Tout type d'activité humaine est envahi par les mythes. La nanotechnologie, principal projet scientifique et technologique de notre temps, ne fait pas exception. De plus, la création de mythes touche ici l'essence même. La plupart des gens, même ceux appartenant à la communauté scientifique, sont convaincus que la nanotechnologie est avant tout la manipulation d'atomes et la construction d'objets en les assemblant à partir d'atomes. C'est le mythe principal.
Les mythes scientifiques sont doubles. Certains sont générés par l'incomplétude de notre connaissance de la nature ou le manque d'informations. D'autres sont créés délibérément dans un but précis. Dans le cas de la nanotechnologie, nous avons une deuxième option. Grâce à ce mythe et aux conséquences qui en découlent, il a été possible d'attirer l'attention des personnes au pouvoir et d'accélérer considérablement le lancement du projet Nanotechnologie avec une augmentation autocatalytique des investissements. Au fond, c'était un peu de la triche, tout à fait acceptable par les règles du jeu au plus haut niveau. Le mythe a joué son rôle bénéfique en tant qu'initiateur du processus et a été heureusement oublié lorsqu'il s'agissait de la technologie elle-même.
Mais les mythes ont une propriété étonnante: à leur naissance, ils commencent à vivre leur propre vie, tout en faisant preuve d'une vitalité et d'une longévité étonnantes. Ils sont si fermement ancrés dans l'esprit des gens qu'ils affectent la perception de la réalité. De véritables processus nanotechnologiques, à la fois des projets étrangers et rusnano, contredisent fondamentalement le mythe, qui crée la confusion dans leur tête (la plupart des gens ne comprennent toujours pas ce qu'est la nanotechnologie), le rejet (ce ne sont pas de vraies nanotechnologies!) Et même le déni des nanotechnologies En tant que tel.
Outre le mythe principal, l'histoire des nanotechnologies nous révèle plusieurs mythes d'accompagnement qui stimulent différents groupes de la population, suscitant des espoirs infondés chez certains et paniquant chez d'autres.
Le mythe du père fondateur
Le plus inoffensif de la série de mythes est l'attribution de Richard Feynman, un expert dans le domaine de la théorie quantique des champs et de la physique des particules, comme le père fondateur de la nanotechnologie. Ce mythe est né en 1992 lorsque le prophète de la nanotechnologie, Eric Drexler, s'est adressé à une commission sénatoriale lors d'une audition sur les «Nouvelles technologies pour le développement durable». Pour faire avancer le projet de nanotechnologie qu'il avait inventé, Drexler s'est référé à la déclaration du lauréat du prix Nobel de physique, une autorité inébranlable aux yeux des sénateurs.
Malheureusement, Feynman est décédé en 1988 et ne pouvait donc ni confirmer ni infirmer cette déclaration. Mais s'il pouvait l'entendre, alors, très probablement, il rirait joyeusement. Il n'était pas seulement un physicien exceptionnel, mais aussi un farceur célèbre. Pas étonnant que son livre autobiographique porte le titre: "Bien sûr que vous plaisantez, M. Feynman!" En conséquence, le célèbre discours de Feynman lors du dîner de réveillon du Nouvel An de l'American Physics Society au California Institute of Technology a été reçu. Selon les souvenirs de l'un des participants à cette réunion, le physicien américain Paul Schlickt: «La réaction du public, dans l'ensemble, peut être qualifiée de joyeuse. La plupart pensaient que l'orateur faisait le fou."
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Mais les mots: "Les principes de physique que nous connaissons n'interdisent pas la création d'objets" atome par atome ". La manipulation des atomes est bien réelle et ne viole aucune loi de la nature », ont-ils dit, c'est un fait. Le reste était des spéculations sur la miniaturisation couplées à des prédictions futurologiques. Un quart de siècle plus tard, certaines des idées de Feynman ont été développées «de manière créative» par Eric Drexler et ont donné naissance aux principaux mythes de la nanotechnologie. De plus, nous reviendrons souvent sur ce discours afin de rappeler ce que Feynman a réellement dit, et en même temps pour profiter de la clarté et de l'imagerie des formulations du grand scientifique.
Le mythe de la technologie sans déchets
Lorsque nous créons un objet atome par atome, nous appliquons évidemment une technologie sans déchets. Le mot «évidemment» est utilisé ici dans le sens le plus primordial - lorsque les gens, principalement des fonctionnaires, regardent des images illustrant le processus de manipulation des atomes, ils ne voient aucun déchet, aucune pipe qui pollue l'atmosphère et des effluents industriels qui polluent les plans d'eau … Par défaut, il est clair que faire glisser un atome presque en apesanteur à quelques nanomètres de distance nécessite une infime quantité d'énergie. En général, la technologie idéale pour le «développement durable» - un concept qui était extrêmement populaire dans les années 90 du siècle dernier.
La question de savoir d'où viennent les atomes d'assemblage est presque indécente. Naturellement, depuis l'entrepôt, d'où ils sont probablement livrés par des voitures électriques respectueuses de l'environnement. L'écrasante majorité de la population ne sait guère d'où elle vient. Par exemple, les matériaux à partir desquels sont fabriqués divers produits industriels, que nous consommons de plus en plus. Le lien de ces produits avec l'industrie chimique n'est pas visible. La chimie en tant que science est ennuyeuse et pas très nécessaire, et l'industrie chimique, comme certainement nuisible à l'environnement, doit être fermée.
Entre autres choses, l'industrie chimique, de l'avis de la majorité, est un gaspillage prédateur de ressources naturelles, utilisant du pétrole, du gaz, des minerais et des minéraux pour ses processus. Et pour la nouvelle technologie, comme l'imaginent ses adhérents, seuls des atomes sont nécessaires: dans cette section de l'entrepôt, nous stockons des atomes d'or, dans l'autre - des atomes de fer, puis des atomes de sodium, des atomes de chlore … En général, tout le tableau périodique de Mendeleïev. Nous sommes obligés de décevoir les auteurs de ce tableau idyllique: les atomes eux-mêmes, à l'exception des atomes de gaz inertes, n'existent que dans le vide. Dans toutes les autres conditions, ils interagissent avec leur propre espèce ou d'autres atomes, en interaction chimique avec la formation de composés chimiques. Telle est la nature des choses et on ne peut rien y faire.
Toute technologie nécessite des adaptations, des moyens de production, qui échappent également à l'attention des apologistes pour assembler des objets à partir d'atomes. Cependant, parfois au contraire, ils attirent leur attention et les secouent jusqu'au cœur. En effet, les microscopes à tunnel et à puissance sont de beaux appareils, une preuve visible de la puissance de l'esprit humain. Et en général, les laboratoires dans lesquels ils sont engagés dans la manipulation des atomes sont une image des technologies futures dans l'esprit de la "Troisième Vague" d'Alvin Toffler: les salles dites propres avec climatisation et purification d'air spéciale, des appareils qui excluent la moindre vibration, un opérateur en vêtements spéciaux avec un diplôme universitaire en poche.
Tout cela sera-t-il également collecté sur les atomes sans déchets? Y compris les fondations, les murs et les toits? Nous pensons que même les plus fervents adeptes de cette technologie n'oseront pas répondre à cette question par l'affirmative.
L'humanité créera un jour des technologies sans déchets et respectueuses de l'environnement, mais elles seront basées sur des principes différents ou sur une technique fondamentalement différente.
Le mythe de la nanomachine
En fait, au départ, il s'agissait d'une technique différente. L'idée selon laquelle il est nécessaire d'avoir un manipulateur de taille appropriée pour concevoir à l'échelle nanométrique est évidente. C'est ainsi que Richard Feynman a vu la mise en œuvre de cette idée:
«Supposons que je fabrique un ensemble de dix bras manipulateurs, que je les ai réduits quatre fois et que je les ai connectés avec des fils aux leviers de commande d'origine, de sorte que ces bras répètent simultanément et précisément mes mouvements. Ensuite, je reconstruirai un ensemble de dix bras de taille quart. Naturellement, les dix premiers manipulateurs produiront 10x10 = 100 manipulateurs, cependant, réduits d'un facteur 16 …
Rien ne nous empêche de poursuivre ce processus et de créer autant de petites machines que nous le souhaitons, puisque cette production n'a pas de restrictions liées au placement des machines et à leur consommation de matière … Il est clair que cela supprime immédiatement le problème du coût des matériaux. En principe, nous pourrions organiser des millions d'usines miniatures identiques, où de minuscules machines perceraient continuellement des trous, tamponneraient des pièces, etc."
Cette approche est une implémentation directe de l'idée de créer des dispositifs miniatures. Il fonctionne, bien qu'avec de nombreuses restrictions, au niveau micro, comme en témoignent les dispositifs dits microélectromécaniques. Ils sont utilisés dans les systèmes de déploiement d'airbags dans les voitures en cas d'accident, dans les imprimantes laser et à jet d'encre, dans les capteurs de pression, dans les climatiseurs domestiques et dans les indicateurs de niveau de carburant dans un réservoir d'essence, dans les stimulateurs cardiaques et dans les manettes de jeu pour consoles de jeux. En les regardant au microscope, nous verrons les engrenages et les arbres, les cylindres et les pistons, les ressorts et les soupapes, les miroirs et les microcircuits qui nous sont familiers.
Mais les nanoobjets ont des propriétés différentes de celles des macro et micro-objets. Si nous trouvons un moyen de réduire proportionnellement la taille des transistors du courant 45-65 nm à 10 nm, alors ils ne fonctionneront tout simplement pas, car les électrons commenceront à traverser la couche isolante. Et les fils de connexion deviendront plus minces en une chaîne d'atomes, qui conduiront le courant différemment des échantillons massifs, et commenceront à se disperser sur les côtés en raison du mouvement thermique ou, au contraire, à se rassembler en un tas, en oubliant la tâche de maintenir le contact électrique.
Il en va de même pour les propriétés mécaniques. Lorsque la taille diminue, le rapport surface / volume augmente, et plus la surface est grande, plus le frottement est important. Les nano-objets collent littéralement à d'autres nano-objets ou à des surfaces qui pour eux, en raison de leur petite taille, semblent lisses. C'est un trait utile pour un gecko qui marche facilement sur un mur vertical, mais extrêmement préjudiciable à tout appareil qui doit rouler ou glisser sur une surface horizontale. Afin de simplement le déplacer de sa place, vous devrez dépenser une quantité d'énergie disproportionnée.
En revanche, l'inertie est faible, le mouvement s'arrête rapidement. Il n'est pas difficile de faire un nano-pendule - de fixer une particule d'or de quelques nanomètres de diamètre à un nanotube de carbone de 1 nm de diamètre et de 100 nm de longueur et de la suspendre à une plaque de silicium. Mais ce pendule, si vous le balancez en l'air, s'arrêtera presque immédiatement, car même l'air est un obstacle important pour lui.
Les nanoobjets, comme on dit, ont un vent élevé et il est généralement facile de les induire en erreur. Beaucoup, probablement, ont observé un mouvement brownien au microscope - jet aléatoire d'une petite particule solide dans l'eau. Albert Einstein, en 1905, expliquait la raison de ce phénomène: les molécules d'eau, qui sont en mouvement thermique constant, frappent la surface de la particule, et la force non compensée des impacts de différents côtés conduit la particule à acquérir de l'élan dans une direction ou une autre. Si une particule de 1 micron détecte la force des impacts de petites molécules et change la direction du mouvement, alors que dire d'une particule de 10 nm, qui pèse un million de fois moins et pour laquelle le rapport poids / surface est 100 fois inférieur.
Néanmoins, dans la littérature scientifique et scientifique populaire, en particulier dans les publications médiatiques, des descriptions de nanocopie de diverses pièces mécaniques, engrenages, clés, roues, axes et même boîtes de vitesses sont constamment trouvées. On suppose qu'ils seront utilisés pour créer des modèles fonctionnels de nanomachines et d'autres dispositifs. Ne prenez pas ces œuvres avec un sérieux excessif, en les condamnant, en les émerveillant ou en les admirant. «Je suis personnellement convaincu que nous, physiciens, pouvons résoudre de tels problèmes juste pour le plaisir ou pour le plaisir», a déclaré Richard Feynman. Les physiciens plaisantent …
En fait, ils sont pleinement conscients du fait que pour créer des dispositifs nanomécaniques ou nanoélectromécaniques, il est nécessaire d'utiliser des approches de conception différentes des macro- et microanalogues. Et ici, pour commencer, vous n'avez même pas besoin d'inventer quoi que ce soit, car pendant des milliards d'années d'évolution, la nature a créé tellement de machines moléculaires différentes que dix ans ne suffiront pas à nous tous pour les comprendre, les copier, les adapter à nos besoins et essayer d'améliorer quelque chose.
L'exemple le plus célèbre d'un moteur moléculaire naturel est le soi-disant moteur flagellaire bactérien. D'autres machines biologiques assurent la contraction musculaire, le rythme cardiaque, le transport des nutriments et le transport des ions à travers la membrane cellulaire. L'efficacité des machines moléculaires convertissant l'énergie chimique en travail mécanique est dans de nombreux cas proche de 100%. Dans le même temps, ils sont extrêmement économiques, par exemple moins de 1% des ressources énergétiques de la cellule sont consacrés au fonctionnement de moteurs électriques assurant le mouvement des bactéries.
Il me semble que l'approche biomimétique décrite (des mots latins «bios» - vie et «mimetis» - imitation) est la manière la plus réaliste de créer des dispositifs nanomécaniques et l'un de ces domaines où la collaboration de physiciens et de biologistes dans le domaine des nanotechnologies peut apporter des résultats tangibles.
Le mythe des nanorobots
Supposons que nous ayons créé une esquisse d'un nanodispositif sur papier ou sur un écran d'ordinateur. Comment le récupérer, et de préférence pas en un seul exemplaire? Vous pouvez, à la suite de Feynman, créer "de minuscules machines qui perceraient continuellement des trous, emboutiraient des pièces, etc." et des manipulateurs miniatures pour assembler le produit fini. Ces manipulateurs doivent être contrôlés par une personne, c'est-à-dire qu'ils doivent disposer d'une sorte d'équipement macroscopique, ou au moins agir selon un programme donné par une personne. De plus, il est nécessaire d'observer en quelque sorte l'ensemble du processus, par exemple à l'aide d'un microscope électronique, qui a également des macro-dimensions.
Une idée alternative a été avancée en 1986 par l'ingénieur américain Eric Drexler dans le best-seller futurologique "Machines of Creation". Ayant grandi, comme tous les gens de sa génération, sur les livres d'Isaac Asimov, il a proposé d'utiliser des machines mécaniques de tailles appropriées (100-200 nm) - des nanorobots pour la production de nanodispositifs. Il ne s'agissait plus de percer et de poinçonner, ces robots devaient assembler un appareil directement à partir d'atomes, ils étaient donc appelés assembleurs - assembleurs. Mais l'approche restait purement mécanique: l'assembleur était équipé de manipulateurs de plusieurs dizaines de nanomètres de longueur, d'un moteur pour déplacer les manipulateurs et le robot lui-même, y compris les boîtes de vitesses et transmissions précédemment citées, ainsi qu'une source d'alimentation autonome. Il s'est avéré que le nanorobot devait être composé de plusieurs dizaines de milliers de pièces,et chaque détail est composé d'un ou deux cents atomes.
Le problème de la visualisation des atomes et des molécules a en quelque sorte disparu imperceptiblement, il semblait tout à fait naturel qu'un nanorobot opérant avec des objets de taille comparable les «voit» comme une personne voit un clou et un marteau avec lesquels il enfonce ce clou dans un mur.
L'unité la plus importante du nanobot était, bien sûr, l'ordinateur de bord, qui contrôlait le fonctionnement de tous les mécanismes, déterminait quel atome ou quelle molécule devait être capturé par le manipulateur et où les placer dans le futur appareil. Les dimensions linéaires de cet ordinateur n'auraient pas dû dépasser 40-50 nm - c'est exactement la taille d'un transistor réalisé par la technologie industrielle de notre temps, 25 ans après que Drexler ait écrit son livre "Creation Machines".
Mais Drexler a également adressé son livre au futur, au futur lointain. Au moment d'écrire ces lignes, les scientifiques n'ont pas encore confirmé la possibilité même fondamentale de manipuler des atomes individuels, sans parler de l'assemblage d'au moins certaines structures à partir d'eux. Cela ne s'est produit que quatre ans plus tard. L'appareil utilisé pour cela pour la première fois et encore utilisé aujourd'hui - le microscope à tunnel - a des dimensions assez tangibles, des dizaines de centimètres dans chaque dimension, et est contrôlé par une personne utilisant un ordinateur puissant avec des milliards de transistors.
L'idée de rêve des nanorobots assemblant des matériaux et des dispositifs à partir d'atomes individuels était si belle et séduisante que cette découverte ne faisait que la rendre convaincante. Moins de quelques années plus tard, les sénateurs des États-Unis, des journalistes loin de la science, y croyaient, et avec leur soumission - le public et, de façon assez surprenante, l'auteur lui-même, qui continuait à le défendre même quand on lui expliquait intelligemment que l'idée était irréalisable en principe. … Il existe de nombreux arguments contre de tels dispositifs mécaniques, nous ne citerons que le plus simple mis en avant par Richard Smalley: un manipulateur qui a "capturé" un atome se connectera avec lui pour toujours en raison d'une interaction chimique. Smalley était lauréat du prix Nobel de chimie, ce qui devait être le cas.
Mais l'idée a continué à vivre sa propre vie et a survécu jusqu'à ce jour, devenant nettement plus compliquée et complétée par diverses applications.
Le mythe des nanorobots médicaux
Le mythe le plus populaire est qu'il existe des millions de nanorobots qui rôderont dans notre corps, diagnostiqueront l'état de diverses cellules et tissus, répareront les pannes avec un nanoscalpel, disséqueront et démantèleront les cellules cancéreuses, constitueront le tissu osseux en assemblant des atomes, gratteront les plaques de cholestérol avec un nanoscoop et dans le cerveau. rupture sélective des synapses responsables de souvenirs désagréables. Et aussi rendre compte du travail effectué en transmettant des messages comme: «Alex to Eustace. A révélé des dommages à la valve mitrale. La casse a été éliminée. " C'est ce dernier qui préoccupe sérieusement le public, car il s'agit de la divulgation d'informations privées - le message d'un nanorobot peut être reçu et déchiffré non seulement par un médecin, mais aussi par des étrangers. Cette préoccupation confirmeque dans tout le reste, les gens croient inconditionnellement. Comme dans les nanorobots-espions, dans la "poussière intelligente", qui va pénétrer dans nos appartements, nous regarder, écouter nos conversations et, encore une fois, transmettre les matériaux vidéo et audio reçus via un nano-émetteur avec une nanoantenne. Ou dans des nanobots tueurs qui frappent les gens et la technologie avec des nanoscapes, peut-être même nucléaires.
Le plus étonnant est que presque tout ce qui est décrit peut être créé (et quelque chose a déjà été créé). Et des systèmes de diagnostic invasifs qui rapportent l'état du corps, et des médicaments qui agissent sur certaines cellules, et des systèmes qui nettoient nos vaisseaux des plaques athéroscléreuses, de la croissance osseuse et de l'effacement des souvenirs, des systèmes de suivi à distance invisibles et de la «poussière intelligente».
Cependant, tous ces systèmes du présent et du futur n'ont et n'auront rien à voir avec des nanorobots mécaniques dans l'esprit de Drexler, à l'exception de la taille. Ils seront créés conjointement par des physiciens, des chimistes et des biologistes, des scientifiques travaillant dans le domaine de la science synthétique appelée nanotechnologie.
Le mythe de la méthode physique de synthèse des substances
Dans sa conférence, Richard Feynman a involontairement trahi le rêve éternel secret des physiciens:
«Et enfin, en pensant dans ce sens (la possibilité de manipuler les atomes. - GE), nous arrivons aux problèmes de synthèse chimique. Des chimistes viendront à nous, physiciens, avec des ordres précis: "Ecoutez, ami, ne ferez-vous pas une molécule avec telle ou telle distribution d'atomes?" Les chimistes eux-mêmes utilisent des opérations et des techniques complexes et même mystérieuses pour préparer des molécules. Habituellement, pour synthétiser la molécule voulue, ils doivent mélanger, secouer et traiter diverses substances pendant un temps assez long. Dès que les physiciens créeront un appareil capable de fonctionner avec des atomes individuels, toute cette activité deviendra inutile … Les chimistes ordonneront la synthèse, et les physiciens «mettront» simplement les atomes dans le bon ordre ».
Les chimistes ne synthétisent pas une molécule; les chimistes obtiennent une substance. La substance, sa production et sa transformation est un sujet de chimie, à ce jour mystérieux pour les physiciens.
Une molécule est un groupe d'atomes, non seulement disposés dans le bon ordre, mais également reliés par des liaisons chimiques. Un liquide transparent, dans lequel il y a un atome d'oxygène pour deux atomes d'hydrogène, peut être de l'eau, ou ce peut être un mélange d'hydrogène liquide et d'oxygène (attention: ne pas mélanger à la maison!).
Supposons que nous ayons réussi à rassembler un groupe de huit atomes - deux atomes de carbone et six atomes d'hydrogène. Pour un physicien, ce bouquet sera probablement une molécule d'éthane C2H6, mais un chimiste soulignera au moins deux autres possibilités de combinaison d'atomes.
Supposons que nous voulions obtenir de l'éthane en nous assemblant à partir d'atomes. Comment puis je faire ça? Par où commencer: déplacer deux atomes de carbone ou attacher un atome d'hydrogène à un atome de carbone? Une question délicate, y compris pour l'auteur. Le problème est que les scientifiques ont jusqu'à présent appris à manipuler les atomes, d'une part, lourds, et d'autre part, pas très réactifs. Des structures assez complexes sont assemblées à partir d'atomes de xénon, d'or et de fer. Comment gérer les atomes d'hydrogène, de carbone, d'azote et d'oxygène légers et extrêmement actifs n'est pas tout à fait clair. Donc, avec l'assemblage atomique des protéines et des acides nucléiques, dont certains auteurs parlent comme une question pratiquement résolue, il faudra attendre.
Il y a une autre circonstance qui limite considérablement les perspectives de la méthode "physique" de synthèse. Comme déjà mentionné, les chimistes ne synthétisent pas une molécule, mais obtiennent une substance. La substance se compose d'un grand nombre de molécules. 1 ml d'eau contient ~ 3x1022 molécules d'eau. Prenons un objet plus familier pour la nanotechnologie - l'or. Un cube d'or de 1 cm3 contient ~ 6x1022 atomes d'or. Combien de temps faut-il pour assembler un tel cube d'atomes?
À ce jour, travailler sur un microscope à force atomique ou à tunnel s'apparente à de l'art, ce n'est pas sans raison qu'il nécessite une éducation spéciale et très bonne. Travail manuel: accrochez l'atome, faites-le glisser au bon endroit, évaluez le résultat intermédiaire. À peu près aussi rapide que la maçonnerie. Afin de ne pas effrayer le lecteur avec des nombres inconcevables, supposons que nous ayons trouvé un moyen de mécaniser et d'intensifier en quelque sorte le processus et que nous puissions empiler un million d'atomes par seconde. Dans ce cas, nous passerons deux milliards d'années à assembler un cube de 1 cm3, à peu près le même qu'il a fallu à la nature pour créer tout le monde vivant et nous-mêmes en tant que couronne de l'évolution par essais et erreurs.
C'est pourquoi Feynman a évoqué les millions d '«usines», sans toutefois évaluer leur éventuelle productivité. C'est pourquoi même un million de nanorobots se précipitant à l'intérieur de nous ne résoudra pas le problème, car nous n'aurons pas assez de vie pour attendre le résultat de leurs travaux. C'est pourquoi Richard Smalley a exhorté Eric Drexler à exclure toute mention de «machines de création» de la prise de parole en public, afin de ne pas induire le public en erreur avec cette absurdité anti-scientifique.
Alors, pouvons-nous mettre fin à cette méthode d'obtention de substances, de matériaux et d'appareils? Non pas du tout.
Premièrement, la même technique peut être utilisée pour manipuler des blocs de construction sensiblement plus grands, tels que des nanotubes de carbone, plutôt que des atomes. Cela élimine le problème des atomes légers et réactifs, et la productivité augmentera automatiquement de deux à trois ordres de grandeur. C'est bien sûr encore trop peu pour une vraie technologie, mais avec cette méthode, les scientifiques produisent déjà des copies uniques des nanodispositifs les plus simples dans les laboratoires.
Deuxièmement, de nombreuses situations peuvent être imaginées lorsque l'introduction d'un atome, d'une nanoparticule, ou même simplement de l'impact physique de la pointe d'un microscope tunnel initie le processus d'auto-organisation, de transformations physiques ou chimiques du milieu. Par exemple - une réaction en chaîne de polymérisation dans un film mince de matière organique, des changements dans la structure cristalline d'une substance inorganique ou la conformation d'un biopolymère à un certain voisinage du point d'impact. Un balayage de surface de haute précision et des expositions répétées permettront de créer des objets étendus caractérisés par une nanostructure régulière.
Et enfin, cette méthode peut être utilisée pour obtenir des échantillons uniques - des modèles pour une propagation ultérieure par d'autres méthodes. Disons un hexagone composé d'atomes métalliques ou d'une seule molécule. Mais comment multiplier une seule molécule? Impossible, dites-vous, c'est une sorte de fantaisie non scientifique. Pourquoi alors? La nature sait parfaitement créer des copies multiples et absolument identiques de molécules individuelles et d'organismes entiers. C'est ce qu'on appelle communément le clonage. Même les personnes qui sont loin de la science, mais qui ont visité au moins une fois un laboratoire de diagnostic médical moderne, ont entendu parler de la réaction en chaîne par polymérase. Cette réaction permet de multiplier un seul fragment de la molécule d'ADN, extrait de matériel biologique ou synthétisé artificiellement par des moyens chimiques. Pour ce faire, les scientifiques utilisent des «machines moléculaires» créées par la nature - des protéines et des enzymes. Pourquoi ne pouvons-nous pas fabriquer des machines similaires pour cloner des molécules autres que les oligonucléotides?
Je me risquerais à paraphraser un peu Richard Feynman: «Les principes de chimie que nous connaissons n'interdisent pas le clonage de molécules uniques. La "reproduction" de molécules selon un échantillon est bien réelle et ne viole aucune loi de la nature."
Le mythe du goo gris
La considération élémentaire de la productivité extrêmement faible (en termes de masse) des nanorobots, naturellement, n'est pas passée par Eric Drekeler. Il y avait d'autres problèmes dans le monde des «machines à créer» que nous, faute de place, n'avons pas discuté en détail. Par exemple, contrôle qualité, maîtrise de la sortie de nouveaux produits et sources de matières premières, où et comment les atomes apparaissent dans «l'entrepôt». Pour résoudre ces problèmes, Drexler a introduit deux autres types d'appareils dans le concept.
Le premier, ce sont les désassembleurs, les antipodes des collectionneurs. Le désassembleur, en particulier, doit étudier la structure d'un nouvel objet, en inscrivant sa structure atomique dans la mémoire du nano-ordinateur. Pas un appareil, mais un rêve de chimiste! Malgré toutes les avancées de la technologie de recherche moderne, nous ne «voyons» pas tous les atomes, par exemple, dans une protéine. Il n'est possible d'établir la structure exacte d'une molécule que si elle, avec des millions d'autres molécules similaires, forme un cristal. Ensuite, en utilisant la méthode de l'analyse structurale aux rayons X, nous pouvons déterminer la localisation exacte, au millième de nanomètre, de tous les atomes dans l'espace. Il s'agit d'une procédure longue et laborieuse qui nécessite un équipement volumineux et coûteux.
Le deuxième type d'appareil est le créateur ou réplicateur. Leurs tâches principales sont la production en ligne de collecteurs et l'assemblage de réplicateurs similaires, c'est-à-dire la reproduction. Tels que conçus par leur créateur, les réplicateurs sont des dispositifs beaucoup plus complexes que de simples assembleurs; ils doivent être constitués de centaines de millions d'atomes (deux ordres de grandeur de moins que dans une molécule d'ADN) et, par conséquent, avoir une taille d'environ 1000 nm. Si la durée de leur réplication est mesurée en minutes, alors, en se multipliant de façon exponentielle, ils créeront des billions de réplicateurs par jour, ils produiront des quadrillions d'assembleurs spécialisés qui commenceront à assembler des macro-objets, des maisons ou des fusées.
Il est facile d'imaginer une situation où le fonctionnement du système passera à un mode de production pour le plaisir de la production, l'accumulation effrénée de moyens de production - les nanorobots eux-mêmes, alors que toute leur activité se réduira à une augmentation de leur propre population. Telle est l'émeute des machines à l'ère des nanotechnologies. Pour leur propre construction, les nanorobots ne peuvent obtenir des atomes que de l'environnement, de sorte que les démanteleurs commenceront à désassembler en atomes tout ce qui tombe sous leurs manipulateurs tenaces. Du coup, après un certain temps, tout compte et, ce qui est le plus offensant pour nous, la biomasse se transformera en un tas de nanorobots, en «vase grise», comme l'a appelé au sens figuré Eric Drexler.
Chaque nouvelle technologie génère des scénarios de la fin inévitable du monde, en raison de sa mise en œuvre et de sa distribution. Le mythe du goo gris n'est qu'historiquement le premier scénario de ce type associé à la nanotechnologie. Mais il est très imaginatif, c'est pourquoi les journalistes et les cinéastes l'aiment tellement.
Heureusement, un tel scénario n'est pas possible. Si, malgré tout ce qui précède, vous croyez toujours à la possibilité d'assembler quelque chose d'essentiel à partir d'atomes, considérez deux circonstances. Premièrement, les réplicateurs décrits par Drexler manquent de complexité pour créer des dispositifs similaires. Cent millions d'atomes ne suffisent même pas pour créer un ordinateur contrôlant le processus d'assemblage, même pour la mémoire. Si nous supposons l'inatteignable - que chaque atome porte un bit d'information, alors le volume de cette mémoire sera de 12,5 mégaoctets, et c'est trop peu. Deuxièmement, les réplicateurs auront des problèmes de matières premières. La composition élémentaire des dispositifs électromécaniques est fondamentalement différente de la composition des objets environnementaux et, tout d'abord, de la biomasse. Trouver, extraire et livrer des atomes des éléments nécessaires, ce qui nécessite un énorme investissement en temps et en énergie,- c'est ce qui déterminera le taux de reproduction. Si vous projetez la situation sur une taille macro, cela revient à assembler une machine à partir de matériaux qui doivent être trouvés, extraits, puis livrés à partir de diverses planètes du système solaire. Le manque de ressources vitales met une limite à la propagation effrénée de toute population, bien plus adaptée et parfaite que les mythiques nanorobots.
Conclusion
La liste des mythes est longue. Le mythe de la nanotechnologie comme locomotive de l'économie mérite un article séparé. Plus tôt dans l'article "Nanotechnology as a national idea" (voir "Chemistry and Life", 2008, N3), nous avons tenté de dissiper le mythe selon lequel la US National Nanotechnology Initiative est un projet purement technologique.
L'histoire canonique des nanotechnologies est également un mythe dont l'événement clé est l'invention du microscope électronique à tunnel. Ce dernier est facile à expliquer. «L'histoire est écrite par les gagnants», et le projet mondial appelé «Nanotechnologie», qui définit dans une large mesure le visage (et le financement) de la science moderne, a pénétré les physiciens. Pour lequel nous tous, chercheurs travaillant dans ce domaine et dans des domaines connexes, exprimons notre gratitude sans fin aux physiciens.
Les mythes ont joué un rôle positif, ils ont suscité l'enthousiasme et attiré l'attention de l'élite politique et économique, ainsi que du public, sur les nanotechnologies. Cependant, au stade de la mise en œuvre pratique des nanotechnologies, il est temps d'oublier ces mythes et d'arrêter de les répéter d'article en article, de livre en livre. Après tout, les mythes entravent le développement, fixent les mauvais repères et objectifs, suscitent des malentendus et des craintes. Et enfin, il est nécessaire d'écrire une nouvelle histoire de la nanotechnologie - une nouvelle science du 21e siècle, un domaine des sciences naturelles qui unit la physique, la chimie et la biologie.
G. V. Erlikh, docteur en sciences chimiques