Наночастицы серебра убивают бактерии. Как именно они это делают, мы пока точно не знаем, но уже выпускаем носки, плюшевых медвежат, перевязочные материалы, зубные импланты и строим станции метро с использованием материала, который помогает предотвращать болезни и ускоряет заживление. В 2015 г. ученые разработали «питьевую книгу» (бумагу, пронизанную наночастицами серебра) в качестве портативного недорогого решения для фильтрации грязной воды и превращения ее в питьевую [25]. Выяснилось, что гекконы могут бегать по стенам и потолку за счет квантовой клейкости: их мускулистые лапки покрыты миллиардами волосков наноразмера, обеспечивающих множество точек соприкосновения с любой поверхностью. Предприниматели создали синтетический аналог с помощью приемов, заимствованных из полупроводниковой промышленности, и теперь гекко-скотч может при необходимости найти применение в обороне (роботы повышенной проходимости), производстве (замена разнообразных винтов, заклепок и клеев) и даже в легкой атлетике (перчатки для американского футбола, не дающие игроку уронить мяч). Другие открытия будут иметь более широкое влияние. Ученые работают, например, над искусственным фотосинтезом, чтобы получать топливо из солнечного света и СО2, над ускорением процесса секвенирования ДНК (идея заключается в том, чтобы пропустить одну молекулу ДНК через крошечное отверстие, способное чувствовать электрическую разницу между проходящими сквозь него A, C, G и T) и изготовлением супертонких нервущихся презервативов из нановолокон.
Один из самых универсальных материалов, пришедших к нам из нанопространства, – графен, впервые полученный в 2004 г. Графен представляет собой лист чистого углерода толщиной в один атом. Мы хорошо знакомы с другими формами углерода – алмазом, самым твердым из существующих материалов, и графитом, настолько мягким, что мы делаем из него карандашные грифели. Графен сочетает в себе все эти достоинства. Он прозрачен и тверд как алмаз, но вместе с тем из него можно свивать гибкие волокна (достаточно прочные, чтобы дотянуться до космоса) и разреза́ть его на любые двумерные формы по нашему желанию (скажем, сворачивающийся дисплей или солнечные батареи). Он проводит тепло в 10 раз лучше, чем медь, и электричество в 100 раз лучше, чем кремний (вызывая бурный восторг у производителей микросхем). Пока еще достаточно дорогой материал, графен быстро завоевывает свое место в макрореальности. В первый год после открытия графена ученые ценой немалых усилий смогли произвести графеновый лист, шириной немного превосходящий человеческий волос. Прошло менее десяти лет, и они могут печатать идеальные рулоны графена длиной до 100 метров.
Объединяющий прорыв
Однако ученым до сих пор не удавалось собрать полезный объект из отдельных атомов или построить робота, который сможет сделать это за нас. Большинство наших сегодняшних приемов работы с нанопространством связано с матричными материалами: мы профилируем поверхность с помощью УФ-лазеров (гекко-скотч), подаем специально подготовленный пар на медный лист для получения на его поверхности тончайшей пленки (графен), смешиваем химические вещества в пробирке для получения желаемой молекулы по одному лабораторному стаканчику за раз (наночастицы серебра) и т. д. 3D-печать, которая может значительно сократить время и отходы обычного макропроизводства, на микроуровне способна пока лишь на выполнение отдельных задач – ее достаточно для печати тонких деталей аэрокосмической промышленности, но недостаточно, чтобы воспользоваться необычными свойствами материи, возникающими при тысячекратном обратном масштабировании. Кроме того, наша способность строить роботов – изготовление и монтаж двигателей, шестерней, манипуляторов и других механических частей – в микронной области по-прежнему стоит на месте. Ученые разработали несколько теоретических способов передвижения наноробота, позволяющих избежать урагана хаотичного движения и клейкости, но создание прототипа и тестирование таких роботов, возможно, произойдет лишь через несколько десятилетий – или никогда.
Для создания настоящих наномашин, скорее всего, потребуется совершенно иной подход. Как и в случае с компьютерами, вместо того чтобы пытаться уменьшить микромеханизмы до наноразмера, мы должны будем задействовать уникальные свойства нанореальности и разработать такие машины, которые будут родными в этой среде.
Один из перспективных подходов заключается в имитации биологии. Самый потрясающий инсайт, до настоящего времени полученный нами из нанопространства, заключается в том, что чем глубже мы заходим, тем более размытыми становятся границы между естественными науками и науками о жизни. Традиционно инженерная мысль не подражает природе. Самолеты не машут крыльями. Но на пересечении этих двух областей в настоящее время происходит самая плодотворная научная работа. Инженеры создают инструменты и платформы для исследования нанопространства, природа создает бесконечный каталог элегантных решений инженерных задач, с которыми мы там сталкиваемся.
