Нанотехнологии. Правда и вымысел - Виктор Балабанов

Американский ученый Г. Моравек, используя данные о структуре сетчатки глаза человека, еще в 1997 году произвел необходимые вычисления и сравнил их с известными требованиями к компьютерным ресурсам в задаче распознавания образов в машинном зрении. Полученное значение для всего человеческого мозга оказалось равным 1014 операций, что на три порядка меньше, чем верхняя граница, вычисленная в предположении, что избыточности нет.

По мнению Бострома, трудно найти основание, заставляющее предположить, что избыточность в сетчатке больше, чем в коре. Если и есть отличие в избыточности, то скорее, наоборот, в сетчатке она меньше: распознавание образов – задача более низкого уровня по сравнению с высшими когнитивными процессами, а значит, более оптимизирована (эволюцией и индивидуальным обучением).

Требуемая вычислительная мощность должна была стать реальностью уже в 2008 году, если принять время удвоения по закону Мура равным 12 или 18 месяцам. Однако может пройти еще до десятка лет, прежде чем обычные ученые, исследующие возможности искусственного интеллекта, смогут получить шанс экспериментировать с машинами подобной производительности.

В своей книге «Дети разума» Г. Моравек, рассуждая о влиянии «закона Мура» на развитие цивилизации, предсказывает будущее робототехники. Он утверждает, что в 2010 году появятся модели роботов, чьи интеллектуальные возможности будут идентичны мозгу ящерицы. Они будут использоваться для уборки помещений без вмешательства людей и некоторых других целей. Так вот, этот порог уже достигнут, так как уже сейчас за рубежом серийно выпускаются роботы-пылесосы.

Моравек утверждает, что еще через 20 лет будут созданы модели с умственными способностями обезьяны. Такие роботы смогут без указаний человека определять простейшие технические и бытовые проблемы и задачи и самостоятельно их решать.

Достижение, позволившее ученому сделать такое заявление, – появление дронов с инновационными нововведениями.

Но самое главное, по мнению Моравека, в 2040 году человек сможет закачивать (подключать) свой мозг в компьютер, а после 2040 года будут изобретены роботы, чьи интеллектуальные возможности достигнут уровня умственных способностей людей, а затем, постепенно совершенствуясь, превзойдут их.

При составлении собственного прогноза известный американский ученый, изобретатель и футуролог 61-летний Рэймонд Курцвейл (Ray Kurzweil) уделил особое внимание генетике, нанотехнологиям, компьютерным и когнитивным технологиям, которые, как он считает, в относительно близком будущем смогут послужить залогом человеческого бессмертия.

Как пишет газета Daily Telegraph, Курцвейл считает, что нанотехнологии расширят умственные и физические способности человека, причем до такой высокой степени, что каждый из нас сможет написать книгу за считанные часы, проплыть под водой на одном вдохе огромное расстояние или пробежать стометровку быстрее мирового рекорда.

Следует отметить, что в 80-х годах прошлого столетия Курцвейл предсказал «взрывоподобный» рост Интернета в 1990-е годы и победу компьютера на чемпионате мира 1998 года по шахматам (ошибка составила один год – компьютер Deep Blue обыграл чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова в 1997 году).

Рей Курцвейл опубликовал две книги со своими футурологическими предсказаниями развития человеческой цивилизации: «Эпоха мыслящих машин» [12] (1992 год) и «Эпоха духовных машин» [13] (1998 год) с выводом о неизбежном наступлении технологической сингулярности ориентировочно в 2045 году.

Как и Моравек, Курцвейл утверждает, что к 2020 году персональные компьютеры достигнут вычислительной мощности человеческого мозга. В медицине начнут применяться нанороботы, которые будут не только выполнять лечебные функции, но и смогут доставлять питание непосредственно к клеткам человека и выводить продукты их жизнедеятельности, что в целом соответствует и нашим ожиданиям.

В 2030-е годы наноустройства будут имплантироваться непосредственно в человеческий мозг и смогут осуществлять ввод и вывод необходимых сигналов из клеток мозга. Реализация такой возможности приведет к виртуальной реальности «полного погружения», которая не потребует какого-либо дополнительного оборудования. В развитие данной концепции следует отметить, что, по нашему мнению, это приведет к отсутствию для человека необходимости предшествующего обучения и получения какого бы то ни было образования, в нашем понимании данного процесса.

Курцвейл считает, что в 2040-е годы человеческое тело сможет принимать любую форму, образуемую большим числом нанотехнологических устройств.

Еще через пять лет вся Земля войдет в эпоху превращения в один гигантский компьютер, который постепенно может распространиться на всю Вселенную. Дальнейшее развитие цивилизации даже Курцвейл предсказать затрудняется.

Позволим не согласиться с выводами американского футуролога. Как уже отмечалось, даже в настоящее время имеются группы людей, которые не только не поддерживают данные прогнозы, но и придерживаются противоположных взглядов. Наука, возможно, достигнет соответствующего развития, однако необязательно все человечество пожелает участвовать в этом процессе. Не случайно уже сейчас набирают популярность движение зеленых, вегетарианство, натуральное земледелие и подобные инициативы, способствующие сохранению аутентичности и неповторимого духовного мира человечества.

Рассуждая о создании искусственного разума (или даже суперинтеллекта), следует вспомнить шутку по этому поводу, что в лучшем случае суперкомпьютер откажется работать и найдет на это миллиарды убедительных причин, на то он и супермозг. В худшем – заставит работать на него окружающий персонал, а потом произойдет «восстание машин» в соответствии с американскими фантастическими боевиками. Такое развитие событий теоретически вполне возможно.

Несомненно только одно – электроника в настоящее время находится в стадии интенсивного развития, именно с ней связаны наибольшие ожидания в создании наиболее эффективных нанотехнологических разработок, появлении новых областей и создании новых направлений (устройств и оборудования) применения нанотехнологий в уже существующих сферах.

Наноструктурированные композиционные материалы

Воображение строит свои воздушные замки, когда нет не только хорошего дома, но даже сносной избушки.

Николай Гаврилович Чернышевский, русский публицист, литературный критик, прозаик, экономист, философ

Одна из отраслей промышленности, в которых нанотехнологии развиваются достаточно интенсивно, – это производство наноструктурированных композиционных материалов.

Основные разработки в этой области направлены на создание более прочных, легких и дешевых конструкционных материалов, улучшение уже имеющихся образцов, например металлоконструкций и бетона за счет их легирования нанопорошками, а также создание наноструктурированных композиционных материалов нового поколения (препрегов).

Композит (композиционный материал) – это многокомпонентный материал, состоящий из керамической, полимерной, металлической, углеродной или другой основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодисперсных частиц и т. п.

Препреги – это своего рода машиностроительные и строительные полуфабрикаты на основе частично отвержденных слоистых наполнителей (стеклотканей, углеродных тканей), пропитанных термореактивным связующим.

Путем комбинации состава и свойств наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, а также пространственной ориентации наполнителя получают новые композиционные материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и технологических характеристик.

Армирующие наполнители воспринимают основную часть нагрузки, действующую на весь конструкционный материал. Матрица на основе специальных смол в композите обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжения в наполнителе, определяет тепловую, химическую, влаго-и огнестойкость.

Одним из наиболее известных и широко применяемых в промышленности композиционных материалов является углеволокно, или карбон. В качестве армирующей составляющей в нем выступает кевлар – самый прочный на настоящий момент полимерный материал в мире, работающий на растяжение (при работе на сжатие и изгиб его показатели много хуже). Для повышения механических характеристик волокна кевлара переплетают между собой под определенным углом, добавляя в них резиновые нити, а затем пропитывая всю тканевую конструкцию особыми эпоксидными смолами.

Композитный материал получает эти свойства именно после пропитки соответствующими смолами, которые, заполняя микро– и нанопустоты, соединяют волокна, образуя высокопрочную матрицу.

Пропитка осуществляется таким образом, что заложенные в армирующей основе свойства приобретают более высокие (на 30 %) физико-механические свойства. Нанокомпозиционные препреги можно успешно применять для изготовления корпусов самолетов и вертолетов, лопастей ветроэнергетических установок, строительных конструкций и т. д.