Когда люди впервые услышали о нанотехнологиях, их значение оказалось преувеличенным, а о рисках говорили гораздо чаще, чем о пользе. Но по мере того как интерес публики ослабевал, прогресс, щедро подпитываемый деньгами корпораций и государств, не стоял на месте. В результате нанотехнологии незаметно стали важной частью нашей жизни.

Только представьте… Вы стоите на берегу океана и смотрите на недавно построенный трансатлантический мост – новейшее сооружение, созданное из сверхсовременной суперуглеродной стали, «сотканной» неутомимыми самовосстанавливающимися нанороботами. Благодаря медицинским нанороботам, несущим постоянную вахту внутри вашего организма, вы уже много лет ничем не болеете. Эти нанороботы непрерывно контролируют ваше кровяное давление и нейтрализуют пораженные клетки, за счет чего в свои пятьдесят вы чувствуете себя двадцатилетним. На ваш iPad 6G приходит новость о том, что в Северной Африке из-под контроля вышли полчища нанороботов, созданных для борьбы с вредными насекомыми. Эти нанороботы самовоспроизводились в таком темпе, что превратили Нил в грязное болото. Впрочем, вы тут же понимаете, что это обыкновенные «страшилки» желтой прессы…

И пусть ничего такого пока не произошло, а также едва ли случится в ближайшие несколько лет, все же вероятность подобного развития событий существует. О потенциальной опасности нанотехнологий предупреждали многие: от Станислава Лема, описывавшего последствия утери контроля над военными нанотехнологиями, до принца Чарльза, обеспокоенного возможностью повторения нашумевшей истории вредного транквилизатора талидомида, от которого пострадали от 10 до 20 тысяч человек. Автор «Парка юрского периода» Майкл Крайтон посвятил нанотехнологиям целый роман, а многие ученые давно предсказывали, что появление «роботов» величиной с булавочную головку навсегда изменит человечество.

И что же? Пока ничего…

Когда люди впервые услышали о нанотехнологиях, их значение оказалось преувеличенным, а о рисках говорили гораздо чаще, чем о пользе. Но по мере того как интерес публики ослабевал, прогресс, щедро подпитываемый деньгами корпораций и государств, не стоял на месте. В результате нанотехнологии незаметно стали важной частью нашей жизни.

В последнее время данная тема снова стала популярной. Эра нанотехнологий неизбежно наступает, независимо от того, будет она встречена восторгами (как переход на «цифру») или неприятием (как в случае с генетическими модификациями). Так что пора готовиться к большим переменам, вызванным микроскопическими причинами…

Промышленная революция 2.0

За большинством инвестиций в нанотехнологиях скрывается трезвый экономический расчет. К 2008 году объем рынка нанотехнологий составлял 12,7 миллиардов долларов, а, по мнению некоторых экспертов, к 2012 году эта цифра может возрасти до двух триллионов. Сегодня Великобритания инвестирует в данную область более 150 миллионов фунтов, а по оценкам правительства США, нанотехнологическими исследованиями занимаются 1300 американских университетов и компаний, в то время как на национальный нанотехнологический проект в 2010 году выделено 1,8 миллиарда долларов.

Китай тоже не отстает: с 1999 года объем финансирования этой сферы увеличивался на 20% каждый год. Успехи Китая обошли даже самые оптимистичные прогнозы четырех- или пятилетней давности. К 2014 году нанотехнологии могут составить 15% от общего объема производства. Страна, которой удастся занять доминирующее положение на рынке нанотехнологий, станет лидером мировой экономики.

Такие наноматериалы, как углеродные нанотрубки, по прочности в 50–100 раз превосходят сталь, но весят при этом в шесть раз меньше. Они найдут применение во многих отраслях промышленности. Композитные нанопродукты, например, сталь Sandvik Nanoflex, доступны и используются уже сегодня. В микроэлектронике нанотехнологии позволят создавать биологические наноаккумуляторы, улучшенные микропроцессоры, а также конденсаторы толщиной всего несколько нанометров (нанометр – миллиардная доля метра). Одна из особенно многообещающих разработок – наномагнетизм. Он имеет все шансы вызвать революцию в сфере хранения информации. В отличие от современных недолговечных систем, использующих электричество для подпитки, наномагнитные поля способны сохранять данные даже при истощении источника энергии. Кроме того, благодаря более высокой плотности записи, удастся сделать очередной шаг в полном соответствии с законом Мура, а это означает, что гаджеты станут еще компактнее и мощнее.

Исследователи из Техасского университета недавно продемонстрировали аудиодинамики, созданные из углеродных нанотрубок, превращенных в гибкие листы, настолько тонкие, что их можно использовать в качестве обоев. Британская компания Nanoco – один из пионеров в области разработки дисплеев и освещения – предложила использовать точечные квантовые приборы (полупроводники, обработанные на наноуровне) для точной настройки спектра излучаемого света.

Вопрос жизни и смерти

Особенно бурно нанотехнологии развиваются в медицине. Например, во многих больницах уже сегодня используются перевязочные материалы и одежда, обработанные наносеребром. Это вещество обладает выраженными антимикробными свойствами и значительно уменьшает вероятность распространения инфекций. В Nanoco считают, что с помощью наночастиц лекарства можно будет доставлять напрямую к конкретным органам. Кроме того, «научив» наночастицы притягиваться к больным клеткам, врачи смогут быстрее ставить диагноз и наносить меньший ущерб здоровым клеткам.

В настоящее время разрабатываются наночастицы для химиотерапии, способные распознавать раковые клетки и воздействовать на них специальными препаратами, а такие компании, как CytImmune, уже начали предварительные клинические испытания. Работы пока приходится проводить в чашке Петри, но, возможно, через десять лет эти технологии будут помогать хирургам исследовать пораженные ткани.

Некоторые смелые мечтатели предсказывают, что однажды пациентам будут предлагать выпить жидкость, содержащую миллионы нанороботов, запрограммированных для восстановления поврежденных или зараженных клеток. Те же нанороботы смогут проводить тончайшие хирургические операции, не оставляя шрамов. Правда, пока трудно предсказать, какое место в списке Forbes придется занимать, чтобы себе это позволить…

Еще одна многообещающая возможность – использование нанороботов для внесения в наши организмы сложных изменений на атомном уровне, благодаря которым будет производиться коррекция физического облика человека. Этот способ может оказаться намного более эффективным, чем пластическая хирургия, благодаря чему процесс старения удастся замедлить или даже повернуть вспять.

Впрочем, процесс старения можно полностью остановить, э… посредством физического уничтожения стареющего организма. В настоящее время именно военные проекты являются одной из главных движущих сил наноиндустрии. Американские ученые из Университета Южной Каролины недавно обработали хлопковую футболку с помощью бора – третьего по прочности материала на нашей планете. Карбид бора часто используется при изготовлении танковой брони. Впрочем, после обработки «бронефутболка» осталась очень легкой и гибкой, благодаря чему ее можно с успехом носить в жаркие дни где-нибудь в окрестностях Кабула.

Компания Zyvex Performance Materials разработала для американского флота беспилотный катер Piranha, при создании которого было использовано углеволокно, усиленное нанотрубками. Piranha имеет длину 13,5 метров и на сегодняшний день является самым крупным беспилотным катером в мире. По словам инженера Zyvex Майка Немета, Piranha «намного превосходит свои аналоги по дальности и грузоподъемности».

Доктор Юрген Альтман, профессор кафедры экспериментальной физики немецкого технического университета Дортмунда, предсказывает, что в будущем появятся миниатюрные сенсоры, сервомоторы и двигатели, из которых можно будет изготавливать роботов длиной немногим более миллиметра. Эти микроскопические роботы смогут проникать во вражеские ряды, чтобы шпионить или взрываться, подобно террористам-смертникам. Кроме того, Альтман говорит о возможности создания миниатюризированных ракет и лазеров, обладающих невероятной для своих размеров мощностью.

«Зеленые» нанотехнологии

Наноуборщики, перерабатывающие токсичные отходы, очищающие загрязненную воду или восстанавливающие озоновый слой, будут созданы еще нескоро, но нанотехнологии, несомненно, позволят синтезировать новые виды горючего, которое снизит зависимость человечества от невозобновляемых природных ресурсов. Ученые-материаловеды из Технологического института Джорджии воспользовались кристаллическим оксидом цинка, чтобы создать наногенераторы размером с почтовую марку, производящие электричество за счет движений человека. Разработчики надеются, что в скором времени такие генераторы будут заряжать наши плееры и наручные часы во время ходьбы, а также смогут питать системы контроля кровяного давления за счет ударов сердца.

В университете Бристоля в настоящее время проводятся исследования, частично спонсированные энергетической компанией E.ON, в ходе которых ученые пытаются превратить солнечный свет в электричество с помощью наноалмазов, способных излучать термионные электроны при относительно низких температурах. Чтобы воспользоваться этим эффектом, поверхность алмаза необходимо очистить на наноуровне. Благодаря этому возможно создание дешевых солнечных панелей, которые сделают Солнце по-настоящему конкурентоспособным источником возобновляемой энергии. В то же время важно интенсифицировать применение нанотехнологий в производстве пищевых продуктов, иначе мы рискуем столкнуться с дефицитом продовольствия. Население планеты продолжает увеличиваться и стареть, поэтому нам необходим специальный план действий, который не даст нашим тарелкам опустеть.

Американская компания Argonide производит нанофильтры NanoCeram, в которых для очистки воды используются нановолокна из оксида алюминия (кстати, разработанные в Томске). Эти фильтры позволяют доводить до состояния питьевой воду, взятую практически из любого источника.

Эксперты Департамента сельского хозяйства США полагают, что часть хлеба, фруктов и овощей, продаваемых на американском рынке, уже сегодня обрабатывается прозрачным нанопокрытием, предназначенным для повышения срока годности. А ученые Мюнхенского технологического университета работают над созданием сверхгладкого материала для пищевой тары. Эта технология позволит вам извлекать из бутылочек с кетчупом и майонезом все до последней капли.

Наносегодня

В рамках проекта Project of Emerging Nanotechnologies (PEN) производится сбор данных о потребительских «нанопродуктах», которых сегодня насчитывается более 1100. Директор PEN Дэвид Реджески предупреждает: «Эта цифра, скорее всего, ниже реального количества. В наш список мы включили только те товары, что имеют специальную маркировку. Последние тесты кремов от загара показывают, что во многих из них присутствуют наночастицы, о которых на упаковке ничего не сказано. Мы стараемся наблюдать за ситуацией в международном масштабе и уже обнаружили значительное увеличение доли нанопродуктов на азиатских рынках. Причем среди наименований есть все: от корейской зубной пасты до детских игрушек».

В состав косметических кремов входят особые молекулярные соединения – фуллерены, нейтрализующие свободные радикалы. Солнцезащитные лосьоны, не оставляющие пятен, содержат наночастицы оксида цинка, отражающие ультрафиолетовые лучи. Лезвия для бритья покрывают алмазным напылением, чтобы они дольше оставались острыми. Сегодня все эти продукты лежат на полках супермаркета, расположенного неподалеку от вашего дома…

С помощью нанотехнологий ученые пробуют усовершенствовать и одежду. Ткань покрывают нановолосками, которые отталкивают воду и другие жидкости, защищая то, что мы носим, от грязи. Наносеребро, обладающее мощным противобактериальным и антигрибковым действием, позволяет эффективно бороться с запахом пота. Поэтому сегодня можно приобрести носки и одежду с вплетенными серебряными нитями. Влияние нанотехнологий чувствуется и в спорте, поскольку уменьшение веса или увеличение прочности снаряжения может решить исход соревнований. Еще в 2002 году компания Babolat представила теннисную ракетку, сделанную из графита, с внедренными нанотрубками – этот материал оказался гораздо легче и крепче, чем сталь. Одновременно с этим знаменитый производитель спортивного оборудования Wilson создал мяч Double Core, сердцевина которого покрыта слоем наночастиц, увеличивающих упругость. По иронии судьбы подобные нововведения заставили официальные спортивные органы снизить скорость игры, чтобы она сохранила свою зрелищность.

Компания Pilkinson разработала самоочищающееся стекло Activ Glass, покрытое наночастицами, которые предотвращают прилипание грязи и капель воды, а также заряжаются от солнечного света. Ученые обнаружили, что с помощью наночастиц силиката алюминия можно получить устойчивое к царапинам покрытие, которое подходит для обработки множества привычных вещей: от контактных линз до автомобилей. Ну а власти Мехико решили действовать в более крупном масштабе и покрыли стены многих домов особым составом, отталкивающим посторонние вещества, в том числе и краски, которыми пользуются граффитчики…

Риски

Современная наука еще далека от того, чтобы представить нам первого действующего наноробота, однако уже сегодня ученых заботят риски, связанные с этими технологиями. Исследования показали, что в отличие от обычных частиц, наночастицы способны переходить из крови в ткани мозга, почки и печень. Возможные последствия такого перехода еще не изучены полностью, но лабораторные эксперименты, проводимые под руководством Патрика Кейса из университета Бристоля демонстрируют, что металлические наночастицы могут поражать ДНК. Результаты работы ученых Агентства по защите окружающей среды США позволяют предположить, что вдыхание достаточного количества углеродных нанотрубок теоретически может вызвать хронические заболевания, в том числе рак легких.

Регулирующие органы пытаются идти в ногу с эволюцией нанотехнологий. Эндрю Мэйнард, старший научный советник проекта PEN, предупреждает: «Несмотря на то, что ученые еще десять лет назад поднимали вопросы безопасности применения длинных тонких углеродных нанотрубок, сейчас в США на федеральном уровне не запланировано ни одного исследования на эту тему». В 2008 году США потратило на оценку возможных негативных последствий всего 4% от 1,4 миллиарда долларов, выделенных из бюджета на реализацию национального нанотехнологического проекта. «Мы лишь выполняем роль системы раннего предупреждения и указываем на места, где могут возникнуть проблемы, – говорит Дэвид Реджески из PEN. – Сегодня настал решающий момент: отношение общества к нанотехнологиям будет зависеть от того, какую информацию оно получит и от кого».