Робот не может причинить вреда человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен врет,.
Робот должен выполнять приказы человека кро ме приказов, противоречащих Первому закону.
Робот должен заботиться о своей безопасности, если это не противоречит Первому и Второму законам.
Айзек Азимов «Законы робототехники»
Человечество во все времена стремилось улучшить условия своего существования. Для этого в первобытном обществе люди использовали различные орудия труца, несколько позже они приручили диких животных, которые стали приносить пользу человеческому сообществу. Шли годы, менялся мир, менялись люди и их потребности. Теперь большинство из нас уже не может представить себе жизнь без современных благ цивилизации, достижений науки, техники, медицины. Следующим шагом в этом развитии, по мнению многих ученых, станет освоение нанотехнологий, а в частности систем очень малого размера, способных выполнять команды людей. Таких послушных существ называю г нанороботами Кстати, автором слова «робот > я^яется чешский драматург К. Чапек, который в 1920 г. назвал этим словом придуманное им человекоподобное существо (робот — немного измененное чешское robota, которое переводится как «принудительный труд*): «Роботы — это не люди... они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души».
Впервые понятие наноробота или молекулярного ассемблера появилось в нашумевшей книге Эрика Дрекслера (Eric Drexler) из Мас- сачусетского технологического института «Машины созидания: наступление эры нанотехнологий» (1986 г.). По мнению Дрекслера, будущее молекулярной технологии и нанотехнологии состоит в создании функциональных структур и устройств путем их поатомной сборки с помощью программируемых роботов (рис. 1), а также в разработке самих молекулярных роботов, способных «строить» из атомов различные обьекты. Конструирование таких машин предполагалось осуществлять путем формирования химических связей за счет механического сближения электронных оболочек атомов Нанома- нипулятор, описанный Дрекслером, состоял из 4x10 атомов, а робот, снабженный молекулярным компьютером, вспомогат ельными механизмами и т.д., содержал ~1хК' лтомоз Однако, возможности отдельного робота, оказываются весьма ограничены, в связи с его малыми раз-
мерами, что, по мнению Дрекслера, требует создания наномашин, способных к самовоспро- изводс гву — го есть размножению или репликации. В основе идей о самореплицирующихся структурах лежит теория фон Неймана (1940 г.), согласно которой репликация является основой природных механизмов развития, а сам процесс репликации используется как в клеточной инженерии, так и при воспроизводстве живых организмов Дрекслер сам же описал опасность создания таких систем: выход из-под кон- гроля процесса репликации из-за возникновения ошибки в программе отдельного робота репликатора, может привести к техногенной катастрофе (см. Серая слизь). Идеи Дрекслера вызвали волну неприязни к нанотехнологиям со стороны населения Впрочем, эти полуфантастические про гнозы оказались противоречащими законам термодинамики, а технологический прогресс продолжил движение вперед.
На сеюдняшний день уже существует несколько прототипов нанороботов — устройств размером в десятки нанометров, которые могут самостоятельно манипулировать частицами атомных и молекулярных размеров. Одним из них является экземпляр, созданный химиками Нью-Йоркского университета, которые впервые в мире сконструировали прямоходящего двуногого наноробота В качестве исходного материала Н. Симан и У. Шерман воспользовались мелкими фрагментами двухцепочечных и одноцепочечных молекул ДНК. Шагающий наноробот существует в миллионах копий, плавающих в буферном растворе. Внешне он напоминает щипцы для конфет — две двухце- почечные ДНК-вые ноги длиной в Ш нанометров, упруго соединенные на одном конце и свободные на противоположном (рис. 2). Каждая нога образована тридцатью шестью нуклео- тидными парами, которые удерживаются водородными связями по обычной для ДНК схеме: аденин напротивтимина, а гуанин напротив цитозина. С их свободных концов свисают совсем уж коротенькие хвостики — кусочки од- ноцепочечной ДНК. Чтобы понять, как движется робот, посмотрим на схему. Он «ступает» по
Рис. 2. Схема движения наноробота (комментарии к схеме в тексте)
особым опорам, тоже изготовленным из ДНК, которые вытянуты вдоль ДНК-вой молекулы- дорожки В начальный момент обе ноги фиксируются на соседних опорах с помощью двух од- ноцепочечных спиралей ДНК, действующих подобно якорям. Этот молекулярный якорь с одного конца комплементарен «хвостовым придаткам» ноги, а с другого — вершине опоры, благодаря чему он и удерживает их вместе. Такая позиция изображена на первом рисунке схемы (рис. 2). Надо отметить, что концевые участки ног не комплементарны опорам, и поэтому робот не может «устоять» без помощи якорей. Первый этап шага состоит в отделении правой ноги от опоры. Чтобы это произошло, свободно плавающая в буфере спираль ДНК (желтая полоска на втором рисунке схемы) вступает с правым якорем в химическую связь и отводит его в сторону. Незакрепленная нога перемещается вправо (третий рисунок) и зависает над следующей подставкой. Здесь к ней подсоединяется очередной молекулярный якорь, который притягивает ее к новой опоре, — и полшага сделано (четвертый рисунок). Когда то же самое происходит и с левой ногой (пятый и шестой рисунки), робот перемещается на одну позицию вправо. Интересно, что абсолютно аналогичный принцип используется при перемещении белка миозина по фибриллам в живых организмах.
Наиболее вероятно, что одной из первых областей, где найдут применения таланты на- нороботов, станет наномедицина. Наноробот, введенный в организм человека, сможет самостоятельно передвигаться по кровеносной, лимфатической и нервной системам, не нанося при перемещении вреда организму (рис. 3). На своем пути он сможет изменить характеристики тканей и клеток, уничтожить микробов и молодые раковые клетки. Так, в Монреальском университете под руководством профессора С. Мартеля был создан прототип системы управления и слежения за нанороботом в живом организме. В качестве модели робота они ис-
пользовали железный шарик диаметром в полтора миллиметра, который испытывали в артерии живой свиньи. Для управления сферой канадцы разработали изящный способ они заставили управлять «роботом» прибор, одновременно контролирующий передвижение сферы по телу животного, — обычный магниторезо- нансный томограф. Ученые аккуратно провели шарик по кровеносным сосудам со скоростью до 10 см/с.
Сегодня уже предложены или разрабатываются составные части нанороботов:
— навигационные системы (для определения местонахождения и определения маршрута передвижения);
— наносенсоры (для мониторинга окружающей среды, участия в навигации и коммуникации при работе с отдельными молекулами);
— наноманипуляторы (наноактюаторы для выполнения непосредственных действий с объектом);
— устройства приема и передачи информации.
Осталось лишь собрать их вместе...
4.http://www.sciencedai)y.com/
НАНОСЕНСОРЫ
(Nanosensors)
А нюх — как у собаки, а глаз — как у орла. Из мультфильма «Бременские музыканты»
Наночастицы обладают необычным сочетанием свойств: помимо значительной площади поверхности на единицу объема, которая обусловливает высокую поверхностную реакционную способность, они имеют нанометровые размеры, обеспечивающие значительные скорости проникновения в любые макрообъекты. Эти свойст ва находят применения в сенсорных наноматериалах.
Давайте рассмотрим принцип работы нано- сенсора, который представляет собой ансамбль нанопроволок кремния диаметром 2-3 нм, обладающих проводимостью р-типа (рис. 1). Изначально поверхность т аких мельчайших проволочек покрыта тонким слоем оксида кремния. Затем эту поверхность модифицируют. выдерживая материал в специальном растворе, чтобы «пришить» на поверхность оксида кремния
функциональные группы (например, амино- Флуоресцирующие наносенсоры
Рис. 1. Схематичное изображение сенсорных нанопроволок кремния с привитыми на них антителами (зеленый цвет), которые связываются с определенными молекулами белка (красный цвет)
группы), которые будут являться рецепторами на определенные макромолекулы (вирусы или белки). Когда наносенсор с привитым рецептором выдерживают в буфере, содержащем положительно заряженные макромолекулы белка, химическое взаимодействие между рецептором и определяемым объектом приводит к росту поверхностного положительного заряда и уменьшению проводимости.
Одним из наиболее ярких примеров нано- сенсора является электронный нос, способный за считанные минуты осуществить химический анализ пробы. Важным является применение наносенсоров в ранней диагностике заболеваний, в частности, рака. В тело человека через пластырь на коже, путем инъекции или вместе с пишей вживляют крошечные сферические резервуары из дендримеров, покрьпых специальными химическими реактивами. При этом благодаря маленькому размеру (всего около 5 нм) на небольшом участке пространства можно разместить миллиарды подобных наносенсоров Оказавшись внутри тела и проникнув в лимфоциты (белые кровяные клетки, обеспечивающие защитную реакцию организма против инфекции и других болезнетворных факторов), наносенсоры начинают флуоресцировать, koi да структура клетки изменяется в результате иммунного огвета организма Остается лишь зафиксировать это свечение особыми приборами — и диагноз поставлен.