Нанотехнологии. Возможности и опасности

     Ученые  из российского Института общей физики РАН и Института нанотехнологий Международного фонда «Конверсия» вырастили на поверхности алюминия с хромовым покрытием с помощью установки нанолитографии «Луч-2» углеродные объекты размером 3 нм.

     В Принстонском университете разработан деформируемый электропроводник, который можно растягивать в два раза (до сих пор лучшие эластичные проводящие материалы растягивались на 5-10%). Он представляет собой проводящий слой из золота толщиной 25 нм. Теперь появляется возможность создавать переносные надувные компьютерные сети и кожу для роботов, способную передавать «ощущения» и упрощающую управление периферийными системами.

     Особое  внимание нанотехнологи уделяют  кристаллографии. Дело в том, что  ручная сборка одного наноустройства из атомов может потребовать нескольких лет, а до появления молекулярных роботов-сборщиков еще далеко. Поэтому немало исследований направлено на поиск технологий выращивания наноматериалов и наноустройств в виде кристаллов, которые к тому же по достижении определенного размера могут распадаться на множество копий с идентичной структурой.

     Институт  кристаллографии РАН представил технологию управляемого выращивания  нитевидных кристаллов кремния (так  называемые острийные наноструктуры), за рубежом пока отсутствующую. Радиус закругления на вершинах кристаллов составляет всего 2 нм, что позволяет использовать их в наноэлектронике как точечные источники электронов в лучевых приборах. Еще один проект ИК РАН – подготовка трековых наномембран с порами 50-5000 нм, применяемых в проектах выделения вирусов, тонкой очистки воздуха или жидкости и во множестве других задач.

     Создаваемый в ИК РАН компьютерный программный  комплекс BARD (базовый анализ рефлектометрических  данных) позволит определять электронную  структуру тонких (в том числе  нано-) пленок, анализируя различные  виды рассеиваемого ими излучения. Производители, зная детальную структуру нанопленок, смогут выпускать их промышленные образцы высокого качества. 

     3. Потенциальная опасность, связанная с использованием нанотехнологий

     Опасность наноматериалов в первую очередь  заключается в их микроскопических размерах. Во-первых, благодаря малым размерам, они химически более активны, вследствие большой суммарной площади поверхности «нановещества», в результате чего малотоксичное вещество может стать очень токсичным. Во-вторых, химические свойства «нановещества» могут в значительной степени меняться из-за проявлений квантовых эффектов, что в итоге может сделать безопасное вещество очень опасным. В-третьих, в силу своих малых размеров наночастицы свободно проходят сквозь клеточные мембраны, повреждая клеточные органеллы и нарушая работу клеток. Представьте себе попавшие в клетку многочисленные «иголки» нанотрубок, которые при движении с клеточным соком ломают и крушат всё на своём пути.

     Это вызывает определённые опасения, особенно после публикации ряда исследований. Так учёные, распыляя в вольерах с крысами аэрозоль, содержащую углеродные нанотрубки, установили, что это влечёт за собой тотальную гибель подопытных животных. Углеродные трубки без особого труда попадали в клетки лёгких животных, вызывая серьезные нарушения в клетках, и дальше разносились кровотоком по всему организму. В СМИ появлялись публикации о «чудо-носках» с наночастицами серебра, которые избавляют эту часть мужского гардероба от неприятного запаха. К счастью, учёные вовремя установили, что в результате стирки этих носков наночастицы серебра оказываются в воде, где способны вызывать тяжёлые нарушения репродуктивных функций, а также работы мозга водных организмов. Если учесть, что рано или поздно все канализационные сбросы оказываются в природных водоёмах, то нетрудно представить, что будет с водными организмами и людьми, использующими эту воду в питьевых целях. Через все существующие на сегодняшний день фильтры и системы очистки наночастицы проходят, как вода сквозь решето.

     В США недавно анонсировали «наноткань», для ликвидации нефтяных разливов. Заявлялось, что эта «чудо-ткань» абсорбирует нефти в 20 раз больше своего веса. К сожалению, о возможных последствиях использования этой «наноткани» не было сказано ни слова. Можно с уверенностью сказать, что повреждения этого высокотехнологичного материала при использовании неизбежны, а это значит, что фрагменты нановолокон в итоге окажутся в клетках живых организмов, а далее «отправятся в путешествие» по пищевым цепям

     На  смену экологии индустриального  общества должна прийти экология постиндустриального общества. Большинство существующих на сегодняшний день методик оценки качества окружающей среды направлено на выявление степени химического и физического загрязнения. Эти методики абсолютно не применимы для выявления «нанозагрязнения». Экологический мониторинг в будущем ждут большие перемены. Уже сейчас необходимо разрабатывать эффективные методы обнаружения наночастиц в природных средах (воде, воздухе и почве), разрабатывать методики определения токсичности наноматериалов и нормировать содержание различных наночастиц в окружающей среде, разрабатывать новые методы оценки воздействия на окружающую среду антропогенной деятельности. На сегодняшний день способов борьбы с «традиционным» химическим загрязнением, предостаточно, что нельзя сказать о предотвращении загрязнения окружающей среды «наночастицами». Здесь «традиционные» фильтры и системы очистки абсолютно бесполезны. Необходимо уже сейчас начинать работу над очистными системами нового поколения.

     Особые  опасения вызывает нанооружие. Как уже известно, из истории развития человечества, все передовые достижение науки первым делом водворяются в военной отрасли. Так в США уже был анонсирован «нанотермит». Это взрывчатое вещество, упорядоченное на атомарном уровне, производит ещё больше энергии в единицу времени. Чудовищной силы взрывчатое вещество может быть начинено нанотрубками, которые при взрыве рассеиваются на большой площади, вызывая нарушения работы клеток и органов живой силы противника. Кроме того, как нанооружие, так и токсичные нановещества могут стать опасной «игрушкой» в руках террористов.

     Потенциальную опасность нанотехнологий отмечают многие известные эксперты. Эрик Дрекслер, директор Института предвидения (Foresight Institute – ведущая нанотехнологическая организация США, финансирующая исследования и активно занимающаяся пропагандой данного направления), выдвинул концепцию серой слизи, завершающую существование человечества. Согласно этой концепции универсальные молекулярные самосборщики, обученные делать из подручных материалов себе подобные копии, едва будучи созданными, тут же примутся за окружающую среду, начнут штамповать свои клоны из доступных молекул и в конце концов всю Вселенную превратят в однообразную серую массу, состоящую только из нанороботов.

     А если работу саморепликаторов удастся  контролировать, то тогда они окажутся идеальным оружием. Но в любом  случае из-за того, что функционирование всех устройств микромира носит  вероятностный характер, всегда возможны мутации микроавтоматов под влиянием непредсказуемых внешних воздействий, приводящие к отказу от выполнения заданной программы и разрушительному поведению.

     Пока  концепция серой слизи не выдерживает  простой критики. Ведь для самосборки нанороботу нужны пальцы-манипуляторы, современные аналоги которых (микроэлементы модифицированных атомных микроскопов) значительно превосходят размеры атомов, что в принципе не позволяет создавать автономные сборщики наноразмеров. Кроме того, такие манипуляторы весьма несовершенны: к ним «прилипают» посторонние атомы, и пока неясно, как избавиться от всех этих побочных эффектов. Непонятно также, откуда подобным роботам брать энергию и как она будет рассеиваться в результате масштабных молекулярных преобразований. Пока что идея серой слизи (в том виде, в каком она сформулирована) противоречит законам термодинамики. Впрочем, теоретическая возможность создания самосборщиков остается, и то, что кажется совершенно нереальным сегодня, завтра вполне может стать обыденностью. Показательно, что в 2003 г. один из призов Института молекулярного производства (IMM), работа которого финансируется Институтом предвидения, был присужден за теоретические разработки по созданию стражей, способных контролировать деятельность саморепликаторов.

     Более вероятна другая проблема – концепция зеленой слизи. Ученые предупреждают, что существует реальная возможность создания разрушительных вирусов и бактерий, которые, быстро размножаясь, просто уничтожат всю жизнь на планете, разобрав белковые структуры на отдельные молекулы. В технологическом плане эта задача проще – вирусы могут пользоваться строительным материалом и готовыми энергоресурсами клеток. Так, в ноябре 2003 г. появилось сообщение о том, как ученые Института альтернативных биологических источников энергии (г. Роквилл, шт. Мэрилэнд) собрали за 14 дней точную живую копию вируса PhiX из коммерчески доступных материалов (в 2002 г. группа американских ученых создала таким же способом поливирус, но потратила на работу три года). PhiX известен тем, что стал первым земным существом, генетический код которого был расшифрован в 1978 г. Его геном состоит из 5386 элементов, причем ученые состыковывали их вручную. Далее они намерены сконструировать с нуля искусственную бактерию и попробовать автоматизировать технологию сборки ДНК, чтобы в будущем создавать более сложные живые организмы. Данный проект вызвал неодобрительные комментарии представителей ЦРУ, опасающихся, что технологии разработки вирусов станут доступны странам, поддерживающим глобальный терроризм.

Нанотехнологии  таят и другие опасности. В 2002 г. американское Агентство по защите окружающей среды, НАСА и международная неправительственная группа по защите прав человека в технологическую эру ETC Group по результатам совместного исследования сообщили, что вдыхание нанотрубок (на сегодня базового строительного наноматериала), которому случайно оказалась подверженной группа астронавтов, приводит к заболеванию легких. Такие углеродные трубки весьма схожи по негативному воздействию с обычной сажей. Кроме того, частицы наноустройств легко могут проникать в клетки через поры их стенок и накапливаться в органах. Последствия такого зашлаковывания пока неясны, но вряд ли они будут позитивными.

     Вызывают  определенную тревогу достижения в  сфере генных манипуляций. Наиболее активные сторонники этого направления выдвинули идею «нормального человеческого генотипа», разделяющую как отдельных людей, так и целые расы на «правильные» и «неправильные». По некоторым прогнозам, уже в 2020 г. отбор сотрудников на важные корпоративные позиции в развитых странах будет происходить после анализа ДНК на наличие отклонений в здоровье, а в 2025 г. к такой проверке добавится процедура исследования химических процессов мозга, позволяющая выявить предрасположенность человека к антисоциальному и, может быть, антикорпоративному поведению.

     Не  решено сегодня и множество этических  проблем. Общеизвестно негативное отношение  жителей многих стран к генетически  модифицированной пище (даже если она  позволяет этим государствам избавиться от голода), к трансплантации органов (даже если они будут выращиваться искусственно) и т. д. Главным препятствием на пути нанотехнологий остается сам человек. 
 
 

Заключение

     Миллиардные инвестиции в нанотехнологии связаны  с появлением у человечества шанса  решить все ключевые проблемы современности. Генетически модифицированные растения и животные, растущие не по дням, а по часам, победят проблему голода на планете. Нанороботы смогут собирать в неограниченных количествах любые предметы первой необходимости из произвольных подручных материалов. Избавление от голода и плохих условий жизни позволит правительствам сосредоточиться на повышении культурного уровня, а среднее образование станет доступно всем детям земли. Медики с помощью генной инженерии и молекулярных автоматов, способных следить за состоянием клеток человеческого тела и при необходимости ремонтировать их, рассчитывают сказать «нет» болезням, а возможно, и смерти. Удастся остановить гибель множества природных ресурсов и восстановить утраченные виды животных и растений, создав их клоны. Прекратится загрязнение планеты – нанороботы смогут переработать любые отходы, переводя их в удобрение или энергоресурсы. Появится возможность безопасных космических путешествий, а затем Земля и вся Солнечная система будут преобразованы во благо человечества. Все это согласно весьма авторитетным прогнозам вполне реально, «нано-рай» на Земле может наступить уже в первой половине нынешнего века. Ведь массовое распространение достижений, основанных на нанотехнологиях, начнется в ближайшие десятилетия.

     Но, к сожалению, в довесок ко множеству прикладных выгод земная цивилизация может получить не меньшие социальные проблемы. Два десятилетия практических исследований – это крайне мало для зрелости научного направления, поэтому отношение общества к нанотехнологиям сегодня очень неоднозначно. Вполне возможно, что с помощью нанотехнологий богатые станут еще богаче и смогут жить вечно. А представители остальной части человечества, получив от элиты бесплатный кусок хлеба и набор предметов первой необходимости, так и останутся людьми второго сорта, живущими под глобальным контролем НаноБрата.

     Все нанотехнологические достижения патентуются, поэтому доступ к ним серьезно ограничен уже сегодня. В каком  направлении свернет человечество под влиянием завораживающих нанодостижений, станет понятно достаточно быстро.