А это, в свою очередь, требует от исследователей досконального знания предмета, то есть рационального использования информации — той суммы знаний о природе и ее законах, которые уже накоплены наукой и будут получены завтра.
Молекулярные сенсоры обещают быть очень чувствительными.
Главным источником вдохновения для создателей будущих механизмов должна стать биология. Ведь живые системы способны сами восстанавливаться, совершенствоваться, приспосабливаться к изменяющимся условиям. Таким свойствам регенерации и адаптации неплохо бы научить и создаваемые инженерами машины и устройства.
Вот уже несколько десятилетий копированием патентов живого занимается бионика. Но если честно, похвастаться тут нам пока еще нечем. Скажем, локаторы летучих мышей и дельфинов намного чувствительнее, компактнее и надежнее, чем ультразвуковые сонары подводных лодок. Нет у нас пока и фотоэлементов, солнечных батарей, способных соперничать, например, с зеленым листом, способным улавливать и использовать даже одиночные фотоны света. Нет еще и обшивки, которая была бы способна, подобно коже, сама регенерировать, заживлять мелкие царапины и даже повреждения средней тяжести. Да о чем еще говорить, когда обыкновенный земляной червь даст сто очков вперед любому экскаватору или буру по части прохождения толщи земных пород!
Все эти и множество других примеров и заставляют специалистов сегодня сформулировать по крайней мере пять задач, которые они хотят решить в ближайшее время. Во-первых, сенсоры и исполнительные устройства должны стать возможно более компактными — ведь в живых аналогах сплошь и рядом они состоят всего из нескольких атомов. Во-вторых, надо наделить все устройства системами самоконтроля, чтобы они имели возможность проверять собственную работоспособность, сразу же исправлять допущенные ошибки. В-третьих, машины будущего должны быстро адаптироваться, приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды. В-четвертых, уметь кооперироваться, то есть создавать некие сообщества и иерархические системы с целью совместного решения особо трудных проблем. И, наконец, в-пятых, было бы неплохо, если бы наши машины и механизмы умели бы расти и развиваться подобно тому, как это делают, скажем, те же деревья и другие живые организмы.
Хотя ученые и говорят, что правильно сформулировать задачу — это уже наполовину ее решить, ошеломительных успехов у них пока еще немного. Тем не менее, как уже сказано выше, они есть.
Упрощенная схема молекулярного микромотора. Цифрами обозначено (на статоре):
1 — подшипник, 2 — источник протонов, 3 — эластичный проводник; (на роторе): 4 — ось, 5 — вращающийся диск, 6 — обмотка, принимающая протоны.
Молекулярные моторы по простоте устройства пока еще далеки от митохондрий — энергетических станций живой клетки. Цифрами на схеме обозначены:
1 — пространство между мембранами; 2 — внешняя мембрана; 3 — термохимический преобразователь энергии; 4 — своеобразный шлюз в мембране, через который митохондрия ведет обмен веществ с окружающей средой; 5 — внутренняя мембрана; 6 — внутриклеточная жидкость.
Началось все с создания крошечных машин размерами в доли микрона, которые, тем не менее, были способны производить какую-то работу. Поначалу их изготовляли и собирали, по существу, вручную. Примерно так же, как работал Левша — «глаз пристрелямши и руку набивши». Потом приспособили к этому делу технологии микроэлектроники и особую разновидность электронных микроскопов — так называемые силовые туннельные микроскопы.
Скажем, установка «Луч», созданная учеными Института нанотехнологий при Международном фонде конверсии, позволяет получать точечные электрические поля огромной мощности. Их действие заставляет отдельные атомы отрываться от кристаллической решетки, перемещаться в нужном направлении и монтироваться в определенные агрегаты.