Англійська мова для науковців. Nanotechnologies

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

Факультет біотехнології і біотехніки

Кафедра екобіотехнології та біоенергетики

РЕФЕРАТ

з дисципліни “Англійська мова для науковців” (V курс)

на тему: Nanotechnologies


Київ 2014

Зміст

Text in English

Translation in Ukrainian1

Glossary

Summary in English

Summary translation

Literature

Text in English

Two Styles Of Technology

Our modern technology builds on an ancient tradition. Thirty thousand years ago, chipping flint was the high technology of the day. Our ancestors grasped stones containing trillions of trillions of atoms and removed chips containing billions of trillions of atoms to make their axheads; they made fine work with skills difficult to imitate today. They also made patterns on cave walls in France with sprayed paint, using their hands as stencils. Later they made pots by baking clay, then bronze by cooking rocks. They shaped bronze by pounding it. They made iron, then steel, and shaped it by heating, pounding, and removing chips.

We now cook up pure ceramics and stronger steels, but we still shape them by pounding, chipping, and so forth. We cook up pure silicon, saw it into slices, and make patterns on its surface using tiny stencils and sprays of light. We call the products "chips" and we consider them exquisitely small, at least in comparison to axheads.

Our microelectronic technology has managed to stuff machines as powerful as the room-sized computers of the early 1950s onto a few silicon chips in a pocket-sized computer. Engineers are now making ever smaller devices, slinging herds of atoms at a crystal surface to build up wires and components one tenth the width of a fine hair.

These microcircuits may be small by the standards of flint chippers, but each transistor still holds trillions of atoms, and so-called "microcomputers" are still visible to the naked eye. By the standards of a newer, more powerful technology they will seem gargantuan.

The ancient style of technology that led from flint chips to silicon chips handles atoms and molecules in bulk; call it bulk technology. The new technology will handle individual atoms and molecules with control and precision; call it molecular technology. It will change our world in more ways than we can imagine.

Microcircuits have parts measured in micrometers - that is, in millionths of a meter - but molecules are measured in nanometers (a thousand times smaller). We can use the terms "nanotechnology" and "molecular technology" interchangeably to describe the new style of technology. The engineers

of the new technology will build both nanocircuits and nanomachines.

Existing Protein Machines

These protein hormones and enzymes selectively stick to other molecules. An enzyme changes its target's structure, then moves on; a hormone affects its target's behavior only so long as both remain stuck together. Enzymes and hormones can be described in mechanical terms, but their behavior is more often described in chemical terms.

But other proteins serve basic mechanical functions. Some push and pull, some act as cords or struts, and parts of some molecules make excellent bearings. The machinery of muscle, for instance, has gangs of proteins that reach, grab a "rope" (also made of protein), pull it, then reach out again for a fresh grip; whenever you move, you use these machines. Amoebas and human cells move and change shape by using fibers and rods that act as molecular muscles and bones. A reversible, variable-speed motor drives bacteria through water by turning a corkscrew-shaped propeller. If a hobbyist could build tiny cars around such motors, several billions of billions would fit in a pocket, and 150-lane freeways could be built through your finest capillaries.

Simple molecular devices combine to form systems resembling industrial machines. In the 1950s engineers developed machine tools that cut metal under the control of a punched paper tape. A century and a half earlier, Joseph-Marie Jacquard had built a loom that wove complex patterns under the control of a chain of punched cards. Yet over three billion years before Jacquard, cells had developed the machinery of the ribosome. Ribosomes are proof that nanomachines built of protein and RNA can be programmed to build complex molecules.

Then consider viruses. One kind, the T4 phage, acts like a spring-loaded syringe and looks like something out of an industrial parts catalog. It can stick to a bacterium, punch a hole, and inject viral DNA (yes, even bacteria suffer infections). Like a conqueror seizing factories to build more tanks, this DNA then directs the cell's machines to build more viral DNA and syringes. Like all organisms, these viruses exist because they are fairly stable and are good at getting copies of themselves made.

Whether in cells or not, nanomachines obey the universal laws of nature. Ordinary chemical bonds hold their atoms together, and ordinary chemical reactions (guided by other nanomachines) assemble them. Protein molecules can even join to form machines without special help, driven only by thermal agitation and chemical forces. By mixing viral proteins (and the DNA they serve) in a test tube, molecular biologists have assembled working T4 viruses. This ability is surprising: imagine putting automotive parts in a large box, shaking it, and finding an assembled car when you look inside! Yet the T4 virus is but one of many self-assembling structures. Molecular biologists have taken the machinery of the ribosome apart into over fifty separate protein and RNA molecules, and then combined them in test tubes to form working ribosomes again.

To see how this happens, imagine different T4 protein chains floating around in water. Each kind folds up to form a lump with distinctive bumps and hollows, covered by distinctive patterns of oiliness, wetness, and electric charge. Picture them wandering and tumbling, jostled by the thermal vibrations of the surrounding water molecules. From time to time two bounce together, then bounce apart. Sometimes, though, two bounce together and fit, bumps in hollows, with sticky patches matching; they then pull together and stick. In this way protein adds to protein to make sections of the virus, and sections assemble to form the whole.

Protein engineers will not need nanoarms and nanohands to assemble complex nanomachines. Still, tiny manipulators will be useful and they will be built. Just as today's engineers build machinery as complex as player pianos and robot arms from ordinary motors, bearings, and moving parts, so tomorrow's biochemists will be able to use protein molecules as motors, bearings, and moving parts to build robot arms which will themselves be able to handle individual molecules.

Second-Generation Nanotechnology

Despite its versatility, protein has shortcomings as an engineering material. Protein machines quit when dried, freeze when chilled, and cook when heated. We do not build machines of flesh, hair, and gelatin; over the centuries, we have learned to use our hands of flesh and bone to build machines of wood, ceramic, steel, and plastic. We will do likewise in the future. We will use protein machines to build nanomachines of tougher stuff than protein.

As nanotechnology moves beyond reliance on proteins, it will grow more ordinary from an engineer's point of view. Molecules will be assembled like the components of an erector set, and well-bonded parts will stay put. Just as ordinary tools can build ordinary machines from parts, so molecular tools will bond molecules together to make tiny gears, motors, levers, and casings, and assemble them to make complex machines.

Parts containing only a few atoms will be lumpy, but engineers can work with lumpy parts if they have smooth bearings to support them. Conveniently enough, some bonds between atoms make fine bearings; a part can be mounted by means of a single chemical bond that will let it turn freely and smoothly. Since a bearing can be made using only two atoms (and since moving parts need have only a few atoms), nanomachines can indeed have mechanical components of molecular size.

How will these better machines be built? Over the years, engineers have used technology to improve technology. They have used metal tools to shape metal into better tools, and computers to design and program better computers. They will likewise use protein nanomachines to build better nanomachines. Enzymes show the way: they assemble large molecules by "grabbing" small molecules from the water around them, then holding them together so that a bond forms. Enzymes assemble DNA, RNA, proteins, fats, hormones, and chlorophyll in this way - indeed, virtually the whole range of molecules found in living things.

Biochemical engineers, then, will construct new enzymes to assemble new patterns of atoms. For example, they might make an enzyme-like machine which will add carbon atoms to a small spot, layer on layer. If bonded correctly, the atoms will build up to form a fine, flexible diamond fiber having over fifty times as much strength as the same weight of aluminum. Aerospace companies will line up to buy such fibers by the ton to make advanced composites. (This shows one small reason why military competition will drive molecular technology forward, as it has driven so many fields in the past.)

But the great advance will come when protein machines are able to make structures more complex than mere fibers. These programmable protein machines will resemble ribosomes programmed by RNA, or the older generation of automated machine tools programmed by punched tapes. They will open a new world of possibilities, letting engineers escape the limitations of proteins to build rugged, compact machines with straightforward designs.

Engineered proteins will split and join molecules as enzymes do. Existing proteins bind a variety of smaller molecules, using them as chemical tools; newly engineered proteins will use all these tools and more.

Further, organic chemists have shown that chemical reactions can produce remarkable results even without nanomachines to guide the molecules. Chemists have no direct control over the tumbling motions of molecules in a liquid, and so the molecules are free to react in any way they can, depending on how they bump together. Yet chemists nonetheless coax reacting molecules to form regular structures such as cubic and dodecahedral molecules, and to form unlikely-seeming structures such as molecular rings with highly strained bonds. Molecular machines will have still greater versatility in bondmaking, because they can use similar molecular motions to make bonds, but can guide these motions in ways that chemists cannot.

Indeed, because chemists cannot yet direct molecular motions, they can seldom assemble complex molecules according to specific plans. The largest molecules they can make with specific, complex patterns are all linear chains. Chemists form these patterns (as in gene machines) by adding molecules in sequence, one at a time, to a growing chain. With only one possible bonding site per chain, they can be sure to add the next piece in the right place.

But if a rounded, lumpy molecule has (say) a hundred hydrogen atoms on its surface, how can chemists split off just one particular atom (the one five up and three across from the bump on the front) to add something in its place? Stirring simple chemicals together will seldom do the job, because small molecules can seldom select specific places to react with a large molecule. But protein machines will be more choosy.

A flexible, programmable protein machine will grasp a large molecule (the workpiece) while bringing a small molecule up against it in just the right place. Like an enzyme, it will then bond the molecules together. By bonding molecule after molecule to the workpiece, the machine will assemble a larger and larger structure while keeping complete control of how its atoms are arranged. This is the key ability that chemists have lacked.

Like ribosomes, such nanomachines can work under the direction of molecular tapes. Unlike ribosomes, they will handle a wide variety of small molecules (not just amino acids) and will join them to the workpiece anywhere desired, not just to the end of a chain. Protein machines will thus combine the splitting and joining abilities of enzymes with the programmability of ribosomes. But whereas ribosomes can build only the loose folds of a protein, these protein machines will build small, solid objects of metal, ceramic, or diamond - invisibly small, but rugged.

Where our fingers of flesh are likely to bruise or burn, we turn to steel tongs. Where protein machines are likely to crush or disintegrate, we will turn to nanomachines made of tougher stuff.

Nailing Down Conclusions

In everything I have been describing, I have stuck closely to the demonstrated facts of chemistry and molecular biology. Still, people regularly raise certain questions rooted in physics and biology. These deserve more direct answers.

Will the uncertainty principle of quantum physics make molecular machines unworkable?

This principle states (among other things) that particles can't be pinned down in an exact location for any length of time. It limits what molecular machines can do, just as it limits what anything else can do. Nonetheless, calculations show that the uncertainty principle places few important limits on how well atoms can be held in place, at least for the purposes outlined here. The uncertainty principle makes electron positions quite fuzzy, and in fact this fuzziness determines the very size and structure of atoms. An atom as a whole, however, has a comparatively definite position set by its comparatively massive nucleus. If atoms didn't stay put fairly well, molecules would not exist. One needn't study quantum mechanics to trust these conclusions, because molecular machines in the cell demonstrate that molecular machines work.

Will the molecular vibrations of heat make molecular machines unworkable or too unreliable for use?

Thermal vibrations will cause greater problems than will the uncertainty principle, yet here again existing molecular machines directly demonstrate that molecular machines can work at ordinary temperatures. Despite thermal vibrations, the DNA-copying machinery in some cells makes less than one error in 100,000,000,000 operations. To achieve this accuracy, however, cells use machines (such as the enzyme DNA polymerase I) that proofread the copy and correct errors. Assemblers may well need similar error-checking and error-correcting abilities, if they are to produce reliable results.

Will radiation disrupt molecular machines and render them unusable?

High-energy radiation can break chemical bonds and disrupt molecular machines. Living cells once again show that solutions exist: they operate for years by repairing and replacing radiation-damaged parts. Because individual machines are so tiny, however, they present small targets for radiation and are seldom hit. Still, if a system of nanomachines must be reliable, then it will have to tolerate a certain amount of damage, and damaged parts must regularly be repaired or replaced. This approach to reliability is well known to designers of aircraft and spacecraft.

Since evolution has failed to produce assemblers, does this show that they are either impossible or useless?

The earlier questions were answered in part by pointing to the working molecular machinery of cells. This makes a simple and powerful case that natural law permits small clusters of atoms to behave as controlled machines, able to build other nanomachines. Yet despite their basic resemblance to ribosomes, assemblers will differ from anything found in cells; the things they do - while consisting of ordinary molecular motions and reactions - will have novel results. No cell, for example, makes diamond fiber.

The idea that new kinds of nanomachinery will bring new, useful abilities may seem startling: in all its billions of years of evolution, life has never abandoned its basic reliance on protein machines. Does this suggest that improvements are impossible, though? Evolution progresses through small changes, and evolution of DNA cannot easily replace DNA. Since the DNA/RNA/ribosome system is specialized to make proteins, life has had no real opportunity to evolve an alternative. Any production manager can well appreciate the reasons; even more than a factory, life cannot afford to shut down to replace its old systems.

Improved molecular machinery should no more surprise us than alloy steel being ten times stronger than bone, or copper wires transmitting signals a million times faster than nerves. Cars outspeed cheetahs, jets outfly falcons, and computers already outcalculate head-scratching humans. The future will bring further examples of improvements on biological evolution, of which second-generation nanomachines will be but one.

In physical terms, it is clear enough why advanced assemblers will be able to do more than existing protein machines. They will be programmable like ribosomes, but they will be able to use a wider range of tools than all the enzymes in a cell put together. Because they will be made of materials far more strong, stiff, and stable than proteins, they will be able to exert greater forces, move with greater precision, and endure harsher conditions. Like an industrial robot arm - but unlike anything in a living cell - they will be able to rotate and move molecules in three dimensions under programmed control, making possible the precise assembly of complex objects. These advantages will enable them to assemble a far wider range of molecular structures than living cells have done.

Is there some special magic about life, essential to making molecular machinery work?

One might doubt that artificial nanomachines could even equal the abilities of nanomachines in the cell, if there were reason to think that cells contained some special magic that makes them work. This idea is called " HYPERLINK "http://www.astro.virginia.edu/~eww6n/bios/VitalismTheory.html" vitalism." Biologists have abandoned it because they have found chemical and physical explanations for every aspect of living cells yet studied, including their motion, growth, and reproduction. Indeed, this knowledge is the very foundation of biotechnology.

Nanomachines floating in sterile test tubes, free of cells, have been made to perform all the basic sorts of activities that they perform inside living cells. Starting with chemicals that can be made from smoggy air, biochemists have built working protein machines without help from cells. R. B. Merrifield, for example, used chemical techniques to assemble simple amino acids to make bovine pancreatic ribonuclease, an enzymatic device that disassembles RNA molecules. Life is special in structure, in behavior, and in what it feels like from the inside to be alive, yet the laws of nature that govern the machinery of life also govern the rest of the universe.

The case for the feasibility of assemblers and other nanomachines may sound firm, but why not just wait and see whether they can be developed?

Sheer curiosity seems reason enough to examine the possibilities opened by nanotechnology, but there are stronger reasons. These developments will sweep the world within ten to fifty years - that is, within the expected lifetimes of ourselves or our families. What is more, the conclusions of the following chapters suggest that a wait-and-see policy would be very expensive - that it would cost many millions of lives, and perhaps end life on Earth.

Is the case for the feasibility of nanotechnology and assemblers firm enough that they should be taken seriously? It seems so, because the heart of the case rests on two well-established facts of science and engineering. These are (1) that existing molecular machines serve a range of basic functions, and (2) that parts serving these basic functions can be combined to build complex machines. Since chemical reactions can bond atoms together in diverse ways, and since molecular machines can direct chemical reactions according to programmed instructions, assemblers definitely are feasible.

Nanocomputers

Assemblers will bring one breakthrough of obvious and basic importance: engineers will use them to shrink the size and cost of computer circuits and speed their operation by enormous factors.

With today's bulk technology, engineers make patterns on silicon chips by throwing atoms and photons at them, but the patterns remain flat and molecular-scale flaws are unavoidable. With assemblers, however, engineers will build circuits in three dimensions, and build to atomic precision. The exact limits of electronic technology today remain uncertain because the quantum behavior of electrons in complex networks of tiny structures presents complex problems, some of them resulting directly from the uncertainty principle. Whatever the limits are, though, they will be reached with the help of assemblers.

The fastest computers will use electronic effects, but the smallest may not. This may seem odd, yet the essence of computation has nothing to do with electronics. A digital computer is a collection of switches able to turn one another on and off. Its switches start in one pattern (perhaps representing 2 + 2), then switch one another into a new pattern (representing 4), and so on. Such patterns can represent almost anything. Engineers build computers from tiny electrical switches connected by wires simply because mechanical switches connected by rods or strings would be big, slow, unreliable, and expensive, today.

The idea of a purely mechanical computer is scarcely new. In England during the mid-1800s, Charles Babbage invented a mechanical computer built of brass gears; his co-worker Augusta Ada, the Countess of Lovelace, invented computer programming. Babbage's endless redesigning of the machine, problems with accurate manufacturing, and opposition from budget-watching critics (some doubting the usefulness of computers!), combined to prevent its completion.

In this tradition, Danny Hillis and Brian Silverman of the MIT Artificial Intelligence Laboratory built a special-purpose mechanical computer able to play tic-tac-toe. Yards on a side, full of rotating shafts and movable frames that represent the state of the board and the strategy of the game, it now stands in the Computer Museum in Boston. It looks much like a large ball-and-stick molecular model, for it is built of Tinkertoys.

Brass gears and Tinkertoys make for big, slow computers. With components a few atoms wide, though, a simple mechanical computer would fit within 1/100 of a cubic micron, many billions of times more compact than today's so-called microelectronics. Even with a billion bytes of storage, a nanomechanical computer could fit in a box a micron wide, about the size of a bacterium. And it would be fast. Although mechanical signals move about 100,000 times slower than the electrical signals in today's machines, they will need to travel only 1/1,000,000 as far, and thus will face less delay. So a mere mechanical computer will work faster than the electronic whirl-winds of today.

Electronic nanocomputers will likely be thousands of times faster than electronic microcomputers - perhaps hundreds of thousands of times faster, if a scheme proposed by Nobel Prize-winning physicist Richard Feynman works out. Increased speed through decreased size is an old story in electronics.

Translation in Ukrainian

Два види технології

Наша сучасна технологія грунтується на давній традиції. Тридцять тисяч років тому обтісування каменю було високою технологією. Наші предки брали камені, що містять трильйони трильйонів атомів, і видаляли шари, що містять мільярди трильйонів атомів, щоб зробити із них наконечники для стріл. Вони робили прекрасну роботу з майстерністю, яку важко відновити сьогодні.

Також вони робили малюнки на стінах печер у Франції розпиленням фарби, використовуючи свої руки і трафарети. Пізніше вони робили горщики обпаленням глини, потім - бронзу, обпікаючи породу. Вони надавали бронзі форму, виковуючи її. Вони робили залізо, потім сталь, і надавали їм форму, нагріваючи, виковуючи і знімаючи стружку.

Ми тепер готуємо чисту кераміку і більш міцні сталі, але ми все ще надаємо їм форму за допомогою виковуванія, зняття стружки тощо. Ми готуємо чистий кремній, пиляємо його в пластини і робимо малюнок на поверхні, використовуючи крихітні трафарети і пучки світла. Ми називаємо ці вироби "чіпами" і вважаємо, що вони малі, принаймні, у порівнянні з наконечниками стріл.

Наша мікроелектронна технологія зуміла загнати машини, такі ж потужні, як комп'ютери розміром в кімнату на початку 1950-х у кілька кремнієвих чіпів в кишеньковому комп'ютері. Інженери тепер роблять пристрої менші, ніж будь-коли, розкидаючи групи атомів по поверхні кристала так, щоб утворювалися зв'язку та компоненти в одну десяту товщини найтоншого волоса.

Ці мікросхеми можуть вважатися маленькими в стандартах тесальщиків кременю, але кожен транзистор все ще містить трильйони атомів, і так звані "мікрокомп'ютери" все ще видимі неозброєним оком. За стандартами більш нової, більш потужної технології вони будуть виглядати гігантськими.

Стародавній стиль технології, який можна простежити від пластів кременю до кремнієвих чіпів, зв’язується з атомами і молекулами у великих сукупностях; назвемо це балк-технологією (bulk - оптовий). Нова технологія буде маніпулювати індивідуальними атомами і молекулами, під контролем - назвемо таку технологію молекулярною. Вона змінить наш світ у більшій кількості областей, ніж ми можемо уявити.

Мікросхеми мають частини, вимірювані в мікрометрах, тобто в мільйонних частках метра, але молекули вимірюються в нанометрів (у тисячу разів менше). Ми можемо використовувати терміни "нанотехнологія" і "молекулярна технологія" , що є взаємно замінюваними для опису нового виду технології. Розробники нової технології будуть будувати і наносхеми, і наномашини.

Існуючі білкові машини

Ці гормони білка і ферменти вибірково прилипають до інших молекул. Фермент змінює структуру ланцюга, потім йде далі; гормон впливає на поведінку ланцюга тільки поки обидва залишаються пов'язаними разом. Ферменти і гормони можуть бути описані в термінах механіки, але їх поведінку краще описується в хімічних термінах.

Але інші білки виконують прості механічні функції. Деякі тягнуть і штовхають, деякі діють як шнури або розпірки, і частини деяких молекул є чудовими підпорами. Механізм м'язів, наприклад, має набори білків, які захоплюють "мотузку" (також зроблену з білка), тягнуть її, потім відходять, щоб захопити нову; у всіх випадках, коли ви рухаєтеся, ви використовуєте ці машини. Амеби і людські клітини рухаються і змінюють форму, використовуючи волокна і палички, які діють як м'язи і кістки молекул. Реверсивний, із змінною швидкістю двигун штовхає бактерію у воді, повертаючи пропелери у формі спіралі. Якщо любитель б міг побудувати мініатюрні автомобільчики навколо такого двигуна, кілька мільярдів поміщалися б у кишеню, а через ваш найтонший капіляр могла б бути побудована 150-смугова магістраль.

Прості молекулярні пристрої комбінуються для формування системи, схожої на промислові машини. У 1950-их інженери розробляли верстати, які ріжуть метал під контролем перфорованої паперової стрічки. Півтора століття раніше Джозеф-Мері Жаккард побудував ткацький верстат, який ткав складні малюнки під контролем послідовності перфорованих карт. Однак більше трьох мільярдів років до Жаккарда, клітини розробили механізм рибосоми. Рибосоми довели, що наномашини, побудовані з білка і РНК, можуть запрограмувати на побудову складних молекул.

Тепер розглянемо віруси. Один вид, фаза T4, діє подібно шприцу з пружиною і нагадує щось з промислового каталогу запчастин. Він може припадати до бактерії, пробивати отвір і вводити вірусний ДНК (так, навіть бактерії страждають заразними хворобами). Подібно всім організмам, ці віруси існують тому, що вони досить стабільні і добре вміють робити копії себе.

У клітинах чи ні, наномашини підкоряються універсальним законам природи. Звичайні хімічні зв'язки тримають їх атоми разом, і звичайні хімічні реакції (керовані іншими наномашинами) їх збирають. Молекули білка можуть навіть з'єднуватися для утворення машин без спеціальної допомоги, рухомі тільки тепловим збудженням і хімічними силами. Перемішуючи вірусні білки (і ДНК, які вони обслуговують) у випробувальній пробірці, молекулярні біологи збирали працюють віруси T4. Це вміння дивно: уявіть собі, що ви складаєте частини автомобіля у велику коробку, струшуєте її, і коли заглядаєте всередину - виявляєте там зібраний автомобіль! Однак цей вірус Т4 - тільки один з багатьох структур. Молекулярні біологи розібрали механізм рибосоми на п'ятдесят окремих білків і молекул РНК і потім помістили їх у випробувальну пробірку, і вони утворили працюючу рибосому знову.

Щоб бачити, як це виходить, уявіть різні ланцюги білків T4, плаваючі у воді. Кожен вид білка згортається і утворює шматок зі специфічними для нього опуклостями і западинами, покритий характерними наборами з молекул жиру, води і електричним зарядом. Уявіть собі як вони гуляють вільно і повертають, штовхаючись від температурних вібрацій оточуючих молекул води. Час від часу їх пари вдаряються, потім розходяться. Іноді пара вдаряється так, що опуклості одного підходять під западини іншого і клейкі ділянки відповідають один одному; тоді вони притягуються один до одного і прилипають. Таким чином, білок додається до іншого білка і утворює частини вірусу, а частини збираються і утворюють ціле.

Інженери по білках не потребуватимуть наноманіпуляторів і наноричагів, щоб збирати складні наномашини. Однак крихітні маніпулятори будуть корисні, і вони будуть побудовані. Точно так само, як сьогоднішні інженери будують такі складні машини як роялі і маніпулятори робота зі звичайних моторів, підшипників і рухомих частин, завтрашні біохіміки будуть здатні використовувати молекули білка як двигуни, підшипники і рухомі частини, щоб будувати маніпулятори роботів, які самі будуть здатні маніпулювати окремими молекулами.

Друге покоління Нанотехнології

Як тільки нанотехнологія рушить далі використання білків, вона буде ставати більш звичайною з погляду інженера. Молекули будуть збиратися подібно компонентам набору монтажника, а добре пов'язані частини залишатимуться на своїх місцях. Так само як звичайні інструменти будують звичайні машини з частин, так само і молекулярні інструменти будуть пов'язувати молекули так, щоб утворювати крихітні двигуни, мотори, важелі, обшивки і збирати їх в складні машини.

Частини, що містять тільки кілька атомів, будуть горбистими, але інженери можуть працювати з горбистими частинами, якщо вони мають гладкі підпори, їх підтримують. Досить зручно, деякі зв'язки між атомами роблять прекрасні підпори; частина може бути встановлена у вигляді єдиною хімічного зв'язку, яка дозволятиме повертати її вільно і плавно. Так як підпора може бути зроблена з використанням тільки двох атомів (і оскільки для рухомих частин потрібно лише кілька атомів), наномашини можуть насправді мати механічні компоненти розміру молекули.

Як ці вдосконалені машини будуть побудовані? За ці роки інженери використовували технологію, щоб поліпшити технологію. Вони використовували металеві інструменти, щоб оформляти метал в кращі інструменти, і комп'ютери, щоб проектувати і програмувати кращі комп'ютери. Вони будуть аналогічно використовувати білкові наномашини, щоб будувати кращі наномашини. Ферменти вказують шлях: вони збирають великі молекули, "вихоплюючи" маленькі молекули з води, в якій вони перебувають, і утримують їх разом так, що утворюються зв'язку. Ферменти збирають цим способом ДНК, РНК, білки, жири, гормони і хлорофіл - насправді, практично весь спектр молекул, які виявляються в живих організмах.

Далі інженери-біохіміки будуватимуть нові ферменти, щоб зібрати нові структури атомів. Наприклад, вони могли б робити ферментоподібну машину, яка буде приєднувати вуглецеві атоми до маленького цятки, шар на шар. Будучи правильно пов'язані, атоми будуть нарощуватися і формувати прекрасне, гнучке алмазне волокно, більш ніж у п'ятдесят разів міцніше, ніж алюміній того ж ваги. Аерокосмічні компанії будуть вибудовуватися в чергу, щоб купувати таке волокно тоннами, щоб робити деталі з поліпшеними характеристиками (це показує тільки одну маленьку причину, чому конкуренція у військовій сфері буде рухати молекулярну технологію вперед, як вона рухала багато сфер в минулому).

Але дійсно великий прогрес буде тоді, коли білкові машини будуть здатні робити структури більш складні, ніж прості волокна. Ці програмовані білкові машини будуть схожими на рибосоми, програмовані РНК, або старе покоління автоматизованих верстатів, програмований перфорованими стрічками. Вони відкриють новий світ можливостей, дозволяючи інженерам уникнути обмеження білків для побудови міцних компактних машин прямим проектуванням.

Проектовані білки розщеплюватимуть і з'єднувати молекули, як це роблять ферменти. Існуючі білки пов'язують безліч менших молекул, використовуючи їх як хімічні інструменти; заново проектовані білки будуть використовувати всі ці інструменти тощо.

Далі, органічні хіміки показали, що хімічні реакції можуть приносити чудові результати, розставляючи молекули по потрібних місцях навіть без наномашин. Хіміки не мають ніякого прямого контролю над пустотливими рухами молекул в рідині, тому молекули вільні реагувати будь-яким чином, яким вони можуть, залежно від того, як вони стикаються. Однак хіміки проте домагаються, щоб реагуючі молекули утворювали правильні структури, такі як кубічні або дванадцятигранні молекули, і утворювати структури, що виглядають неймовірно, такі як молекулярні кільця з високонапруженними зв'язками. Молекулярні машини будуть мати ще більшу нестійкість в утворенні зв'язків, тому що вони можуть використовувати подібні молекулярні руху для утворення зв'язків, але вони можуть виконувати ці рухи такими способами, якими не можуть хіміки.

Дійсно, оскільки хіміки ще не можуть направити молекулярні рухи, вони рідко здатні збирати складні молекули відповідно до певними планами. Найбільші молекули, які вони можуть робити з певними складними структурами, - це лінійні ланцюга. Хіміки формують ці структури (як у механізмах гена), додаючи молекули по одній послідовно до зростаючої ланцюга. Тільки з одним можливим ділянкою зв'язування в ланцюзі вони можуть бути впевнені, що додали наступну частину в правильному місці.

Але якщо округлена, горбиста молекула має, скажімо, сотню водневих атомів на своїй поверхні, як хіміки можуть відколоти тільки один специфічний атом (5 атомів вгору і 3 атома по діагоналі спереду на опуклості), щоб додати щось на його місце? Змішування разом простих хімікалій рідко зробить цю роботу, оскільки маленькі молекули рідко можуть вибрати специфічні місця, з якими треба реагувати у великих молекулах. Але протеїнові машини будуть більш виборчими.

Гнучка, програмована білкова машина схопить велику молекулу (об'єкт роботи), в той час як маленька молекула буде встановлена саме навпроти правильного місця. Подібно ферменту, вона тоді вона зв'яже молекули разом. Прив'язуючи молекулу за молекулою до збираюся шматку, машина буде збирати все більшу і більшу структуру, в той час як буде зберігатися повний контроль над тим, як його атоми впорядковані. Це є ключове вміння, яким не володіють хіміки.

Подібно рибосомам, такі наномашини можуть працювати під управлінням молекулярних стрічок. На відміну від рибосом, вони будуть мати справу з широким розмаїттям маленьких молекул (не тільки амінокислот) і приєднувати їх до збираюся об'єкту не тільки в кінці ланцюга, але і в будь-якому бажаному місці. Білкові машини, таким чином, об'єднають розщеплюють і склеюючі здатності ферментів з можливістю програмування рибосом. Але в той час як рибосоми можуть будувати тільки нещільні складки білка, ці білкові машини будуть будувати маленькі, тверді об'єкти з металу, кераміки або алмазу - невидимо маленькі, але міцні.

Так як наші пальці з плоті схильні до забоїв або опіків, ми звертаємося до сталевих кліщів. Там, де білкові машини, ймовірно, можуть бути зруйновані або розпадуться, ми звернемося до наномашини, зробленим з більш жорсткого матеріалу.

Універсальні асемблери

Це друге покоління наномашин, побудованих не просто з білків, вони будуть робити все, що можуть робити білки, і більше того. Зокрема, деякі будуть служити як удосконалені пристрої для складання молекулярних структур. Стійкі до кислоти або вакууму, заморожування або нагріванню, залежно від мети використання, ферментоподібні машини другого покоління будуть здатні використовувати як "інструментів" майже будь-яку з молекул, використовуваних хіміками в реакціях, але вони будуть з ними поводитися з точністю програмованих машин. Вони будуть здатні зв'язати атоми для отримання практично будь стійкої структури, додаючи потроху за раз до поверхні робочого шматка до тих пір, поки складна структура не буде завершена. Думайте про наномашини як про асемблерах.

Оскільки асемблери дозволять нам розміщувати атоми майже будь-яким розумним чином, вони дозволять нам будувати майже все що завгодно, чому закони природи дозволяють існувати. Зокрема, вони дозволять нам будувати майже все що завгодно, що ми можемо розробити, включаючи нові асемблери. Наслідки цього будуть глибокими, тому що наші грубі інструменти дозволяють нам досліджувати тільки малу частину всього спектра можливостей, які дозволяє природа. Асемблери відкриють світ нових технологій.

Успіхи в медичних, космічних, обчислювальних, військових технологіях - всі вони залежать від нашої здатності впорядковувати атоми. З асемблера ми будемо здатні повторно переробити наш світ або знищити його. На цьому етапі здається розумним відступити назад і подивитися настільки уважно, наскільки це можливо, щоб переконатися, що асемблери і нанотехнологія - не просто футурологічний міраж.

Які будуть висновки?

У всьому, що описано вище, значною мірою все ґрунтується на доведених фактах хімії та молекулярної біології. Однак люди регулярно піднімають деякі питання, що йдуть коренями в фізику і біологію. Ці питання заслуговують більш прямих відповідей.

Чи не зробить принцип невизначеності квантової фізики молекулярні машини нездійсненними?

Крім усього іншого цей принцип говорить про те, що неможливо визначити точне місце розташування частинки протягом будь-якого відрізка часу. Це обмежує те, що можуть робити молекулярні машини, так само як і обмежує те, що може робити що завгодно ще. Тим не менш, обчислення показують, що принцип невизначеності накладає мало суттєвих обмежень на те, наскільки добре атоми можна розміщувати на свої місця, принаймні, для тих цілей, які вимальовуються тут. Принцип невизначеності робить розташування електронів досить розпливчастим, і насправді ця розпливчастість визначає сам розмір і структуру атомів. Атом як ціле, однак, має порівняно певне місце розташування, встановлене своєму відносно масивного ядра. Якби атоми не додержували своє становище порівняно добре, молекули б не існували. Квантової механіки не потрібно, щоб довести ці висновки, оскільки молекулярні машини в клітці демонструють те, що молекулярні машини працюють.

Чи не зроблять теплові вібрації молекул молекулярні машини непрацездатними або занадто ненадійними, щоб їх використовувати?

Теплові коливання заподіють більші проблеми, ніж принцип невпевненості, однак тут знову існуючі молекулярні машини безпосередньо демонструють, що молекулярні машини можуть працювати при звичайних температурах. Незважаючи на теплові коливання, механізми копіювання ДНК в деяких клітинах роблять менше ніж одну помилку на 100 млрд операцій. Щоб досягти такої точності, однак, клітини використовують машини (такі як фермент ДНК-полімераза I), які перевіряють копію і виправляють помилки. Для асемблерів цілком може бути необхідні аналогічні здатності перевірки та виправлення помилок, якщо вони призначені видавати надійні результати.

Чи не буде радіація руйнувати молекулярні машини або робити їх непридатними для використання?

Радіація високої енергії може порушувати хімічні зв'язки і руйнувати молекулярні машини. Живі клітини ще раз показують, що рішення існують: вони працюють протягом років, відновлюючи і замінюючи пошкоджені радіацією частини. Однак оскільки кожна окрема машина така крихітна, вона являє собою маленьку мету для радіації, і радіація рідко в неї потрапляє. Все ж, якщо система наномашин повинна бути надійна, то вона повинна витримувати певну кількість пошкоджень, а пошкоджені частини повинні регулярно лагодитися або замінюватися. Цей підхід до надійності добре знайомий розробникам літаків і космічних кораблів.

Еволюція не зуміла справити асемблери, не говорить це про те, що вони є або неможливими, або марними?

Відповідаючи на попередні питання, ми частково посилалися на вже працюючі молекулярні машини клітин. Вони являють собою просте і потужне доказ того, що закони природи дозволяють маленьким групам атомів вести себе як керовані машини, здатні будувати інші наномашини. Однак попри те, що вони в основі нагадують рибосоми, асемблери будуть відрізнятися від усього, що знаходиться в клітинах; хоча вони складаються в звичайних рухах молекул і реакціях, те, що вони роблять, матиме нові результати. Наприклад, жодна клітина не виробляє алмазного волокна.

Думка, що нові види наномашин дадуть нові корисні здібності, може здаватися приголомшливою: за всі мільярди років розвитку життя в основі завжди покладалася тільки на білкові машини. Але чи говорить це про те, що вдосконалення були неможливі? Еволюція йде невеликими змінами, і еволюція ДНК не може легко замінити ДНК. Так як система ДНК-РНК-рибосома спеціалізована для побудови білків, життя не мала ніякої реальної можливості розвинути альтернативний варіант. Будь виробничий менеджер добре може оцінити причини цього; життя - більше ніж фабрика, вона не може собі дозволити припинити діяльність, щоб замінити свої системи на нові.

Покращені молекулярні машини повинні нас дивувати не більш, ніж сплав сталі, який в десять разів міцніше кістки, або мідні дроти, що передають сигнали в мільйон разів швидше нервів. Автомобілі обганяють гепардів, реактивні літаки літають швидше соколів, і комп'ютери вже вважають швидше найталановитіших з людей. Майбутнє дасть нові приклади поліпшень в біологічної еволюції, з яких друге покоління наномашин буде лише одним.

У фізичних термінах, досить ясно, чому вдосконалені асемблери будуть здатні робити більше, ніж існуючі білкові машини. Вони будуть програмуватися подібно рибосомам, але вони будуть здатні використовувати більш широкий діапазон інструментів, ніж всі ферменти в клітці разом узяті. Оскільки вони будуть зроблені з матеріалів, набагато більш міцних, твердих і стійких, ніж білки, вони будуть здатні розвивати великі потужності, рухатися з більшою точністю і виносити більш суворі умови. Подібно промисловим маніпуляторам, але на відміну від чого-небудь в живій клітині, вони будуть здатні обертатися і рухати молекули в трьох вимірах під програмним управлінням, роблячи можливим точну збірку складних об'єктів. Ці переваги будуть давати їм можливість збирати набагато більш широкий спектр молекулярних структур, ніж це робили живі клітини.

Чи не має життя в собі щось особливе надприродне, без чого молекулярні машини не будуть працювати?

Можна було б сумніватися, що штучні наномашини могли б навіть наблизитися до здібностей наномашин в клітці, якби була причина думати, що в клітинах є щось надприродне, що змушує їх працювати. Ця ідея називається "віталізм". Біологи відмовилися від неї, тому що вони знайшли хімічні та фізичні пояснення для кожного вже вивченого аспекту живої клітини, включаючи рух, ріст і відтворення. Дійсно, це знання є самою основою біотехнології.

Наномашини, плаваючі в стерильних випробувальних пробірках поза клітинами, змусили виконувати всі основні види дій, які вони виконують усередині живих клітин. Починаючи з хімічних речовин, які можуть бути отримані з диму, біохіміки побудували працюють білкові машини без допомоги клітин. Р.Б. Мерріфілд, наприклад, використовував хімічні прийоми для складання простих амінокислот у рибонуклеазу підшлункової залози бичка, комплекс ферментів, який розбирає на частини молекули РНК. Життя специфічна за структурою, з поведінки, а також по тому, що вона відчуває зсередини з приводу того, що вона жива, але закони природи, які керують механізмами життя, також керують усією іншою всесвіту.

Докази реалізованості ассемблеров та інших наномашин можуть здаватися обгрунтованим, але чому б просто не почекати і не подивитися, чи дійсно вони можуть бути розроблені?

Чисте цікавість здається достатньою причиною, щоб дослідити можливості, відкриті нанотехнологією, але є більш сильні причини. Ці досягнення охоплять світ в межах від десяти до п'ятдесяти років, тобто в межах строків життя наших власних або членів наших сімей. Що більш істотно, укладення наступної глави підказують, що політика "почекаємо-подивимося" була б занадто дорогою: вона б коштувала мільйони життів, і, можливо, життя на Землі.

Чи є доказ реалізованості нанотехнології і ассемблерів достатньо обґрунтованим, щоб бути прийнятим серйозно? Мабуть, це так, оскільки суть докази спирається на два відомих факту науки і конструювання: (1) існуючі молекулярні машини служать цілому ряду простих функцій, (2) частини, службовці цим простим функціям, можуть бути скомбіновані так, щоб будувати складні машини . Оскільки хімічні реакції можуть пов'язувати атоми різним чином і оскільки молекулярні машини можуть направляти хімічні реакції відповідно до програмних інструкціями, асемблери виразно реалізовуються.

Нанокомп'ютер

Асемблери принесуть одне велике досягнення очевидної і фундаментальної важливості: інженери будуть їх використовувати, щоб скоротити розмір і вартість мікросхем комп'ютера і прискорити їх функціонування на багато порядків.

З сьогоднішньої балк-технологією інженери роблять схеми на кремнієвих чіпах, обстрілюючи їх атомами і фотонами, але схеми залишаються плоскими, і неминучі дефекти молекулярного масштабу. З асемблера, проте, інженери будуть будувати схеми в трьох вимірах, з точністю до атома. Точні обмеження електронної технології сьогодні залишаються невизначеними, оскільки квантове поведінку електронів в складних мережах крихітних структур являє собою складні проблеми, деякі з них виникають безпосередньо з принципу невизначеності. Але де б не були обмеження, однак, вони будуть досягнуті за допомогою асемблерів.

Найшвидші комп'ютери будуть використовувати електронні ефекти, але найменші можуть не використовувати. Це може здаватися дивним, проте сутність обчислення не має ніякого відношення до електроніки. Цифровий комп'ютер - збори вимикачів, здатних включати і вимикати один одного. Його перемикачі починають в одному положенні (можливо, представляє собою 2 + 2), далі перемикають один одного в нове положення (що представляє собою 4) і т.д. Такі схеми можуть відображати майже все що завгодно. Інженери будують комп'ютери з крихітних електронних перемикачів, пов'язаних проводами, просто тому, що механічні перемикачі, пов'язані паличками або ниточками, були б сьогодні великими, повільними, ненадійними і дорогими.

Ідея щодо повністю механічного комп'ютера навряд чи нова. В Англії протягом середини 1800-х Чарльз Беббідж винайшов механічний комп'ютер, побудований з мідних механічних частин; його співробітниця серпня Ада винайшла програмування комп'ютера. Нескінченне перепроектування машини Беббіджем, проблеми з правильним виготовленням, протидія критиків, контролюючих бюджет (деякі сумнівалися в самій корисності комп'ютерів!), Об'єдналися, щоб перешкодити завершенню проекту.

У цій же традиції Денні Хілліс і Брайен Сильверман лабораторії Штучного інтелекту Масачусетського Технологічного інституту побудували спеціалізований механічний комп'ютер, що вміє грати в хрестики-нулики. Завдовжки і шириною в кілька метрів, повний обертових валів і рухливих рамок, який представляли стан дошки і стратегію гри, він зараз стоїть у Музеї комп'ютерів в Бостоні. Він виглядає багато в чому подібно великої молекулярної моделі з кульок і паличок, оскільки він побудований з конструктора Тінкертой.

Мідні механізми і конструктор Тінкертой сприяють появі великих, повільних комп'ютерів. Однак з компонентами шириною в декілька атомів, простий механічний комп'ютер помістився б у 1/100 кубічного мікрона, тобто виявився б у багато мільярдів разів більш компактним, ніж сьогоднішня так звана мікроелектроніка. Навіть з мільярдом байт пам'яті наномеханічний комп'ютер міг би поміститися в коробочку шириною один мікрон, тобто розміром з бактерію. І був би він швидким! Хоча механічні сигнали рухаються приблизно в 100 000 разів повільніше, ніж електричні сигнали в сьогоднішніх машинах, їм би було потрібно проходити лише 1/1 000 000 відстані, тому затримка виявилася б менше. Тому простий механічний комп'ютер буде працювати швидше, ніж супершвидкі електронні сьогодні.

Електронні нанокомп'ютер, ймовірно, будуть в тисячі разів швидше, ніж електронні мікрокомп'ютери, можливо, в сотні тисяч разів швидше, якщо схема, запропонована Нобелівським лауреатом, фізиком Річардом Фейнманом, себе виправдає. Збільшена швидкість шляхом зменшення розміру - це стара історія в електроніці.

2.1.Glossary

Agitation – хвилювання

Amoebas - амеби

Ancestor - предок

Artificial - штучний

Bead - бусинка

Beam - промінь

Bovine pancreatic ribonuclease – рибонуклеаза підшлункової залози бичка

Brass gears – мідні механічні частини

Bulk – велика сукупність

Casing - обшивка

Cheetah - гепард

Clump - група

Composite - деталь

Computation – обчислювальні технології

Conqueror - завойовник

Cords of struts – шнури розпорки

Corkscrew-shaped – в формф спіралі

Crude - грубий

Diamond fiber – алмазне волокно

Dodecahedral – дванадцятигранний

Dye - краситель

Enormous - огромный

Erector set – набір монтажника

Essential notion – важлива дія

Exquisitely - дивно

Falcon - сокіл

Fiber - волокно

Firm - обгрунтований

Fist - кулак

Flesh - плоть

Flint - кремній

Fluid - рідина

Gang - набір

Gargantuan - гігантський

Gelatin - желатин

Haphazardly – випадковим чином

Harsh – різкий

Hobbyist - любитель

Hollow - западина

Hub - спиця

Indirectly – непрямо

Inevitable - неминучий

Interchangeably - взаємозамінно

Jigsaw puzzle - кросворд

Lever - ричаг

Likelihood - вірогідність

Living cells – живі клітини

Loom – ткацький станок

Marble – мармурова куля

Matter - матерія

Mere - простий

Network - ланцюг

Novel - новий

Noxious byproducts – шкідливі побічні продукти

Obvious - очевидний

Odd - дивний

Ordinarily - зазвичай

Oxidizers – окиснювачі

Pattern - малюнок

Plausible - можливий

Profound - глубокий

Prospect – вид, перспектива

Reliance - використання

Rennin - ренін

Reportedly – по повідомленням

Restriction enzyme – фермент обмеження

Reversible - реверсивний

Reward - виграш

Rigid bodies – тверді частини

Rod - палочка

Rugged - міцний

Scarcely – навряд

Sheer - чистий

Smooth - гладкий

Snap – шматок нитки

Stencil - трафарет

Stiff – жорсткий

Strung – зв'язані

Swift - швидкий

Syringe - шприць

Tissue - тканина

To abandon – відмовлятись

To absorb - абсорбувати

To alter – змінювати

To anchor - прицеплять

To assemble - збирати

To bend - зігнути

To chip - затачивать

Unavoidable - неминучий

Upheavals - зміни

Vats - цистерни

Versatility - універсальність

Vessel - сосуд

Viral - вірусний

Whereas – в той час як

Summary in English

Coal and diamonds, sand and computer chips, cancer and healthy tissue: throughout history, variations in the arrangement of atoms have distinguished the cheap from the cherished, the diseased from the healthy. Arranged one way, atoms make up soil, air, and water; arranged another, they make up ripe strawberries. Arranged one way, they make up homes and fresh air; arranged another, they make up ash and smoke.

Our ability to arrange atoms lies at the foundation of technology. We have come far in our atom arranging, from chipping flint for arrowheads to machining aluminum for spaceships. We take pride in our technology, with our lifesaving drugs and desktop computers. Yet our spacecraft are still crude, our computers are still stupid, and the molecules in our tissues still slide into disorder, first destroying health, then life itself. For all our advances in arranging atoms, we still use primitive methods. With our present technology, we are still forced to handle atoms in unruly herds.

But the laws of nature leave plenty of room for progress, and the pressures of world competition are even now pushing us forward. For better or for worse, the greatest technological breakthrough in history is still to come.

Despite its versatility, protein has shortcomings as an engineering material. Protein machines quit when dried, freeze when chilled, and cook when heated. We do not build machines of flesh, hair, and gelatin; over the centuries, we have learned to use our hands of flesh and bone to build machines of wood, ceramic, steel, and plastic. We will do likewise in the future. We will use protein machines to build nanomachines of tougher stuff than protein.

Assemblers will bring one breakthrough of obvious and basic importance: engineers will use them to shrink the size and cost of computer circuits and speed their operation by enormous factors.

With today's bulk technology, engineers make patterns on silicon chips by throwing atoms and photons at them, but the patterns remain flat and molecular-scale flaws are unavoidable. With assemblers, however, engineers will build circuits in three dimensions, and build to atomic precision. The exact limits of electronic technology today remain uncertain because the quantum behavior of electrons in complex networks of tiny structures presents complex problems, some of them resulting directly from the uncertainty principle. Whatever the limits are, though, they will be reached with the help of assemblers.

Summary translation

Вугілля і алмази, пісок і чіпи комп'ютера, рак і здорова тканина - на протязі всієї історії, залежно від упорядкування атомів, виникало дешеве або дорогоцінне, хворе або здорове. Впорядковані одним чином, атоми складають грунт, повітря і воду; впорядковані іншим способом, вони складають стиглу суницю. Впорядковані одним чином, вони утворюють будинки і свіже повітря; впорядковані іншим, вони утворюють золу і дим.

Наша здатність упорядковувати атоми лежить в основі технології. Ми пішли далеко в своїй здатності упорядковувати атоми, від заточування кременя для наконечників стріл до обробки алюмінію для космічних кораблів.

Ми пишаємося нашою технологією, з нашими ліками, що рятують життя, і настільними комп'ютерами. Однак наші космічні кораблі все ще грубі, наші комп'ютери поки ще дурні, а молекули в наших тканинах все ще поступово приходять в безлад, спочатку руйнуючи здоров'я, а потім і саме життя. При всіх наших успіхах у впорядкуванні атомів ми все ще використовуємо примітивні методи впорядкування. При нашій наявної технології ми все ще змушені маніпулювати великими, погано керованими групами атомів.

Але закони природи дають багато можливостей для прогресу, і тиск світової конкуренції навіть тепер штовхає нас вперед. Добре це чи погано, але найбільше технологічне досягнення в історії все ще нас чекає попереду.

Незважаючи на універсальність, білок має недоліки як технічний матеріал. Білкові машини перестають функціонувати при висушуванні, замерзають при охолодженні і зварюються при нагріванні. Ми не будуємо машини з плоті, волосся і желатину; за багато століть ми навчилися використовувати свої руки з плоті і кісток, щоб будувати машини з дерева, кераміки, сталі та пластмаси. Аналогічно ми будемо поступати в майбутньому. Ми будемо використовувати протеїнові машини, щоб будувати наномашини з міцнішої речовини, ніж білки.

Асемблери принесуть одне велике досягнення очевидної і фундаментальної важливості: інженери будуть їх використовувати, щоб скоротити розмір і вартість мікросхем комп'ютера і прискорити їх функціонування на багато порядків.

З сьогоднішньої балк-технологією інженери роблять схеми на кремнієвих чіпах, обстрілюючи їх атомами і фотонами, але схеми залишаються плоскими, і неминучі дефекти молекулярного масштабу. З асемблера, проте, інженери будуть будувати схеми в трьох вимірах, з точністю до атома. Точні обмеження електронної технології сьогодні залишаються невизначеними, оскільки квантове поведінку електронів в складних мережах крихітних структур являє собою складні проблеми, деякі з них виникають безпосередньо з принципу невизначеності. Але де б не були обмеження, однак, вони будуть досягнуті за допомогою асемблерів.


← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

переклад.docx

переклад.docx
Размер: 55.1 Кб

.

Пожаловаться на материал

Реферат з дисципліни “Англійська мова для науковців” на тему: “Nanotechnologies”

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Основные макроэкономические показатели и их измерение

Система национальных счетов. Национальный доход. Сущность национального счетоводства. Система национальных счетов. Основные макроэкономические показатели, принципы и методы их расчета. Взаимосвязь различных макроэкономических показателей. Национальное богатство и его структура

Маркхейм (Убийца). Роберт Луис Стивенсон

Адміністративно-територіальна реформа і реформа самоврядування в Україні: складові моделі народного капіталізму

Круглий стіл на тему: «Адміністративно-територіальна реформа і реформа самоврядування в Україні: складові моделі народного капіталізму»  у рамках проекту  Громадської спілки «Громадянський центр розвитку суспільства»

Дизайн архитектурной среды

Основы эргономики. Этапы развития, понятия эргономики. Эргономический расчет параметров рабочего места. Эргономика и оборудование отдельных видов среды. Оборудование жилой среды. Оборудование интерьеров общественных зданий. Эргономические аспекты восприятия и проектирования среды. Архитектура, Дизайн среды, Искусство интерьера.

Образовательная система Англии. English

Письменный перевод

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok