Человечество приближается к заветной мечте - созданию наноконвейеров для производства продуктов питания, лекарств, топлива и пр.
Швейцарская национальная лаборатория материалов, наук и технологий EMPA - один из крупнейших европейских центров по исследованиям в области нанотехнологий. На счету лаборатории немало прогрессивных разработок, среди которых сверхпрочные углеродные нанотрубки, солнечные панели нового поколения, "текстильное золото" и другие, которые произвели настоящую революцию в мире нанотехнологий. О будущем этого направления рассказал "ВД" директор департамента передовых материалов и покрытий (Advanced Materials and Surfaces) EMPA Пьеранжело Гренинг.
"ВД" Господин Гренинг, какие из существующих сфер наноиндустрии вы считаете наиболее перспективными?
П.Г. Одним из главных достоинств нанотехнологий является использование их абсолютно в любой отрасли. Это означает, что во многих случаях изобретение, созданное для мирных, гражданских целей, может быть применено в военной промышленности и наоборот. К примеру, отдельные военные разработки имеют отношение к новейшим типам катализаторов, датчикам, солнечным батареям, энергетическим устройствам и средствам защиты от химического, биологического или радиологического оружия. Поэтому в каждой из отраслей есть свои хиты. В частности, в области функциональных наноматериалов будущее за графеном и его производными, которые будут применяться в микронаноэлектронике. В этой сфере проводится активная работа, потому что у кремния есть ограничения по степени миниатюризации, а устройства на основе графена можно делать любого размера. В целом электронике уделяется много внимания: продолжаются исследования в области дальнейшей ее миниатюризации, создается новый класс материалов и технологий, направленных на уменьшение энергопотребления, увеличение скорости работы.
"ВД" Ваша лаборатория месяц назад создала сверхпрочные углеводородные нанотрубки. Их ведь планируют, в частности, использовать для космических лифтов?
П.Г.
Не знаю, будут ли использовать для космических лифтов, но то, что они найдут применение практически во всех видах техники, так это наверняка.
Мы создавали нанотрубки CNT совместно с нашими коллегами из немецкого института Макса Планка. CNT - это квантовая структура толщиной всего 1 нанометр. Трубка состоит исключительно из атомов углерода, которые объединены в кристаллическую решетку, более прочную, чем атомная структура алмаза, что обеспечивает невероятную прочность материала. Для CNT существует масса применений - начиная с оптики и заканчивая электроникой. Среди наших разработок также новое поколение тонкопленочных солнечных панелей с рекордно высоким показателем коэффициента полезного действия - 20,4% против предыдущего рекорда в 18,7%. У них гибкая основа, что позволяет производить конструкции любой формы и любого размера. При этом панели имеют достаточно низкую себестоимость, так что будут доступны каждому.
"ВД" Нанотехнологии давно проникли и в сферу 3D-печати?
П.Г. Это одна из самых динамичных отраслей нано. На принтерах печатают на молекулярном уровне самые невероятные предметы. Так, недавно разработали миниатюрный 3D-принтер, способный изготавливать металлические предметы самого разного размера и конструкции. Причем стоит такое устройство всего $1500.
Широкое распространение таких принтеров произведет настоящую революцию в экономике, ведь сегодня изготовление сложных металлических изделий по силам лишь хорошо оснащенным производствам. Кроме того, цена 3D-конструкций будет гораздо ниже. Сейчас также тестируется способ трехмерной печати внутренних органов посредством крошечных, управляемых магнитами нанороботов. Они переносят гидрогель, наполненный биологическим материалом, и формируют из него различные внутренние структуры. Этот метод дистанционного управления позволит воссоздавать внутренние органы, не повреждая соседние зоны. А недавно вообще произошел поразительный случай: 3D-печать помогла врачам из Бостонской детской больницы совершить успешную гемисферэктомию (удаление полушария мозга) 18-месячному ребенку. Для того чтобы как следует подготовиться, врачи изготовили точную миниатюрную копию его мозга с помощью 3D-печати из мягкого пластика в разрешении 16 микрон. Возможность изучить, пощупать и сделать тренировочные надрезы на модели органа позволяет хирургам чувствовать себя увереннее во время операции, а пациентам - избежать неблагоприятных последствий.
"ВД" Сейчас много внимания уделяется развитию молекулярных роботов. Каково будущее этого направления?
П.Г.
Уже есть нанороботы - устройства размером порядка сотен нанометров, выполняющие любые манипуляции с атомами вещества. Управляемое (программируемое) взаимодействие нанороботов с органическим материалом - это будущее наномедицины. Например, нанороботы, внедренные в организм человека, будут находить и обезвреживать вирусы, доставлять к органам лекарства и даже делать операции. Более того, они могут стимулировать регенеративные процессы и даже интегрироваться в иммунную систему, укрепляя ее. Включение нанороботов в продукты питания позволит им не портиться даже при неблагоприятных условиях, то есть холодильники будут не нужны. Более того, роботы проследят, чтобы все питательные вещества максимально усвоились организмом и даже доставят их в точно выбранные части тела. При этом, выполнив свою задачу, молекулярные роботы распадутся на части, превратившись в строительный материал для клеток.
"ВД" Очевидно, не за горами и молекулярное производство?
П.Г. Молекулярное производство наверняка произведет мировую революцию, позволив создавать все необходимое дешево и быстро. Десятки крошечных роботов-сборщиков будут направлять химические реакции и соединять атомы в молекулы, которые станут строительным материалом объекта. Уже разработана производственная линия размером тоньше волоса, которая собирает из простых соединений сложнейшие молекулы. Это приближает человечество к заветной мечте: созданию наноконвейеров для производства продуктов питания, лекарств, топлива, микрочипов и пр. Причем для этого не нужно будет дорогое громоздкое оборудование и опытные специалисты.
Потенциал технологии наноконвейера огромен: это не только собственно производство, но и превращение химических отходов в полезное сырье, сборка микроэлектроники, программирование ДНК, очистка крови от вирусов и токсинов.
"ВД" А что вы думаете о клейтронике, позволяющей собирать различные предметы из отдельных универсальных микроскопических нанороботов?
П.Г. На самом деле идея слишком заманчивая, чтобы от ее реализации отказаться. Ведь такой гель из нанороботов мог бы создавать 3D-клоны любых привычных предметов, которые будут внешне неотличимы от оригинала. Это, по сути, аналог голограммы, но 3D-копия вполне может механически взаимодействовать с окружающими предметами. Такие разработки ведутся во многих престижных лабораториях учеными с мировым именем, причем некоторые из них финансирует DARPA. Поэтому вполне возможно, что из этого в итоге что-то получится.
"ВД" Некоторые футурологи считают, что развитие нанотехнологий может привести к катастрофе. Наиболее неблагоприятный сценарий - появление "серой слизи": непрерывно размножающихся нанороботов, целенаправленно уничтожающих все живое...
П.Г.
Любые технологии можно использовать как во благо, так и во вред. Чтобы предотвратить развитие подобных сценариев, необходимы эффективные механизмы общественного контроля над развитием технологий и особенно за прогрессом в области вооружений. Одна из возможных концепций защиты - создание активных щитов, которые будут сами обнаруживать вышедшие из-под контроля эксперименты и оружие и уничтожать их. Разрабатываются и другие методы контроля потенциально опасных направлений нанотехнологий. Тем более что на нанотехнологиях базируются новейшие виды оружия. К примеру, Россия создала сверхмощную нанобомбу, сопоставимую по мощности с тактическим ядерным оружием. Скорее всего, для этого использовали композитные взрывчатые вещества, спроектированные на атомарном уровне, а для корпуса - углеродные трубки. Усовершенствование традиционного оружия за счет молекулярных нанотехнологий существенно повышает его технические характеристики, способы использования и транспортировки.
"ВД" Существуют ли принципиально новые средства воздействия на живые организмы?
П.Г. Это не моя тема, но достигнутые успехи в микроробототехнике теоретически позволяют применять "рой" микроустройств, способных забивать или облеплять лицо, носоглотку и глаза человека. Другие могут парализовать пальцы, руки, ноги. Разрабатываются новые типы химических и биологических веществ поражающего действия, которые могут, в частности, доставляться путем инъекций с помощью искусственных или гибридных насекомых. Для проведения масштабных и высокоточных военных операций против живой силы противника возможно также поражение проникающими в организм микроскопическими устройствами, посредством которых можно управлять физическим состоянием человека, вплоть до его уничтожения. Микро- и нанороботы способны латентно находиться в организме заданное время и по сигналу активироваться.
Досье
Директор департамента передовых материалов и покрытий Швейцарской национальной лаборатории материалов, наук и технологий EMPA
Руководитель проекта "Наноструктурные материалы"
Президент исследовательской комиссии EMPA
1984-1989 гг. - университет физики и математики во Фрибурге
1993 г. - кандидат экономических наук в области физики твердого тела университета Фрибурга
1993-2003 гг. - глава департамента "Плазменные технологии" в университете Фрибурга
2003-2011 гг. - руководитель лаборатории "Нанотехнологии и поверхности" Швейцарской национальной лаборатории материалов, наук и технологий EMPA
С 2006 г. директор департамента передовых материалов и покрытий Швейцарской национальной лаборатории EMPA
