Нанотехнологии
Нанотехнологии работают со структурами примерно от 1 до 100 нанометров, где свойства материала могут заметно отличаться от свойств крупного образца. Это атомный и молекулярный масштаб, но не «субатомный»: нанотехнология не означает управление протонами и другими частицами внутри атома. Один нанометр — миллиардная доля метра; толщина человеческого волоса обычно составляет десятки тысяч нанометров.
Нанотехнологии уже используются в реальных материалах, электронике, покрытиях, датчиках и медицине, поэтому говорить о них только как о грядущей революции неправильно. При этом громкие прогнозы о полном преобразовании всей промышленности пока не сбылись: развитие идёт постепенно, а свойства наноматериалов приходится проверять для каждой конкретной задачи.
Крошечные фабрики будущего
Идея атомарно-точного производства — собирать сложные объекты почти атом за атомом — существует в теории молекулярной нанотехнологии. Но домашних «нанофабрик», способных из набора атомов изготовить любой предмет, сегодня нет. Современное нанопроизводство использует вполне реальные промышленные процессы: литографию, химическое осаждение, самосборку молекул и другие методы для изготовления очень малых структур.
Поэтому персональная машина, которая превратит сырьё в любой выбранный предмет и затем разберёт его обратно на атомы, остаётся футурологической концепцией. Даже обычная переработка материалов требует разделения веществ и затрат энергии, а атомарно-точная сборка сложных макроскопических объектов предъявила бы несравнимо более высокие требования к скорости, контролю ошибок и сырью.
«Настоящий ученый всегда открыт... мысли, что все возможно» Рэй Брэдбери (1920-2012), американский писатель-фантаст
Клэйтроника и программируемая материя — отдельные исследовательские идеи, которые иногда связывают с нанотехнологиями. Они предполагают, что множество небольших модулей сможет менять форму и свойства большого объекта. До превращения лодки в автомобиль или создания полностью реалистичной копии человека таким способом чрезвычайно далеко; это хороший пример границы между научным исследованием и научной фантастикой.
Судьбоносная технология
Некоторые потребительские продукты уже используют наноструктурированные покрытия, частицы и композиты — например, для изменения оптических, механических или поверхностных свойств. Но слово «нано» не гарантирует чудесного эффекта, а отдельные рекламные заявления трудно проверить. Для новых наноматериалов важны не только полезные свойства, но и оценка безопасности на всём жизненном цикле.
«На молекулярном уровне имеет смысл располагать машинами, производящими миллион действий в секунду, механическую систему, работающую со скоростью компьютера» Эрик Дрекслер (р. 1955), американский инженер, писатель
Мы еще увидим мосты, собранные из материалов с принципиально иными свойствами в разных точках конструкции (с разбегом до миллиметра или того меньше — они будут иметь разную прочность, двигаться по-разному в разных точках), и множество других новых материалов — крепче и легче ныне известных. Из них, например, можно будет делать огромные окна или гигантские самолеты. «Эйрбас Индастриз» уже разработала видение будущего самолета — с бионическими элементами, имитирующими скелет птицы, покрытыми прозрачной биополимерной мембраной; таким образом отпадет необходимость в иллюминаторах. Даже пол в таком самолете можно сделать прозрачным — спасибо нанотехнологиям.
Наномедицина уже включает липидные и полимерные наночастицы, системы доставки лекарств, контрастные материалы и исследовательские диагностические платформы. Некоторые препараты в наноформе одобрены и применяются клинически. Однако «наночастица» не обязательно умеет сама находить отдельную раковую клетку: точная доставка лекарства к нужной ткани остаётся сложной задачей.
Трехмерная печать
Трёхмерная печать тоже стала реальной производственной технологией, но её не следует считать ранней версией атомарной нанофабрики. 3D-принтер послойно формирует макроскопический объект из полимера, металла, керамики и других материалов. Он может экономично делать единичные детали сложной формы, однако не отменяет стоимость сырья, обработки, контроля качества и логистики.
2037-й
Сценарий с автономными микророботами, которые свободно плавают по кровотоку, находят опухоль, проводят микрооперацию и самостоятельно покидают организм, по-прежнему относится к футурологии. Учёные действительно создают микро- и наночастицы для доставки лекарств и экспериментальные микророботические системы, но универсального «нанохирурга» для лечения человека сегодня не существует.