ХАЙ-ТЕК

 


Компания Konarka – нанотехнологии ловят солнце


Konarka создала Power Plastic® , который преобразует свет в энергию – где бы то ни было. Компания производит и разрабатывает солнечно активный Power Plastic® - недорогой, очень легкий, гибкий и многогранный материал. Его особенности позволяют различным приспособлениям, системам, структурам иметь свой собственный недорогой источник пополняемой энергии. Адаптируя функциональность генерирования энергии к приборам повседневного использования, Konarka предоставляет возможность производителям создавать настоящие беспроводные приложения.

Техническое преимущество:
Konarka имеет широкий портфель патентов, технологических лицензий и целостную техническую команду, включая двух Нобелевских Лауреатов. В 2004 году, Konarka отстроила свою внутреннюю производственную линию, расширила свое присутствие в мире, развивая клиентскую базу и приумножая ценность своих интеллектуальных достижений. Производство Konarka сосредоточено в США, Германии, Австрии и Швейцарии.

Konarka считается мировым лидером в данной сфере, имеет портфолио с более чем 200 мировыми патентами и заявками на патенты в сфере химии, архитектуры, переработки и утилизации материалов. Благодаря технической команде мирового уровня, включая 2-х Нобелевских Лауреатов, влиятельных инвесторов и партнеров – лидеров в этой сфере, Konarka является компанией-лидером чистых технологий.

Впечатляющими достижениями Konarka обязана своей сильной технической команде.
С 2001 года, компания получала исследовательские контракты в США и Европе. Контракты от Офиса морских исследований, Армии США, Военно-морских сил, Агентства продвижения защитных проектов (DARPA), Национального научного фонда, Калифорнийской энергетической комиссии, Европейской комиссии, Исследовательского центра Julich, и Энергетических систем будущего. Эти исследования включают разработку сверх легких, прикладных солнечных ячеек, фотоэлектрических тканей, печатных кровельных материалов, и гибких продуктов и упаковок нового поколения.

Konarka обладает исключительной управленческой командой, способной успешно развить и реализовать весь коммерческий потенциал её фотоэлектрических технологий. В придачу к своей команде, Konarka имеет блестящую группу советников, которые стратегически вдохновляют и направляют развитие Konarka в нужное русло, как в разработке, так и в коммерциализации продуктов. Члены Совета имеют чёткое видение рынка и задач, стоящих перед компаниями на пути коммерциализации новых технологий.


Открыть

Нанотехнологии помогут завоевать космос


 

Нанотрубки и нанотряпочки

— Весь мир говорит о нанотехнологиях, хотя пять лет назад мало кто знал, что это такое. Впрочем, и сейчас представление о нанотехнологиях у большинства россиян весьма расплывчатое.

Р.В.: В 2006 году в России принята «Государственная концепция развития нанотехнологий в РФ на период до 2010 года», согласно которой нанотехнологии — это «современные методы и приемы, направленные на создание элементов изделий и структур материалов с размерами на наноуровне (нано — миллиардная часть метра)».

Первый удачный эксперимент на наноуровне был проведен в 1990 году. Тогда компания «IBM» написала свое название 37 молекулами ксенона. Сейчас существует несколько десятков научно- исследовательских направлений на стыке физики и химии, которые объединены общим названием «нанотехнологии».

А.Щ.: На мой взгляд, самым продвинутым направлением на сегодня является «выращивание» нанотрубок: молекулы углерода приклеивают одну к другой. На сегодня удалось вырастить гигантскую нанотрубку длиной… в 1 миллиметр! Но ученые уже строят грандиозные планы построить космический лифт Циолковского — протянуть трубу от Земли до Луны, которая позволит с минимальными энергетическими затратами, за счет силы притяжения планеты и ее спутника, отправлять грузы.

Бывают и такие смешные случаи. В прошлом году громко объявляли: «Создан самый острый в мире нанонож!» Мне позвонил один бизнесмен и спрасил, когда такие поступят в продажу. Я говорю, почитай внимательно, это же углеродная нитка длиной два миллиметра! Инструмент для микро- хирургических операций, который может разрезать клетки или ДНК.

— Да, на кухне не пригодится. А пока ученые вырастят тоннель до Луны длиной в 400 тысяч километров, пройдут века! Нанотехнологам стоило бы заняться более приземленными вещами.

А.Щ.: Пожалуйста, уже занимаются! Вы слышали о волшебных тряпочках, которые удаляют любую грязь сами по себе? Это нанотехнологии в чистом виде. Синтетические волокна диаметром 50–60 нанометров измельчаются до длины десятой доли миллиметра, а готовую массу просто спрессовывают. И благодаря таким микроскопическим «волоскам» получается огромная контактная поверхность, в которой застревают молекулы грязи.

Р.В.: Применяются нанотехнологии и в фармацевтике. Ведь чем мельче будет структура лекарственного вещества, тем быстрее и точнее оно подействует. Здесь можно гордиться разработками российских ученых. В Ижевском физико-техническом институте измельчили обыкновенный глюконат кальция в шаровой мельнице с ускорением 20g (20-кратная сила тяжести). Для справки: нормальный человек выдерживает 3–4g, тренированные космонавты проходят перегрузки в 8–9g. При 10g организм начинает разрушаться. Больше выдержал только Джеймс Бонд, которого в одном из его фильмов «разогнали» до 14g.

Так вот, глюконат кальция при ускорении приобретает поразительные свойства, эффективность вещества с измененной структурой повышается в несколько десятков раз. Клинически доказано: такой порошок помогает в тяжелых случаях заболеваний суставов, а также при разрушении зубов, пульпите. Новое вещество полностью восстанавливает костную ткань. А к ижевским ученым уже выстраивается очередь из врачей.

Пластичный и сверхпрочный

— Какой областью нанотехнологий занимается ваш Институт физики перспективных материалов УГАТУ?

А.Щ.: Мы занимаемся уникальными свойствами металлов, которые возникают при создании в них наноструктур. Один из способов наноструктурирования — интенсивная пластическая деформация (ИПД) — был предложен в начале 80-х годов прошлого века в Уфе в лаборатории профессора Валиева. Было обнаружено, что если металлический брусок, например, продавить через канал, изогнутый под углом 90 градусов, он остается пластичным, но его прочность невероятно возрастает. Например, наноалюминий становится прочнее обычной стали.

— Где такие свойства принесут пользу?

Р.В.: К нанометаллам можно предъявлять экстремальные требования — низкие температуры, энергетические и химические среды, аэрокосмические установки, экстремальный спорт, биомедицина. Появилась возможность делать те же металлические вещи с меньшим расходом материала, но большей прочности и меньшего веса.

Это чрезвычайно важно, например, в стоматологии при изготовлении титановых имплантатов и протезов. Зубные имплантаты получили широкое применение. Но использование сверхпрочного нанотитана впервые позволило провести имплантацию передних зубов и использовать ее в детской стоматологии. Новые имплантаты в два раза меньше диаметром и при этом гораздо прочнее.

Вживление имплантатов из уфимского нанотитана уже проведено тремстам пациентам в Чехии. Результаты клинических испытаний будут подведены в октябре, и имплантаты из нашего материала получат международный сертификат качества. Будем надеяться, что российские медики тоже повернутся лицом к отечественным разработкам.

— Нанометаллы уже внедрены в производство?

Р.В.: Это не так просто. Нам понадобилось 10 лет, чтобы научиться получать материал с одними и теми же свойствами. Весь мир до сих пор делает лабораторные образцы, но бруски у них отличаются, распадаются, не выдерживая собственной прочности! А для внедрения нанотитановых имплантатов необходимы десятки дорогостоящих испытательных операций. В Японии со дня изобретения до внедрения в жизнь новейших технологий и материалов проходит 18 лет. Мы уже создаем опытные образцы, значит, находимся в середине пути. Для дальнейшего развития необходимы серьезные инвестиционные программы и частные инвесторы.

Мы активно сотрудничаем с учеными всего мира, рассылаем им полученные образцы, собираемся на симпозиумы и обсуждения. Нашими исследованиями интересуются как российские предприятия, так и американские промышленники, японские автопроизводители и многие другие.

КСТАТИ

Дамасская сталь — результат нанотехнологий?

Технология изготовления знаменитой дамасской стали — ни что иное, как процесс получения объемного наноструктурного материала. Древние мастера-оружейники использовали стальную проволоку, сгибали ее пополам, свивали как веревку и обковывали. И так продолжали процесс вплоть до получения необходимой формы и размера. В процессе ковки происходила та самая интенсивная деформация. Готовый меч обладал непревзойденной прочностью, но им, согласно легенде, можно было опоясаться. А ведь пластичность — одно из уникальных свойств объемного наноструктурного материала.

Как может измениться наш мир в будущем?

СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО

Молекулярные роботы способны будут производить пищу, заменив сельскохозяйственных растений и животных. Теоретически возможно, что они будут способны конструировать из готовых атомов любой продукт.

АВТОМОБИЛЕ- И РАКЕТОСТРОЕНИЕ

Ученые считают, что к 2050 году станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, любых строений в мировом океане, на поверхности Земли и в воздухе.

Изменится конструирование машин — многие части упростятся или станут ненужными. Это позволит конструировать машины, ранее недоступные человеку. Вполне вероятно, такие механизмы будут состоять из одной очень сложной детали.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

Механоэлектрические нанопреобра- зователи смогут увеличивать КПД любых видов энергии, в том числе получать электроэнергию из солнечного излучения с КПД около 90%.

БИОТЕХНОЛОГИИ

Теоретически нанотехнологии способны обеспечить человеку физическое бессмертие, поскольку наномедицина сможет бесконечно регенерировать отмирающие клетки. Уже в ближайшем будущем появится медицинское устройство размером с почтовую марку, которое самостоятельно проведет анализ крови, определит необходимые медикаменты и тут же сделает инъекции.

Возможной станет перестройка человеческого тела и качественное увеличение естественных способностей, а также обеспечение организма энергией, альтернативное традиционному питанию.

КОМПЬЮТЕРНАЯ ТЕХНИКА

Трансформируется в единую глобальную информационную сеть огромной производительности, причем каждый человек будет иметь возможность быть терминалом — через непосредственный доступ к головному мозгу и органам чувств.

МАТЕРИАЛЫ

Возможность изменять свойства веществ на наноуровне приведет к появлению сверхпрочных, сверхлегких и негорючих материалов (на основе алмазоида), не исключено также появление «умных» материалов, способных к мультимедиа-общению с пользователем.

СЫРЬЕ

Для постройки большинства объектов нанороботы будут использовать несколько самых распространенных типов атомов: углерод, водород, кремний, азот, кислород, серу и др. в меньшем количестве. С освоением человечеством других планет проблема сырьевого снабжения будет решена.

 


Открыть

Нанотехнологии - настоящее и будущее


 

Если раньше "игры атомами" были уделом сугубо научно-исследовательских лабораторий, то сегодня ряд технологий, основанных на манипуляциях наночастицами, подошел к стадии своего широкого коммерческого использования. Увы, но инженерная романтика, связанная с нанотехнологиями понемногу рассеивается, и приставка "нано" зачастую уже не обозначает "ново". Все же стоит понимать, что революционность нанотехнологий заключается не столько в ожидаемых плодах их массового применения, сколько в самой идеологии "наноминиатюризации".

Ученые, достигшие сегодня высоких результатов в области нанотехнологий, во многом обязаны двум изобретениям конца прошлого столетия. В 1981 году физики Герд Бинниг (Gerd Binnig) и Генрих Рорер (Heinrich Rohrer) из исследовательской лаборатории IBM создали сканирующий туннелирующий микроскоп, который позволил им увидеть отдельные атомы. А уже в 1986 году он был модернизирован Гердом Биннигом и позволил не только наблюдать атомы, но и манипулировать ими. Оба ученых за свои революционные труды были удостоены Нобелевской премии. В 1990 году увидела свет эпохальная статья двух исследователей из той же лаборатории IBM - Айглера и Швейцера, под названием "Позиционирование отдельных атомов с помощью сканирующего туннельного микроскопа", и многим стало ясно, что пророчество Фейнмана сбылось - весь мир обошла "нанофотография" удивительной мозаики, образующей символику компании IBM, "выгравированная" отдельными атомами ксенона на поверхности никелевого монокристалла с немыслимой ни в какие времена атомарной точностью.

С появлением сканирующего микроскопа началось широкое развитие нанотехнологий - способов обработки частиц, размеры которых находятся в пределах от одного до ста нанометров (1 нм = 10-9 м). Чтобы лучше представить данный порядок величин достаточно вообразить Земной шар и футбольный мяч - именно так соотносится в размерах последний и наночастицы. Сегодня Бинниг продолжает свою научную работу в лабораториях IBM, разрабатывая и совершенствуя технологию создания жестких дисков нового поколения без намагничивающих записывающих и считывающих головок.

Манипуляции наночастицами

Проблемой манипуляцией атомов при помощи сканирующего микроскопа занимался и ученый Дон Айглер (Don Eigler), который также проводил свои эксперименты в лабораториях IBM. Он в 1989 году впервые не только смог переместить атомы при помощи сканирующего микроскопа, но и научился делать это в заданных направлениях и на заданные расстояния. Сегодня при помощи его установки свободно можно перемещать наночастицы, управляя процессом с компьютера. Один из опытов Айглера видится очень показательным, так как может явиться своеобразным коридором связующим цифровую реальность и наномир. Так, ученый расположил атомы кобальта на поверхности меди таким образом, что они образовали замкнутый эллипс. После помещения в одну из частей эллипса еще одного атома кобальта, во второй его половине (пустой) прослеживался сигнал аналогичный наличию в ней какой-то атомоподобной частицы.

Понятно, что никакой частицы в пустом фокусе эллипса не было. Однако наличие сигнала на сканирующем микроскопе ученый объяснил с помощью эффекта шепота, который достаточно давно известен людям. Его суть заключается в том, что даже тихий разговор человека в специально спроектированном помещении может быть слышен в противоположном его краю, тогда как нормальной слышимости речь будет совершенно неразборчива с близкого к нему расстояния. Примером таких помещений могут служить множественные театры, которые, как известно, имеют эллиптическую форму. Такой эффект обусловлен конструкцией стен и потолков, которые в сумме целенаправленно отражают звуковые волны. Согласно дуализму свойств микрочастиц, атомы ведут себя аналогично волнам, именно поэтому в пустой части фокуса эллипса наблюдался эффект подобный звуковому эффекту шепота. Таким образом, изменяя форму эллипса действия данного явления на атомарном уровне можно избежать, то есть на одном элементарном звене (кольцо атомов кобальта) получить как присутствие сигнала "атома-призрака", так и его отсутствие. Следовательно, варьирование формы расположения атомов кобальта создает основу для создания интерпретатора двоичной системы исчисления. Массивы наночастиц, разложенных по поверхности меди кольцеобразно, могут создать невероятной емкости устройства хранения данных, считывателем которых станет сканирующий микроскоп.

Другой эффект, позволяющий создавать устройства хранения и запоминания, был открыт исследователями из Иллинойского университета, которые разработали методику для размещения на стандартном полупроводниковом кристалле массива органических молекул, которые в принципе можно использовать в качестве запоминающих устройств классического по своей топологии типа. Технология относительно проста. С готовой кремниевой пластины предварительно удаляется оксидная пленка (например, при помощи рентгеновского излучения). Затем, в глубоком вакууме, поверхность, состоящая из химически чистого кремния, покрывается слоем атомов водорода. С помощью сканирующего туннельного микроскопа (похоже, он становится основным производственным инструментом нанотехников) можно удалять из этого слоя отдельные атомы водорода, создавая на поверхности рельефный рисунок, таким образом, чтобы углубления рельефа стали бы областями чистого кремния. Если на полученную заготовку нанести органические молекулы, то они одним концом присоединятся к кремнию, а вторым будут свободно "парить" над поверхностью, при этом вращаться с частотой до терагерца. Ученые утверждают, что этим вращением можно управлять при помощи электрических импульсов. Таким образом, может быть создан упорядоченный массив (все зависит от шаблона, по которому делаются дырки в водородном покрытии) управляемых переключающихся элементов - то есть механическая молекулярная память, с частотой функционирования порядка нескольких терагерц. Естественно, все пока находится в глубоко экспериментальной стадии, но возможности открываются колоссальные.

Нанотехнологии сегодня

Уже сегодня существует целый ряд разработок, основывающихся на элементах нанотехнологии. Например, компания IBM недавно представила новую технологию хранения информации, с помощью которой можно будет добиться плотности записи порядка триллиона бит на квадратный дюйм, что в 20 раз больше, чем у самого совершенного на сегодня магнитного носителя. Кремниевым запоминающим устройствам до этого показателя еще дальше. В новой технологии Millipede компании IBM - все необычно: и подход к организации хранении данных, и время (в хронологическом отношении развития компьютерного прогресса) "рождения" новой технологии, и небывалое количество циклов записи/перезаписи. Ноу-хау компании IBM лишь "эхо" давно забытых перфокарт, с единственной лишь разницей в том, что технология реализована на микроскопическом уровне и не является "одноразовой" по отношению к носителю информации. Основной элемент Millipede - массив одноконечных кремниевых кронштейнов длиной 70 и толщиной 0,5 мкм (в будущем эти цифры, конечно же, уменьшаться), на каждом из которых находится микроскопическая игла длиной 2 мкм. В представленном компанией IBM демонстрационном образце использовался массив 32 х 32 с размерами всего 3 х 3 мм.

О своем достижении в области электронных технологий на молекулярном уровне поведала и компания НР. В ее лаборатории достигли наивысшей плотности на данный момент и даже готовы продемонстрировать 64-бит чип энергонезависимой памяти, в котором роль ячеек памяти играют отдельные молекулы. Этот чип умещается на площади в один квадратный микрон. Кроме того HP удалось совместить запоминающие и управляющие элементы в одном молекулярном устройстве. Самое удивительное, что у компании HP уже разработана опытная методика производства нанолитографической печати, позволяющей делать копии чипов на пластинах, подобно тому, как делаются копии страниц с оригинал-макета в типографиях.

Нанотехнологии применимы и в таких "прикладных" областях как создание охладительных установок. Термоионный метод охлаждения, разрабатываемый фирмой Cool Chips, находится на совершенно ином, более глубоком физическом уровне, нежели классические методы, "орудующие" воздушным потоком, или холодильники Пельтье, которые используют термоэлектронный эффект. Термоионный охладитель - это термоионный преобразователь, в котором под действием напряжения происходит отвод "горячих" электронов (электронов с большой энергией) от охлаждаемой поверхности. Что касается ожидаемой эффективности разработки Cool Chips, то она, включая все потери (даже отток тепла через проводники) составит порядка 70-80%, при теоретической интенсивности теплоотвода порядка 5кВт/кв.см. Если сравнивать новую технологию с традиционными методами охлаждения, то КПД компрессорных систем равен 40-50%, термоэлектрических - 8%, в лучшем случае при большом научном прорыве приблизительно 20-30%.

 


Открыть

Серый лишайник.


 

Колонии грибов и водорослей в симбиозе, известные как лишайники (которых некоторые называют формой подвоздушной биоплёнки) находятся среди первых растений, которые начинают расти на голом камне, помогая формированию почвы путём разъедания скал [55]. Микробные сообщества литобионтов, такие как корковые скальные лишайники, проникают в минеральные поверхности на глубины до 1 см, используя комплексное растворение, селективный транспорт и процессы рекристаллизации, иногда называемые термином «биологическое выветривание» [56].



Колонии эпилитических (живущих на поверхности скал) микроскопических бактерий создают слой патины толщиной 10 микрон на скалах в пустынях (называемой «пустынная ржавчина» [57]) и содержат следовые количества оксидов Mn и Fe, которые помогают обеспечить защиту от тепла и УФ-радиации [57-59].



В теории, реплицирующиеся нанороботы могут быть почти полностью сделаны их неалмазоидных материалов, включая неуглеродные химические элементы, такие как кремний, алюминий, железо, титан и кислород. Последующая экофагия живущих на поверхности живых существ злонамеренно запрограммированной популяцией неуглеродных эпилитических репликаторов является сценарием «серого лишайника».



Непрерывный прямой учёт образцов с земной поверхности почти наверняка обеспечит ранее обнаружение, поскольку минералогические нанороботы будут легко отличимы от инертной скалы и от органических микробов в верхних 3-8 см почвы.



Злонамеренная экофагия.



Более опасные сценарии включают в себя экофагические атаки, которые предприняты не для превращения биомассы в наномассу, но, в первую очередь, для уничтожения биомассы. Оптимальная злонамеренная стратегия экофагической атаки, по-видимому, включает двухфазный процесс.



На первой фазе начальные семена реплиботов широко распространяются в окрестностях биомассы, на которую они нацелены, реплицируясь максимально скрытным образом до некоторого критического размера популяции и потребляя материал местной окружающей среды, чтобы набрать наномассу. На второй фазе уже большая популяция реплиботов прекращает размножение, и действует исключительно ради своей главной цели – разрушения. В общем, эта стратегия может быть описана как Строить/ разрушать.



В фазе строительства опасных «злоботов» ("badbots"), предполагаемые их технологические эквиваленты, защитные «доброботы» ("goodbots") имеют, по крайней мере, три важных тактических преимущества перед своими соперниками:



1. Подготовка – защитные агентства могут заранее произвести и накопить подавляюще большие количества защитных инструментов (желательно, не самореплицирующихся), то есть доброботов, которые могут быть немедленно размещены по первому признаку угрозы, с минимальным дополнительным риском для среды.



2. Эффективность – в то время как злоботы должны одновременно реплицироваться и защищать себя от атак (активно или сохраняя невидимость), доброботы могут сконцентрироваться исключительно на атаке злоботов (например, по причине своего подавляющего численного превосходства при раннем размещении) и в силу этого иметь меньшие операционные расходы и более высокую эффективность в достижении своих целей, при прочих равных.



3. Эффект рычага – в отношении материалов, энергии, времени и сложности меньше ресурсов, вообще говоря, требуется, чтобы ограничить, ослабить или разрушить сложную машину, чем требуется, чтобы построить или реплицировать настолько же сложную с нуля (например, одна маленькая бомба может уничтожить большую фабрику по производству бомб; одна маленькая ракета может уничтожить большой корабль).



Наиболее выгодно бороться со злонамеренной угрозой экофагии, когда она всё ещё находится на своей стадии строительства. Это требует предвидения и преданности интенсивному контролю со стороны оборонных ведомств.



Заключение и рекомендации для государственной политики.



Наименьший возможный биоядный нанорепликатор имеет молекулярный вес ~1 гигадальтона (1 дальтон примерно равен массе атома водорода) и минимальное время репликации порядка 100 секунд, что в теории позволяет глобальной экофагии закончится всего на всего за примерно 10 000 секунд. Однако такое быстрое реплицирование создаёт немедленно обнаружимую температурную подпись, позволяющую быстро разместить эффективные оборонительные инструменты – до того, как будет нанесён значительный ущерб экосистеме.



Такие оборонительные инструменты будут генерировать своё собственное тепловое загрязнение во время оборонительных операций. Это не должно ограничить защитную стратегию значительным образом, поскольку опрыскивание, отключение и разрушение работающего нанорепликатора должно потреблять гораздо меньше энергии, чем потребляется нанорепликатором в течение одного цикла репликации, и, следовательно, такие оборонительные операции являются по сути эндотермическими.



Экофагия, которая происходит на уровне порога современного климатического обнаружения, добавляя примерно ~4°C к глобальному потеплению, может потребовать ~20 месяцев на своё завершение, и этого времени достаточно для раннего предупреждения о необходимости изготовить эффективную защиту.



Экофагия, которая развивается достаточно медленно, чтобы избежать лёгкого обнаружения с помощью мониторинга температуры, потребует много лет для своего завершения, и всё же может быть замечена с помощью контроля на местах, и может быть, по крайней мере, частично преодолена благодаря более быстрому росту биомассы в силу естественных гомеостатических компенсаторных механизмов, присущих земным экосистемам.



Непрямая экофагия, выполняемая с помощью популяции реплиботов, заранее выращенных в небиологическом субстрате, может быть избегнута благодаря тщательному термическому мониторингу и прямому взятию образцов из соответствующих земных ниш с целью поиска растущих и возможно опасных популяций нанороботов на стадии пред-экофагии.



Конкретные рекомендации для государственной политики, исходящие из результатов проведённого анализа, включают:



1. Немедленный международный мораторий на все эксперименты в области искусственной жизни, выполняемые на небиологических носителях. В этом контексте «искусственная жизнь» определяется как автономно питающиеся репликаторы, за исключением чисто биологических реализаций (которые уже покрыты рекомендациями Национального института здоровья [65] и тактически применяются во всём мире), а также за исключением программных симуляций, которые носят исключительно подготовительный характер и должны продолжаться. Альтернативные «врождённо безопасные» стратегии репликации, такие как «широковещательная архитектура» [66], уже хорошо известны.



2. Непрерывной всеобъемлющее наблюдение земной поверхности в инфракрасных лучах с геостационарных спутников, как для того, чтобы контролировать имеющиеся запасы биомассы, так и для обнаружения (и последующего расследования) любых быстро растущих искусственных горячих точек. Это может быть расширением нынешних или предлагающихся систем мониторинга Земли (например, системы мониторинга земли НАСА [67] и программ удалённого наблюдениями за болезнями [93]), изначально созданных для изучения и предсказания глобального потепления, изменений в землепользовании и так далее – изначально использующих не наномасштабные технологии. Другие методы обнаружения также возможны и требуются дальнейшие исследования, чтобы идентифицировать и правильно рассчитать полный список альтернатив.



3. Инициация долговременной исследовательской программы с целью обретения знаний и возможностей, необходимых для противодействия репликаторам-экофагам, включая построение сценариев и анализ угроз с численными симуляциями, анализ мер и контрмер, теорию и проектирование глобальных систем мониторинга, способных быстро детектировать и реагировать, протоколы определения свой-чужой, и, в конце концов, конструирование адекватных нанороботных системных оборонительных возможностей и инфраструктуры.



Связанная с этим долговременная рекомендация состоит в инициации создания глобальной всеобъемлющей системы экосферного контроля на местах, могущей включать в себя возможные сигнатуры активности нанороботов (например, изменения в концентрации парниковых газов), отбор образцов на предмет обнаружения нанороботов на земле, в море и в воздухе, что гарантировано темпом развития новых возможностей молекулярных нанотехнологий.

 


Открыть

Серый Планктон.


 

Существование 1-2 Ч10*16 кг [24] подводных запасов углерода на материковых окраинах в виде клатратов метана и подобного же количества (3.8 Ч10*16 кг) растворённого в воде углерода в форме CO2 представляет собой запас углерода более чем на порядок больший глобальной биомассы.



Метан и CO2 в принципе могут реагировать, образуя чистый углерод и воду, плюс 0,5 МДж/кг энергии. (Некоторые исследователи изучают возможность уменьшить эффект парниковых газов, закачивая жидкий [44] или твёрдый [45] CO2 на дно океана, что потенциально может облегчить задачу морским реплиботам по метаболизму запасов метана.)



Кислород также может быть транспортирован с поверхности в микробаках под давлением посредством системы транспорта, основанной на плавучести, в которой превращение хлатрата метана в наномассу будет происходить на морском дне. Последующая колонизация богатой углеродом наземной экосистемы огромной и голодной массой выросших на морском дне репликаторов называется сценарием «серого планктона».

(Фитопланктон, имеющий размеры в 1-200 микрометров, состоит из частиц наиболее ответственных за изменение оптических свойств океанской воды по причине сильного поглощения этими клетками голубых и красных частей оптического спектра [37].)



Если конроль не будет вестись около морского дна во время основного цикла репликации нанороботов, то естественное отношение числа живых клеток к числу нанороботов окажется больше на много порядков величины, что требует более тщательных усилий по подсчёту. Осуществляющие подсчёт нанороботы могут быть использованы для обнаружения, отключения, опрыскивания или разрушения устройств серого планктона



Серая пыль (Поедатели воздуха - Aerovores)



Традиционные конструкции алмазоидной наномашинерии [4] используют 8 основных химических элементов, при этом все они присутствуют в атмосфере в значительных количествах [46]. (Кремний присутствует в воздухе в виде микроскопической пыли, которая содержит ~28% Si в случае скальных пород [5], при средней концентрации пыли в атмосфере ~0.0025 mg/m3.) Потребность в относительно редких в атмосфере элементах значительно ограничивает потенциальную наномассу и скорость роста летающих репликаторов.



Однако отметьте, что одна из классических конструкций наноробота имеет более 91% CHON по весу. И хотя это будет крайне трудно сделать, теоретически возможно, что репликаторы будут сделаны почти целиком из CHON, и в этом случае такие устройства могут реплицироваться относительно быстро с использованием только атмосферных ресурсов и солнечную энергию. Всемирное покрывало из летающих в воздухе репликаторов или «аэроворосов» (воздухоядных), которое блокирует весь солнечный свет, было названо сценарием «серой пыли» [47]. (Уже было несколько экспериментов с выпуском в воздух рекомбинантных бактерий [48].)



Наиболее эффективной стратегией борьбы с ними будет выброс в воздух несамореплицирующихся нанороботов, снабжённых клейками микро неводами.



В качестве альтернативного метода борьбы легко можно представить летающие или базирующиеся на земле системы атмосферной фильтрации, которые позволят осуществлять более быструю фильтрацию. Например, поскольку сила тяги изменяется пропорционально квадрату скорости при увеличении размеров ячейки сетки в 10 000 раз при снижении скорости в 100 раз, суммарная сила тяги остаётся неизменной, но полное прокачивание атмосферы происходит в 100 раз быстрее, например, за ~15 минут.

 


Открыть | обсуждают 1

Угроза экофагии.


 

Классическая молекулярная нанотехнология [2], [4] предвидит создание наномашин в основном сконструированных из богатых углеродом алмазоподобных материалов – даймонидов. Другая полезная нанохимия может включать в себя богатый алюминием сапфир (Al2O3), богатые бором (BN) или титаном материалы (TiC) и подобные им. TiC имеет наивысшую возможную рабочую температуру среди обычных материалов (точка плавления ~ 3410°K [5]), и, хотя алмаз может поцарапать TiC, TiC может быть использован для плавления алмаза.



Однако атомы Al, Ti и B гораздо более распространены в земной коре, чем в биомассе (81,300 ppm, 4400 ppm и 3 ppm, соответственно [5]), то есть в человеческом теле (0.1 ppm, 0 ppm, and 0.03 ppm [6]), что уменьшает прямую угрозу экофагии от таких систем. С другой стороны, углерод в тысячу раз менее распространён в земной коре (320 ppm, в основном карбонаты), чем в биосфере (~230,000 ppm).



Более того, возможность превращения литосферы в наномеханизмы не является главным поводом для беспокойства, поскольку обычные скалы содержат относительно мало источников энергии. Например, содержание естественных радиоактивных изотопов в скальных породах земной коры имеет значительные разброс, как функция их геологического происхождения и истории региона, но в основном находится в пределах 0.15-1.40 милиГр/год mGy/yr [7], давая мощность порядка 0.28-2.6 Ч10-7 Вт/m3, в предположении, что горные породы имеют плотность, приблизительно равную средней земной плотности (5522 кг/м3 [5]).



Этого крайне недостаточно для питания нанороботов, способных к значительной активности; современные конструкции наномашин в основном требуют энергетических мощностей порядка 10*5-10*/9 Вт/m3 для того, чтобы достичь эффективных результатов [6]. (Биологические системы обычно функционируют с мощностями 10*2-10*6 Вт/m3 [6].)

Солнечная энергия не доступна под земной поверхностью, и средний поток геотермального тепла составляет только 0.05 Вт/m2 на земной поверхности [6], что составляет только малую часть от солнечной энергии.



Гипотетические абиотические запасы нефти в земной коре [16], вероятно, не могут дать достаточной энергии для роста наномассы репликаторов по причине отсутствия окислителей глубоко под землёй, хотя были описаны потенциально большие популяции геобактерий [10-16], и в принципе некоторые необычные, хотя весьма ограниченные бактериальные источники энергии тоже могут быть заняты нанороботами.



Например, некоторые анаэробные бактерии используют металлы (вместо кислорода) в качестве акцепторов электронов [13], превращая железо из минералов вроде пироксена или оливина в железо в более окисленной форме в магнитных минералах вроде магнетита и маггемита, и используют геохемически возникающий водород, чтобы превращать СО2 в метан [11]. Подземные бактерии в отложениях Атрим Шейл производят 1.2 Ч10*7 м3/ день природного газа (метана), потребляя остатки водорослей возрастом 370 млн. лет [17].



Также проводились эксперименты по биорекультивации в фирме Envirogen и в других, в ходе которых питающиеся загрязнениями бактерии намеренно вводились в землю, чтобы метаболизировать органические яды; в ходе полевых исследований выяснилось, что трудно заставить бактерии двигаться сквозь подземные водоносные слои, поскольку негативно заряженные клетки склонны склеиваться с позитивно заряженными оксидами железа в почве [18].



Однако главная тревога относительно экофагии состоит в том, что неудержимое распространение нанороботов-репликаторов или «реплиботов» превратит всю биосферу на поверхности земли (то есть экосистему всех живых организмов на поверхности Земли) в искусственные материалы некого рода – особенно, материалы вроде них самих, иначе говоря, в ещё большие количества самореплицирующихся наноробтов.



Поскольку продвинутые нанороботы могут быть сконструированы в основном из богатых углеродом алмазоподобных материалов [4], и поскольку ~12% всех атомов в человеческом теле (что типично для биологии в целом) – это атомы углерода, или ~23% по весу, запас углерода во всей земной биомассе может оказаться достаточным для самопроизводства конечной массы реплицирующихся алмазоидных нанороботов порядка ~0.23 Mbio, где Mbio – полный вес земной биомассы.



В отличие от большинства естественных материалов, биомасса может служить как источника углерода, так и источника энергии для репликации наномашин. Нанороботы-экофаги могут считать живые организмы в качестве естественных накопителей углерода, а биомассу – в качестве ценной руды для добычи углерода и энергии. Разумеется, биосистемы, из которых выделен весь углерод, больше не могут быть живыми, но вместо этого будут безжизненной химической грязью.



Другие возможные сценарии.



Были обнаружены четыре других сценария, которые могут привести непрямым образом к глобальной экофагии. Мы их рассмотрим ниже. Во всех случаях раннее обнаружение кажется возможным при достаточном уровне подготовки, и адекватная защита легко представима при использовании молекулярных нанотехнологий сопоставимой сложности.

 


Открыть | обсуждают 1

Проблема Серой Слизи


 

Введение.



Недавние дискуссии [1] о возможных опасностях, связанных с будущими технологиями, такими как искусственный интеллект, генная инженерия и молекулярная нанотехнология, сделали очевидным то, что необходим интенсивный теоретический анализ основных рисков окружающей среде со стороны молекулярной нанотехнологии (MNT). Никаких систематических исследований рисков и ограничений MNT технологий пока не предпринималось. Эта статья представляет собой первую попытку начать этот аналитический процесс с применением количественных методов.



Возможно, впервые обнаруженная и наиболее известная опасность молекулярной нанотехнологии – это опасность, что самореплицирующиеся нанороботы, способные автономно функционировать в естественной среде, могут быстро превратить естественную среду (то есть биомассу) в собственные копии (то есть наномассу) по всей планете. Этот сценарий обычно называется «проблемой серой слизи», но, пожалуй, более правильно мог бы быть назван «глобальной экофагией».



Как Дрекслер впервые предупредил в ‘Машинах Созидания’ [2]:

"Растения" с "листьями", не более эффективными, чем сегодняшние солнечные элементы, могли бы выиграть в конкурентной борьбе с настоящими растениями, наводняя биосферу несъедобной листвой. Точно также всеядные "бактерии" могли бы победить в конкуренции настоящих бактерий: они могли бы распространиться, как летящая пыльца, стремительно размножаясь и сведя биосферу в пыль за считанные дни. Опасные репликаторы могли бы легко быть слишком жесткими, маленькими и быстро распространяющимися, чтобы их можно было остановить - по крайней мере, если мы не сделаем никаких приготовлений. А у нас и так достаточно проблем с контролем над вирусами и фруктовыми мушками.



Среди знатоков нанотехнологий эта угроза стала известна как «проблема серой слизи». Хотя массы неконтролируемых репликаторов не обязаны быть серыми и склизкими, термин серая слизь подчёркивает, что репликаторы, способные уничтожить жизнь, могут быть не более вдохновляющими, чем ползучий сорняк. Они могут быть превосходными в эволюционном смысле, но это не делает их ценными.



Угроза серой слизи делает одну вещь абсолютно ясной: Мы не можем себе позволить определённого рода аварии с реплицирующимися ассемблерами.



Серая слизь определённо была бы печальным концом человеческих приключений на Земле, значительно худшим, чем огонь или лёд, и при этом она могла бы произойти из одной-единственной аварии в лаборатории.



Ледерберг [3] отмечает, что мир микробов развивается в быстром темпе, и предполагает, что наше выживание зависит от принятия «более микробной точки зрения». Возникновение новых инфекций, таких как ВИЧ и вирус Эбола, демонстрирует, что у нас пока очень мало знаний о том, как естественные или технологические вмешательства в окружающую среду могут запускать мутации в известных организмах или неизвестных существующих организмах [81], создавая ограниченную форму «зелёной слизи» [92].



Однако будет нелегко построить биоядных нанороботов, способные к всепоглощающей экофагии, и их конструирование потребует исключительного внимания к множеству сложных требований и тактических задач. Такие биопожиратели могут появиться только после длительного периода целенаправленных сконцентрированных усилий, или как результат намеренных экспериментов, направленных на создание искусственной жизни общего назначения, возможно, с использованием генетических алгоритмов, и очень маловероятно, что они возникнут исключительно в результате аварии.

 


Открыть




Бесплатный Хостинг
Бесплатный Хостинг

Букмекерская контора

<a href="http://www.walletone.com/?ref=148831866034" target="_blank">W1</a>



Сайт существует: дней, месяцев, лет.

PRCY.ru

Кам'янець-Подільський Онлайн, Каменец-Подольский Онлайн

Create a free website


gold.gif

Мой личный блог оценили в
136100 гривен
А сколько стоит твой?


Метки


Содержание страницы

ОБОЗ.ua