Кто придумал нанотехнологии?



    Меньше, чем через месяц начнется БАЛ РОБОТОВ, а еще о стольком нужно написать! Вот, к примеру, нанотехнологии — многие связывают с ними будущее робототехники, но очень немногие вообще представляют себе историю «нано».

    На дворе 2014 год, мы вплотную приблизились к миниатюрным машинам, состоящим из отдельных атомов. Уже появились нано-трубки и нашумело создание графена. Конгресс США обещает к 2030 году наступление сингулярности и выпуск антропоморфных роботов на основе наноматериалов.

    При этом нет даже определения термина «нанотехнологии», а история самого термина сложна и запутанна – вот и разберемся с ней.


    Считается, что нано-технологии берут свое начало в докладе Ричарда Феймана «На дне много места», Тогда Фейнман удивил слушателей общими рассуждениями о том, что будет, если только начавшаяся миниатюризация электроники дойдёт до своего логического предела, «дна».

    Но это только так считается, в реальности нанотехнологии берут свое начало лишь в 1989, тогда же попал в научный оборот и доклад Феймана, но обо всем по порядку.

    На протяжении второй половины 20 века развивались как технологии миниатюризации (в микроэлектронике), так и средства наблюдения за атомами. Основные вехи микроэлектроники таковы:

    • 1947 — изобретение транзистора;
    • 1958 — появление микросхемы;
    • 1960 — технология фотолитографии, промышленное производство микросхем;
    • 1971 — первый микропроцессор фирмы «Интел» (2250 транзисторов на одной подложке);
    • 1960-2008 — действие «закона Мура» — количество компонент на единице площади подложки удваивалось каждые 2 года.

    Дальнейшая миниатюризация упёрлась в пределы, задаваемые квантовой механикой. Что касается микроскопов, то интерес к ним понятен. Хотя рентгеновские изображения и помогли «увидеть» много интересного — например, двойную спираль ДНК — микрообъекты хотелось разглядеть получше. Здесь хронология такова:



    • 1932 — Э.Руска изобрёл просвечивающий электронный микроскоп. По принципу действия он похож на обычный оптический, только вместо фотонов — электроны, а вместо линз — магнитная катушка. Микроскоп давал увеличение в 14 раз.
    • 1936 — Э.Мюллер предложил конструкцию автоэлектронного микроскопа с увеличением более миллиона раз. По принципу действия он похож на театр теней: на экране высвечиваются изображения микрообъектов, расположенных на острие иглы, излучающей электроны. Однако, дефекты иглы и химические реакции не давали возможности получить изображение.
    • 1939 — Просвечивающий электронный микроскоп Руски стал увеличивать в 30 тысяч раз.
    • 1951 — Мюллер изобрёл автоионный микроскоп и получил изображение атомов на острие иглы.
    • 1955 — Первое в мире изображение отдельного атома, получено автоионным микроскопом.
    • 1957 — Первое в мире изображение отдельной молекулы, полученное автоэлектронным микроскопом.
    • 1970 — Изображение отдельного атома, полученное просвечивающим электронным микроскопом.
    • 1979 — Бинниг и Рорер (Цюрих, IBM) изобрели сканирующий туннельный микроскоп с разрешающей способностью не хуже вышеупомянутых.

    Стало возможным наблюдение объектов не только в вакууме, а в газах и жидкостях (здравствуй, микробиология!); плюс к тому, микроскоп давал истинно трёхмерную картину рельефа поверхности.



    Но главное не это. В мире простейших частиц действует квантовая механика, а значит наблюдение невозможно отделить от взаимодействия. Проще говоря очень быстро оказалось, что микроскопом можно цеплять и двигать молекулы, или менять их электрическое сопротивление простым надавливанием.



    В конце 1989 года научный мир облетела сенсация: человек научился манипулировать отдельными атомами. Сотрудник IBM Дональд Эйглер, работавший в Калифорнии, написал на поверхности металла название своей фирмы 35 атомами ксенона. Эта картинка, впоследствии растиражированная мировыми СМИ и уже осевшая на страницах школьных учебников, ознаменовала рождение нанотехнологии.

    О повторении успеха сразу же (в 1991) отчитались японские ученые, создавшие надпись «PEACE ”91 HCRL” (Мир в 1991 году Центральная исследовательская лаборатория HITACHI). Правда делали они эту надпись целый год и вовсе не методом размещения атомов на поверхности, а наоборот – выковыривали ненужные атомы из золотой подложки.

    Реально повторить достижение Эйглера удалось лишь в 1996 году – в цюрихской лаборатории IBM. По состоянию на 1995 год в мире было лишь пять лабораторий занимающихся манипуляцией с атомами. Три в США, одна в Японии и одна в Европе. При этом европейская и японские лаборатории принадлежали IBM, то есть тоже по факту были американскими.

    Что оставалось европейским политикам и бюрократам делать в такой ситуации? Только кричать о пагубности прогресса для окружающей среды и опасности новых технологий в американских руках.



    Еще в 1970-ых знаменитый «римский клуб» выдвинул идеологию «устойчивого развития». В докладе «пределы роста» прямо говорилось, что старушке Европе уже невмоготу гнаться за Америкой, а значит нужно пропагандировать идею «сохранения достигнутого» — ну там окружающую среду беречь и вводить квоты на развитие промышленности под прикрытием защиты атмосферы.

    Эрик Дрекслер – безусловно «сын полка» Римского Клуба и ведущий пропагандист европейских ценностей в штатах. Популяризатор науки, политик и «как бы инженер», с юности проникшийся идеями «пределов роста».



    В 1986 он опубликовал книгу «Машины созидания» и создал «Институт предвидения». В книге описаны нанороботы, способные создавать себе подобных, а также ситуация, когда они выходят из-под контроля: «серая слизь» нанороботов-экофагов приводит планету к экологической катастрофе. Мем «нано-слизи» был довольно популярен в СМИ начала девяностых. Самого Дрекслера часто называют чуть ли не отцом нанотехнологий.

    Что не справедливо и ошибочно, ведь нанотехнологии это достижение лабораторий IBM. Но так получилось, что в массовой культуре тему запустил именно Дрекслер и громкие сенсации в наномире пришлись аккурат на момент бешеной популярности его книги «Машины Создания».

    Так роль Дрекслера оказалась ключевой в этой истории. Летом 1992 года сенатор Альберт Гор пригласил его выступить в сенат на тему «Новые технологии для устойчивого развития». За год до выступления он защитил в МИТ диссертацию «Молекулярные машины: производство и использование в компьютерах» и, будучи отличным оратором, сумел убедить сенаторов в реальности и практической пользе манипулирования молекулами. Так родилась лобистская группа в американском сенате и «нанотехнологии» перешли в область политики. На следующий год Гор становиться вице-президентом США.



    Стоит вспомнить что речь идет о начале девяностых – «холодная война» закончилась и правительство США растеряно чесало затылок в поисках направления высвободившихся от войны миллиардов. Экология, защита окружающей среды, нанотехнологии и «устойчивое развитие» звучали отлично и вполне могли выиграть этот тендер. была только одна проблема.

    Американские промышленники и ученые никак не хотели ничего «застойного», они хотели захватывать мировые рынки, строить новые ускорители и роста прибылей с нобелевскими премиями. Альберт Гор, будучи вице-президентом США (1993-2001) ни разу не обмолвился об «устойчивом развитии», даже в его докладе «развитие науки в национальных интересах» (1994) нанотехнологии упомянуты лишь вскользь. Хотя после отставки, уже как частное лицо Гор вернулся и к нанотеху и к идеям римского клуба, за что и получил нобелевскую премию мира за борьбу с глобальным потеплением (2007).

    Все это пошатнуло научное положение писателя Дрекслера. К нему и до того предъявляли претензии в «слабой научной базе», а «Институт предвидения» нет-нет, да называли шарлатанской сектой — а тут ещё вице-президент поддержал идею лишь частично. Согласно докладу Гора, нанотехнологию предполагалось использовать вовсе не в экологических целях, а для развития американской промышленности!

    Вот здесь и начинается магия.

    С одной стороны Национальный научный фонд, ученые и промышленники считали Дрекслера и его нанотехнологии шарлатанством, но с другой – маховик обсуждения инициативы уже был запущен на самом верху и под исследования планировалось выделить значительные суммы.

    При этом дело было во второй половины девяностых и все видели как эффективно Гор смог развить другой инновационный проект – Интернет.


    1996 год, Клинтон и Гор прокладывают локалку в школе

    Мало кто знает, но именно усилиями Гора было полностью профинансировано создание инфраструктуры интернета и даже первого браузера – mosaic. Но главное, администрация Гора создала условия для инвестирования в интернет. Что принесло взрывной рост индустрии в 1999 году и сверхприбыли для участников получивший название «бума доткомов». Закончилось все крахом «пузыря доткомов» всего годом позже, но дело было сделано. Не смотря на обвал рынка, Гора заслужено называют «отцом интернета», без него все появилось бы на десять лет позже – и гугл и даже хабр.

    Неизбежно вставал вопрос – а не сулят ли нанотехнология такие же быстрые прибыли как интернет? Стоило попробовать.

    В 1999 году проект «Национальной нанотехнологической инициативы» наконец ложиться на стол президента. Проект был на столько хорошо проработан и причесан, что возникла некоторая проблема. Если экологию выкинули, устойчивое развитие забыли а механосинтез растворился в сотне других технологий то зачем конкретно тратить на все это миллиарды долларов? Что конкретно даст америке ННИ? Никаких объяснений не последовало.



    ННИ стартовала в 2000 с выступления Клинтона перед студентами Калтеха. Её государственное финансирование составило $300 млн, и увеличивалось все последующие годы вне зависимости от политической конъюктуры (1.8 млрд. в 2011, примерно 10% от бюджета НАСА).

    Клинтон выступил в аудитории, где Фейнман в далёком 1959 сделал свой знаменитый доклад. Речь была введена в научный оборот Дрекслером в 1989, использовавшим ее на полную катушку. Поэтому нанотехнологическое предание незаслуженно приписывает первый толчок Фейнману.

    Но сами “нанотехнологии” стали лишь вызывать все больше вопросов. Со старта инициативы прошло 14 лет, выделены десятки миллиардов и где результат? Можно предположить, что он засекречен. Или… просто занимается не тем, что мы ожидаем.



    Если допустить существование у ННИ скрытого ядра, типа программы по созданию антропоморфных роботов, то объединение столь разнородных направлений в рамках одной программы выглядит вполне логично. Как и объединение для этого 25 ведомств и агенств, включая ключевые NSF, DOE, DOD, NIH, NASA и NIST. Так и отсутствие проблем с финансированием на протяжении 14 лет.

    Можно ещё вспомнить, что Boston Dynamics, впечатлившая публику образцами роботов, вышла из МИТ аккурат в 1992 — сразу после того, как Дрекслер защитил там диссертацию, которая состояла из общих слов, обещаний и прогнозов… С другой стороны, в обзорах открыто говорится о возможном использовании нанотехнологий при производстве самых разных роботов для нужд минобороны – от наномашин до механического человека не отличимого от настоящего.

    В общем ННИ произвела сильное впечатление на Европу. Но что бы как-то контролировать, развивать или запрещать «нанотехнологии» — нужно было дать им определение.

    В отличие от ННИ, в европейской программе «Нанотехнологии, материалы и процессы», было чётко сказано про «устойчивое развитие» и про возможность будущего преобразования «нанотехнологий» в «экотехнологии». В 2004 общее финансирование «нано» в ЕС составило 1 млрд. евро (в Англии — 45 млн.ф.ст.).

    И лишь в 2011 Еврокомиссия наконец утвердила официальное понятие «наноматериалов»: в них доля частиц с размерами 1-100 нанометров (хотя бы в одном измерении!) составляет от 1 до 50 процентов. Особо отмечается, что фуллерены, графеновые хлопья и углеродные нанотрубки тоже относятся к наноматериалам.

    Под такое определение попадает что угодно. Оно делает нанотехнологом даже домохозяйку капнувшую маслом на поверхность воды. То есть под брендом нанотехнологий может скрываться что угодно.

    ВиЭмТи Групп
    28.21
    Company
    Share post

    Comments 9

      0
      С прошлым всё понятно, хотя и односторонне. А что сейчас происходит и куда всё движется?
        0
        В этом и цель статьи — обратить внимание хабра на две темы, которых «нет». Нанотехнологии и робототехника — вроде уже два десятелетия выделяются огромные суммы, а эффекта не просто нет — достижения показывают какие-то левые частные фирмы вроде boston dynamics. Правда если слегка поскрести, то всегда окажется что BD и иже с ними — подрядчики министерства обороны.

        Уж не выходит ли что роботов делают в тайне? Тогда они смогут сразу выпустить какое-нибудь 5-7 поколение, скопировать которое будет весьма затруднительно.

        Что касается нанотехнологий, то вполне возможно именно из-за них так тормозится исследование космоса. Одно дело посылать на марс 300 килограмовый луноход и совсем другое — разогнать до скорости света песчинку наноробота, который долетев до далекой планеты сам построит там научную станцию из подручных материалов. До второго варианта осталось 10-20 лет, что сопостовимо со временем разработки сложной космической миссии — вот в космических агентствах по всему миру и чешут затылки.
          +2
          Вот вам и готовый сценарий для фильма ужасов: ошибка ракеты-носителя приводит к тому, что песчинка наноробота падает обратно на Землю и попадает в нос некоего мистера Джонсона, которого начинает считать набором подручных материалов.

          (Когда начнётся нановойна со стерилизацией целых континентов, то объяснять её начало будут примерно такой же болтовнёю, кстати.)
            +1
            Дрекслер с этого и начал — у него правда там нанороботами решили экологи подправить — но они увлеклись и перепахали всю планету.

            Но я помню в 90ых был английский сериал «Жучки» — и там нанороботы просто собирали бомбы в телах ничего не подозревающих обывателей. Уж не упомню чем там все кончилось — может на хабре кто вспомнит. Я б пересмотрел сейчас — там все про хакерство и ит, наверняка сейчас уморительно выглядит.

            image
            0
            Простите не могу согласиться. За робототехнику не знаю, но вроде всё окей — вон японцы робота-домосиделку сделали же… Другое дело массовый рынок, но стоить помнить, что первые мобильники чуть ли не в 70-х появилисть и стояли целое состояние. Дайте срок.

            Про промышленных роботов на фабриках Интел, различных концернах и станках с ЧПУ, а также 3D принтера, печатающих просто невообразимые вещи я уже помолчу…

            За нанотехнологии скажу отдельно. Т.е. Вы не считаете современные процессоры достижением нанотехнологий? На длине затвора в 16 нм создать определённый уровень допирования — эт надо постараться, однако. Потом есть уйма применений нанотехнологий, которым смогу появиться на рынке не раньше 10-15 лет с момента открытия/разработок: костные импланты (вплоть до целых костей, которые в течение жизни будут замещаться обычной костной тканью), средства терапиии рака с помощью магнитного поля (гипертермия), адресная доставка лекаств и так далее. А что-то уже сейчас есть: идём на рынок и покупаем сверхпрочные свёрла с покрытием из нитрида титана («золотые»), карбида вольфрама, есть керамические резаки для ЧПУ-станков на базе керамики из нитрида бора…

            Хотите фото пришлю солнечных батарей Гратцеля, которые реально работают + украшают интерьер, а созданы они как раз с помощью химий и наноструктурированных материалов. Ещё примеры нужны?
            0
            На самом деле существуют группы занимающиеся подобыми исследованиями во вполне научной сфере. Например, одна из них находится в Технологическом Университете города Тампере (Финляндия) — называется «Nano Communications Center».
            Чем они занимаются — понятно из названия :)
            На мой взгляд, на ближайшие лет 15-20 это все также будет крайне близко к научной фантастике, но ведь и в космос человек не сразу полетел!
            0
            > и даже первого браузера – mosaic
            Это ошибочное заблуждение. Первым был WorldWideWeb, написанный самим Тимом Бернерсом Ли.
            en.wikipedia.org/wiki/WorldWideWeb
              0
              Видимо никто кроме Ли им и не успел воспользоваться. В любом случае это только наруку общему прогону — что интеренет и нанотехнологии придумали в европе, но штаты в обоих случаях перехватили инициативу при помощи очень большого количества финансовых вливаний.
              0
              Под такое определение попадает что угодно. Оно делает нанотехнологом даже домохозяйку капнувшую маслом на поверхность воды. То есть под брендом нанотехнологий может скрываться что угодно.

              Вообще-то, ещё Фейнман с Дрекслером упирали на то, что нанотехнологии — это прямое управление отдельными молекулами/атомами, и конечная цель — универсальный наноассемблер, который можно программировать на сборку чего угодно.

              Капля масла на воде — это «bulk tecnology», там всё отдано на откуп статистике и нет управления на уровне отдельных атомов.

              Кстати, ещё раньше всех перечисленных про нанотехнологии писал Борис Житков.

              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.