Nanohorror

Niewinne słówko ''nano'', zamiast znaczyć tylko miliardową część większej całości, stało się jednocześnie symbolem postępu i zagrożenia. Czy rozwój komputerów zostanie prawnie zablokowany? Wszystko przez niepohamowany apetyt na gigantyczne ilości herców i bajtów.

Niewinne słówko 'nano', zamiast znaczyć tylko miliardową część większej całości, stało się jednocześnie symbolem postępu i zagrożenia. Czy rozwój komputerów zostanie prawnie zablokowany? Wszystko przez niepohamowany apetyt na gigantyczne ilości herców i bajtów.

Dużym zaskoczeniem było ujawnienie kontrowersji dotyczących dalszego rozwoju technologii komputerowych podczas ubiegłorocznego Światowego Szczytu Zrównoważonego Rozwoju w Johannesburgu. Obok rytualnych protestów Greenpeace i wielu innych, mniej widocznych w mediach organizacji, dała o sobie znać grupa antyglobalistów z ETC (Action Group on Erosion, Technology and Concentration), przedstawiając manifest ostrzegający obradujących przed niebezpieczeństwami związanymi z nanotechnologią.

Nanotechnologią zainteresowane są przede wszystkim poważne firmy, takie jak IBM, pracująca obecnie nad supermałymi tranzystorami, obwodami molekularnymi i absurdalnie gęstymi nośnikami danych, które raczej nie spowodują końca świata. Oprócz elektroniki nanotechnologia ma zastosowania przy tworzeniu czujników, programowalnych implantów (wszczepów?) dostarczających leki, mikrofiltrów chroniących przed zanieczyszczeniami, a nawet niepocących się szyb samochodowych. Wszystko godne pochwały. Jednak członkowie ETC to nie współcześni luddyści walczący z maszynami. Nie tylko oni sprzeciwiają się rozwojowi nanotechnologii.

Bill Joy, współzałożyciel i były szef naukowy firmy Sun Microsystems jest jednym z najgłośniej protestujących przeciw nanotechnologii. Ostatnio także królewski astronom sir Martin Rees w książce Our Final Hour (Nasza ostatnia godzina) apelował o prawne uregulowanie badań w tej dziedzinie. Wcześniej centrum bioetyki uniwersytetu w Toronto ostrzegło, że nanotechnologia doprowadzi do podobnych sporów, jak toczone w kwestii genetycznie modyfikowanej żywności. O co więc chodzi?

Zemsta robotów?

Stan początkowy kaskady cząsteczkowej. Cząsteczki CO (niebieskie i czarne kulki) są ustawione w linii. Zewnętrzne są w stabilnym miejscu, ale dla środkowej najlepszym miejscem jest środek pomiędzy tą a następną linią. Kaskadę rozpoczyna ruch samotnej molekuły z lewej strony. Wybija środkową z pierwszej linii, która przechodzi na swoje najlepsze miejsce, uderzając przy okazji środkową z następnej linii, ta wybija następną itd.

Stan początkowy kaskady cząsteczkowej. Cząsteczki CO (niebieskie i czarne kulki) są ustawione w linii. Zewnętrzne są w stabilnym miejscu, ale dla środkowej najlepszym miejscem jest środek pomiędzy tą a następną linią. Kaskadę rozpoczyna ruch samotnej molekuły z lewej strony. Wybija środkową z pierwszej linii, która przechodzi na swoje najlepsze miejsce, uderzając przy okazji środkową z następnej linii, ta wybija następną itd.

Najwięcej kontrowersji budzi problem reprodukcji. Obecne nanourządzenia to przeważnie laboratoryjne osobliwości, których tworzenie wymaga wiele wysiłku i drogiego wyposażenia. Mogą wykonywać jedynie proste czynności, których skutki są ledwie dostrzegalne. Dlatego nanotechnolodzy marzą, żeby ich urządzenia mogły się samodzielnie replikować. Gdyby przy tym wykonywały również jakieś pożyteczne czynności, wystarczyłoby wygodnie usiąść i cieszyć się z efektów.

A jeśli takie twory zbzikują i zaczną się rozmnażać w niekontrolowany sposób albo wyprodukują mutanty, które zbuntują się przeciw ludzkości bądź odkryją, że ludzkie ciało stanowi doskonały materiał do produkcji kolejnych pokoleń, albo... (tu wpisz swój makabryczny scenariusz)? Jak chcemy sobie z tym radzić, skoro nie będziemy w stanie nawet dostrzec naszych zabójców, rozpierzchających się ukradkiem po świecie? Ten problem, nazwany po angielsku grey-goo, a po polsku szarą masą, jest obecnie głównym źródłem nanopaniki.

Na ile realna jest jednak perspektywa samoreplikujących się maszyn? Już to, że wszystkie żywe istoty mogą się rozmnażać, pokazuje, że jest to możliwe, choć na razie trudno o inny przykład. Kilka takich maszyn zbudowano jeszcze w latach pięćdziesiątych ubiegłego stulecia. Były to jednak wielkie urządzenia, niepotrafiące robić nic poza budowaniem kopii samych siebie, co dowodzi jedynie, że jest to możliwe. Ponadto do pracy potrzebowały gotowych części; nie potrafiły wydobywać surowców i wytworzyć energii niezbędnej do ich przetworzenia, więc nie miały wiele wspólnego z maszynami grey-goo. Na razie nikomu nie udało się stworzyć niczego takiego ani rozmiarów przemysłowych, ani w nanoskali.

Budowanie klocków

Bramka logiczna AND - Ułożenie cząsteczek w bramce logicznej "and". "Prąd popłynął" ramieniem "X" (zielone cząsteczki są w stabilnym położeniu w środku czerwonego prostokąta), ale bez wsparcia z kierunku "Y" molekuły w gałęzi "wyjście" nie ruszą się.

Bramka logiczna AND - Ułożenie cząsteczek w bramce logicznej "and". "Prąd popłynął" ramieniem "X" (zielone cząsteczki są w stabilnym położeniu w środku czerwonego prostokąta), ale bez wsparcia z kierunku "Y" molekuły w gałęzi "wyjście" nie ruszą się.

Replikacja może się odbywać na dwa sposoby: odgórny, kiedy jedna maszyna montuje następne, lub oddolny, polegający na wzrastaniu urządzenia i tworzeniu przez nie jedynie zarodków następnej kopii. Na przykład priony, czynniki wywołujące chorobę wściekłych krów oraz jej postać atakującą ludzi, zwaną chorobą Creutzfeldta-Jakoba, to zniekształcone proteiny, które powodują podobne zmiany w okolicznych cząsteczkach. Perspektywa budowy całych układów logicznych komputera czy bloków pamięci z wykorzystaniem oddolnej replikacji jest bardzo pociągająca; ma jednak również pewne wady.

Obecne obwody komputerowe są zbyt zagmatwane, konstruowane zbyt odgórnie, żeby móc się replikować w ten sposób. Nadzieję daje to, że celem większości badań nad przyszłością takich układów jest uproszczenie elementów kosztem zwiększenia ich liczby. To znacznie przybliża nas do konstrukcji urządzeń replikujących się w spontaniczny sposób bądź według dostarczonego wzoru.

Prąd z domina

Oglądamy wzrost następnej warstwy materiału.

Oglądamy wzrost następnej warstwy materiału.

Najmniejsze i prawdopodobnie najprostsze obwody komputerowe wytworzono w zeszłym roku w centrum badań Almaden, działającym w San Jose przy firmie IBM. W porównaniu z tradycyjną technologią udało się zmniejszyć rozmiary układu około ćwierć miliona razy dzięki wykorzystaniu kaskad cząsteczkowych, w których pojedyncze cząsteczki tlenku węgla przesuwają się kolejno na miedzianym podłożu niczym przewracające się na siebie kostki domina.

Sztuka polega na zmuszeniu atomu do zajęcia tak niestabilnej pozycji, aby nawet niewielki impuls wprawił go w ruch. Takie konfiguracje nie zdarzają się w związkach pochodzenia naturalnego, dlatego do aranżacji początkowego ułożenia cząsteczek trzeba posłużyć się skaningowym mikroskopem tunelowym. Każda kostka domina to trzy cząsteczki tlenku węgla ułożone w literę V. Dwie zewnętrzne molekuły są zamocowane do podłoża i delikatnie ściskają tę wewnętrzną tak, żeby lekko pchnięta łatwo wyskoczyła. Wówczas trafia w następną trójkę, powodując wyrzucenie kolejnej cząsteczki itd. Taka kaskada przesyła dane tak, jak ruch elektryczny w przewodach miedzianych.

Można zatem uformować te łańcuchy w standardowe bramki logiczne z wieloma wejściami i wyjściami. Grupie badawczej firmy IBM udało się opracować działający dwuwejściowy, a potem trzywejściowy sorter zbudowany z bramek and i or. Jak Andreas Heinrich, czołowy badacz uczestniczący w projekcie, powiedział: "Pierwszy raz udało się skonstruować w nanoskali wszystkie elementy potrzebne do obliczeń, połączyć je i potem uruchomić. Układ jest dużo mniejszy niż wszystkie stworzone do tej pory obwody".

Istotnie obwody są malutkie, lecz niestety jeszcze niewystarczająco szybkie. Ustawianie cząsteczek w odpowiedniej konfiguracji zajmuje mnóstwo czasu, a - tak jak z dominem - sztuczka działa tylko raz i potem trzeba wszystko układać od nowa. Mimo to sama realizacja pomysłu jest dużym sukcesem, a w dalszych badaniach uwagę zwraca się na wykorzystanie różnych własności cząstek, takich jak spiny atomowe, do tworzenia kaskad, które dałoby się szybko odtwarzać i wykorzystywać ponownie.

Czy takie układy mogłyby się same replikować? Prawdopodobnie nie na poziomie całych obwodów komputerowych, lecz pojedynczych elementów - klocków domina. Problem stanowiłoby już tylko złożenie ich w całość.

Jak duży jest nanometr?

  • Jedna miliardowa metra.

  • Około dziesięciu atomów wodoru.

  • Prawie pięć atomów krzemu.

  • O tyle wzrasta paznokieć w czasie jednej sekundy.

  • Setna część średnicy przeciętnej bakterii.

  • Jedna dziesiąta grubości metalizowanej powłoki na torebce chipsów.

  • Jedna osiemdziesięciotysięczna część grubości ludzkiego włosa.


Zobacz również