Эпоха открытий. Возможности и угрозы второго Ренессанса - Крис Кутарна

Объединяющий прорыв

Однако ученым до сих пор не удавалось собрать полезный объект из отдельных атомов или построить робота, который сможет сделать это за нас. Большинство наших сегодняшних приемов работы с нанопространством связано с матричными материалами: мы профилируем поверхность с помощью УФ-лазеров (гекко-скотч), подаем специально подготовленный пар на медный лист для получения на его поверхности тончайшей пленки (графен), смешиваем химические вещества в пробирке для получения желаемой молекулы по одному лабораторному стаканчику за раз (наночастицы серебра) и т. д. 3D-печать, которая может значительно сократить время и отходы обычного макропроизводства, на микроуровне способна пока лишь на выполнение отдельных задач – ее достаточно для печати тонких деталей аэрокосмической промышленности, но недостаточно, чтобы воспользоваться необычными свойствами материи, возникающими при тысячекратном обратном масштабировании. Кроме того, наша способность строить роботов – изготовление и монтаж двигателей, шестерней, манипуляторов и других механических частей – в микронной области по-прежнему стоит на месте. Ученые разработали несколько теоретических способов передвижения наноробота, позволяющих избежать урагана хаотичного движения и клейкости, но создание прототипа и тестирование таких роботов, возможно, произойдет лишь через несколько десятилетий – или никогда.

Для создания настоящих наномашин, скорее всего, потребуется совершенно иной подход. Как и в случае с компьютерами, вместо того чтобы пытаться уменьшить микромеханизмы до наноразмера, мы должны будем задействовать уникальные свойства нанореальности и разработать такие машины, которые будут родными в этой среде.

Один из перспективных подходов заключается в имитации биологии. Самый потрясающий инсайт, до настоящего времени полученный нами из нанопространства, заключается в том, что чем глубже мы заходим, тем более размытыми становятся границы между естественными науками и науками о жизни. Традиционно инженерная мысль не подражает природе. Самолеты не машут крыльями. Но на пересечении этих двух областей в настоящее время происходит самая плодотворная научная работа. Инженеры создают инструменты и платформы для исследования нанопространства, природа создает бесконечный каталог элегантных решений инженерных задач, с которыми мы там сталкиваемся.

Природа, как выясняется, и есть абсолютный инженер нанопространства. Бактерии, некоторые всего лишь 200 нанометров длиной, во многих отношениях и есть наноботы, которых мы так хотели бы научиться создавать [26]. У них есть крошечные энергоблоки, работающие на сахаре. У них есть устройства для сборки молекул, которые называются рибосомы, размером всего 20 нанометров. Они поддаются программированию, при этом материнской платой для них служит ДНК. Они самовосстанавливаются, самовоспроизводятся и успешно передвигаются в хаотичной клейкой наносреде, совершая продуманные вращающиеся движения.

Еще интереснее для человеческих инженеров то, насколько они непохожи на наших вожделенных наноботов. Бактерии не являются машинами общего назначения. Они узкоспециализированы: каждый вид использует особые свойства вещества в наномасштабе и умеет хорошо делать одну конкретную вещь. И они самоорганизуются с помощью неявных сил, действующих в нанопространстве. Основным приемом самостоятельной сборки является сворачивание белка. Белок начинается с отдельных аминокислот, каждая размером 1 нанометр, объединенных в длинную цепочку рибосомой клетки. Оказывается, каждый вид аминокислот (в жизни встречается всего 23 вида, и они часто повторяются) имеет уникальный электрический заряд. По мере того как цепочка становится длиннее, каждый ее блок привлекает или отталкивает другие блоки в соответствии с их зарядом, и двумерная цепь изгибается, образуя трехмерную структуру, внутри которой поддерживается сложный баланс этих сил. Это переплетение обладает нужной формой и всеми необходимыми поверхностями для того, чтобы строить структуры или вступать в полезное взаимодействие с другими белками.

Можем ли мы таким же образом собрать собственные наноструктуры? Зная, какую форму или функцию мы в конце концов хотим получить, можем ли мы разработать эквивалентное переплетение и, распутывая его, дойти до изначальной цепи аминокислот?[21] Результаты лабораторных исследований на сегодняшний день говорят, что это возможно. В 2010 г. ученые уговорили ДНК сложиться в своеобразные корзинки с замком на крышке и поместили внутрь этих корзинок молекулы лекарственного средства [27]. Подходящий ключ от замка имеют только раковые клетки. Если корзинка сталкивается с такой клеткой, крышка отлетает и лекарство немедленно высвобождается. Такой «ДНК-нанобот» может однажды заменить химиотерапию и другие современные методы лечения рака, которые убивают множество здоровых клеток вместе с больными.

Медицина заимствует у природы способность моделировать жизнь; инженерия – способность моделировать вещество. Это не обычный прогресс, это революция, которая происходит, когда мы достигаем внешних границ нашей нынешней парадигмы и принимаем новые.

Если история может служить примером, этот прорыв приведет нас в эпоху стремительного роста человеческих достижений. Появление некоторых из них мы уже наблюдаем в виде новых технологий. Некоторые победы пока остаются умозрительными. Сможем ли мы понять, как работает мозг, и создать лекарство, способное регенерировать его, так же как мы научились регенерировать другие органы? Сможет ли искусственный интеллект повторить или превзойти познавательные способности человека? Никто не знает ответа, но эти вопросы уже не кажутся такими непостижимыми, как раньше.

Мы не в силах заглянуть на пятьсот лет в будущее, но мы можем быть уверены, что, когда история XXI в. будет написана, ее заглавной темой станет освоение человеком созидательных возможностей, равных природным, – а также осмотрительность или безрассудство, которые мы при этом проявили.

Расцвет гения произошел не сам по себе. Это случилось в конкретных социальных и интеллектуальных условиях, которые позволили творческому потенциалу засиять еще ярче. Почему блеск гения был таким ярким именно в эпоху Возрождения? И почему это происходит сейчас?

Отчасти это заслуга редких людей – гениев, – которые родились в рассматриваемую эпоху. Индивидуальность является важнейшим компонентом каждого случая гениальности. Как отмечает Брайан Артур, один из ведущих мыслителей сегодняшнего мира, момент озарения, когда новый принцип опрокидывает старый, «всегда берет начало в глубинах индивидуального подсознания» [28]. Необычные или уникальные свойства внимания человека склоняют чаши весов в его сторону, позволяя ему совершить прорыв. Коперник сосредоточился на поиске в небесах более чистой гармонии, чем та, что была описана Птолемеем. Леонардо сосредоточился на изучении оптики и инженерного дела. Микеланджело сосредоточился на мраморных блоках, в каждом из которых, как он полагал, была заключена фигура, умоляющая об освобождении. И когда такая сосредоточенность вызывает момент озарения, его результат становится зримым воплощением уникальности автора.