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Nanotechnologie

Nanotechnologie

Toute activité humaine, incompréhensible pour la majorité, devient immédiatement envahie par les mythes. Naturellement, cela a également affecté la nanotechnologie - le principal projet scientifique et technologique moderne. Tout le monde en a entendu parler, mais peu de gens imaginent l'essence de la mise en scène.

La plupart pensent que la nanotechnologie est la manipulation d'atomes et l'assemblage de micro-objets à partir d'eux. Mais c'est le mythe principal. Les mythes sont nés d'un manque de connaissances ou d'un manque d'information, une autre option est de planter délibérément des délires afin d'attirer l'attention, et donc l'investissement.

Dans le cas du projet de nanotechnologie, les mythes ont même contribué à relancer le processus. Cependant, les délires ont une qualité surprenante: à leur naissance, ils continuent de vivre leur vie.

La vraie nanotechnologie est tellement contraire aux mythes qu'elle crée la confusion dans la tête des gens, leur rejet et même le déni de l'existence de cette direction en général. Par conséquent, nous examinerons les principaux mythes sur la nanotechnologie.

Le fondateur et idéologue de la nanotechnologie est Richard Feynman. Ce mythe est peut-être le plus inoffensif. Elle est née en 1992 lors d'un discours de l'un des prophètes de la nanotechnologie, Eric Drexler, devant la Commission du Sénat. Pour que le projet soit perçu et promu, le conférencier s'est référé aux déclarations de Richard Feynman, un expert dans le domaine de la physique des particules et de la théorie quantique des champs. Le fait est que le scientifique était un lauréat du prix Nobel et était une autorité inébranlable aux yeux des politiciens. Cependant, Feynman est décédé en 1988 et n'a pas pu réfuter cette déclaration. Très probablement, il aurait juste ri, puisqu'il était un farceur célèbre. Le célèbre discours du scientifique, au cours duquel la phrase légendaire a été prononcée: "Les principes de la physique que nous connaissons n'interdisent pas la création d'objets" atome par atome "a généralement été pris par les collègues comme une grande blague. Cependant, l'idée que la manipulation des atomes est possible a retenti. En outre, Drexler a développé de manière créative cette idée, qui a formé la base des principaux mythes de l'industrie.

La nanotechnologie est sans déchets. Il semblerait qu'en créant un objet atome par atome, il ne peut y avoir de gaspillage. Cependant, cette réflexion est inhérente aux personnes qui ne regardent la manipulation des atomes qu'en images. Il n'y a pas de pipes ni de drains. Il semblerait que pour traîner un atome sur une distance de nanomètres et presque aucune énergie n'est requise. La question de savoir d'où proviendra l'atome pour l'assemblage est presque indécente. La plupart des gens ont une petite idée de la technologie de production, mais les atomes ne gisent pas dans un entrepôt en attendant leur tour? Lorsque nous consommons des produits manufacturés, nous ne nous concentrons pas sur leur lien avec une industrie chimique aussi nocive. C'est elle qui consomme du pétrole, du gaz, des minerais pour ses besoins. Mais pour la nanotechnologie, de l'avis de beaucoup, tout cela n'est pas nécessaire - seuls des atomes individuels sont nécessaires. Cependant, ce n'est qu'une idylle, les atomes eux-mêmes n'existent que dans le vide, à l'exception des gaz inertes. Dans d'autres cas, ils interagissent et forment de nouveaux composés chimiques - c'est la nature des choses. De plus, toute technologie nécessite des outils appropriés, à l'aide desquels la production sera réalisée. Les microscopes de force et les microscopes à tunnel, laboratoires stériles en général, époustouflent l'imagination comme des objets du futur. Cependant, tout cela, comme les murs, le toit et la fondation, sera assemblé de la manière habituelle, et non à partir d'atomes sans déchets. Un jour, l'humanité pourra créer une production sans déchets et respectueuse de l'environnement, mais elle sera créée en utilisant une technique différente et sur des principes différents.

L'existence de nanomachines. Au départ, il s'agissait d'une technique différente. Évidemment, pour concevoir à l'échelle nanométrique, il est nécessaire de disposer d'un manipulateur approprié. Il semblerait qu'il soit possible de réduire proportionnellement leur taille en organisant des usines miniatures qui perceraient et emboutiraient les pièces. Cependant, cette approche est simple. Au niveau micro, cela fonctionne toujours, qui consiste en des dispositifs microélectromécaniques utilisés dans les voitures, les imprimantes, les climatiseurs, les capteurs et les indicateurs. Si vous les regardez au microscope, vous pouvez trouver les arbres et engrenages, pistons, valves et miroirs habituels. Cependant, les nanoobjets ont des propriétés différentes des macro et micro-objets. Vous ne pouvez pas. Par exemple, réduisez proportionnellement la taille des transistors de 45 nm à 10, car ils ne pourront pas fonctionner - les électrons commenceront à traverser la couche isolante. Et les fils de connexion ne peuvent pas être aussi épais qu'un atome, le courant ne sera pas conduit à travers eux. Une telle structure va soit se désintégrer en raison du mouvement thermique, soit se rassembler en un tas, rompant le contact électrique. De même, avec les propriétés mécaniques des objets. Avec une diminution de leur taille, le rapport surface / volume augmente et le frottement augmente. En conséquence, les nanoobjets commencent à se coller les uns aux autres ou à d'autres surfaces qui semblent plates en raison de leur petitesse. Si vous avez besoin de marcher sur un mur vertical, mais que cela peut être utile, mais si l'appareil doit glisser ou marcher, c'est le contraire. Il faut trop d'énergie pour bouger. Même le nano-pendule s'arrêtera immédiatement - l'air lui-même deviendra un obstacle important pour lui. Les nanoobjets ont un vent élevé, même une particule de 1 micron ressent la force des impacts de petites molécules, que dire des éléments de 10 nm, qui pèsent un million de fois moins et le rapport poids / surface est 100 fois inférieur? Cependant, dans les médias, il y a constamment des descriptions de nano-copies d'écrous, d'engrenages et d'autres pièces mécaniques, à partir desquelles il est censé créer des machines d'exploitation. Ces projets ne peuvent être pris au sérieux. Les physiciens se rendent compte que la création de dispositifs nanomécaniques ou électromécaniques nécessite des principes différents de ceux des macro et même des micro analogues. Et la nature y contribuera, qui au cours de milliards d'années d'évolution a créé une grande variété de machines moléculaires. Il faut des décennies pour comprendre comment ils fonctionnent, comment ils peuvent être adaptés à vos besoins et même améliorés. L'exemple le plus célèbre d'un moteur moléculaire naturel est le moteur flagellaire des bactéries. Les machines biologiques assurent également la contraction musculaire, le transport des nutriments et le transport des ions à travers les membranes cellulaires. De plus, ces machines moléculaires ont un rendement élevé - presque 100%. Ils sont très économiques, puisque seulement environ 1% de l'énergie de la cellule est dépensé pour le fonctionnement des moteurs électriques qui assurent le mouvement de la cellule. Par conséquent, les scientifiques arrivent à la conclusion que la manière la plus réaliste de créer des nanodispositifs est la collaboration de physiciens et de biologistes.

L'existence de nanorobots. Disons que vous avez créé une esquisse d'un nanodispositif. Mais comment le récupérer, ou mieux en plusieurs exemplaires? En suivant la logique de Feynman, vous pouvez créer de minuscules machines et des manipulateurs miniatures qui assembleraient des produits finis. Cependant, ils doivent être gérés par une personne, il doit y avoir une sorte d'équipement ou un programme de contrôle. De plus, tous les processus doivent être observés, par exemple avec un microscope. Une idée alternative a été avancée par Eric Drexler dans son livre fantastique de 1986 Machines of Creation. L'auteur, qui a grandi sur les œuvres d'Azimov, a proposé d'utiliser des machines mécaniques d'une taille de 100 à 200 nm - des nanorobots pour la production de nanodispositifs. Dans le même temps, il n'était plus question de poinçonnage ou de perçage, les robots devaient assembler un appareil immédiatement à partir d'atomes, ils étaient appelés assembleurs. Cependant, même ici, l'approche est restée mécanique. Les manipulateurs de l'assembleur devaient mesurer plusieurs dizaines de nanomètres de long, un moteur de déplacement du robot et une source d'énergie autonome devraient être mis en place. Il s'avère donc que le nanorobot lui-même doit être composé de nombreuses petites pièces, dont chacune mesure 100 à 200 atomes. L'unité la plus importante du nanorobot était l'ordinateur de bord, qui déterminait quelle molécule ou quel atome devait être capturé et où le placer. Cependant, les dimensions linéaires d'un tel ordinateur ne devraient pas avoir dépassé 40-50 nm, alors que la technologie actuelle ne peut créer qu'un seul transistor de cette taille. Puis Drexler a adressé le livre à un futur lointain, à cette époque les scientifiques n'avaient même pas confirmé la possibilité de manipuler des atomes individuels. Cela s'est produit plus tard, lorsqu'un microscope à tunnel a été créé, contrôlé par un ordinateur puissant avec des milliards de transistors. Cependant, le rêve des nanorobots était si tentant que la découverte n'a fait que lui ajouter de la crédibilité. Non seulement l'auteur lui-même croyait au projet, mais aussi les journalistes, les sénateurs et le public. Et seuls les scientifiques ont expliqué lucidement qu'une telle idée est irréalisable en principe. L'explication la plus simple est que le manipulateur qui a capturé l'atome s'y connectera pour toujours, car une interaction chimique aura lieu. Est-il possible d'être en désaccord avec le lauréat du prix Nobel de chimie Richard Smalley? Cependant, l'idée de nanorobots continue de vivre à ce jour, devenant plus complexe et acquérant de nouvelles applications.

L'existence de nanorobots médicaux. Ce mythe a été très populaire ces derniers temps - des millions de nanorobots devraient rôder autour du corps humain, diagnostiquer les changements, réparer les plus petites pannes avec des nanoscalpels, gratter les plaques à l'aide de nanoscopes, tout en rendant compte quelque part du travail effectué. Cependant, où sont les garanties que le message ne sera pas reçu non seulement par le médecin, mais aussi par quelqu'un d'autre? La divulgation d'informations privées est évidente. Les robots deviendront-ils alors des espions? De plus, la croyance en les nanospies est forte. Étonnamment, une grande partie de ce qui est présenté dans ce plan a déjà été créée. Il existe des systèmes de diagnostic invasifs qui signalent les changements dans le corps. Des médicaments ont également été créés qui n'agissent que sur certaines cellules; il existe également des systèmes pour nettoyer les vaisseaux sanguins des plaques et construire le tissu osseux. Et en termes d'espionnage, il y a de grands succès - effacement des souvenirs, poussière «intelligente» et systèmes de suivi invisibles. Seuls ces systèmes du futur n'ont rien à voir avec les nanorobots Drexler, à part leur taille. De telles réalisations deviendront possibles grâce au travail conjoint de physiciens, chimistes et biologistes travaillant dans le domaine de la science synthétique et des nanotechnologies.

La présence d'une méthode physique de synthèse de substances. Il était une fois, Richard Feynman a involontairement trahi un vieux rêve de physiciens, affirmant que la synthèse physique est possible dans la manipulation des atomes. De même, les chimistes se tourneront vers les physiciens avec des commandes pour la synthèse d'une molécule cible aux propriétés spécifiques. Cependant, les chimistes ne s'intéressent pas à la synthèse d'une molécule, ils travaillent avec une substance, sa production et sa transformation. Une molécule n'est pas seulement un groupe d'atomes disposés dans un certain ordre, ils sont également reliés par des liaisons chimiques. Après tout, un liquide dans lequel il y a un oxygène pour deux atomes d'hydrogène ne sera pas nécessairement de l'eau. C'est peut-être juste un mélange d'oxygène liquide et d'hydrogène. Disons que vous avez réussi à rassembler un groupe de huit atomes - deux de carbone et six d'hydrogène. Pour un physicien, ce composé est C2H6, et un chimiste indiquera au moins deux autres possibilités de combinaison d'atomes. Et comment une telle molécule peut-elle être assemblée? Déplacez d'abord deux atomes de carbone ou ajoutez un atome d'hydrogène au carbone? Les scientifiques savent comment manipuler les atomes, mais jusqu'à présent seulement lourds et non réactifs. Des structures complexes ont été créées à partir d'atomes d'or, de fer et de xénon. Mais comment travailler avec des atomes légers et actifs d'oxygène, d'hydrogène, de carbone et d'azote n'est pas clair. Ainsi, l'assemblage des protéines et des acides nucléiques n'est pas aussi simple que beaucoup tentent de l'imaginer. Il y a une autre nuance qui limite les perspectives de synthèse physique. Les chimistes obtiennent une substance contenant un grand nombre de molécules. Il y en a des milliards de milliards dans un millilitre d'eau. Combien de temps faudra-t-il pour assembler un tel cube atomique. Maintenant, travailler avec une force atomique ou un microscope à effet tunnel s'apparente à de l'art, on ne peut pas se passer d'une éducation spéciale de haute qualité - après tout, toutes les manipulations doivent être effectuées manuellement, en évaluant des résultats intermédiaires. Le processus peut être comparé à la pose d'une brique. Même si vous mécanisez un tel travail et êtes capable d'empiler un million d'atomes par seconde, alors il faudra deux milliards d'années pour reproduire un cube d'eau de 1 cm3! C'est pourquoi des millions d'usines ne résoudront pas le problème de la synthèse, tout comme un million de nanorobots se précipitant à l'intérieur d'une personne ne résoudra pas ses problèmes. Nous n'avons tout simplement pas assez de vie pour attendre les résultats de leur travail. C'est pourquoi Richard Smalley a publiquement appelé Drexler à supprimer la mention de «machines à créer» de ses discours, afin de ne pas induire le public en erreur. Cependant, l'idée d'obtenir une telle substance et des matériaux ne doit pas être immédiatement abandonnée. Tout d'abord, ce ne sont pas des atomes qui peuvent être manipulés, mais des blocs beaucoup plus gros, par exemple des nanotubes de carbone. Dans ce cas, le problème des atomes légers et actifs disparaîtra et la productivité augmentera immédiatement de plusieurs ordres de grandeur. Ainsi, aujourd'hui, les scientifiques des laboratoires reçoivent déjà les copies les plus simples et uniques de nanodispositifs. De plus, on peut arriver à de telles situations lorsque l'introduction d'un atome, ou simplement un impact de l'extérieur, initie le processus d'auto-organisation ou de transformations de l'environnement. En conséquence, un balayage de surface très précis et une exposition répétée peuvent aider à créer des objets étendus avec une nanostructure régulière. Et cette méthode peut créer des exemples de modèles uniques pour un clonage ultérieur. La nature sait créer plusieurs clones identiques de molécules et d'organismes. Beaucoup ont entendu parler de la réaction de la polymérase, lorsqu'un seul morceau d'ADN extrait de matériel biologique est artificiellement multiplié par des moyens chimiques. Mais pourquoi ne pas créer des machines similaires pour cloner d'autres molécules? Les principes bien connus de la chimie ne l'interdisent pas, la reproduction des molécules est bien réelle et correspond aux lois de la nature.

Possibilité d'apparition de "mucus gris". Dans ses œuvres, Drexler a introduit deux types d'appareils dans le concept. Les premiers sont des analyseurs, leurs fonctions sont inversées pour les collecteurs. De tels mécanismes étaient censés étudier la structure d'un nouvel objet, en préservant sa structure atomique dans la mémoire du nano-ordinateur. Un tel dispositif serait le rêve des chimistes - après tout, jusqu'à présent, la science ne peut pas voir tous les atomes, par exemple, dans une protéine. Une détermination précise de la structure d'une molécule n'est possible que si elle est incluse dans la composition d'un cristal, avec des millions de cristaux similaires. Ensuite, en utilisant la méthode coûteuse d'analyse structurelle aux rayons X, vous pouvez déterminer la position de tous les atomes dans l'espace. Le deuxième type était les créateurs, ou réplicateurs. Leur tâche principale était de produire en continu des collecteurs et des réplicateurs de leur propre espèce, c'est-à-dire en fait la reproduction de nanorobots. Drexler a suggéré que les réplicateurs doivent être des mécanismes beaucoup plus complexes que de simples assembleurs et se composent de centaines de millions d'atomes. Si la durée de réplication est mesurée en minutes, alors, suivant une progression géométrique, plus de mille milliards de nouveaux créateurs seront recréés par jour, qui produiront de nouveaux collectionneurs. Ce mythe dit qu'il est possible qu'une situation puisse survenir lorsque le système passera seulement à un mode de clonage sans restriction, et toute l'activité des réplicateurs ne visera qu'à augmenter sa propre population. Cela ressemblera à une sorte d'émeute de nanomachines.Il semblerait que pour leur propre construction, les nanorobots n'ont besoin que d'atomes qui peuvent être obtenus à partir de l'environnement, de sorte que tout autour d'eux tombera dans les manipulateurs tenaces des démanteleurs, en conséquence toute la matière sur la planète, et avec elle, nous nous transformerons en "vase grise" - un groupe de nanorobots. Le mythe de la fin du monde n'est pas nouveau, pas étonnant qu'il ait réapparu avec cette nouvelle technologie. Les fantasmes sur la goo grise sont directement liés à la nanotechnologie, ce scénario est très apprécié des cinéastes, ne faisant que renforcer l'idée erronée générale. Cependant, un tel cours d'événements est impossible. Même si vous croyez toujours à la possibilité d'assembler quelque chose d'essentiel à partir d'atomes, pensez-y. Tout d'abord, les réplicateurs Drexler n'auront pas la complexité de créer leur propre type. Même 100 millions d'atomes ne suffisent pas pour créer un ordinateur de contrôle d'assemblage, ou même une mémoire. Même si nous supposons qu'un atome transportera 1 bit d'information, la quantité totale de mémoire sera de 12,5 mégaoctets, ce qui est trop petit pour cette activité. De plus, les réplicateurs ne pourront pas recevoir les matières premières dont ils ont besoin. Après tout, leur composition élémentaire est sensiblement différente de celle qui fait partie de l'environnement, y compris la biomasse. Il faut beaucoup de temps et d'énergie pour trouver, fournir et extraire les éléments nécessaires, ce qui détermine le taux de reproduction. En macro-dimensions, un tel assemblage sera similaire à la création d'une machine-outil à partir d'éléments qui doivent encore être trouvés, extraits et livrés à partir de différentes planètes du système solaire. Par conséquent, le manque de ressources et met une limite à la propagation effrénée des populations de toutes les autres créatures, même beaucoup plus parfaites et adaptées que les nanorobots.

D'ici 2015, le marché de la nanotechnologie atteindra des billions de dollars. La raison de ce mythe était le rapport de la National Science Foundation (NSF) en 2001 selon lequel le marché des nanotechnologies vaudrait un billion de dollars d'ici 2015. Plus tard, cette déclaration a été encore plus surestimée, l'estimation record aujourd'hui est de 3 billions de dollars. Cependant, ces chiffres flashy ressemblent plus à des titres de tabloïds qu'à des études de marché sérieuses. Aujourd'hui, les experts ne peuvent même pas définir clairement ce qu'est la nanotechnologie. La microélectronique est donc déjà en passe de devenir la nanoélectronique, car la structure des circuits électroniques a déjà franchi la barrière des 100 nm. En conséquence, le nombre d'entreprises produisant des «nanoproduits» augmentera rapidement. Certes, ils auront des noms très familiers - Toshiba, GE, Nokia, Bayer, Kraft, etc. Leurs produits pourraient être classés parmi les nanotechnologies évolutives. Mais évaluer avec précision le marché de la nanotechnologie révolutionnaire, qui prévoit d'assembler des appareils atome par atome, est difficile à évaluer et, par conséquent, il ne peut y avoir d'estimations intelligibles. De plus, la recherche marketing n'évalue pas la valeur d'un véritable procédé, produit ou matériau nanotechnologique. Seul le coût total des produits est calculé, y compris les nanotechnologies. Il s'agit d'une différence subtile et se traduit par des milliards de dollars de rapports. Ainsi, l'estimation de Lux Research estime le marché net des nanomatériaux d'ici 2010 à 3,6 milliards de dollars, alors que l'ensemble du volume du marché des nanotechnologies est estimé à 1,5 billion de dollars! En fait, ce n'est pas le marché des nanotechnologies qui est évalué, mais le marché des produits contenant des nanoparticules. La même NSF a affirmé que plus de 200 millions de personnes seraient employées dans la nanoindustrie, ces chiffres ont retenti dans les rapports et les demandes de subventions. Cependant, 8 à 10 ans après le rapport, il s'est avéré que l'industrie des nanotechnologies n'existe pratiquement pas, malgré le grand nombre de groupes de recherche dans différents domaines.


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