4. Нанотехнології.

Для поняття нанотехнологія, мабуть, не існує вичерпноговизначення, але за аналогією з існуючими нині мікротехнології слід,що нанотехнології - це технології, що оперують величинами порядкунанометра. Тому перехід від "мікро" до "нано" - це якісний перехідвід маніпуляції речовиною до маніпуляції окремими атомами.

Коли мова йде про розвиток нанотехнологій, маються на увазі три напрямки:

• виготовлення електронних схем (у тому числі і об'ємних) з активними елементами, розмірами можна порівняти з розмірами молекул і атомів;

• розробка та виготовлення наномашин;

• маніпуляція окремими атомами і молекулами та збирання з них макрооб'єктів.

Розробки по цих напрямках ведуться вже давно. У 1981 році бувстворений тунельний мікроскоп, що дозволяє переносити окремі атоми. З тихпір технологія була значно вдосконалена. Сьогодні ці досягненнями використовуємо у повсякденному житті: виробництво будь-яких лазерних дисків, атим більше DVD неможливе без використання нанотехніческіх методівконтролю.

На даний момент можливо намітити наступні перспективинанотехнологій:

1. Медицина. Створення молекулярних роботів-лікарів, які "жили" б всерединілюдського організму, усуваючи чи запобігаючи всі виникаючіпошкодження, включаючи генетичні.

Термін реалізації - перша половина XXI століття.

2. Геронтологія. Досягнення особистого безсмертя людей за рахунок впровадження ворганізм молекулярних роботів, що запобігають старіння клітин, а такожперебудови та покращення тканин людського організму. Пожвавлення ілікування тих безнадійно хворих людей, які були заморожені в данийчас методами Кріонік.

Термін реалізації: третя - четверта чверті XXI століття.

3. Промисловість. Заміна традиційних методів виробництва збіркоюмолекулярними роботами предметів споживання безпосередньо з атомів іологіі породжував проблему, названу Я. А. Федотовим

"тиранією межз'єднань". Вона не тільки стримує розвиток прогресивнихінтегральних схем з великим числом елементів, але і не дозволяє апаратнореалізувати виключно важливі типи нейронних схем, у яких домінуєвелика кількість зв'язків між елементами.

4. Наноботи.

MEMS-технології і міні-роботи Санді

Багато експертів схильні відраховувати історію мікротехнології відзнаменитій лекції нобелівського лауреата Річарда Фейнмана, прочитаної ним в

1959 перед Американським фізичним товариством. Найбагатша фантазія

Фейнмана і талантпопулярізатора дозволили йому окреслити потенціалмікротехнології в самих яскравих фарбах: у його лекції були і крихітнікомп'ютери, і системи зберігання даних, електронні компоненти і навітьмікроскопічний інструментарій мініатюрних роботів. Але якщо пророцтва

Фейнмана в галузі мікроелектроніки почали обростати плоттю дуже швидко --вже в 1960-70-ті роки, - то прогрес в електромеханічних мікросистема йшовнабагато повільніше. Лише в 1980-і роки провідні університети таурядові лабораторії почали освоювати порівняно недорогіспособи виготовлення і збирання крихітних механічних деталей, для чого буларозроблена технологія мікроелектромеханічних систем, або MEMS,використовує методи літографії та інструментарій напівпровідниковоїпромисловості.

Фактично, знадобилося більше тридцяти років на те, щоб з'явилосяперше комерційне додаток MEMS. Однією з перших MEMS-технологій,одержали повсюдне поширення, стали сенсори прискорення,встановлюються зараз практично в усі сучасні автомобілі длядетектування зіткнення і випуску захисних повітряних подушок.

Массачусетська компанія Analog Devices, що виготовила перші такі сенсори в

1993 році, зараз продає автомобілебудівникам близько 50 мільйонів MEMS -чіпів на рік. Є і ще цілий ряд успішних MEMS-виробів, таких як головкимікроструйних принтерів або сенсори тиску, які компанія Motorolaсотнями мільйонів поставляє медичної та автомобільної промисловості.

Або, скажімо, цифрові проектори з високою роздільною здатністю Texas Instruments,побудовані на основі MEMS-масивів мікродзеркал. За останні роки вдалосядосягти помітних успіхів у виготовленні моторів, насосів і затисків,сенсорів тиску і зміщення - коротше, безлічі самих різних за призначенняммеханічних агрегатів, настільки малих, що їх не видно неозброєнимоком. Однак запустити подібні продукти у масове виробництвовиявилося набагато важче, ніж вважали оптимісти.

Зараз найперспективнішою областю впровадження MEMS прийнято вважатителекомунікації. Так, наприкінці 2000 року від Національної лабораторії

Санді, що належить міністерству енергетики США, відбрунькувалися приватнаMEMX компанія, що займається питаннями комерційного застосування створюванихв лабораторії MEMS-технологій. Компанія сфокусувалася у своїйдіяльності на оптичних комутаторах для оптоволоконнихтелекомунікаційних систем. В їх основі лежить фірмова технологія

Санді під назвою SUMMiT V (від Sandia Ultraplanar Multilevel MEMS

Technology). Це мікромашини процес обробки поверхні чіпанапиленням і травленням, що охоплює п'ять незалежних верствполікристалічного кремнію - чотири «механічних» шару для побудовимеханізмів та один електричний для забезпечення межз'єднань електросхеми.

Технологія дозволяє доводити розміри механічних елементів до 1 мкм.

Досвід, накопичений розробниками Санді в мініатюризаціїелектромеханічних систем, допоміг створити і дуже ефектнихмікроскопічних роботів. Побудована в середині 1990-х років модельавтономного робота MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle) мала об'ємблизько 1 кубічного дюйми, хоча робот майже цілком був виготовлений зкомерційно доступних компонентів. До 2000 року його розміри вдалосязменшити в чотири з лишком рази. Ця крихітна машина на гусеничному ходумає полімерний каркас, шість коліс, два електромотора, процесор з 8

Кбайт пам'яті, датчик температури, мікрофон, відеокамеру, хімічний сенсорі три батарейки від годинника. Треба сказати, саме побутові елементи живленнязавадили зробити пристрій ще мініатюрніше. Машини планується обладнатисистемою бездротового зв'язку, після чого група мікророботів зможеоб'єднуватися для спільного вирішення завдань під управлінням центральногокомп'ютера. За задумом розробників, основною сферою застосування такихроботів може стати пошук і знешкодження бомб і мін, небезпечнихбіологічних і хімічних матеріалів. Завдяки малим розмірам і високоїпрохідності мікророботів дуже перспективні для вирішення розвідувальнихзавдань. Однак ємність сучасних батарей катастрофічно мала, її вистачаєлише на подолання десятка метрів.

Роботи «сухі» і «мокрі»

Нанотехнології, особливо наномедицина, розвиваються в двох принциповорізних напрямках, умовно іменуються «сухий нанотехнологій» вмеханічної традиції та «мокрою нанотехнологій» в біологічній традиції.

«Сухі нанотехнології» найчастіше відштовхуються від уже наявнихтехнологій - на зразок скануючих мікроскопів, які здатні переміщатиокремі атоми і молекули. Поки що, як правило, це виражається у формісвоєрідних «нанограффіті», тобто складанні з атомів власних імендослідників, назв їх інститутів або щедрих спонсорів. Але всі такіексперименти звичайно обмежені площиною. Укладання молекул один надруга - наступне завдання, яка буде вирішена в найближчі роки.

Наприклад, дослідниками Гарвардського університету сконструйованийперша «нанопінцет» загального призначення, що використовує пару електричнокерованих вуглецевих нанотрубок. За допомогою цього механізму вдаєтьсяманіпулювати 300-нанометровому кластерами полістиролових мікросфер абовитягувати єдиний 20-нанометровый напівпровідниковий дріт з масианалогічних переплутаних проводів. У найближчому майбутньому вчені сподіваютьсястворити такий малий нанопінцет, щоб захоплювати окремі великімолекули.

Бути може, «мокрою нанотехнології» слід сконцентруватися наконструюванні і модифікації білкових молекул, знаменитих своїмивидатними здібностями до самосбору. Багато вчених вважають, що ключ допрогресу лежить саме тут. Живі системи використовують безлічмолекулярних машин, таких як молекулярні мотори. Тому логічноспробувати пристосувати до наших потреб, що вже є в природімеханізми, використовуючи їх для приведення в рух крихітних насосів,важелів і затисків. Концепцію «мокрих наноботов» іноді іменують такожмікробіороботамі.