Сергей Тараненко - Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии

• Название: Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии
• Автор: Сергей Тараненко
• Издательство: БИНОМ. Лаборатория знаний
• Жанр: Научпоп
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-9963-1516-1

В книге в легкой и непринужденной форме рассказывается о совсем непростых и серьезных вещах — о рисках нанотехнологий. Серая слизь и боевые нанороботы — вот всё, что знает рядовой потребитель об угрозах, связанных с нанотехнологиями. Но это лишь капля в море.

Велик разрыв между миром «нано» и миром «макро», поэтому понять характер угроз, исходящих от этого мира, очень сложно. Но именно от этого понимания зависит, насколько человек сможет овладеть нанотехнологиями, научиться безопасно обращаться с наноматериалами, контролировать распространение нанопродуктов, не допускать использования результатов научно-технического прогресса во вред себе и окружающей среде.

Возрастные ограничения: 18+

---

Если большую часть своей истории человечество имело дело преимущественно с отдельными артефактами — созданными им вещами: глиняными тарелками, мечами из прочной стали, пишущей машинкой, то уже начиная с эпохи промышленной революции человечество создало системы. Среди первых — механический телеграф, описанный А. Дюма в романе «Граф Монте-Кристо». Затем телефон, телеграф — то, что брали большевики в 1917 г. Теперь в нашей жизни таких систем множество, и они усложняются. Одним из факторов такого усложнения служит миниатюризация элементной базы. Очевидно, что электроника прочно вошла в нашу жизнь и стремительными темпами занимает все большее «пространство»: Интернет, системы глобальной связи, системы глобального позиционирования — это то, что на виду, а также системы управления ядерными реакторами, энергосетями и многое другое. Сбои, случающиеся в работе таких систем, часто имеют тяжелейшие последствия. Достаточно вспомнить имеющие место веерные отключения электроэнергии в мегаполисах и промышленных агломерациях, последствия которых интуитивно понятны.

А если учесть, что таких систем, как энергетическая, в нашей жизни множество (попробуйте, например, представить, что отключится мобильная связь: вся и на длительное время или перестанет работать метро в Москве), то следует признать: риск, связанный со сбоями в работе сложных систем, — один из самых тяжелых.

Почему такой риск имеет место? Неужели мы не в состоянии так создать систему, чтобы предусмотреть и исключить все риски? Нет, не в состоянии. Сложность систем продолжает расти. И растет она стремительно. Мы просто не успеваем все предусмотреть. А часто просто не можем — системы слишком сложны: мы можем предусмотреть, что случится, если произойдет событие 1 (пойдет дождь), или событие 2 (подует сильный ветер), или событие 3 (температура упадет ниже 10 градусов), или событие 3287. Но как быть с их комбинациями: попарными, по трое (так, одновременные дождь, ветер и отрицательная температура приводят к обледенению проводов электропередач и авариям на линиях электропередач), в любых других комбинациях? Это предусмотреть просто невозможно!

Рост сложности систем связан с ростом наших возможностей такие системы создавать. А последнее напрямую связано с миниатюризацией в электронике, миниатюризацией и появлением новых датчиков и управляющих устройств, делающих возможными контроль систем и управление ими.

Миниатюризацию в электронике наглядно можно продемонстрировать так: там, где раньше для системы управления был необходим суперкомпьютер, охлаждаемый жидким азотом, подобный использовавшемуся с 1985 г. в противоракетной обороне города Москвы суперкомпьютеру «Эльбрус-2», сегодня достаточно простенького чипа.

Темпы роста наших возможностей демонстрирует эмпирическая тенденция, названная законом Мура. В уже далеком 1965 г. Мур[114] высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 18 месяцев, а следовательно, теми же темпами будет расти производительность наших электронных устройств. И его предположение подтвердилось. Вот это обстоятельство и лежит в основе того, что мы имеем возможность усложнять наши системы.

Но дальнейшее следование закону Мура без ухода в нанообласть уже невозможно. Уже сейчас характерные размеры топологии микросхемы — 70–90 нм и менее. Традиционные, так называемые КМОП-микросхемы[115] способны дойти до размеров в 9–10 нм отдельного элемента.

Одновременно с этим развиваются нанотехнологии совсем нетрадиционной электроники. И здесь принципиальны два пути такого развития, имеющие общее следствие — снятие топологического ограничения на сложность.

Все мы помним, что у транзистора три «ножки». Поэтому создать в одной плоскости схему так, чтобы провода, соединяющие транзисторы схемы, не пересеклись, — невозможно. Поэтому чип делают в несколько слоев, слой за слоем, чтобы «распутать» провода. Но точно разместить слои друг над другом сложно. Ну, сделали вы нанометровый транзистор. Но если при этом не позиционировали положение слоев с точностью 1–2 нм, работать он не будет. А таких слоев не два — несколько. Но вот нанотехнологии преподнесли нам сюрприз — такой элемент, как мемристор[116], способен заменить транзистор. А «ножек» у него две. И следовательно, «ножки» будут «пересекаться» значительно реже. И можно обойтись двумя слоями для самой сложной схемы.

Но даже в этом случае наша электронная схема «плоская». А вот второй путь развития нетрадиционной электроники на основе нанотехнологий принципиально «не плоский». Показано, что транзистор, точнее, множество транзисторов, можно сделать на поверхности нанотрубки. При этом сами нанотрубки, как ожидается, смогут образовывать структуру, похожую на нейронную сеть. Вот и получится, что ножки транзисторов не пересекаются, как не пересекаются автомобильные дороги, если из плоскости уйти в три измерения (вспомните автомобильные развязки). Можно будет создавать принципиально более сложные электронные схемы, которые на сегодня невозможны по топологическим причинам.

И вот такие технологии, как «кирпичики» технологических пакетов, обеспечивающих функционирование тех или иных систем, позволят делать их еще — и даже не многократно, а экспоненциально! — более сложными.

Это, среди прочего, означает, что наши традиционные системы, например энергетическая, станут намного более сложными. Уже сегодня говорят о так называемых умных энергосетях. Эти умные энергосети способны надежно обеспечить нас более качественным энергоснабжением. Многие риски будут сняты. Нам не надо будет бояться веерных отключений по образцу 2005–2010 гг. Но одновременно с этим у нас вырос другой риск — риск сложной системы.

Краткая таблица рисков

Риск принципиального роста сложности систем.

Риск утяжеления последствий при росте надежности.

Риск достижения предела миниатюризации. Невозможность дальнейшего усложнения систем.

7.3. Упрощение систем, бездорожная экономика

Будьте просты — но не слишком. Простейшее — амеба.

Эмиль Кроткий (Э. Я. Герман)

Нужно усложнять, чтобы в результате все стало проще, а не упрощать, чтобы в результате все стало сложнее.

Веслав Брудзиньский

Как это ни парадоксально звучит, с развитием нанотехнологий связан и прямо противоположный риск — риск принципиального упрощения существующих ныне систем. Правда, данные системы — не технологические или не совсем технологические. В частности, это может быть инфраструктура или даже экономика в целом.

Как может происходить такое упрощение? С развитием нанотехнологий связывают и такую возможность, как производство разных товаров на одном и том же заводе. Вы вкладываете определенную программу, пусть выраженную в привычных байтах, но представляющую собой задание на работу «наследственного» механизма клетки-фабрики, которая «выращивает» что-то нужное нам. Это, конечно, самое сложное и самое важное достижение нанотехнологий. Но такие работы, в частности в НИЦ «Курчатовский институт», начаты. Пусть это и самые первые, пока робкие шаги. Но проект «искусственная клетка» как фабрика будущего уже запущен.

Предположим, что, несмотря на всю сложность технологии, завод на базе искусственных клеток — с измененной нами генетической программой — подобен заводам традиционных биотехнологий, например производству по выращиванию дрожжей. Значит, он может быть расположен там, где потребляется его продукция. И передачи подлежит только программа. А для этого у нас есть развитые информационно-коммуникационные технологии.

Помните 3D-принтер, описанный нами в п. 2.5 «Программируемая материя»? Вот стоит такой «принтер» в вашем городке как современное «сельпо»[117]. И все в этом «сельпо» есть: и велосипеды, и книги с газетами, и продвинутые гаджеты. А если чего и нет — достаточно в интернет-магазине заказать соответствующую программу, с помощью которой можно «отпечатать» нужного товара столько, сколько надо.

Конечно, мы многое упростили. Необходимо также, чтобы сырье — видимо, пища для клеток — было «местным». И вопрос о том, передаем ли мы энергию через сети или выработка энергии местная (а это также может быть обеспечено с применением нанотехнологий, например солнечной энергетикой), мы вынесли за скобки. Важно, что мы ничего не возим. А раз не возим, то и дороги нам не нужны или почти не нужны. А раз дороги не нужны — они будут утрачены. Вот вам и принципиальное упрощение инфраструктуры.

Здорово? Наверное…

Вот только что делать со ставшими ненужными городами? Почему ненужными? А зачем вам жить в городе?

Города, какими мы их знаем сегодня, появились не просто так. Причина их появления — возникновение ремесел, а затем — промышленности. Большое количество людей, трудящихся на массовом производстве, — вот «родовое пятно» города. Нет производства — нет города.