Richard Feynman - profetul revoluției nanotehnologiei

Avioanele, rachetele, televizoarele și computerele au schimbat lumea din jurul nostru în secolul al XX-lea. Oamenii de știință susțin că, în secolul XXI, nucleul unei noi revoluții tehnologice va fi materialele, medicamentele, dispozitivele, sistemele de comunicare și livrare realizate folosind nanotehnologie. Ideea că este în totalitate posibilă asamblarea dispozitivelor și lucrul cu obiecte care sunt la scară nanometrică a fost propusă pentru prima dată într-un discurs din 1959 de către laureatul Nobel Richard Feynman la Caltech („Este mult loc acolo jos!”). Cuvântul „dedesubt” din titlul prelegerii însemna „într-o lume foarte mică”. Apoi Feynman a spus că într-o zi, de exemplu, în anul 2000, oamenii vor fi surprinși că înainte de 1960 nimeni nu a luat în serios cercetarea nanolumilor. Potrivit lui Feynman, o persoană a trăit foarte mult timp, fără a observa că lângă el trăiește o întreagă lume de obiecte, pe care nu o poate vedea. Ei bine, dacă nu vedem aceste obiecte, atunci nu putem lucra cu ele.

Cu toate acestea, noi înșine suntem alcătuiți din dispozitive care au învățat cum să lucreze perfect cu nano-obiecte. Acestea sunt celulele noastre - cărămizile care alcătuiesc corpul nostru. Celula toată viața lucrează cu nano-obiecte, adunând molecule de substanțe complexe din diverși atomi. După ce a asamblat aceste molecule, celula le plasează în diferite părți - unele ajung în nucleu, altele în citoplasmă și altele în membrană. Imaginează-ți posibilitățile care se deschid în fața umanității dacă stăpânește aceleași nanotehnologii pe care le deține deja fiecare celulă umană.

Feynman descrie în acest fel implicațiile revoluției nanotehnologiei pentru computere. „Dacă, de exemplu, diametrul firelor de legătură va fi de la 10 la 100 de atomi, atunci dimensiuneaorice circuit nu va depăși câteva mii de angstromi. Toți cei care sunt conectați cu tehnologia informatică știu despre posibilitățile pe care le promite dezvoltarea și complicația acesteia. Dacă numărul de elemente folosite crește de milioane de ori, atunci capacitățile computerelor se vor extinde semnificativ. Ei vor învăța să raționeze, să analizeze experiența și să calculeze propriile acțiuni, să găsească noi metode de calcul etc. O creștere a numărului de elemente va duce la schimbări calitative importante în caracteristicile computerelor.

Chemând oamenii de știință în nanolume, Feynman avertizează imediat asupra obstacolelor care îi așteaptă acolo, folosind exemplul fabricării unei micromașini de numai 1 mm lungime. Deoarece piesele unei mașini obișnuite sunt realizate cu o precizie de 10 -5 m, piesele unei micromașini ar trebui să fie realizate cu o precizie de 4000 de ori mai mare, adică 2.5. 10 -9 m. Astfel, dimensiunile pieselor microcar trebuie să corespundă cu cele calculate cu o precizie de ± 10 straturi de atomi.

Nanolume nu este doar plină de obstacole și probleme. Ne așteaptă vești bune în nanolume - toate detaliile din nanolume se dovedesc a fi foarte durabile. Acest lucru se întâmplă din cauza faptului că masa nano-obiectelor scade proporțional cu a treia putere a dimensiunii lor, iar aria secțiunii lor transversale scade proporțional cu a doua putere. Aceasta înseamnă că sarcina mecanică asupra fiecărui element al obiectului - raportul dintre greutatea elementului și aria secțiunii sale transversale - scade proporțional cu dimensiunea obiectului. Astfel, un nanotable redus proporțional are nanopicioare de un miliard de ori mai groase decât este necesar.

Feynman credea că o persoană ar putea stăpâni cu ușurință nanolume dacă ar crea o mașină robotică capabilă să facă o copie redusă, dar funcțională a sa. Să am învățat, de exemplu, cum să facem un robot care își poate crea propriul fără participarea noastră.Exemplar de 4 ori mai mic. Apoi acest mic robot va putea face o copie a celui original, redus de 16 ori, și așa mai departe. Evident, a 10-a generație de astfel de roboți va crea roboți care vor fi de milioane de ori mai mici decât cei inițiali (vezi Fig. 1).

Figura 1. O ilustrare a conceptului lui R. Feynman, care a propus ca roboții să învețe să-și facă în mod autonom copiile reduse. Atunci omenirea va cuceri nanolume. Adaptat dupăScientific American, 2001, sept, p. 84.

Desigur, pe măsură ce scădem în dimensiune, vom întâlni în mod constant fenomene fizice foarte neobișnuite. Greutatea neglijabilă a părților nanorobot va duce la faptul că acestea se vor lipi unele de altele sub acțiunea forțelor intermoleculare și, de exemplu, piulița nu se va separa de șurub după deșurubare. Cu toate acestea, legile fizicii cunoscute de noi nu interzic crearea de obiecte „atom cu atom”. Manipularea atomilor este, în principiu, destul de reală și nu încalcă nicio lege a naturii. Dificultățile practice ale implementării sale se datorează numai faptului că noi înșine suntem obiecte prea mari și voluminoase, drept urmare ne este dificil să efectuăm astfel de manipulări.

Pentru a stimula cumva crearea de micro-obiecte, Feynman a promis că va plăti 1.000 de dolari cuiva care va construi un motor electric de 1/64 inch (1 inch » 2,5 cm). Și foarte curând a fost creat un astfel de micromotor (vezi Fig. 2). Din 1993, Premiul Feynman a fost acordat anual pentru realizări remarcabile în domeniul nanotehnologiei.

Figura 2. Richard Feynman a prezis apariția nanotehnologiei încă din 1959 când a ținut prelegerea „Există mult loc acolo jos!” la Institutul de Tehnologie din California. În fotografia din stânga, R. Feynman examinează un micromotor realizat cu un microscop, de mărimea380 µm, prezentat în figura din dreapta. În dreapta sus a imaginii arată capul unui ac. Preluat din arhiva foto Caltech http://physicsweb.org/articles/world/14/2/8/1/pw1402081

În prelegerea sa, Feynman a vorbit despre perspectivele nanochimiei. Chimiștii folosesc acum metode complexe și variate pentru a sintetiza noi substanțe. Odată ce fizicienii creează dispozitive capabile să manipuleze atomi individuali, multe dintre metodele de sinteză chimică tradițională pot fi înlocuite cu tehnici de „asamblare atomică”. În același timp, așa cum credea Feynman, fizicienii, în principiu, pot învăța cu adevărat să sintetizeze orice substanță, pe baza unei formule chimice scrise. Chimiștii vor ordona sinteza, iar fizicienii pur și simplu vor „stivui” atomii în ordinea propusă. Dezvoltarea tehnicilor de manipulare la nivel atomic va rezolva multe probleme de chimie și biologie.

Diapozitive ale prelegerii mele despre NANOTEHNOLOGII - „Mărimea contează!” în format Power Point (3 Mb) vezi aici. Articolul meu de știință populară - „Misterele biliardului unidimensional” vezi aici.