ПОСЛЕСЛОВИЯ

В областях, которые я описал поступь событий стремительна. За последний месяц или около того, случилось или возникло в поле моего внимания несколько разработок:

Несколько групп сейчас работают над конструированием белка, а вновь созданный Центр продвинутых исследований в биотехнологии планирует поддержать эти усилия. Группа в Национальном бюро стандартов совместило два метода молекулярного моделирования способом, решающим для разработки ассемблеров. Успехи также сделаны в использовании компьютеров для планирования молекулярного синтеза.

Гонка по направлению к молекулярной электронике продолжается. Группа Форреста Картера в Военно-морской исследовательской лаборатории США готовит экспериментальную работу, а журнал “Экономист” сообщает, что “японское правительство недавно помогло основать фонд в 30 миллионов долларов с целью исследований по молекулярной электронике.”

Другие успехи могут помочь нам более умно обращаться с быстро приближающимся ассемблерным прорывом. В колледже Дартмунда, Артур Кантрович завершил две экспериментальные процедуры форума поиска фактов, которые исследуют технологию предлагаемых защитных систем от баллистических ракет. Тем временем в университете Браун, Институт исследования информации и гуманитарного образования разрабатывает “рабочую станцию учёного с гипертекстовыми возможностями – прототип системы, предназначенной для использования везде во всех университетах.

Успехи в технологии продолжатся как и успехи в средствах управления ею. С удачей и усилиями, мы можем суметь принять правильные решения и вовремя.

К. Эрик Дрекслер

Июнь 1985 года.

Что бы я скорректировал в “Машинах” сейчас, после нескольких лет обсуждения, критики и технологического прогресса? Первые десять страниц, сообщающие последние успехи в технологии, но заключение осталось бы тем же: мы движемся к ассемблерам, по направлению к эре молекулярного производства, дающего полный и недорогой контроль за структурой материи. Никаких изменений в центральных тезисах бы не было.

Чтобы подытожить некоторые показатели технологического прогресса: “Машины” размышляют о том, когда мы могут достичь решающей вехи в разработке молекулы белка с нуля, но это было на самом деле выполнено в 1988 году Вильямом Ф. ДеГрадо из Дю Понта и его коллегами. В 1987 году, нобелевскую премию разделили Дональ Дж. Крам из UCLA, Джин-Мари Лен из университета Луиса Пастера и Чарльз Педерсен из Дю Понта за разработку синтетических молекул со способностями, подобными способностям белка. В IBM, группа Джона Фостера наблюдала и изменяла отдельные молекулы, используя технологию сканирующего туннельного микроскопа; это (или связанная атомическая сила микроскопа) может в ближайшие несколько лет обеспечить позиционирующий механизм для грубого фото-ассемблера. Инструменты на базе компьютера для разработки и моделирования молекул улучшаются стремительно. Короче говоря, продвижения по направлению к нанотехнологии через разработку молекулярных систем оказались более быстрыми, чем “Машины” могли предполагать.

Идея нанотехнологии распространилась далеко и широко, и благодаря самим Машинам (с изданиями 1990 года в Японии и Британии) и благодаря другим публикациям. Недавнее резюме появилось в ежегоднике Британника 1990 года, “Наука и будущее”. Меня пригласили для выступлений в большинство ведущих технических университетов и во многие из ведущих корпоративных исследовательских лабораторий в Соединённых Штатах. В Стэндфорде, когда я читал первый университетский курс по нанотехнологии, комната и фойе были набиты в первый день, а последний вошедший студент влез через окно, интерес был огромный и всё увеличивающийся.

Какова была реакция технического сообщества – тех, кто находится в наилучшем положении, чтобы находить и отмечать ошибочные идеи? Оттуда, где я стоял (т. е. перед задающими вопросы техническими аудиториями) центральные тезисы этой книги выглядели убедительно; они выдерживали критику. Нельзя сказать, что каждый их принимал, просто каждый предлагаемый довод для опровержения их оказывался ложным. (Мои извинения скрытым критикам с собственной точкой зрения – пожалуйста, выступайте вперёд и высказывайтесь!) Множество технических статей (по механическим нанокомпьютерам, молекулярным механизмам и опорам и т. д.) доступны и технические учебники уже на подходе. После серии локальных встреч, Институт предвидения учредил первую большую конференцию по нанотехнологии в октябре 1989 года (о которой рассказывается в новостях науки за 4 ноября); отчёт о заседании готовится.

На конференции стало ясно, что Япония уже в течение нескольких лет считает разработку молекулярных систем базисом для технологии двадцать первого века. Если остальной мир желает видеть совместную разработку нанотехнологии, ему лучше проснуться и начать действовать со своей стороны.

Определённые сценарии и предложения в последней трети “Машин” могли бы подвергнуться перефразированию, но по крайней мере одна проблема представлена обманчиво. Страница 173 говорит о необходимости избежать неконтролируемых инцидентов с размножающимися ассемблерами; сегодня я бы подчеркнул, что есть мало побудительных мотивов строить репликаторы, даже напоминающие тот, который мог бы выжить в природе. Посмотрите на машины: чтобы работать, им нужен бензин, масло, тормозная жидкость и т. п. Никакое обычное происшествие не может дать возможность автомобилю самостоятельно добывать себе корм и заправляться соком деревьев: это потребовало бы гениального конструирования и тяжёлой работы. Это подобно простым репликаторам, разработанных, чтобы работать в чанах с ассемблерной жидкостью, делая неразмножающиеся продукты для внешнего пользования. Репликаторы, построенные в соответствии с простыми правилами, были бы никоим образом непохожи на то, что может вырваться из-под контроля и начать творить безумства. Проблема, и она огромна, не в инцидентах, а в злоупотреблении.

Некоторые ошибочно представили, что моя цель – рекламировать нанотехнологию; на самом деле она – продвигать понимание нанотехнологии и её последствий, что является совершенно другим вопросом. Тем не менее я сейчас убеждён, что чем раньше мы начнём серьёзные усилия по разработке, тем дольше у нас будут серьёзные публичные дебаты. Почему? Потому что серьёзные дебаты начнутся с этих серьёзных усилий, а чем раньше мы начнём, тем более слабой будет наша технологическая база. Ранний старт будет таким образом означать более медленный прогресс и значит более времени, чтобы рассмотреть последствия.

Если ваше желание – быть в курсе разработок в этих областях, и с предпринимаемыми усилиями понять и повлиять на них, пожалуйста свяжитесь:

Институт предвидения

“Машины создания” пытаются исследовать мир, по направлению к которому технология нас увлекает, и в годы, прошедшие с первой публикации, технология прошла длинный путь по направлению к этому миру.

Первая глава показывает, как белковое проектирование, делая молекулярные машины во многом подобными живым клеткам, мог бы обеспечить путь к более продвинутым системам, но он осторожен относительно времени, которое потребуется, чтобы решить наиболее фундаментальные проблемы. Два года после публикации Вильям ДеГрадо из ДюПонта сообщил о первом прочном успехе в разработке белка с нуля. Сейчас есть журнал, который называется “Белковый инжиниринг” и всё увеличивающийся поток результатов. Что более важно, возникли дополнительные пути к той же цели, основные на других молекулах и методах. В 1988 году Нобелевская премия по химии была присуждена Краму, Педерсону и Лену за их работу по построению больших молекулярных структур из самособирающихся частей. В 1995 году премия Фейманна по нанотехнологии была вручена Надриану Симану из университета Нью-Йорка за разработку и синтез структур ДНК, соединённых так, чтобы образовывать кубические структуры. Химики начали говорить о “нанохимии”. В последние годы, молекулярная самосборка возникла как самостоятельная область.

В своём разделе примечаний “Машины” упоминают возможность, что механические системы – зондовые микроскопы, способные передвигать острые концы по поверхности с точностью до атома – могут использоваться для позиционирования молекулярных инструментов. С того времени Дональд Айглер из IBM продемонстрировал способность передвигать атомы живым и запоминающимся образом, написав “IBM” на поверхности, используя 35 точно упорядоченных атомов ксенона. Манипулирование атомами также выделилось в отдельную область исследований.

Возможно самый очевидный индикатор – лингвистика. Когда “Машины” были опубликованы, слово “нанотехнология” было почти неизвестно. С тех пор оно стало широко употребляемым словом в науке, конструировании, футурологии и фантастике. И в наших лабораторных возможностях и в наших ожиданиях, мы на нужном пути.

Есть даже надежда, что мы могли бы научиться управлять своими технологиями лучше, это время близко. Глава “Сеть знаний” описывает, как среда гипертекстовой публикации могла бы ускорить эволюцию знания и возможно, мудрость. Мировая паутина (WWW) – большой шаг в этом направлении, а разработчики программ работают, чтобы добавить остающиеся необходимые возможности, чтобы двинуться дальше простой публикации, чтобы поддерживать дискуссии, критику, обдумывание и построение консенсуса.

Глоссарий

Этот глоссарий содержит термины, которые используются в описании вопросов, связанных с высокими технологиями. Он составлен группой по изучению нанотехнологии Массачусетского технологического Института, при особом содействии Дэвида Дарроу Университета Штата Индиана.

АКТИВНАЯ ЗАЩИТА: защитная система со встроенными сдерживающими факторами для ограничения или предотвращения использования системы во вред.

АМИНОКИСЛОТЫ: Органические молекулы, из которых строятся белки. Известно около двух сотен аминокислот, двадцать из которых широко распространены в живых организмах.

АНТИОКСИДАНТЫ: Химические вещества, препятствующие окислению, которое вызывает прогорклость жиров и повреждение ДНК.

ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ (ИИ): область исследования, которая ставит целью понять и построить интеллектуальные машины; этот термин также может относиться к непосредственно машине с интеллектом.

АССЕМБЛЕР: молекулярная машина, которая может быть запрограммирована строить практически любую молекулярную структуру или устройство из более простых химических строительных блоков. Подобие управляемого компьютером механического цеха. (См. "Репликатор".)

АТОМ: самая маленькая частица химического элемента (приблизительно три десятимиллиардных метра в диаметре). Атомы – блоки, из которых строятся молекулы и твердые объекты; они состоят из облака электронов, окружающих плотное ядро, которое в тысячи раз меньше, чем сам атом. Наномашины будут работать не с ядрами, а с атомами.

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИНЖЕНЕРИНГ: использование компьютеров для выполнения технических разработок, в предельном случае – проведение детальных проработок с минимальной человеческой помощью или без неё по заданной общей спецификации. Автоматизированный инженеринг – специализированная форма искусственного интеллекта.

БАКТЕРИИ: Одноклеточные живые организмы, обычно диаметром около одного микрона. Бактерии – одни из самых старых, самых простых, и самых маленьких типов клеток.

БИОШОВИНИЗМ: предубеждение, что биологические системы имеют присущее и неотъемлемое превосходство, которое всегда будет давать им монополию на само-воспроизводство и интеллект.

БИОСТАЗИС: состояние, в котором структура клетки и ткани сохранена, что позволяет в дальнейшем восстановление машинами ремонта клеток.

БАЛК-ТЕХНОЛОГИЯ: Технология, основанная на манипуляции совокупностями атомов и молекул, а не индивидуальными атомами; большинство существующих технологий попадает в эту категорию.

КАПИЛЛЯРЫ: Микроскопические кровеносные сосуды, которые переносят части крови, обогащённые кислородом, к тканям.

КЛЕТКА: единица, ограниченная мембраной, обычно несколько микрон в диаметре. Все растения и животные состоят из одной или большего количество клеток (для человека – триллионы). Вообще, каждая клетка многоклеточного организма содержит ядро, содержащее всю генетическую информацию организма.

МАШИНА РЕМОНТА КЛЕТКИ: система, включающая нанокомпьютеры и датчики размера молекул, а также инструменты, запрограммированные на восстановление повреждений ячеек и тканей.

ЧИП: См. Интегральную схему.

ПЕРЕКРЁСТНОЕ СВЯЗЫВАНИЕ: процесс, формирующий химические связи между двумя отдельными молекулярными цепями.

КРИОБИОЛОГИЯ: наука биологии при низких температурах; исследования в криобиологии сделало возможным замораживание и хранение спермы и крови для более позднего использования.

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА: регулярно повторяющаяся трехмерная структура атомов в кристалле.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ С ОПЕРЕЖЕНИЕМ: использование известных принципов науки и инженеринга для разработки систем, которые могут быть построены только с помощью еще не имеющихся в распоряжении инструментов; это даёт возможность более быстрого получения пользы от способностей новых инструментов.

ИЗБЫТОЧНОСТЬ В ПРОЕКТИРОВАНИИ: форма избыточности, при которой компоненты различного проекта служат для одной и той же цели; это даёт возможность системам функционировать должным образом несмотря на недостатки проекта.

ДИЗАССЕМЛЕР: система наномашин, способная разбирать объект на атомы с записью его структуры на молекулярном уровне.

ИНФОРМАЦИОННАЯ СМЕРТЬ: Такие изменения в организме, что из текущего состояния не может быть определена его исходная структура.

ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА): молекулы ДНК – длинные цепи, состоящие из четырех видов нуклеотидов; порядок этих нуклеотидов кодирует информацию, необходимую для построения молекул белка. Они в свою очередь составляют многое из молекулярного аппарата клеток. ДНК – генетический материал клеток. (См. также РНК).

ИНЖЕНЕРИНГ: использование научного знания и метода проб и ошибок для проектирования системы. (См. Наука.)

ЭНТРОПИЯ: мера беспорядка физической системы.

ФЕРМЕНТ: белок, который действует как катализатор в биохимической реакции.

EURISKO: программа для компьютера, разработанная профессором Дугласом Ленатом, которая способна применить эвристические правила для выполнения различных задач, включая изобретение новых эвристических правил.

ЭВОЛЮЦИЯ: процесс, в котором популяция само-воспроизводящихся существ подвергается изменению, с размножением успешных вариантов, которые становятся основой для дальнейших изменений.

ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНЫЙ РОСТ: Рост, характеризующийся периодическими удвоением показателя.

ФОРУМ ПОИСКА ФАКТОВ: процедура для поиска фактов с помощью структурированных и управляемых арбитром дебатов между экспертами.

СВОБОДНЫЙ РАДИКАЛ: молекула, содержащая непарный электрон, обычно в высокой степени непостоянный и готовый вступать в реакции. Свободные радикалы могут повреждать молекулярные механизмы биологических систем, что ведёт к перекрёстным связям и мутациям.

ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ХЕЙЗЕНБЕРГА: квантово-механический принцип, из которого следует, что положение и импульс объекта не могут быть точно определены. Принцип Хезенберга помогает определить размер электронных облаков, и, следовательно, размер атомов.

ЭВРИСТИКИ: Строго необоснованные правила, которые используются для поиска направления, где могут находиться решения проблемы.

ГИПЕРТЕКСТ: система на базе компьютера для объединения текста и другой информации перекрестными ссылками, дающая возможность быстрого доступа и поиска, легкой публикации критики.

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА (ИС): электронная схема, состоящая из многих взаимосвязанных устройств на одном участке полупроводника, обычно со стороной в 10 мм. ИС – самые важные блоки, из которых строятся сегодняшние компьютеры.

ИОН: атом с большим или меньшим количеством электронов, чем нужно, чтобы компенсировать электронный заряд ядра. Ион – атом с электрическим зарядом.

КЕВЛАР (TM): синтетическое волокно, созданное компанией E. I. du Pont Nemours & Co. Прочнее большинства сталей, Кевлар – один из самых прочных материалы доступных на рынке, исопользуемый в аэрокосмическом конструировании, пуленепробиваемых жилетах, и других случаях, когда требуется высокое отношение прочности к весу.

СВЕТОВОЙ ПАРУС: система приведения в движение космического корабля, которая получает толчок от давления света, падающего на тонкую металлическую плёнку.

ОГРАНИЧЕННЫЙ АССЕМБЛЕР: ассемблер со встроенными ограничителями, которые сужают способы использования (например, делают опасные виды использования затруднёнными или невозможным, или позволяют строить только один вид объектов).

МИМ: идея, которая, подобно гену, может воспроизводиться и эволюционировать. Примеры мимов (и систем мимов) включают политические теории, религии, обращающие в свою веру, и саму идею относительно мимов.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ: См. Нанотехнологию.

МОЛЕКУЛА: самая маленькая частица химического вещества; обычно группа атомов, скрепляемых в особом порядке химическими связями.

МУТАЦИЯ: наследуемая модификация в генетической молекуле, такой как ДНК. По своему воздействию на организм мутации могут быть положительными, отрицательными, или нейтральными; конкуренция элиминирует отрицательные, оставляя положительные и нейтральные.

НАНО-: приставка, означающая десять к минус девятой степени, или одину миллиардную.

НАНОКОМПЬЮТЕР: компьютер, сделанный из компонентов (механических, электронных или других) в масштабе нанометра.

НАНОТЕХНОЛОГИЯ: Технология, основанная на манипуляции отдельными атомами и молекулами для построения структуры к сложным, атомным спецификациям.

НЕЙРОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ: Имитация функционирования нейронной системы, такой как мозг, путём моделирования функции каждой клетки.

НЕЙРОН: нервная клетка, такая, какие можно обнаружить в мозгу.

НУКЛЕОТИД: небольшая молекула, состоящая из трех частей: азотная основа (пурин или пиримидин), сахар (рибоза или дезоксирибоза), и фосфат. Нуклеотиды играют роль блоков, из которых строятся нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).

ЯДРО: В биологии – структура в достаточно сложных клетках, содержащая хромосомы и аппарат для транскрипции ДНК в РНК. В физике – маленькое, плотное ядро атома.

ОРГАНИЧЕСКАЯ МОЛЕКУЛА: молекула, содержащая углерод; все сложные молекулы в живых системах в этом смысле – органические молекулы.

ПОЛИМЕР: молекула, составленная из единиц меньшего размера, связанных так, что они образуют цепь.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ СУММА: термин, используемый для описания ситуации, где один или большее количество существ могут выигрывать без того, чтобы из-за этого другие существа несли равный проигрыш; например, растущая экономика. (См. Нулевую Сумму.)

ИЗБЫТОЧНОСТЬ: использование большего количества компонентов чем необходимо для выполнения функции; это может давать возможность системе работать должным образом несмотря на вышедшие из строя компоненты.

РЕПЛИКАТОР: Когда речь идёт об эволюции, репликатор – это объект (такой как ген, мим, или содержание диска памяти компьютера), который способен сам себя скопировать, включая любые изменения, которым он мог подвергнуться. В более широком смысле, репликатор – это система, которая способна делать свою копию, не обязательно копируя любые изменения, которым она могла подвергнуться. Гены кролика – репликаторы в первом смысле (изменение в гене может быть унаследовано); кролик непосредственно – репликатор только во втором смысле (метка, сделанная на его ухе не может быть унаследована).

ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫЙ ФЕРМЕНТ: фермент, который разрезает ДНК в определенном участке, позволяя биологам вставить или удалить генетический материал.

РИБОНУКЛЕАЗА: фермент, который сокращает Молекулы РНКв меньшие части.

РИБОСОМА: молекулярная машина, обнаруживаемая во всех клетках, которая строит молекулы белка согласно инструкциям, читаемым из молекул РНК. Рибосомы – сложные структуры, построенные из молекул белка и РНК.

РНК: Рибонуклеиновая кислота; молекула, подобная ДНК. В клетках информация из ДНК расшифровывается в РНК, которые в свою очередь «читаются», чтобы направить построение белка. Некоторые вирусы используют РНК как свой генетический материал.

НАУКА: процесс развития систематизируемого знания мира путём изменения и испытания гипотез. (См. Инженеринг.)

НАУЧНЫЙ СУД: (ввелось в употребление средствами массовой информации) форум поиска фактов, проводимый правительством.

ЗАКРЫТАЯ АССЕМБЛЕРНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ: рабочее пространство, содержащее ассемблеры, которое закрыто со всех сторон таким образом, что информация может течь внутрь и наружу, но ассемблеры или продукты их деятельности наружу выходить не могут.

СИНАПС: структура, которая передает сигналы от нейрона к соседнему (или к другой клетке).

ВИРУС: маленький репликатор, состоящий из небольшого количества хорошо упакованной ДНК или РНК, который, будучи введённым в клетку хозяина, может направить молекулярные механизмы клетки на производство большего количества вирусов.

НУЛЕВАЯ СУММА: термин, используемый для описания ситуации, в которой одно существо может получать пользу только, если другие существа терпят равную потерю; например, игра в покер. (См. Положительную Сумму.)