальный искусственный интеллект... если только его не создадут раньше.