Главный инструмент нанотехнолога – его мозг. Получая новую информацию, мы анализируем, систематизируем и осмысливаем ее, и лишь потом ставим вопросы, ищем доказательства, формулируем законы, выдвигаем гипотезы и теории. Поэтому огромную роль в познании природы играют инструменты получения информации о ней, первыми среди которых были наши удивительные органы чувств: глаза, уши, нос – сами по себе сложные устройства, достойные восхищения инженера. А ведь знания о природе не самоцель, а тоже своего рода инструменты, с помощью которых человек решает различные задачи: от постройки дома до полета на Луну. Но научных знаний тоже недостаточно. Чтобы воспользоваться ими, надо создать соответствующую технику, для чего опять-таки необходимы инструменты; сначала ими была просто пара лохматых рук.
Познание природы и развитие инструментов глубоко взаимосвязаны. Чем совершеннее инструменты, тем более точную информацию мы можем получать, тем достовернее наши знания о природе. Так, например, до открытия телескопа человеку были недоступны сведения ни о форме, ни о структуре нашей Галактики. А до изобретения сканирующих микроскопов никто и не подозревал о существовании уникальных углеродных соединений – фуллеренов и нанотрубок. С другой стороны, более совершенное мышление позволяет изобретать более точные инструменты и приборы, порой на порядки превосходящие возможности существующей технологии. Так, многие изобретения величайшего гения Леонардо да Винчи (типа цепного привода или шарикоподшипника) были теоретически вполне работоспособны, однако же не использовались в XVI веке. Для их реализации была необходима высокоточная обработка деталей, которая хоть и не представляет сложности сегодня, но была совершенно нереальна для той эпохи.
Проникнув в невидимый мир атомов и молекул, мы еще острее нуждаемся в развитии инструментов, способных не только обеспечить получение новой информации, но и привести к потрясающему прогрессу во многих областях.
Как бы человек ни гордился своей изобретательностью, все же следует признать, что в основе многих его достижений лежат принципы, так или иначе «подсмотренные» у природы. В частности, речь идет о самом популярном инструменте ученых – микроскопе.
3. Медицинские и биологические материалы
Задача увеличения продолжительности и качества жизни мотивирует интенсивные разработки в области биоматериалов вообще и нанобиоматериалов в частности. Основные области применения наноматериалов в медицине, биологии и сельском хозяйстве весьма разнообразны:
-хирургический и стоматологический инструментарий;
-диагностика, наномоторы и наносенсоры;
-фармакология, лекарственные препараты и методы их доставки:
-искусственные органы и ткани;
-стимулирующие добавки, удобрения и т.д.;
-защита от биологического и радиологического оружия.
Рис. 1 Титановые пластины — имплантаты для костного остеосиитеча
Рассмотрим наиболее характерные примеры. Как биологически полностью совместимый с живыми тканями титан перспективен в травматологии и стоматологии для изготовления протезов тазобедренных, коленных, челюстных и других суставов, пластин и спиц для костного сращивания, винтов для фиксации позвоночника и т. п. Однако нелегированный титан обладает невысокими механическими свойствами. Методы интенсивной пластической деформации (в частности, равноканальное угловое прессование), позволяют существенно измельчить материал, вплоть до получения. зерен размером 100 — 200 нм, что значительно (в 2 — 3 раза) повышает механические свойства. Физико-механические характеристики наноструктурного титана находятся на уровне таковых для его лучших сплавов (например, типа Ti—V—А1), однако последние значительно уступают нелегированному титану по биологической совместимости. На рис. 1 показаны имплантаты из наноструктурного титана.
В современной хирургии травматологии и стоматологии находят применение материалы памятью формы (Главным образом никелид титана TiNi). Эффект памяти формы проявляется в обратимом при определенных условиях изменении формы, что используется в ряде областей техники. Рабочие органы эндоскопов, фиксаторы и скобы для составов, экстракторы для извлечения камней из мочеточнеков — вот некоторые из медицинских приложений эффекта памяти формы. Восстановление заданной формы этих инструментов осуществляется за счет температуры человеческого организма или при нагреве электрическим током. На рис. 2 показано действие экстрактора для извлечения камней. Методы интенсивной пластической деформации, приводя к аморфизации структуры TiNi и нанокристаллизации при последующем отжиге, обеспечивают образование нанокристаллической структуры и повышение механически)? свойств в 1,5 — 2,5 раза, а также долговечность эксплуатации.
Еще один из биосовместимых и биоактивных материалов — это
 | |||
| |||
|
гидроксиапатит Са10(РО4)6(ОН)2. Он используется как индивидуально, так и в составе полимерных, стеклянных, углеродных и других композитов для изготовления искусственных имплантантов, наполнителей костных дефектов, создания покрытий на металлических имплантатах, для пломбирования зубов и т.д. Одна из основных проблем для материалов этого типа — повышение механической прочности и трещиностойкости. По этим показателям гидроксиапатитовые изделия значительно уступают человеческой костной ткани, которая тоже примерно на 70 % состоит из гидроксиапатита (остальное — это белковые волокна (20 %) и вода). Использование ультрадисперсных порошков при получении гидроксиапатита позволяет повысить прочность и снизить температуру спекания (что важно, поскольку при высоких температурах это соединение разлагается), но в целом проблема реализации наноструктуры с высокими механическими свойствами применительно к Са10(РО4)6(ОН)2 остается пока нерешенной. Следует отметить, что практически все или во всяком случае многие из природных биоматериалов (например, костные ткани, материалы зубов, кожи и т.п.) по своим физико-химическим и физико-механическим свойствам, не говоря уже о биологических характеристиках, пока значительно превосходят их искусственные аналоги и в этом отношении наноструктурные подходы являются особенно ценными.
Развиваются работы по допированию поверхностей титановых и других имплантатов кальциевыми ионами (пленки тугоплавких соединений на основе TiN с добавками фосфатов и оксидов кальция), что позволяет не только повысить биосовместимость, но и увеличить износостойкость и ресурс использования.
Модифицирование поверхности полимеров типа полиэтилен терефталата и политетрафторэтилена за счет ионно-плазменной обработки с формированием наноструктурного рельефа приводит к значительному повышению антимикробной активности, что перспективно для создания биологически активных систем и их использования в биологии, медицине и пищевой промышленности.
Известно, что медицинская ценность многих лекарственных препаратов может быть повышена при уменьшении размеров частиц до нанометров. Такие частицы проходят через капилляры, и лекарства на их основе могут вводится внутривенно. В то же время переносчики генов — это тоже наночастицы с участием ДНК, и ДНК-технология рассматривается как перспективный метод переноса лекарств и генов. Таким образом, нанотехнологические подходы очень важны в современной фармакологии, которая активно развивает концепцию «волшебной пули», т.е. быстрой и направленной доставки лекарственных препаратов в нужные органы или ткани. Уменьшение размеров используемых наночастиц и разработка новых «направляющих» лигандов, содержащих лекарственные препараты, — эти и другие приемы используются исследователями для оптимизации принципов «волшебной пули». Разработано специальное устройство (так называемое «генное ружье»; рис. 3), с помощью которого наночастицы золота, покрытые ДНК, ускоряются сверхзвуковым потоком гелия и используются для ввода генетического материала в наченное для доставки генетического материала в намеченные клетки растений в намеченные клетки животных. Флуоресцентные биотоки растений и животных логические метки на основе полупроводниковых нанокристаллов (типа CdSe) считаются перспективными для маркировки и наблюдения за поведением вводимых в организм препаратов.
Рис. 3. «Генное ружье», предначенное для ввода генетического материала в намеченные клетки растений животных. Флуоресцентные биотоки растений и животных логические метки на основе полупроводниковых нанокристалов (типа CdSe) считаются перспективными для маркировки и наблюдения за поведением вводимых в организм препаратов.
Имеется несколько кратких сообщений о том, что различные дисперсные системы в виде ультрадисперсных порошков перспективны также для защиты от биологического и радиологического оружия, но подробные сведения по этому вопросу отсутствуют. Тем не менее информация о биологических свойствах наночастиц расширяется (например, антимикробные свойства наночастиц серебра, алмаза, а также фуллеренов и других нанообъектов; влияние ультрадисперсных порошков железа и других металлов на урожайность зерновых и зерново-бобовых культур, а также на заживление язв и регенерацию тканей и др.).
В США в ближайшие годы ожидается коммерческое производство металлооксидных наночастиц (для обеззараживания боевых отравляющих веществ, для защиты армии и населения при нападении террористов), а также высокопористых нанокомпозитов в виде таблеток или гранул для очистки и дезинфекции воздуха (например, в самолетах, казармах, офисах и т.п.).
Следует, однако, иметь в виду и токсическое действие наночастиц на живые организмы. Известно отрицательное влияние частиц кремниевых соединений и бериллия на здоровье человека, но, в принципе, и другие вещества в виде ультрадисперсных порошков, включая углеродные нанотрубки, могут быть потенциально опасными и требуют осторожного обращения.
Широкое распространение получает изготовление полимерных нановолокон диаметром менее 100 нм. Эти волокна используют для изготовления «активной» одежды, способствующей самозаживлению ран и диагностике состояния (с восприятием команд извне!). Следует упомянуть еще и о биоактивных фильтрах на основе нановолокон. Американские фирмы «Argonide» и «NanoCeram™» с участием российских специалистов наладили выпуск волокна диаметром 2 нм и длиной 10—100 нм (удельная поверхность 300 — 600 м2Д) из бемита (AlOOH). Эти волокна, агрегированные в «комки» размером около 1 мкм, могут быть соответственно либо кристаллическими (агрегаты типа «перекати-поле»), либо аморфными (агрегаты, напоминающие комки снега). Благодаря наличию большого числа гид-роксильных групп агрегаты волокон в водных растворах заряжаются положительно и активно сорбируют отрицательно заряженные бактерии, вирусы, неорганические и органические наноча-стицы, обеспечивая эффективную очистку воды, а также стерилизацию медицинских сывороток и биологических сред.
Большое распространение получили биочипы с ДНК-зондами и с белковыми зондами, которые позволяют проводить диагностику болезней на молекулярном уровне, вырабатывая одновременно и методы лечения с минимальными побочными эффектами. Изготовление этих чипов предусматривает нанесение содержащих флуоресцентные или иные метки молекул ДНК (или белков) на специальную подложку. На микрочипы наносятся зонды и гены, содержащиеся в возбудителях анализируемых болезней (например, сибирской язвы, оспы или других опасных болезней, которые могут быть в арсеналах биотеррористов).
 |
Быстрое фиксирование генетической информации обеспечивается технологией, сходной с литографическими методами формирования рисунка в интегральных схемах. Связывание ДНК (или белков) на микрочипе с аналогичными компонентами исследуемого объекта распознается сканером и обрабатывается компьютером (рис. 4). Использование биочипов неоценимо также в выявлении предрасположенности к тем или иным болезням, а также для наблюдения за развитием последних и во многих других случаях современной медицинской и судебно-медицинской диагностики. Создание искусственных биологических тканей тоже тесно связано с ДНК-технологией и биочипами.
В США коммерческим производством биочипов занимается несколько фирм. В России ведущие исследования и разработки в области биочипов (а также их изготовление) проводят в Институте молекулярной биологии РАН.
Наконец, наноэлектромеханические устройства и наносенсо-ры на основе ДНК — это весьма перспективные сверхминиатюрные молекулярные двигатели и диагностические приборы для человеческого организма, которые могли бы обеспечить высокий уровень поддержания здорового образа жизни и необходимых мерлечения. Исследования в этом направлении ведутся активно, хотя до широкого внедрения в медицинскую практику еще далеко.
4. Нанотехнологии в клетке
Добро пожаловать в клетку
Словечко «нано» стремительно входит в моду. Особенно у рекламистов и пиарщиков: «нанокефир» и «нанокремы» они уже придумали, скоро создадут «нанососиски» и «наноколготки». Но в реальности многие отрасли знания уже вовсю имеют дело с наночастицами. Среди них и медицина.
От мини к нано
История современной медицины — это бег от большого к малому. Многие диагностические аппараты из громыхающих монстров постепенно превратились в элегантные чемоданчики. Довольно объемные мензурки с микстурами и капельницы эволюционировали до крошечных таблеток, подкожных резервуаров с лекарствами или даже пластырей. Устрашающие взгляд полостные операции заменили крошечные проколы, сквозь которые хирурги манипулируют под взглядом видеокамеры.
Но нет предела совершенству. Многие болезни начинаются с изменений в считанных клетках человеческого тела, а болезнетворные бактерии и вирусы тоже вещества микроскопические. Поэтому медицина дерзко мечтает лечить болезнь там, где она возникает, — в клетке.
Нанотехнологиями сегодня активно занимаются примерно в 50 странах. Лидируют США, Япония, Южная Корея, ФРГ. Россия занимает место во второй десятке. Но по числу публикаций по нанотематике мы на почетном 8-м месте
А воплотить эти мечты можно только с помощью нанотехнологий — манипуляций на уровне молекул, атомов и искусственных конструкций тех же размеров. Представить их невозможно, поскольку человеческому глазу сравнить их не с чем. Однако мы знаем, что 1 нанометр — это миллиардная доля метра.
Представим, что мы с вами ростом в 1 нанометр. Тогда земная дистанция всего в один метр превратилась бы для нас в 1 миллиард метров (т.е. 1 млн км), или примерно в кратчайший путь до Луны (356 тыс. км), повторенный три раза. То есть с Луны мы бы с вами уже не вернулись… Вот так же кружит голову и попытка представить себе эти загадочные нанометры.
Кто все это придумал
Мысль о применении микроскопических устройств в медицине впервые была высказана в 1959 году знаменитым американским физиком Ричардом Фейнманом в нашумевшей лекции «Там, внизу, много места». Он описал микроробота, который сможет проникать через сосуд в сердце и выполнять там операцию по исправлению клапана.
В 1967 году биохимик и писатель-фантаст Айзек Азимов первым выдвинул идею «мокрой технологии» — использования для лечения людей живых механизмов, существующих в природе. В частности, собирать их из нуклеиновых кислот и ферментов. Потом Роберт Эттингер предложил использовать модифицированные микробы для ремонта клеток.
Термин «нанотехнология» широко распространился в мире после выхода в 1986 году знаменитой книги «Машины творения» физика Эрика Дрекслера. Он стал называть свои предложения по конструированию отдельных молекул, обладающих заданными свойствами, «молекулярной нанотехнологией». Так что история нанотехнологий уже насчитывает более 20 лет.
Возможности безграничны…Что же нанотехнологии сулят медицине помимо уже широко разрекламированных, но пока нереальных «нанороботов», которые будут шастать внутри человека и что-нибудь починять?
На самом деле куда больше. Они смогут создавать:
наноматериалы с заданными свойствами — наночастицы (фуллерены и дендримеры)
микро- и нанокапсулы (например, с лекарствами внутри)
нанотехнологические сенсоры и анализаторы — наноинструменты и наноманипуляторы
автоматические наноустройства (помимо все тех же нанороботов).
Надеюсь, что тут вам все понятно, кроме разве что «фуллеренов» и «дендримеров». Фуллерен — это пятая (кроме алмаза, графита, карбина и угля) форма углерода, которую сначала предсказали теоретически, а потом открыли в природе. По виду молекула фуллерена (С60) похожа на футбольный мяч, сшитый из пятиугольников и шестиугольников. Медицине же фуллерены интересны тем, что могут пролезать в молекулу ДНК, искривлять и даже «расплетать» ее.
Дендримеры — это древовидные полимеры (длинные молекулы, состоящие из повторяющихся одинаковых элементов). Они способны доставлять прицепленные к ним лекарства прямо в клетки, например, раковые.
…а достижения скромны
Но какими бы захватывающими ни были перспективы нанотехнологий, реальные достижения пока невелики.
Американцы создали материал, имитирующий настоящую костную ткань. Применив метод самосборки волокон, имитирующих природный коллаген, они «посадили» на них нанокристаллы гидрооксиапатита. А уже потом на эту «шпатлевку» приклеивались собственные костные клетки человека — таким материалом можно замещать дефекты костей после травм или операций.
Другая разработка, напротив, не дает клеткам приклеиваться к поверхности. Это нужно, к примеру, для создания биореакторов, в которых будут содержаться стволовые клетки. Проблема в том, что, как только стволовая клетка «села» на какую-то поверхность, она немедленно начинает специализироваться — превращаться в клетку конкретной ткани. А чтобы она сохраняла свой потенциал, надо не давать ей «присесть».
Экспериментируя с фуллеренами и дендримерами, сейчас во многих странах ищут эффективные лекарства от СПИДа, гриппа, болезни Паркинсона, рака и т.п. Микрокапсулы с нанопорами могут послужить больным диабетом 1-го типа — они смогут
доставить в организм человека клетки поджелудочной железы животного и вовремя выделять инсулин, при этом оставаясь невидимыми для иммунной системы человека.
Искусственно сконструированная клетка-респироцит сможет заменить недостающие в крови эритроциты — она умеет переносить и кислород, и углекислый газ. При этом взвеси респироцитов понадобится в сотни раз меньше, чем препаратов донорской крови или кровезаменителей.
Не все то золото, что серебро
У российской науки есть и свои рекорды на обширном поле нанотехнологий. Так, мы — явные лидеры в изучении и применении наночастиц металлов в медицине. На солидной научной конференции «Нанотехнологии и наноматериалы для биологии и медицины», которая прошла в конце прошлого года в Новосибирске, чуть не 90% докладов посвящались золоту, серебру, цинку, висмуту и различным комбинациям полимеров, сорбентов и т.п.
Бактерицидные и ранозаживляющие свойства серебра известны медицине давно. Однако наши ученые выяснили, что если серебро и прочие металлы превратить в наночастицы, эти свойства резко возрастают. И доказали это на многочисленных клинических исследованиях. Ожоги, огнестрельные раны, переломы, кожные, гинекологические и прочие воспаления/раны заживают значительно быстрее и эффективнее. Наши ученые создали десятки препаратов, основанных на спасительных свойствах этих металлов. Только не ищите в аптеках — их нет. Почему — это уже вопрос не к ученым, а к тем, кто закупает импортные антибиотики, в тысячи раз более дорогие.
Между прочим, наша сибирячка Нина Богданчикова, которая в России занималась как раз исследованиями серебра, а потом переехала в Мексику и начала работать в Национальном университете, стала инициатором развития этого научного направления во всей Латинской Америке. И теперь оно бурно развивается на континенте. Понятно почему — серебра там хоть завались, а препараты из него получатся не слишком дорогими. Кончится все, как обычно, тем, что начнем их импортировать.
Нам есть чем гордиться
Второе направление, на котором мы могли бы лидировать в мире, — создание биочипов. Чип — это маленькая пластинка, на поверхности которой размещены рецепторы к различным веществам — белкам, токсинам, аминокислотам и т.п. Достаточно капнуть на чип крошечную каплю плазмы, крови или другой биологической жидкости, как «родственные» молекулы прикрепятся к рецепторам. А потом прибор-анализатор 
считает информацию. Биочипы, созданные в Институте молекулярной биологии им. Энгельгардта РАН под руководством академика Андрея Мирзабекова, уже умеют практически мгновенно выявлять возбудителей туберкулеза, ВИЧ, особо опасных инфекций, многие яды, антитела к раку и т.п. Причем наши биочипы оказались намного дешевле и удачнее американских. Однако внедрение этой новейшей технологии в практическую медицину идет гораздо медленнее, чем хотелось бы
Ученые разработали вакцину против рака предстательной железы
Исследователи из Южнокалифорнийского университета (University of Southern California) разработали вакцину против рака предстательной железы, которая помогла предотвратить развитие рака у 90% мышей, генетически предрасположенных к развитию заболевания. Ученые надеются, что подобная тактика могла бы сработать и с мужчинами, у которых наблюдается рост простат-специфического антигена, являющегося потенциальным индикатором рака простаты.
Обычно, мужчинами с растущим числом простат-специфических антигенов советуют не начинать лечение, пока не появятся первые признаки рака, но нынешние исследования могут полностью изменить стратегию лечения благодаря ранней вакцинации. Тестируемая сейчас вакцина предназначена для предотвращения развития рака у больных, у которых предраковое состояние ухудшается и не поддается обычной терапии или результаты этой терапии неутешительны.
Профилактическая вакцина предназначена для активизации иммунной системы на борьбу с антигеном простатных стволовых клеток (АПСК). АПСК, будучи мембранным белком, в избытке появляется в приблизительно 1/3 случаев раннего предракового состояния. Но количество этого антигена стремительно увеличивается во время образования и развития всех видов опухолей простаты. В небольших количествах АПСК присутствует также в здоровой предстательной железе, мочевом пузыре, толстой кишке, почках и желудке.
Исследователи испытали свою вакцину на 8-недельных мышах, которые были генетически изменены для развития рака предстательной железы во взрослом возрасте. В экспериментальной группе у двух из двадцати мышей к концу первого года жизни развился рак простаты, но размеры опухолей оказались очень маленькими. Кроме того, рост опухолей прекратился. Ученые наблюдали крошечные раковые опухоли, окруженные армией иммунных клеток. Вакцинация перевела рак в состояние хронического излечимого заболевания.
Особенно важным оказалось то, что у подопытных мышей не развилась автоиммунная болезнь — побочный эффект, который появился бы, если вакцина действовала бы и на нормальные клетки. Теоретически, вакцина может вызвать иммунный ответ в любой ткани, в которой присутствует антиген простатных стволовых клеток. Но тот факт, что этот антиген присутствует в здоровых тканях в незначительных количествах, способствует предотвращению осложнений.
И хотя такая вакцина дает большие надежды на победу над раком простаты, перед применением в клинических условиях ее необходимо испытать на людях, чтобы полностью исключить возможность развития автоиммунной болезни.
Медицина и нанотехнологии: Раковые клетки теперь будут… взрывать!
Совместная команда ученых из Университета штата Миссури (University of Missouri-Columbia — UMC) и армии США разработали особую нановзрывчатку, способную порождать сверхзвуковую ударную волну, которая поможет доставлять лекарственные вещества прямо в раковые клетки, не повреждая при этом здоровые клетки организма.
Испытательная установка
При разработке такой «умной бомбы» исследователи использовали специальный нанотермитный композит, содержащий металловидное топливо и неорганический окислитель, в результате чего получилось крайне горючее вещество, способное генерировать ударную волну с числом Маха доходящим до 3.
(Число Маха [Э.Мах — австрийский физик, 1838—1916] — в механике сплошных сред — отношение локальной скорости потока к местной скорости звука).
В качестве «топлива» используется разреженный оксид меди, а окислителем служат алюминиевые наночастицы. В результате создается большая площадь соприкосновения между «топливом» и окислителем, что приводит (в наномасштабах) к моментально распространяющемуся возгоранию. А это, в свою очередь, порождает сверхзвуковую взрывную волну, распространяющуюся со скоростью от 1500 до 2300 метров в секунду.
Такая взрывчатка помещается в специальный прибор, который можно будет использовать для облегчения доставки лекарственного препарата прямо в раковые клетки или клетки вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).
Лекарство вводится в организм обычным способом (инъекцией) и распространяется естественным образом по телу больного. Затем, при помощи разработанного прибора на нановзрывчатке, в место опухоли подается мощный импульс. Ударные волны, сгенерированные этим импульсом, приводят к образованию крошечных отверстий в клетках опухоли, что помогает лекарству попадать прямо в клетки. За счет сверхзвуковых ударных волн лекарство доставляется в клетки опухоли за считанные миллисекунды.
Ученые испытали «ударную» тактику на ткани животных и продемонстрировали 99-процентную успешность метода. Почти все клетки опухоли получили дозу лекарства. В тоже время здоровые клетки пострадали намного меньше, чем, если бы применялись традиционные методы лечения, такие как химиотерапия.
Ученые говорят, что нановзрывчатка обладает отличными от обычной взрывчатки характеристиками. В обычной взрывчатке ударная волна образуется во время детонации. В данном же случае, быстро распространяющаяся реакция воспламенения порождает взрывную волну без детонации. Генерирование ударной волны без детонации, по словам ученых, и есть ключ этой технологии.
Готовый к массовому применению прибор на нановзрывчатке появится в течение двух-пяти лет. Кроме применения в биомедицине, нановзрывчатка может быть на пользу и в других сферах, таких как геология и сейсмология. Изначально же эта технология использовалась армией США для обнаружения взрывных устройств, во время которого ударные волны посылались в землю, помогая формировать изображение того, что находится под поверхностью.
5. Заключение
Развитие нанотехнологий ставит ряд очень важных вопросов. В первую очередь философского характера.
Эдуард Теллер, один из создателей термоядерной бомбы заметил: «Тот, кто раньше овладеет нанотехнологией, займет ведущее место в техносфере следующего столетия». Нужно опасаться такого хода мыслей. Высказывание, безусловно, верное, но нанотехнология не должна становиться предметом соперничества. Она обладает столь мощным потенциалом, что нужно вести разработки в этой области полностью открыто, с тщательным контролем, исключающем создание оружия.
Эрик Дрекслер пишет: «Но мощь новых технологий можно обратить и на создание военной силы. Перспектива создания новых вооружений и их быстрого производства является причиной для серьезного беспокойства. Это ведет к идее установления тщательного контроля даже для тех из нас, кто является убежденным сторонником свободного развития технологии».
Молекулярные нанотехнологии, которые могут убить цивилизацию, с другой стороны обладают большим потенциалом созидания, чем разрушения. В этом их отличие, скажем, от ядерной энергии, неудержимая мощь которой гораздо больше подходит для разрушения. В этом смысле прорыв человека в микромир очень похож на изобретение колеса, которое имеет гораздо большее применение в мирных целях, чем при создании оружия, где оно обычно работает лишь косвенно.
Остаётся опасность непредсказуемого поведения наносистем, их выхода из-под контроля человека. Сколько статей и рассказов было написано, где компьютер взбунтовался против человека. Но практика развития компьютерных систем показывает, что ничего подобного не происходит и не собирается происходить. Опасность такого рода возникнет только тогда, когда система осознает саму себя и у неё появятся собственные цели.
На современном этапе развития поведение компьютерных систем слишком жёстко ограничивается алгоритмическими программами. Кроме того, эти алгоритмы слабо связаны с окружающей средой, у компьютеров только сейчас появляется слух и зрение в виде микрофонов и видеокамер, а органов воздействия на окружающие предметы практически нет.
Развитие нанокомпьютеров неизбежно будет связано с созданием нейросетей, допускающих случайные отклики на внешние воздействия, и ростом взаимосвязи компьютер – внешний мир. Наряду с громадным ростом быстродействия и памяти в таких системах можно ожидать самозарождения сознания.
Но отказ выполнять волю человека может произойти не только из-за того, что наносистемы начнут проявлять свою волю, противостоящую воле человека, а из-за недостаточного понимания людьми последствий исполнения собственных желаний наносистемами. Человек не может предусмотреть всех последствий деятельности наносистем в силу их очень высокой сложности. Станислав Лем это образно описывает так: «По-видимому, когда в среде обитания появляются зачатки разума, когда этот разум пересаживают из голов в машины, а от машин, как некогда от мамонтов и примитивных рептилий, его унаследуют молекулы, и молекулы эти, совершенствуя новые поколения смышленых молекул, преодолеют так называемый порог Скварка, то есть плотность их интеллекта настолько превысит плотность человеческого мозга, что в песчинке поместится умственный потенциал не доцента какого-нибудь, а сотни факультетов вместе с их учеными советами,– тогда уже сам черт не поймет, кто кем управляет: люди шустрами или шустры людьми. И речь тут вовсе не о пресловутом бунте машин, не о восстаниях роботов, которыми давным-давно, когда в моде была футурология для масс, пугали нас недоучившиеся журналисты, но о процессе совершенно иного рода и иного значения. Шустры бунтуют в точности так же, как растущая в поле пшеница или микробы на агаровой пленке. Они исправно делают, что им поручено, но делают это все лучше и лучше и, в конце концов, начинают делать это так изумительно, как никому не пришло бы в голову в самом начале… И уж тем более никто не верил, что какие-то шустры получат превосходство над людьми – не угрозами и не силой, но так, как ученый совет, состоящий из дважды профессоров, превосходит мальца в коротких штанишках. Ему не понять их коллективной мудрости, как бы он ни старался. И даже если он принц и может приказывать совету, а совет добросовестно исполняет его капризы, все равно результаты разойдутся с его ребяческими ожиданиями,– например, захоти он летать. Разумеется, он будет летать, но не по-сказочному, как он, несомненно, себе представлял, не на ковре-самолете, но на чем-нибудь вроде аэроплана, воздушного шара или ракеты, поскольку даже наивысшая мудрость в силах осуществить только то, что возможно в реальном мире. И хотя мечты этого сопляка исполнятся, их исполнение каждый раз будет для него неожиданностью. Возможно, в конце концов, мудрецам удалось бы растолковать ему, почему они шли к цели не тем путем, который он им указал, ведь малыш подрастет и сможет у них учиться; но среда обитания, которая умнее своих обитателей, не может разъяснить им то, чего они не поймут, ведь они - скажем, наконец, прямо – слишком глупы для этого».
Кроме самопроизвольного неподчинения систем в силу их воли или глупости человека существует ещё много возможностей отказа наносистемы выполнить волю человека. Части этих отказов можно, теоретически избежать, другой части нельзя избежать в принципе.
Системы наномашин кто-то будет проектировать. Разработка наносистем на начальном этапе требует огромных затрат труда. Естественно, люди, разработавшие наносистемы, могут предусмотреть в их программе подчинение лишь себе или покупателю, но отказ служить другим людям. Таким образом, мир может разделиться на две группы людей (фирм, компаний, государств). Одним наносистемы будут подчиняться, а другим не будут.
Лем о новом мире и создателях наносистем пишет: «Но если в этой перекроенной на новый лад гармонии что-то разладится, кто исправит ее? А так как кто-то должен ее к тому же запроектировать и запустить в производство, это лицо или группа лиц будут склонны самозванчески, явным или, что еще хуже, тайным образом взять себе роль Господа Бога в этом все представлении».
Практически невозможно избежать неповиновения наносистемы, если желания нескольких человек взаимо исключают друг друга. В этом случае наносистема, исполняя приказ одного человека, не будет повиноваться другому. Но этими вопросами занимается уже теория систем. Нанороботы в этом плане ничем не будут отличаться от сегодняшних и будущих роботов, разве только нейропроцессором. Но и модели поведения нейросистем, несмотря на отсутствие аппаратных реализаций, хорошо проработаны и изучены.
Список литературы.
1. Drexler K. Eric; «Engines of Creation. The Coming Era of Nanotechnology»; Anchor Books; 1986; https://www.foresight.org/EOC/index.html
2. Drexler K. Eric; «Nanosystems»; Wiley Interscience; 1992; https://nano.xerox.com/nanotech/nanosystems.html
3. Drexler K. Eric, Peterson Chris, and Pergamit Gayle; «Unbounding the Future:
4. the Nanotechnology Revolution»; 1991; https://www.foresight.org/UTF/Unbound_LBW/index.html
5. Пётр Лускинович; «Нанотехнология»; Журнал «Компьютера» https://www.computerra.ru/offline/1997/218/828/
6. Михаил Соловьёв; «Нанотехнология - ключ к бессмертию и свободе»; Журнал «Компьютера»
7. https://www.computerra.ru/offline/1997/218/829/
8. Бёрд Киви; «Микроботы: технология будущего сегодня»; Журнал «Компьютера»
9. https://www.computerra.ru/offline/2002/439/17343/
10. Sandia National Laboratories Official Site
11. www.sandia.gov
12. MEMX Official Site
13. www.memx.com
14. S. Lem. Wizja Localna. Krakow, 1982.
15. https://www.nanonewsnet.ru