Всеобщее благоденствие. Как нанотехнологическая революция изменит цивилизацию [Эрик Дрекслер] (pdf) читать онлайн

K. Eric Drexler

Radical Abundance
How A Revolution in Nanotechnology
Will Change Civilisation

P UB L I C AF F AI RS
N h V

VO KK

70 1Л

Эрик Дрекслер

Всеобщее
благоденствие
Как нанотехнологическая революция
изменит цивилизацию
Перевод с английского
Ю

рия

К аптуревского

Научный редактор
С

ергей

Л

урье

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О И Н С Т И Т У Т А ГАЙДАРА
МОСКВА • 2 0 1 4

Издание осуществлено при финансовой поддержке
Фонда инфраструктурных и образовательных программ

Дрекслер, Э.
Всеобщее благоденствие. Как нанотехнологическая
революция изменит цивилизацию [Текст] / пер. с англ.
Ю. Каптуревского; под науч. ред. С. Лурье. — М .:
Изд-во Института Гайдара, 2014. —504 с.
Эрик Дрекслер — «отец-основатель» нанотехнологий, науки
об инженерии на молекулярном уровне. В своей новой книге
«Всеобщее благоденствие» он показывает, каким образом стре­
мительный научный прогресс изменит наш мир. Благодаря ато­
марно точному производству мы вскоре сможем производить
больше вещей, которые хотят люди, при меньших затратах. Это
приведет к полному пересмотру оснований нашей экономики
и окружающего мира.
Книга предназначена для широкого круга читателей, интере­
сующихся проблемами современных нанотехнологий.

© Издательство Института Гайдара, 2014
Radical Abundance —Copyright €> K. Eric Drexler, 2013
Настоящее издание опубликовано по соглашению
с Loretta Barrett Books и Synopsis Literary Agency.

СОДЕРЖ АНИЕ

А . Ч у б а й с . Предисловие к русскоязычному

изданию • и
Необходимое вступление • 15
Замечание (октябрь 2012 г.) • 22

Глава 1. Атомы, биты и всеобщее благоденствие • 25
От информационной революции к АТП • 30

Глава 2. Путешествие к истокам идей • 33
О миссии, которая привела в библиотеки • 34; Наука и кос­
мос для промышленного производства • 43; Интерлюдия: А р ­
тур Кантровиц • 45; К ультура количественно выраженных
мечтаний • 48

Глава 3. От молекул к наносистемам • 51
М ашины конфликта • 62; Интерлюдия. Проблемы и перспек­
тивы • 66

Глава 4. Три прошедшие революции и грядущая
четвертая • 73
Первая аграрная револю ция • 74; П ром ы ш ленная револю ­
ция • 78; И нф орм ационная револю ция • 85; АТП-революция • 90

Глава 5. Как можно увидеть и почувствовать
наноразмерный мир? • 98
Растяжение времени в равной пропорции • 102; Рассмотре­
ние под увеличительным стеклом атомарны х структур • 104;
Текстура поверхности атомарно точных механизмов • но; П о ­
чему АТП-системы на удивление тривиальны? • 121

Глава 6. Способы изготовления вещей • 123
Д етали, маш ины и мощ ь автоматизированного производ­
ства • 124; Биты, атомы и мощь цифровых систем • 130; Био­
технологии и мощь молекулярных наномашин • 135; А том ар­

5

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

на я точность, достигаемая с помощью химии • 138; Механи­
ческие, цифровые, молекулярные и точные • 141

Глава 7. Наука и бесконечный ландшафт
технологий• 147
Великая история мира • 147; Технологии и законы физики • 148
Учебник науки проверяется каждый день • 152; Универсаль­
ное и в то же время ограниченное физическое знание • 155; От
квантовой механики к пружинам и упругим сферам • 159; П ро­
тивостояние неизвестности и непредсказуемости • 163; И нже­
нерное искусство в пределах ограниченного знания • 168; Ме­
сто АТП в пространстве технологий • 171

Глава 8. Противоречия между наукой и техникой • 173
К вопросу о слонах и автомобилях: две притчи о науке и тех­
нологиях • 173; Почему наука и техника смотрят в противо­
положные стороны? • 181; Н исходящ ая структура инж енер­
ного конструирования • 187; Стратегия системного инж енер­
ного проектирования • 189; Проблема противоречащ их друг
другу интересов • 193; Применение инженерного взгляда • зоб

Глава д. Изучая потенциал технологии • 209
Космос: 1899 г. • 210; Изучая опыт инженерной разработки
космических систем • 214; Инженерная деятельность в случае,
когда продуктом являются знания • 216

Глава ю. Механизмы полного изобилия • 231
Вид со стороны конечного продукта • 231; Рассматриваем про­
цесс во всех подробностях • 234; Преодоление микроблочного порога • 237; От молекул к микроблокам • 239; Замечание
об энергетических требованиях • 243; Вполне приемлемые от­
веты на текущий момент • 245

Глава п. Продукты полного изобилия • 248
Три фундаментальны х вопроса • 249; Источники полного из­
обилия • 252; Практическая сторона дела • 258; Источники
резкого сокращения издержек • 261; Производительность, из­
держки и необходимость изменений • 271

Глава 12. Современные технологии атомарной
точности • 274
АТ-инженерия и химия • 276; Инженерное проектирование
с использованием природных инструментов и моделей • 280;

СОДЕРЖАНИЕ

Методы обработки материалов, которые иногда являются ато­
марно точными • 285; Использование сканирующего зонди­
рования для построения АТ-структур на кристаллах • 286
Инженерия молекулярных систем • 288
Совмещ ение отдельных фрагментов —составные молекуляр­
ные системы • 289; Критическая технология: вычислитель­
ные инструменты проектирования • 291
П ути к революции • 293

Глава 13. На пути в будущее произошло нечто
странное... • 300
Два вида нанотехнологий • 302; Предназначение, успех и ро­
ждение чудовищ ного мема • 309; Наука, техника и возмож­
ность • 326

Глава 14. Как ускорить прогресс • 327
Создание дорожной карты • 329

Глава 15. Преобразование материальной основы
цивилизации • 341
Н есколько слов о потребительских продуктах • 342; Преоб­
разование средств производства • 343; Преобразование ин­
ф ор м аци онн ы х технологий • 345; П реобразование и н ф р а­
структуры • 347; Преобразование сферы энергетики, ресурс­
ной области и сельского хозяйства • 349; П реобразование
технологий безопасности • 358; П реобразование м едиц и ­
ны • 361; Ряд неудобоваримых истин • 364

Глава 16. Управление катастрофическим успехом • 366
Вопросы о темпах и направлениях развития • 368; П роры в­
ные решения глобальных проблем • 374; Согласованные ож и­
дания, интересы и ответные действия • 390

Глава 17. Безопасность в условиях необычного
будущего • 395
Прорывной потенциал: военные асимметрии • 396; Парадокс
полной внутренней безопасности • 402; Более тесное соответ­
ствие национальны м интересам • 406; Н еопределенности,
риски и направления дальнейш их шагов • 410; Кооператив­
ные стратегии ухода от ненужных рисков • 412

Глава 18. Изменение повестки дня в дискуссиях
о будущем • 416
Об энтузиазм е... • 418; АТП как один из видов производ­

7

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ства • 419; АТП-системы —это производственные мощности,
хотя и отличающиеся от современных заводов и фабрик • 420;
Уменьшение размеров механизмов позволяет добиться вы­
дающихся результатов • 421; Параллели между АТП и цифро­
выми технологиями • 422; Удивительный прогресс на пути
к АТП • 423; «Нанотехнологии» превратились в бренд, ис­
пользуемый для обозначения совсем других направлений ис­
следований • 424; Ближайшие достижения будут иметь мало
общего с передовым АТП • 425; АТП опирается на хорошо из­
вестные физические и инженерные принципы • 426; Передо­
вые технологии приведут к возникновению различных иссле­
довательских проблем • 427; Мы не способны достоверно
предсказать сроки создания технологий, пути движения к ним
и способы применения • 428; Там, где «местность» становит­
ся труднопроходимой • 429; Большие и малые реальные де­
ла • 431; Оглядываясь назад и заглядывая вперед • 432

Приложение I. Физические принципы молекулярного
уровня в атомарно точном производстве • 439
Стереотактический синтез как инструмент достижения ато­
марной точности • 440; Физические требования к стереотактическому синтезу • 441; Ш ирокий спектр потенциальных си­
стем и методов • 444

Приложение

II.

Инкрементальный путь к А ТП • 446

Применявшиеся в прошлом и современные метрики прогрес­
са • 446; Исследование способов повышения доли АТ-технологий • 448; О глядываясь назад • 459; Ускорение движения
по спирали прогресса • 464; Открытое исследовательское про­
ектирование • 466; В заключение • 473

Примечания • 477

Моему другу и наставнику
А ртуру Кантровицу.

В этом году
ему исполнилось бы юо лет

Предисловие
к русскоязычному изданию

М Я Э Р И К А Д Р Е К С Л Е Р А известно всем, кто ко­
гда-либо интересовался историей развития нано­
технологий. Будучи одним из первых, кто предложил
описывать новую область науки и техники этим терми­
ном почти тридцать лет назад, широкой публике он из­
вестен как популяризатор идеи нанотехнологической
революции. Его книга «Машины созидания», вышед­
шая в 1986 году, произвела эффект разорвавшейся бом­
бы. Немалую роль здесь сыграл его писательский та­
лант, который вы, я уверен, оцените при прочтении
этой книги,—Дрекслер пишет очень просто, приводит
легко понятные аналогии и примеры. К сожалению, те­
матика нанотехнологий, как это часто бывает с любой
новой дисциплиной, сегодня обросла мифами и заблу­
ждениями. В общественном сознании нанотехнологии
иногда воспринимаются как символ несбыточных на­
дежд, а в научной среде этот термин стараются при­
менять лишь в случае крайней необходимости. Одна
из главных целей «Полного изобилия»— отделить зер­
на от плевел, мифы от реальных фактов, несбыточные
обещания от достижимых целей.
Сегодня национальные программы в области нано­
технологий есть во всех технологически развитых стра­
нах, в том числе в Японии, С Ш А , Китае, Южной Корее,
Европейском союзе и России. И эти программы уже
приносят ощутимые результаты —только в нашей стра­
не созданы десятки новых современных предприятий

И

и

А. Б. Ч У Б А Й С

и тысячи новых рабочих мест. Не всегда продукцию на­
нотехнологий можно увидеть на полках магазинов, по­
скольку чаще всего речь идет о базовых производствен­
ных технологиях, например нанесения специальных
покрытий, или о конструкционных и функциональных
материалах. Но компоненты, произведенные с пом о­
щью нанотехнологий, уже вокруг нас — в компьютерах
и телекоммуникационном оборудовании, осветитель­
ных приборах, в жилых зданиях и автомобилях.
Эрик Дрекслер предлагает нам заглянуть в будущее.
В его понимании оно будет связано не просто с рас­
пространением этих компонент, а с преобразованием
на этой основе самой технологической сути материаль­
ного производства — переходу к тому, что он называ­
ет атомарно точным производством ( А Т П ) . Для автора
речь идет при этом не об очередном технологическом
усовершенствовании. Масштаб этого перехода Д рекс­
лер описывает как четвертую технологическую рево­
люцию в истории человечества — после аграрной, про­
мышленной и информационной. А Т П для Дрекслера
способно кардинально повысить энергоэффективность,
снизить материалоемкость современной техносферы
и на этой основе дать человечеству возможность выйти
из мальтузианской ловушки ограниченных ресурсов на­
шей планеты и решить проблему «пределов роста» по­
ставленную перед современной цивилизацией в рабо­
тах Римского клуба.
Разумеется, к словам Дрекслера стоит относиться
с определенной долей критичности — рисуя картину
полного изобилия, автор должен учитывать, что мы еще
не все знаем о технологических ограничениях. Являя
собой яркий пример воспитанника инженерной ш ко­
лы M IT и демонстрируя блестящую междисциплинар­
ную эрудицию, он довольно свободно относится к физи­
ческим и химическим терминам, и профессиональный
читатель охотно вступит с ним в заочную дискуссию.
Однако Дрекслера нельзя упрекнуть в непоследователь­

12

ПРЕДИСЛОВИЕ

К РУССКОЯЗЫЧНОМУ

ИЗДАНИЮ

ности и несистсмности. Целостный инженерный под­
ход и умение воплощать свои идеи на практике —это то,
чему он пытается научить читателей своей книги.
Думаю, у этой книги будут горячие сторонники и
ярые противники. Именно поэтому она, по моему убе­
ждению, должна быть доступна российскому креатив­
ному классу.
А. Б. Чубайс

Необходимое вступление

представьте себе, каким стал бы мир, если бы
мы научились производить вещи по-настоящему хо­
рош о-качественно, без ущерба для окружающей среды,
недорого и в любой точке мира. Что если производство
рекордно эффективных солнечных батарей будет обхо­
диться не дороже выпуска картона или алюминиевой
фольги? Что если столь же недорогим будет изготовле­
ние портативных суперкомпьютеров? Добавьте к этому
списку экологичные автомобили, освещение и всю скры­
тую от глаз обывателя инфраструктуру промышленной
цивилизации, создание которой требует минимальных
затрат, а ее функционирование не сопровождается зна­
чительными выбросами углекислого газа.
Если бы мы были настолько хороши в производстве
материальных благ, то смогли бы кардинально расши­
рить ресурсные о ^ ан и ч ен и я нашей планеты, придя
к изобилию — полному, адаптивному и устойчивому.
Объем производства существенно превысил бы потреб­
ности человечества, а издержки резко уменьшились —
во всех смыслах этого слова, как экономическом, так
и экологическом.
Пока же большинство людей готовится к принципи­
ально иному будущему. Ощущение приближения к не­
избежному выбору между экономическим развитием
и глобальными ограничениями последовательно на­
растало в течение последних нескольких десятков лет.
Расширение промыш ленного производства в различ­
ных странах ведет к увеличению выбросов углерода в ат­
мосферу. Нехватка ресурсов уже становится причиной

Т

ОЛЬКО

15

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

войн, а прогноз их истощения— основанием для подго­
товки к будущим вооруженным конфликтам. Так, рас­
тет напряженность вокруг пресной речной воды и раз­
работки металлов в Африке, добычи нефти на Ближнем
Востоке и недавно открытых нефтяных месторождений
в Южно-Китайском море. Везде и всюду прогресс и эко­
номический рост все больше напоминают игры с нуле­
вой суммой. Многим из нас прогноз на ближайшее бу­
дущее видится в самых мрачных тонах.
В основе этих ожиданий лежит предположение о не­
изменности технологий, используемых сегодня для про­
изводства материальных благ. Однако что произойдет,
если хорошо знакомое нам промышленное производ­
ство будет изменено до неузнаваемости или ему на сме­
ну придет что-то принципиально новое? Новая про­
мышленная революция изменит все вокруг нас. И она
уже не за горами.
Вообразите мир, в котором гаджеты и товары массо­
вого потребления являются не продукцией промышлен­
ного производства, включающего в себя множество ста­
дий технологического процесса, а создаются с помощью
компактных устройств, способных производить, напри­
мер, компьютеры, прямо на вашем столе. Представьте
себе, что для выпуска автомобиля больше не нужно ог­
ромных сборочных предприятий, требующих много­
миллионных инвестиций в оборудование —достаточно
помещения размером с гараж, самых обычных материа­
лов и всего лишь нескольких минут времени. А теперь
представьте, что технологии, способные превратить эти
мечты в реальность, уже появляются —под различными
наименованиями и, чаще всего, без особой помпы. Им
еще предстоит пройти большой путь, но они уже разви­
ваются с поразительной скоростью.
***
В 1986 г. я предложил миру понятие «нанотехнологии»,
которое сегодня получило широкое распространение.
Имелась в виду перспективная технология, характе­
16

НЕОБХОДИМОЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

ризующаяся двумя ключевыми чертами: производством
с использованием наноустройств и изготовлением продуктов
с атомарной точностью. Эти черты тесно связаны друг
с другом, поскольку атомарно точное изготовление
(atomically precise m a n u fa c tu ri n g, АРМ) и основывается
на использовании наноустройств, и предлагает способ
их создания1.
Наноразмерные детали и атомарная точность их из­
готовления открывают возможность атомарно точного
производства (АТП), позволяющего добиться качествен­
но новых свойств выпускаемых продуктов при одно­
временном снижении себестоимости. Диапазон новых
свойств выходит далеко за рамки сегодняшних техно­
логических ограничений и включает в себя и ультра­
легкие конструкционные материалы для авиастроения,
и портативные суперкомпьютеры, и микроскопические
медицинские устройства, в том числе способные распо­
знавать и уничтожать раковые клетки.
Концепция нанотехнологий предполагала рево­
люционные изменения в технологиях производства
и свойствах продуктов, поэтому вскоре после 1986 г. эта
идея начала жить своей собственной жизнью. Предлагая
научному сообществу новые направления исследований
и захватывающие воображение (в некоторых случаях
совершенно нереальные) футуристические мечты на­
шей поп-культуре, она вызвала в равное мере восхище­
ние и критику. Идея создания вещей на молекулярном
уровне стала мощным стимулом к появлению новых
направлений научных исследований. Десять лет спустя
эти направления развились в ряд программ по исследо­
ванию нанотехнологий, на которые правительства раз­
ных стран потратили миллиарды долларов.

]. Если «перевести» нанометры или миллимикроны в сантиметры
(что означает увеличение в ю миллионов раз), то атомы вы­
глядели бы как маленькие бусинки, как бисер, и электродви­
гатель, изготовленный из деталей с гладкой капельной струк­
турой, поместился бы в вашей ладони.

'7

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

В то же время в 1990-х восприятие нанотехнологий
обществом и видение ученых пошли в разные стороны.
Футуристические популярные мечты все больше отрыва­
лись от реальности, дрейфуя в области, никак не связан­
ные с наукой. Внимание ученых, напротив, сосредоточи­
лось на исследованиях, на которые легче было получить
финансирование, в основном, на тех, что могут дать бы­
стрый результат. В итоге перекоса ожиданий в одну
сторону, а тематики научных исследований — в другую,
термин «нанотехнологии» стал восприниматься как
символ несбывшихся надежд, но никак не наступаю­
щей революции, способной изменить наш мир до не­
узнаваемости.
В последние годы технологи значительно приблизи­
лись к критическому уровню, который станет поворот­
ным пунктом на пути развития технологий АТП-уровня.
Однако, по мере ускорения прогресса в атомарно точ­
ном производстве, и общественность в целом, и ключе­
вые исследовательские сообщества все меньше понимают
особенности его применения. В отношении значитель­
ной части важнейших исследований наименование «на­
нотехнологии» не употребляется вовсе, и эта простая,
но важная проблема «маркировки» затрудняет пони­
мание того, насколько далеко мы продвинулись вперед.
Невежество в этом вопросе может быть чрезвычай­
но опасным, поэтому важно знать и понимать, с чем мы
имеем дело. Нанотехнологическая революция принесет
с собой возможности, которые изменят наш мир, и эти
изменения будут огромны. В числе их вероятных по­
следствий—реакция на климатические изменения, гло­
бальное экономическое развитие, кризис перенаселения
и иные проблемы XXI столетия.
Как это часто бывает, сама по себе суть революцион­
ной концепции очень проста.
В ее основе лежит идея применения атомарно точ­
ных нанотехнологий для создания производственного
оборудования. Крупномасштабное, высокопроизводи­
тельное атомарно точное производство — вот тот ф ун­
18

НЕОБХОДИМОЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

дамент передовых нанотехнологий, который способен
радикально изменить наш мир в ближайшие годы.
А Т П представляет собой разновидность производства.
Но оно не тождественно промышленному производству. Мы
видим существенные различия сверху донизу. На смену
огромным, загрязняющим природу заводам и фабрикам
должны прийти чистые компактные машины, способ­
ные производить более качественные продукты, потреб­
ляя при этом меньше энергии и материальных ресурсов.
В качестве моделей (и точек отсчета) могут слу­
жить Промышленная и Информационная революции,
так как атомарно точное изготовление будет сочетать
в себе и усиливать черты и первой, и второй. Систе­
мы А Т П сыграют в производстве роль, подобную той,
которую взяли на себя компьютерные системы в сфере
обработке информации. Они позволят создавать про­
граммируемые машины —быстрые, недорогие и чрезвы­
чайно гибкие с точки зрения возможностей их приме­
нения устройства. По своему универсализму они будут
во многом напоминать компьютеры. Но если компью­
теры обрабатывают исключительно электронные сиг­
налы, то системы А Т П будут способны работать с веще­
ством, производя реальные продукты.
Сравнение А Т П с вычислительной техникой может
показаться грубым. Однако А Т П имеет много общего
с цифровой электроникой. Мы можем проследить па­
раллели, начиная от общей основы, заключающейся
в дискретном быстродействии, до только проявляющих­
ся сходных черт в масштабах, скорости, себестоимости
и универсальности применения. Там, где цифровая ло­
гика имеет дело с последовательностями битов, А Т П —
с группами атомов. Там, где цифровая логика полагает­
ся на наноразмерную электронику, А Т П —на нанозамерные механизмы. Если цифровая революция привела нас
к полному изобилию информации, то А Т П приведет нас
к полному изобилию материальных благ. История под­
сказывает, что в результате произойдет каскад измене­
ний, которые приведут к обновленной версии мировой
19

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

цивилизации— назовем ее «Версия 2.0». Эти изменения
будут не менее глубокими, чем те, к которым привела
промышленная революция, но произойдут они с той же
скоростью, с какой в нашу жизнь пришел Интернет.
АТП-революция постепенно ускоряется, и нам, как
обществу, стоит незамедлительно и трезво оценить гря­
дущие технологические перемены, учитывая доступ­
ные нам знания и понимая их ограниченность. Пока же
даже основные факты об этом новом типе технологий
скрыты от большинства за завесой заблуждений и науч­
ной фантастики.
Представьте себе, что вы живете не в наши дни,
а в конце 1960-х гг. и рассуждаете о перспективах созда­
ния микрокомпьютеров на основе достижений в микро­
электронике. А теперь вообразите, что микроэлектроника
и микро биология в сознании общества поменялись места­
ми — и оно ожидает, что микробы будут производить
вычисления, а микрочипы —давать инсулин. Для завер­
шения картины добавьте популярные фантазии о ген­
ной инженерии, ужасных мутантах и армиях клонов...
М икро-то, микро-это— так ли во многом отличают­
ся разные типы крохотных объектов? Правильный от­
вет — практически во всем. Между валунами, собаками,
газонокосилками и компьютерами нет почти ничего об­
щего, за исключением размеров, лежащих в метровом
масштабе. Вещи, измеряемые в микронах или наноме­
трах, не менее разнообразны.
Как ни печально, но это ошибочное понимание ми­
кроэлектроники, которое я вас попросил представить,
очень схоже с той путаницей, что сопутствует нанотех­
нологиям с конца 1980-х.
Но не стоит винить общественность в этой неразбе­
рихе. В последние десятилетия концепция нанотехно­
логий была растянута далеко за изначальные пределы,
чтобы включить в себя широкий класс различных тех­
нологий, действующих в наномасштабе. В 2000 г. про­
пагандисты американской национальной нанотехноло­
гической программы «продали» это сложносоставное
20

НЕОБХОДИМОЕ

ВСТУПЛЕНИЕ

видение конгрессу С Ш А . Но через короткий промежуток
времени они предложили новое определение миссии,
исключив из него молекулярный уровень (являющий­
ся базисом для атомарной точности). Таким образом,
в определении «нанотехнологии» оказалось опущено,
а точнее — выкинуто, то, без чего невозможно достичь
изначальной цели, ради которой все и затевалось.
А теперь вообразите себе прессу, которая пытается
распутать эту историю и рассказать ее пребывающей
в замешательстве публике. Это оказалось ей не под силу.
Возникшая неразбериха заслонила собой и суть важней­
ших технологий, и прогресс на пути к созданию А Т П .
Многие читатели будут удивлены, узнав о том, насколь­
ко далеко мы продвинулись вперед и как близко подо­
шли к реальному атомарно точному производству.
Пришло время попрощаться с бессмысленно прожи­
тыми годами и начать все заново.
Я приглашаю вас взять в руки эту книгу и отправить­
ся вместе со мной в путешествие в мир идей. Оно на­
чнется с изучения общедоступных сведений, но дальше
поведет нас по неизведанным дорогам, пролегающим
через концептуальную область, в центре которой воз­
вышается идея А Т П . Эту идею мы рассмотрим с самых
разных точек зрения — от научно-технологической
до культурной, исторической, когнитивной и организа­
ционной. На пути к нашей цели мы сделаем небольшую
остановку на «смотровой площадке» и бросим взгляд
в прекрасное будущее, а также на то, что предстоит сде­
лать, чтобы его достичь.
Моя цель заключается не в том, чтобы убедить вас,
но в том, чтобы поднять вопросы, требующие безотла­
гательных ответов; не в том, чтобы заставить читателей
изменить взгляды на мир, но в том, чтобы показать —
будущее может значительно отличаться от господ­
ствующих сегодня ожиданий. Как минимум на некото­
рые из многочисленных вопросов я дам четкие ответы.
И мы сможем наконец-то начать долгожданное обсу­
ждение того, каким будет наше будущее.
21

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Замечание (октябрь 2012 г.)
Немногим более тридцати лет назад я печатал на пи­
шущей машинке текст, посвященный созданию общедо­
ступной технологии производства с атомарной точно­
стью. В 1981 г. подготовленная на его основе статья была
опубликована в журнале Proceedings of the National Academy
of Sciences. Она положила начало весьма плодотворным
исследованиям в предложенном мною направлении.
На следующий год уже с помощью компьютерной
клавиатуры я набирал новый текст, в котором опи­
сывались перспективы технологии атомарно точного
производства. Для ее обозначения я использовал сло­
во «нанотехнология». В 1986 г., после внесения в текст
множества исправлений и дополнений, моя книга уви­
дела свет. Начиная с этого момента, события нагро­
мождаются друг на друга, подобно катящемуся с горы
снежному кому.
Сегодня я работаю на другом компьютере. По срав­
нению с первой моей машиной, у него в десять тысяч
раз более производительный процессор, в сто тысяч раз
больше оперативной памяти, и в миллион раз больше
места на жестком диске —и все благодаря устройствам,
построенным почти в атомарном масштабе.
За это время, пусть не на наших глазах и не нашими
руками, размер структур, создаваемых с помощью тех­
нологий атомной манипуляции, вырос с сотен атомов
до миллионов атомов. Новые развивающиеся техноло­
гии, о которых я писал в 1981 г., достигли стадии зрело­
сти, и с этого момента начинается более быстрый про­
гресс.
Мы прошли долгий путь и оказались на скоростной
автостраде. Пора оглянуться на оставшиеся позади вер­
стовые столбы, изучить установленные на магистрали
указатели и знаки и вглядеться в открывающуюся пе­
ред нами даль.

Ч асть I

Неожиданный мир

ГЛАВА 1

Атомы, биты
и всеобщее благоденствие
Новые способы соединения мельчайших
частей способны преобразовать самые ши­
рокие сферы человеческой деятельности.
Так было, и так будет, причем гораздо бы­
стрее, чем ожидает большинство людей.

не в столь отдаленном прошлом, если бы вам за­
хотелось послушать дома скрипку, для исполнения
этого желания вам понадобился бы сам музыкальный
инструмент и человек, умеющий играть на нем. Если бы
вам вздумалось добавить в сопровождение к скрипке
виолончель — вам понадобились бы виолончель и вио­
лончелист. Чтобы услышать звуки флейты, потребова­
лись бы флейта и флейтист. Если бы вы пожелали услы­
шать целый оркестр, вам понадобились бы дворец для
размещения музыкантов и королевское богатство, что­
бы вознаградить их.
В наши дни для того, чтобы наполнить комнату зву­
ками музыки в исполнении симфонического оркестра
(или гитары, или барабана с жильной струной), доста­
точно небольшой коробочки. Домашнее собрание музы­
кальных записей предлагает полное изобилие симфони­
ческих и эстрадных произведений, огромное богатство
звуков и мелодий, извлекаемых с помощью самых раз­
ных музыкальных инструментов.
Оглянувшись в прошлое, мы увидим четкую грань
между нашим прошлым и настоящим. За каждой скрип­
кой стоял мастер —крайнее звено в цепочке поколений
ремесленников, уходящей вглубь веков. Каждый стре­
мился улучш ить звучание, отталкиваясь от предыду-

Е

ЩЕ

25

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

щего поколения инструментов. За каждым же совре­
менным устройством стоит новая глобальная отрасль,
специализирующаяся на выпуске музыкальных машин,
не имеющих никакой связи с традициями отбора резо­
нирующего дерева, струн, канифоли и смычков. Зато
в каждом выпускаемом отраслью устройстве содержат­
ся кремниевые микросхемы, окруженные затейливым
узором из множества других наноразмерных циф ро­
вых элементов — миллионов, а иногда даже миллиар­
дов транзисторов, соединенных тонкими полосками
металла.
★★★
В недалеком прошлом для того, чтобы напечатать сло­
ва на листе бумаги, необходимо было сначала аккуратно
упорядочить кусочки металла, каждый из которых имел
форму той или иной буквы. Если бы вам захотелось
поменять размеры букв или шрифт, вам пришлось бы
брать литеры из другого набора. Для того чтобы ото­
бразить на бумаге иллюстрации, использовались гра­
вированные металлические пластины. Для получения
бумажного оттиска требовалось смочить пластину и на­
бор чернилами, а затем поместить под достаточно боль­
шой пресс. Изготовление книги требовало многих часов
и дней напряженной работы. Для того чтобы заняться
книгопечатанием, необходимо было располагать полно­
стью оборудованной типографской мастерской, кругом
потребителей и существенных доходом, который позво­
лял бы оплачивать труд рабочих.
Сегодня нам доступны настольные механические
устройства, способные печатать любой текст любым
шрифтом с любыми картинками. Не нужна ни типогра­
фия, ни потребители, ни мастера-печатники. Тем самым
появление принципиально нового устройства означало
резкое расширение доступности бумажной печати.
В течение веков книгопечатание оставалось сферой,
в которой, как и в случае с музыкой и традицией из­
готовления скрипок, секреты мастеров передавались
26

АТОМЫ,

БИТЫ

И ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

по цепочке от поколения к поколению. Мы сталкива­
емся с появлением новой отрасли, означавшим полный
разрыв с традициями прошлого. В «сердце» каждой пе­
чатной машины мы обнаруживаем цифровые элементы
на кремниевых микросхемах.
***
Много лет назад, когда я еще учился в школе, чтобы
провести научное исследование, нужно было обязатель­
но посетить библиотеку, в которой были собраны раз­
личные печатные работы. Если библиотека находи­
лась на расстоянии нескольких километров, это было
не слишком удобно. Сегодня общедоступные устройства
дают возможность ознакомиться с содержимым любых
библиотечных журналов за считанные секунды. И сно­
ва за этим современным чудом скрываются кремниевые
микросхемы и цифровые устройства.
Мгновенная отправка или получение почты, для ко­
торой не нужны ни грузовики, ни почтальоны? Возмож­
ность незамедлительно посмотреть кинофильм, без по­
хода в кинотеатр? Разговоры с друзьями, находящимися
за тысячи километров, без волшебства или магии? Все
эти современные технологии были бы невозможны без
наноскопических цифровых устройств, размещенных
на кремниевых микросхемах.
Каждая из упомянутых выше технологий несет в себе
двойной сюрприз. Во-первых, если мы попытаемся
взглянуть на них из доиндустриальной эпохи, то сюр­
призом является само их существование. Во-вторых,
еще более глубокий сюрприз заключается в способах
существования этих технологий в наши дни — имеет­
ся в виду их общая технологическая основа и огромное
разнообразие решений.
Представьте, что вы вдруг оказались в далеком доиндустриальном прошлом. Как воспринимались бы со­
временные технические достижения в то время? Скри­
пичных дел мастеру портативный проигрыватель iPod,
скорее всего, показался бы явной нелепостью. Мастера27

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

печатника из XVII столетия наповал сразили бы функ­
циональность и одновременно внешняя простота на­
стольного принтера. Он воспринял бы это печатное
устройство как нечто недоступное пониманию человека.
Перенесемся в середину XX в .— время накануне ци­
фровой революции. Все современные технические ре­
шения уже не казались невероятными. Более того,
в то время уже использовались устройства в значитель­
ной степени напоминающие современные:
• Воспроизведение музыки без музыкальных инстру­
ментов? — Фонографы.
• Бумажная печать без использования металлических
ли тер?— Офсетная печать.
• Моментальная почта через многокилометровые
расстояния? —Телеграф и телетайп.
• Разговоры через моря и океаны? —Кабели и теле­
фоны.
• Просмотр фильмов на дому? — Кинопроекторы.
Библиотечные журналы на заказ? Такую возможность
предвидел Ванневар Буш, незадолго до окончания Вто­
рой мировой войны предложивший настольное устрой­
ство для получения постраничных изображений д о ­
кументов, хранящ ихся на микрофильм ах. Впрочем,
создание библиотеки микрофильмов потребовало бы
огромных затрат.
Для каждого из упомянутых выше технических ре­
шений концептуальным камнем преткновения были
не цели, а средства; не идея прогресса в целом, а форма,
которую он должен был принять, и то, насколько дале­
ко он должен был бы зайти. Конечно же, в свете истории
инженерного дела передовой музыкальный проигры­
ватель должен был стать улучшенной версией маш и­
ны по воспроизводству звука, а не телетайпа, библио­
теки или кинопроектора. И уж наверняка он вряд ли
бы заодно выполнял функции пишущей машинки, чер­
тежной доски, калькулятора, шкафа для хранения д о ­
28

АТОМЫ,

БИТЫ

И ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

кументов и фотоальбома, а также фотоаппарата, филь­
мотеки и прекрасно оборудованной «темной комнаты»,
да еще и вмещая все эти устройства в одном небольшом
корпусе.
В то же время все упомянутые мною функции (за ис­
ключением того случая, когда нам не достаточно эк­
рана и нужно печатающее устройство) способна вы­
полнять машина, которая в данный момент находится
у меня под рукой. Вот что более всего поразило бы ин­
женера, жившего в середине XX столетия,— предельная
общность лежащих в основе всего цифровых устройств
и машин, которые могут быть построены с использова­
нием этой технологии.
До начала цифровой революции прогресс происхо­
дил в традиционных, довольно предсказуемых направ­
лениях. Но бурное развитие цифровых информацион­
ных систем в сочетании с появившимся разнообразием
периферийных устройств в корне изменило техноло­
гическую, экономическую и культурную составляющие
нашей жизни.
Каждая составляющая этих систем ф ункциониру­
ет на основе одного и того же принципа: синтеза слож­
ных объектов из простых составных частей — нарезки
звука из сэмплов, изображений — из пикселов. Эти со­
ставные части, в свою очередь, представляются в виде
последовательностей двоичных битов, которые обраба­
тываются множеством элементарных наномасштабных
устройств —транзисторов. Двоичный к од —вот что объ­
единяет все цифровые электронные системы.
Если компоненты ваших устройств имеют наноскопические размеры, то вы можете разместить на одной
микросхеме миллиарды транзисторов, которые будут
работать на частоте в несколько гигагерц. Такие ми­
кросхемы являются одним из примеров продукции на­
нотехнологий, в данном случае созданной для произ­
водства вычислительных устройств общего назначения.
В этом узком смысле наноразмерная цифровая тех­
нологическая революция уже произошла. Она принесла
29

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

нам полное изобилие, которое мы называем информа­
ционной революцией. Эти же фундаментальные цифро­
вые основы открывают путь новому перевороту, также
сулящему полное изобилие, причем не только инфор­
мации, но и ощутимых, материальных благ.

От информационной революции к АТП
Атомарно точное производство (atomically precise manu­
facturing, АРМ, или АТП) способно сделать в отношении
материальных объектов все то же самое, что цифровые
технологии сделали для информации, звука и изобра­
жений. Это утверждение поднимает целый ряд вопро­
сов, но сначала поговорим о возникающих параллелях.
Рассмотрим следующее описание цифровых техно­
логий:
Цифровые технологии обработки информации ис­
пользуют наноразмерные электронные устройства, ра­
ботающие на высоких частотах и производящие после­
довательности битов.
Изменяя время и заменяя некоторые слова, мы мо­
жем применить то же самое описание к технологиям,
основывающимся на АТП:
АТП-технологии обработки материалов будут исполь­
зовать наноразмерные механические устройства, рабо­
тающие на высоких частотах и производящие последо­
вательности атомов.
В первом приближении давайте воспринимать ф ор­
мирование молекулярной связи как детерминирован­
ную дискретную операцию, которая либо есть, либо
нет —подобно тому как двоичный бит принимает значе­
ние либо «1», либо «о». АТП-система в этом приближе­
нии будет своего рода принтером, создающим объекты
из образуемых атомами последовательностей — точ­
но так же, как принтер рисует изображение капелька­
ми чернил. Возможности такого принтера ограничены
лишь диапазоном имеющихся на входе материалов —
30

АТОМЫ,

БИТЫ

И ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

точно так же, как количество цветов ограничено к о­
личеством чернил. Хотя продукты изготавливают­
ся с атомарной точностью (каждый атом помещается
на определенное место), это не обязательно означает пе­
ремещения отдельных атомов. Вспомним, что в химии
известны регио- и стереоспецифические реакции, в ко­
торых всегда образуются определенные молекулярные
соединения, причем без «жонглирования» единичны­
ми атомами.
Параллель между АТП-процессами и цифровой л о ­
гикой может быть расширена и на лежащие в их осно­
ве физические процессы, так как для достижения точ­
ных надежных результатов обоим необходима защита
от помех. В инженерном смысле помехозащищенность
означает, что в системе возможны незначительные иска­
жения на входе, не влияющие на результат. Примером
такой помехозащищенной системы является воронка,
способная направить немного неправильно помещен­
ный шар в единственно верное отверстие. В механиче­
ски направляемых химических процессах траектория
движения молекулы ограничена упругим взаимодей­
ствием, эффективно направляющим молекулу к желае­
мой цели. Таким образом, упругое взаимодействие игра­
ет роль барьера, способного экспоненциально подавлять
термодинамические флуктуации координат. И в наноэлектронных, и в наномеханических системах может
быть спроектирован такой запас помехоустойчивости,
который будет превосходить величину возмущений,
в результате чего количество ошибок снижается до ме­
нее чем одной на триллион.
Как и в случае с цифровыми системами, потенци­
альная мощь АТП обусловлена способностью произво­
дить сложные объекты из элементарных частей. Если
представить, что музыкальное устройство (в широком
смысле) способно воспроизводить любой набор зву­
ков, а печатная машина (в широком смысле) облада­
ет неограниченным набором чернил, то и АТП-система
(в широком смысле) может создавать любой физиче­
31

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ский объект, давая непревзойденную материальную
свободу.
Однако есть ключевое отличие.
Аудиосистемы воспроизводят сложные полифони­
ческие звуки. Но наш мир не состоит только из звуков.
Печатные системы способны печатать сложные
чернильные рисунки. Но наш мир не состоит только
из чернил.
А вот атомарно точные производственные систе­
мы будут способны производить сложные материаль­
ные объекты, аудиосистемы, принтеры и технологиче­
ское оборудование. В общем, все то, что изготавливается
нами сегодня, и многое-многое другое.
Возможно, даже скрипки.
***
Читатели имеют полное право задать вопрос: «Если
А Т П действительно может найти широкое практическое
применение, и если она имеет прекрасные перспективы
в обозримом будущем, почему нам известно о ней так
мало?» Ответ на этот вопрос можно получить только че­
рез призму истории ключевых идей, науки и политики,
которые тесно переплелись между собой. Понимание
прошлого поможет нам правильно оценить современ­
ное состояние мира и разглядеть перспективы неожи­
данного будущего.

ГЛ А В А 2

Путешествие к истокам идей

нанотехнологий уходит в прошлое более
чем на 25 лет, напоминая мне ткань, сотканную
из множества нитей: науки, технологий, мифов, дости­
жений, отсрочек, денег и политики. В ней есть место
и появлению идей, и их противостоянию поп-культуре, и развитию научных дисциплин, и их столкнове­
нию с научными традициями, и обещаниям, и их на­
рушению, и в результате — появлению нового видения.
Я был в гуще событий с самого начала.
Надежды, возлагаемые на нанотехнологии, как реаль­
ные, так и мнимые, во многом определены ее прошлым.
Для того чтобы понять выбор тех или иных направле­
ний развития и трудности, которые предстоит преодо­
леть, необходимо оглянуться в прошлое. Наша история
начнется с открытия потенциала будущей технологии,
вытекающей из известных физических принципов.
В начале этой истории не было ничегоособенного.
Идея, послужившая отправной точкой развития нано­
технологий, впервые была представлена в моей научной
статье, опубликованной в 1981 г.1 В ней я описывал ве­
роятные пути развития атомарно точного производства,
начинавшиеся с биомолекулярной инженерии и под­
водившие нас к фундаментальному принципу А Т П : ис­
пользованию наноразмерных устройств для направле-

И

СТО РИ Я

I. «Molecular Engineering: An Approach to the Development of General
Capabilities for Molecular Manipulation», Proceedings of the Natio­
nal Academy of Sciences USA, 78, no. 9 (1981): 5275-5278.

33

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ния движения реакционно-способных молекул с целью
сборки крупных комплексных структур и механизмов.
Эта концепция, которой сразу нашлось немало приме­
нений, быстро привела меня к большему.
В 1986 г. вышла в свет моя книга Engines of Creation
(«Машины созидания»), в которой я представил свои
идеи широкой общественности. В ней давалось имя но­
вой области и описывалось мое первоначальное виде­
ние нанотехнологий. Через шесть лет я предложил об­
новленное видение, изложив его в техническом анализе
(по объему сравнимом с книгой) по результатам моей
диссертационной работы в Массачусетском технологи­
ческом институте. Тем не менее «искрой», из которой
разгорелось «нанотехнологическое» пламя, остаются
Машины созидания2. Высказанные мною идеи привлек­
ли всемирное внимание и подняли волну небывалого
ажиотажа, способствовавшего образованию новой обла­
сти научных исследований и выделению средств на ее
изучение. По мере развития сюжета, мы увидим, как пе­
ресеклись друг с другом начальное видение и развивав­
шаяся область исследований.

О миссии, которая привела
в библиотеки
Путь, по которому я пришел к концепции АТП, был пу­
тешествием идей. Движущей силой стало любопытство,
а выбор направления был обусловлен ощущением моего
собственного предназначения, сформировавшимся под
влиянием тревог за судьбы Земли, нараставших во всем
мире на протяжении нескольких поколений. Впервые я
осознал его как необходимость участия в усилиях, тре­
бующихся для того, чтобы предотвратить будущую ми­
2. Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology (New York: Dou­
bleday, 1986); Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and
Computation (Hoboken, NJ: Wiley/lnterscience, 1992).

34

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

ровую катастрофу, неизбежную в том случае, если про­
мышленная цивилизация столкнется с ограниченностью
ресурсов нашей планеты. В чем оно могло бы состоять?
В исследовании технологий, способных изменить сло­
жившуюся ситуацию, в тщательном их изучении с помо­
щью инженерных и научных инструментов и в распро­
странении полученных знаний другими людьми.
Ощущение собственного предназначения пришло
ко мне еще в старших классах школы (прекрасное вре­
мя для грандиозных планов, не правда ли?), оконча­
тельно сформировавшись в 1970 г., когда впервые отме­
чался День Земли.
Мне вспоминается утренняя велосипедная поездка
длиной в 65 км в инженерную библиотеку и обратно.
Эта поездка, повторявшаяся не раз в течение лета, слу­
жила прекрасной иллюстрацией того, о чем стоит бес­
покоиться,— среди залитых солнечным светом, изны­
вающих от жары сельских холмов Орегона оставался
лишь небольшой кусочек спасительной древесной про­
хлады как память о давно исчезнувших лесах.
Сельскохозяйственные земли заняли всю долину
Вилламетт, от холмов и до дальних гор. Мне казалось,
что я вижу, как промышленный рост истощает ресур­
сы, поглощая все больше плодородных земель, как ра­
стущее население все сильнее приближается к исчерпа­
нию ресурсов планеты.
В то время мне казалось, что я вижу возможный вы­
ход. Совсем недавно человек сделал первые шаги по лун­
ной поверхности и надежды освоения дальних планет
достигли своей наивысшей точки. Мне казалось, что
наиболее заманчивые перспективы открываются нам
не на бесплодной поверхности таких планет, как Марс
(схож их с Землей, но неприспособленных для обита­
ния человека), а в Большом Космосе, на залитых солн­
цем пространствах с новыми ресурсами, ожидающих
прикосновения земной жизни, подобно тому как зем­
ные континенты ожидали выхода на поверхность жиз­
ни, впервые зародившейся в океанских пространствах.
35

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Это видение человеческого будущего, известное как
«освоение космоса», основано на прогрессе во множе­
стве отраслей науки и техники. Изучение возможно­
стей, открывающихся для человечества в космосе, с са­
мого начало потребовало ответов на вопросы, получить
которые можно было только посредством анализа и ко­
личественной оценки различных технологических кон­
цепций, которые, в свою очередь, многим послужили
пищей для воображения.
В то время вычислительные мощности компьютеров
не слишком превосходили счетные способности людей.
В поиске знаний и ответов на возникавшие вопросы я
отправился по библиотекам. Действительно полезная
библиотека должна быть сравнительно крупной. Н ахо­
дившаяся ближе всех к моему дому открытая библиоте­
ка Орегонского педагогического колледжа не могла по­
хвастаться подборкой книг по космическим научным
дисциплинам. Но дорога, пролегавшая через сельско­
хозяйственные угодья, вела меня в Университет ш та­
та Орегон. В университетской библиотеке можно было
найти книги, посвященные наукам о космосе, а также
проектированию и использованию космических систем.
Из них я узнал о принципах создания космических ап­
паратов и о вечных физических принципах, лежащих
в основе всех инженерных наук.
Исследования космоса были для меня не «пунктом
назначения», но своего рода картой. Для освоения кос­
моса потребовались бы новые методы производства,
применимые в новых средах, и нужно было понять, ка­
кие существуют возможности для дальнейшего разви­
тия. Говоря отвлеченно, изучение перспектив освоения
Вселенной стало для меня дорожной картой, привед­
шей меня из космоса в наномир.
Оглядываясь назад на 40 лет научной работы, я вижу
одно общее направление. Одно и то же чувство предна­
значения направляло меня по жизненному пути сначала
в сторону космических исследований, затем —в сторону
передовых нанотехнологий, а сегодня — к компьютер­

36

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

ной клавиатуре, которая поможет мне поделиться сво­
ими знаниями с читателями.
Так откуда взялось это чувство предназначения?
Отчасти оно было связано с широко распространен­
ными тревогами относительно состояния мира, от­
части — с определенным периодом в развитии науки
и технологий. Если мы обратимся к истории развития
космической технологии и молекулярной науки, то за
три года до моего рождения Джеймс Уотсон и Фрэнсис
Крик построили спиральную модель Д Н К , а первый ис­
кусственный спутник был запущен на околоземную ор­
биту командой под руководством Сергея Павловича
Королева всего через два года после моего появления
на свет. Моя мама, Хейзел, думала, что я непременно
заинтересуюсь новостями о первом спутнике. Поэтому
она вырезала эти публикации из газет и бережно храни­
ла. К тому же в детстве мама «посадила» меня на диету
из научной литературы и научной фантастики. Я был
обречен на интерес к космосу.
Эта книжная диета сформировала мое видение буду­
щего. Но чувство цели возникло у меня благодаря за­
рождавшемуся в то время экологическому движению.
На моей книжной полке рядом с трудами о космиче­
ском пространстве нашлось место книгам на такую тре­
вожную тему, как совокупный экологический эффект
от распыления на сельскохозяйственных угодьях мил­
лионов тонн хлорорганических пестицидов, количе­
ство которых многократно превышало необходимую
дозу для уничтожения вредных насекомых. Эти ядо­
витые вещества не распадались годами, накапливались
в тканях животных, становившихся добычей хищ ни­
ков, и передавались дальше по пищевой цепочке, при­
чем с увеличивающейся концентрацией в каждом по­
следующем звене. Я узнал об этом из опубликованной
в 1962 г. и приобретшей широкую известность книги
Рэйчел Карсон Silent Spring («Молчаливая весна»), ко­
торая, как принято считать, положила начало экологи­
ческому движению. Сначала ее прочитала Хейзел, а по­
37

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

том и я. Знакомство с «Молчаливой весной» возымело
должный эффект, и в апреле 1970 г. мы с одноклассни­
ками приняли участие в первом Дне Земли в форме не­
большого школьного мероприятия.
Через два года я познакомился с книгой, глубоко из­
менившей мое мировоззрение. Это был опубликован­
ный в 1972 г. доклад Римскому клубу под названием
«Пределы роста» (Limits to Growth)3. Его авторы поста­
вили перед собой дерзкую цель: они попытались смо­
делировать динамику глобального роста, рассматривая
его как взаимосвязанный процесс и исходя из предполо­
жения, что технологии, ресурсы и реакция природной
среды будут оставаться в оправданных границах. В соот­
ветствии с «Пределами роста» первоначальный экспо­
ненциальный рост экономики должен был закончиться
катастрофой, ожидавшей человечество уже в середи­
не XXI столетия. Вопреки утверждениям позднейших
критиков, авторы не настаивали на абсолютной точно­
сти своих прогнозов. Они достаточно скромно заявля­
ли, что использовавшиеся модели «указывали на тен­
денции в поведении системы»: рост, истощение и крах.
Изменение начальных параметров в разных сценари­
ях приводило к столкновению с одним или нескольки­
ми пределами, но ничем не стесненный рост неизмен­
но приводил к катастрофе.
Впоследствии критики предпринимали попытки
опровергнуть выводы «Пределов», указывая, что их ав­
торы ошибочно предсказали крах мировой экономи­
ки в конце XX в. Критики были не правы — катастрофа
не предусматривалась даже в наихудшем сценарии. Бо­
лее того, предложенный авторами основной сценарий
во многом правильно описывает ситуацию, сложившую­
ся в мире в начале XXI столетия.
В начале 1970-х гг. мальтузианские по своему харак­
теру прогнозы «Пределов роста» выглядели более чем
3. Donella Н. Meadows, The Limits to Growth. A Report fo r the Club of Rome's
Project on the Predicament of Mankind (New York: Universe, 1972).

38

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

исроятными. Те, кто воспринимал их всерьез, были уве­
рены, что в крышку гроба для человечества вколочен
последний гвоздь. Но, на мой взгляд, каждой из рассма­
тривавшихся в «Пределах» моделей был присущ один
общий недостаток, имевший решающее значение: в сво­
их моделях мирового экономического развития авторы
рассматривали только ресурсы нашей планеты. Ины­
ми словами, авторы «П ределов» оставили без внима­
ния всю Вселенную —и это в то время, когда люди дела­
ли первые шаги по Луне и пытались изучать с помощью
космических аппаратов другие планеты, Национальное
агентство по аэронавтике и исследованию космическо­
го пространства С Ш А (Н А С А ) обещало сделать доступ
и космос более дешевым. Это было время дерзких меч­
таний. Казалось, еще немного и человечество покорит
другие миры за пределами Земли.
Видение авторов «Пределов роста» показалось мне
ограниченным. И я взялся за изучение того, что мог­
ло бы находиться за пределами очерченного в «П реде­
лах» мира —сначала вовне, в глубоком космосе, а затем
инутри, где я наткнулся на потенциал технологий наноразмерного мира.
По окончании школы я поступил в Массачусетский
технологический институт ( М Т И ) . Мои школьные оцен­
ки были не слишком высокими, но экзамены я сдал хо­
рошо, и этого оказалось достаточно.
Совсем скоро я почувствовал себя в М Т И как дома;
окружающие прекрасно понимали то, о чем я говорил,
и помогали мне пополнить запас знаний, а библиотеч­
ные полки мне казались бездонными.
Не так много людей в М Т И разделяли мое убежде­
ние о том, что следует в первую очередь концентриро­
ваться на освоении ресурсов дальнего космоса, относясь
к планетарным поверхностям лишь как промежуточной
цели. Почему-то мои слова не вызывали особого инте­
реса, и я начал сомневаться в своей правоте. Не ошиб­
ся ли я в своих оценках космических перспектив? Или
мои более информированные старшие коллеги упускали
39

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

из виду нечто важное, потому что искали ответы на не­
правильно поставленные вопросы?
Я обнаружил, что действительно очень немногие за­
дают себе правильные вопросы и немногие анализируют
правильность ответов на них. В Н А С А и других косми­
ческих агентствах инженеры и специалисты по плани­
рованию искали ответ на вопрос: «Каким образом мы
будем исследовать другие планеты, более всего похо­
жие на Землю, и выживать на них?» Мой вопрос звучал
совсем иначе: «Где мы могли бы найти такие внешние
условия, которые позволили бы устойчиво развивать­
ся промышленной цивилизации?» На разные вопро­
сы давались отличные друг от друга ответы. Я полагал,
что освоение космического пространства не имеет непо­
средственной связи с освоением далеких планет.
В поисках ученого, который разделял бы мое виде­
ние скрытого потенциала мира за пределами Земли, я
попросил куратора первого курса направить меня к че­
ловеку, который мог бы знать хоть кого-нибудь, кому
было бы известно хоть что-то о подобных идеях. И сам
куратор, и профессора, к которым он меня направлял,
предложили обратиться к весьма уважаемому в М Т И
физику Филипу Моррисону. После второй рекоменда­
ции я набрался смелости постучать в дверь его кабине­
та. Моррисон действительно разбирался в теме и знал
нужных людей.
Он направил меня к профессору физики Принстон­
ского университета Джерарду О ’Нейлу, который как раз
в то время, так уж получилось, занимался организаци­
ей конференции, посвященной освоению космическо­
го пространства. Наши точки зрения по этому вопросу
имели много общего. Дж. О ’Нейл рассматривал в каче­
стве места для земной жизни не другие планеты, а само
космическое пространство, предлагая различных спо­
собы предотвращения катастрофического столкновения
человеческой цивилизации и пределов роста, которые
ставит нам Земля. Его не слишком интересовали про­
блемы материалов и производства. Основное внимание
40

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

уделялось идее, поражавшей воображение публики —
грандиозному и в высшей степени наглядному образу
новых «земель», которые человечество будет создавать
и открытом космосе4. Используя данные о свойствах
солнечного света, стекла, зеркал и стали, использовав­
шейся для строительства мостов, Дж. О ’Нейл провел
и опубликовал расчеты геометрии, освещенности, атмо­
сферного давления, центростремительного ускорения
и структурной массы огромных цилиндрических струк­
тур, имевших характерные размеры порядка киломе­
тров. Как предполагалось, космические места обитания
будут открытыми пространствами, достаточно больши­
ми, чтобы здесь создавались города и фермы, залитые
солнечным светом. Предусматривалось создание искус­
ственной гравитации и посадки саженцев, чтобы через
некоторое время здесь появились собственные леса. Ве­
роятно, самым важным было то, что идея Дж. О ’Нейла вдохновила художников на создание картин, на ко­
торых космос был очень похож на Землю, изображений,
захвативших воображение публики.
Я был первокурсником, и моя роль в организации
первой Принстонской конференции по колонизации
космоса (впоследствии по просьбе Государственного де­
партамента Н А С А изменила это понятие на «заселение
космоса») была совсем незначительной. Одним из ее
результатов стало формирование особого сообщества,
представлявшего собой эклектичную смесь студентов,
университетских исследователей, инженеров авиакос­
мической отрасли и экологов. Впоследствии были со­
зданы научные группы, проводились летние школы,
4. По Дж. О ’Нейлу материалы для строительства должны были д о­
бываться из источника, постоянно «маячившего» перед людь­
ми — имелась в виду Луна. Я выступал за использование более
привлекательных ресурсов, извлекаемых из менее харизматичных астероидов. Первоначально идея добычи полезных иско­
паемых на астероидах пользовалась незначительной поддерж­
кой. Но в наши дни полеты на астероиды вошли в планы НАСА
до 2025 г., до возращения человека на Луну.

41

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

публиковались доклады, материалы конференций, об­
зоры в прессе, критические статьи. Возникло довольно
популярное движение.
Идея заселения космоса вступила в сильный резо­
нанс с общественными идеями в период, когда внима­
ние человечества было привлечено к вопросу о мате­
риальных основах собственного существования. Общая
озабоченность земными пределами роста придала им­
пульс космическому движению. Космос — это бескрай­
нее пространство, в котором достаточно места и ресур­
сов для жизни тысячам планет, подобных Земле. Этот
физический потенциал предлагает новый путь для ци­
вилизации, которая способна в течение ближайших не­
скольких столетий исчерпать ресурсы планеты, оказав­
шись перед лицом неминуемой катастрофы5. Более того,
освоение свободного космического пространства мог­
ло бы помочь снять с биосферы бремя промышленно­
сти, открывая тем самым возможность для восстановле­
ния природы Земли.
В середине 197° ’ х гг* в мире начался «энергетический
кризис». Возникшая благодаря действиям стран —чле­
нов О П Е К нехватка нефти наглядно показала идею огра­
ниченности ресурсов Земли и подстегнула поиск путей
выхода за их пределы. Инженеры выступили с идеей
о том, что солнечная энергия, получаемая из космо­
са, способна конкурировать с наземными источника­
ми. Н А С А и Министерство энергетики С Ш А выделили
авиакосмическим фирмам средства на проведение ис­
следований, проектирование и анализ потенциальных
возможностей околоземных солнечных электростан­
ций. Идея создания крупных искусственных спутни­

5. Но и он, конечно же, не бесконечен, ведь в главном Т. Мальтус был
прав. Но, выигрыш времени для десятков поколений представ­
ляется полностью оправданным. Возможно, приобретенные
человечеством в этот период знания и опыт позволят преодо­
леть и будущие ограничения. На длинной дуге истории случа­
лись и более странные вещи.

42

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

ков из доступных в околоземном пространстве ресурсов
оказалась заманчивой, и вскоре она стала частью кон­
цепции создания космических поселений.
Ш ирокомасштабное космическое строительство по­
требовало бы размещения в космосе производственной
азы и комплексной инфраструктуры, необходимой для
космической индустриализации.

Наука и космос для промышленного
производства
Промышленное производство — основа существования
современного общества. Продукты питания и одежда,
жилье, путешествия и другие удобства повседневной
жизни — все это и многое другое основывается на про­
дукции промышленного производства, степень автома­
тизации которого постоянно возрастает. Космические
общества должны будут еще больше зависеть от про­
мышленности, так как в космосе, помимо всех необ­
ходимых материалов, нужно производить еще почву
и воздух. Поэтому в центре внимания исследований
по заселению космоса очень быстро оказались вопросы
добычи различных материалов, их очистки и обработки.
В М Т И я специализировался на изучении программы
под названием «Междисциплинарная наука», в значи­
тельной степени вращавшейся вокруг промышленности
и сельского хозяйства — их функционирования на Зем­
ле и возможности изменения для соответствия прин­
ципиально иной внешней среде. Изучение этой области
требовало понимания фактов и методик, относивших­
ся к большому числу различных областей науки. Не­
которые из принципов описывали макроскопические
феномены, такие как физика тепло- и массопереноса,
а другие относились к молекулярному миру и основам
материаловедения. Иные темы включали в себя изуче­
ние метеоритов и планетоведение, физиологию расте­
ний, создание и управление экосистемами, фотоволь43

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

тайку и солнечную энергику, вакуумную металлургию
и ректификацию стали, свойства материалов, способных
выдерживать температуру солнечной «печи», и спосо­
бам адаптации земных промышленных процессов с це­
лью изготовления стекла и выплавки металлов из лун­
ного грунта.
Одно из изучавшихся нами направлений привело
меня в наноразмерный мир. Это было проектирование
солнечных парусов —вращающихся структур, шириной
несколько километров, покрытых листами из тонкой
металлической пленки, способные использовать давле­
ние солнечного света для перемещения космических ап­
паратов в течение многих лет с небольшим, но устойчи­
вым ускорением без использования топлива.
Солнечными парусами я занимался в течение не­
скольких лет, результатом которых стала защищенная
мною в М Т И диссертация. Физические расчеты показы­
вали, что для эффективного захвата и отражения сол­
нечного излучения солнечные паруса должны были
состоять из листов алюминия толщиной не более ю о
нанометров (примерно 300 диаметров атома). Расчеты
и библиотечные исследования привели меня к выводу,
что пленки такой толщины будут выполнять свое пред­
назначение только в том случае, если они изготавлива­
ются и устанавливаются в космическом вакууме. Но рас­
четы не смогли убедить меня, что столь тонкие пленки
способны «пережить» процесс производства. П оэто­
му я изучил возможность их изготовления с помощью
вакуумного оборудования, в котором алюминий атом
за атомом осаждался из газовой фазы на подложку. Об­
ращаться с полученными пленками необходимо было
очень осторожно. Пытаясь освободить полученный про­
дукт, я разрывал одну пленку за другой. Стоило прикос­
нуться к ней, как тонкая пленка оборачивалась вокруг
кончика пальца, заполняя каждую впадинку в коже.
При этом ее присутствие на пальце вообще не ощуща­
лось. Оказавшись в воздухе, фрагменты пленки свобод­
но парили, подобно пыли, но отражали свет как алюми44

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

пиевая фольга. В конце концов я научился поднимать
и монтировать эти тонкие пленки в специальные рамки
(и даже продемонстрировал несколько образцов на пре­
зентации в Лаборатории реактивного движения Н А С А
и Пасадене). Благодаря полученному практическому
опыту, я узнал достаточно для того, чтобы прийти к за­
ключению, согласно которому размещенное в космиче­
ском пространстве автоматизированное оборудование
могло в огромных количествах производить металли­
ческую пленку для солнечных парусов.
Источником метода, который я применил, были
книжные полки Научной библиотеки МТИ, а получен­
ные в институте научные знания открыли мне возмож­
ность создания вещей «снизу-вверх», атом за атомом.

Интерлюдия: Артур Кантровиц
Много лет назад мой доклад о заселении космоса при­
вел к созданию в М Т И группы по исследованию условий
жизни в космосе. Большинство ее членов были студен­
тами. Но однажды вечером к нам на заседание пришел
человек с седой головой. С тех пор он занял уникальное
место в моей жизни.
Артур Кантровиц был физиком и инженером, при­
глашенным профессором М Т И , основателем и руково­
дителем Исследовательской лаборатории Авко-Эверетт.
Я полагаю, он был мудрым человеком. Артур родился
н 1913 г., и когда мы познакомились, он был старше, чем
я теперь. Он стал моим наставником и другом.
В течение многих лет Артур участвовал в формирова­
нии моих взглядов на мир, на то, как он функционирует,
и на то, что является действительно важным. Он помог
мне понять глубинную природу научных знаний и науч­
ных норм, а также беспокойный процесс, ведущий к со­
зданию новых технологий. Артур поделился со мною
знаниями о грязной стороне этого процесса, о секрет­
ности и коррупции, которые могут процветать в точ­
45

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ке пересечения политики, денег и технологий. Поми­
мо этого он рассказывал о своем понимании глубинных
стимулов и культурных проблем, а также о собственном
опыте попыток институциональных реформ.
Оглядываясь назад, я вижу, насколько сильно мое
мироощущение отражает ценности моего наставника.
Артур добился огромных достижений в различных
технологических сферах. В 1950-х гг. его изобретения
помогли решить проблему сверхзвукового входа в плот­
ные слои атмосферы (газета New York Times назвала его
«одним из первых технологических героев космической
программы»). И это при том, что в его юности практи­
ческая аэронавтика концентрировалась на создании би­
планов из дерева и ткани.
Возглавляя ведущие научно-исследовательские груп­
пы, Артуру удалось одним из первых добиться про­
гресса в целом ряде областей, включая создание лазе­
ров большой мощности, сверхзвуковых молекулярных
пучков, магнитогидродинамических генераторов и внутриаортального баллонного насоса, который он создал
вместе со своим братом Адрианом. Этот аппарат искус­
ственного кровообращения сегодня широко применяет­
ся во всех крупнейших кардиологических центрах.
Дерзновенность мышления была присуща Артуру
с юности. В 1939 г. он с коллегами, работавшими в ла­
боратории, известной сегодня как Исследовательский
центр Н А С А в Лэнгли, создал первый прибор для изуче­
ния перспектив магнитно удерживаемого термоядерно­
го синтеза; в 1963 г. он пришел к выводу, что использо­
вавшийся подход уперся в «кирпичную стену» в виде
нелинейной неустойчивости плазмы. Через пятьдесят
лет, в наши дни, физикам так и не удалось найти реше­
ние проблемы нестабильности. Артур был смелым и на­
стойчивым исследователем, но знал, когда приходит
время остановиться.
Артур получил опыт участия в космических про­
граммах и как рядовой сотрудник, и как руководитель.
На начальном этапе осуществления программы «Апол­
46

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

лон», он был членом президентской комиссии, оценииавшей денежные и временные затраты, а также риски
разработки конкурирующих подходов к высадке челоиека на Луну. В 1970-х Артур проявлял пристальный ин­
терес к различным проблемам освоения космического
пространства, участвовал в дискуссиях, деятельности
различных, связанных с космосом организаций, участ­
вовал в разработках и проектировании высокоэффектив­
ных систем запуска небольших полезных нагрузок, а так­
же консультировал студента М Т И , усвоившего, по край­
ней мере, часть знаний, которыми он мог поделиться.
Артур посоветовал мне познакомиться с трудами ф и ­
лософа науки Карла Поппера, предложившего прин­
цип, согласно которому наука способна проверять
те или иные идеи, асимптотически приближаясь к ис­
тине, но не имея возможности выдвинуть универсаль­
ную количественную теорию. По мнению К. Поппера,
интеллектуальная жизнь состоит из выдвижения сме­
лых предположений и их критики, основывающейся
на результатах строгих всесторонних проверок. В ре­
зультате попыток разобраться с точкой зрения К. П оп­
пера на эпистемологию (а также с работами его крити­
ков) у меня выработалась привычка всегда тщательно
проверять основные знания и в науке, и в инженерной
сфере. Внимание к методологии стало непременным ат­
рибутом всех моих исследований, посвященных выявле­
нию потенциала физических технологий.
Артур одновременно принадлежал и прошлому, и бу­
дущему. Во времена усиливавшейся специализации он
оставался ученым с широким кругом интересов. В пору
нараставшей осторожности он оставался смелым иссле­
дователем. Несмотря на непрерывно усиливавшуюся за­
висимость науки от финансирования и политики, Артур
публично защищал глубинные ценности, лежащие в ос­
нове научной работы.
В то же время общение с Артуром стало причиной
того, что у меня сформировалось ошибочное представ­
ление о мире. По умолчанию, бессознательно, я пришел
47

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

к выводу, что в науке гораздо больше людей, похожих
на моего наставника, чем на самом деле.
Артур Кантровиц умер в Нью-Йорке от сердечно­
го приступа в возрасте 95 лет. Как мне рассказали, свои
последние часы он провел в окружении членов семьи,
будучи в сознании. Его жизнь поддерживалась благо­
даря устройству, с которым Артур был прекрасно зна­
ком — внутриаортальному баллонному насосу. Сегодня
мне не хватает его гораздо сильнее, чем я когда-либо мог
предположить.

Культура количественно выраженных
мечтаний
За годы совместной работы с Артуром и другими чле­
нами сообщества космических систем я научился мыш­
лению, основанному на сочетании творческого видения
и материального, количественного обоснования, позво­
ляющему реально оценить возможные достижения в но­
вых областях инженерного дела.
Эволюция инженерного сообщества космических си­
стем происходила параллельно развитию самих этих
систем. Ракетоносители и лунные корабли выросли
из количественно выраженного инженерного видения,
системных идей, которые переносились в чертежи, оце­
нивались и отбрасывались или принимались. Это эво­
люционное развитие в чем-то напоминало дарвинов­
ский процесс естественного отбора. В «награду» самые
лучшие идеи получали время и внимание, необходи­
мое для детальной проработки, оптимизации конструк­
ций и более тщательного анализа. После всех доработок
и проверок концепты вступали в конкуренцию на новом
уровне. Главным призом становилась детальная специ­
фикация, воплощавшаяся «в железе» на заводе. А затем
на космодроме раздавался грохот и поднимался столб
огня. Конструкция уносилась в небо, означая, что пер­
воначальное видение стало реальным.
48

ПУТЕШЕСТВИЕ

К ИСТОКАМ

ИДЕЙ

Например, прежде чем президент Дж. Кеннеди при­
нял решение о начале осуществления в С Ш А программы
«Аполлон», были проведены исследования сотен раз­
личных способов сборки ракетных двигателей и топлив­
ных баков, чтобы создать системы, способные достичь
Луны. Каждую важную космическую миссию предваря­
ла схожая борьба идей за выживание.
Участие в этих играх требует сочетания творческо­
го подхода и скептической оценки, когда внимание
уделяется и знаниям, и неопределенности. В инже­
нерном проектировании на системном уровне крити­
ческой оценке должны подвергаться все предположе­
ния, все расчеты, а также диапазон неопределенности,
идет ли речь об эскизах или более детальных специфи­
кациях. Неопределенности могут быть и фатальными,
и незначительными. Часть из них может быть ском­
пенсирована, в то время как другие становятся основа­
нием для начала новых исследовательских программ.
Например, в одной из программ, осуществлявшихся
в рамках исследований, предшествовавших первым кос­
мическим полетам, было установлено, что спускаемый
аппарат должен будет на сверхзвуковой скорости вой­
ти в плотные слои атмосферы, в результате чего его об­
шивка разогреется до температуры, сравнимой с жаром
на поверхности Солнца. Эта проблема возращения была
успешно решена Артуром Кантровицем, ответив на во­
просы скептиков и сузив диапазоны инженерной не­
определенности, открыв возможность более детальной
и достоверной разработки систем.
Мои воззрения на взаимосвязь проблем слож но­
сти, неопределенности и дизайнерского эксперимен­
та во многом сформированы этой культурой инженер­
ной разработки космических систем. Так я обратил свое
внимание на молекулярные технологии.
В те годы сообщество инженеров, занятых освоением
космоса, получало финансовую поддержку федерально­
го правительства и имело возможность разрабатывать
рассчитанные на десятилетия планы создания спут­
49

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ников, преобразовывавших солнечную энергию в элек­
трическую, а также космических жилых модулей. Их
результаты были использованы нашими наследника­
ми, теми, кто, получая меньшие средства, спроекти­
ровал и построил космический челнок. В том мире
нашлось бы место и солнечным парусам. Но меня за­
интересовало другое исследовательское направление.
Я отвлекся от космических проблем и переключился
на изучение потенциала меньших по размеру, но бо­
лее сложных вещей — не протяженных, но тонких ли­
стов алюминия, а наноразмерных устройств и механиз­
мов, которые могли в будущем стать плодами прогресса
в сфере молекулярных технологий6.
И вновь, уже в молекулярной области, у меня воз­
никло чувство, что внимание экспертов сосредоточено
на сиюминутных вопросах, а не на важнейших пробле­
мах долгосрочного развития. Мне казалось, что буду­
чи погружены в свою работу, специалисты не замечают
всей картины, не видят, куда привели бы их исследова­
ния, если бы результаты были обобщены и использова­
ны для достижения других целей. Как и в случае с ис­
следованием потенциала космического пространства,
чтобы задать вопросы и получить ответы, необходимо
было задействовать принципы системной инженерии,
а также изучить возможности изготовления вещей в не­
знакомом мире. И вновь я обнаружил последствия для
человеческого будущего такого масштаба, который не­
возможно было игнорировать.
То же самое чувство предназначения, которое по­
двигло меня на изучение потенциала космоса, затяги­
вало меня в молекулярный мир. Объем научных знаний
об этом мире был огромен и непрерывно пополнялся.

6. На этот путь меня натолкнуло знакомство со статьями, публико­
вавшимися в журналах Science и Nature, а также изучение ма­
териалов специализированных изданий, таких kzk Angewandte
Chemie, которые можно было найти на полках библиотеки МТИ.

50

ГЛАВА

3

От молекул
к наносистемам

часто идея создания вещей с атомарной
точностью воспринимается людьми как дело дале­
кого будущего, хотя в действительности она была осуще­
ствлена гораздо раньше, чем идея полетов в космос или
по воздуху на деревянных бипланах. История атомарно
точного производства начинается более ста лет назад,
в самом начале эпохи ускоряющегося прогресса.
К 1899 г. химики уже научились создавать различные
структуры с атомарной точностью; при этом они хоро­
шо понимали природу своих действий, атом за атомом,
связь за связью правильно отражая их на рисунках. На­
пример, было известно, что атомы углерода образуют
четыре связи, как правило, направленные к углам те­
траэдра, а образуемые ими молекулы характеризуются
хиральностью, то есть могут принимать право- и лево­
сторонние формы. Химики знали, что углерод способен
образовывать двойные связи, а молекула бензола состо­
ит из кольца, образуемого шестью эквивалентными ато­
мами углерода. Известно было, что к этим кольцам мо­
гут быть присоединены метиловые группы, в результате
чего у соединений могут быть различные молекулярные
изомеры. Это был замечательно высокий уровень зна­
ний, учитывая, что еще никому не удалось увидеть мо­
лекулу.
В то время были разработаны первые систематиче­
ские методы изменения молекулярных структур и хи-

Д

О ВО ЛЬН О

51

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

мики использовали эти методы для установления струк­
тур самих молекул—сегодня такой подход мы называем
опытным обучением.
Конечно же, идея атомов известна с античных вре­
мен. Приблизительно в 400 г. до н.э. древнегреческий
философ Демокрит утверждал, что в конечном счете ма­
терия должна состоять из неделимых частиц вещества —
что почти соответствует современному пониманию ато­
мов, за вычетом нашего знания о ядерных реакциях.
В Древнем Риме поэт и философ Тит Лукреций Кар
(около 50 г. до н.э.) предположил, что «танцы» частиц
пыли, которые мы можем наблюдать в солнечных лучах,
в действительности представляют собой то, что мы се­
годня называем «броуновским движением», то есть ре­
зультат столкновений атомов (и он был совершено прав
в отношении некоторых форм движения). В наши дни
самые передовые методы атомарно точного производ­
ства опираются на эти заставляющие молекул переме­
щаться броуновские «танцы».
Со времен античности прошли столетия, прежде чем
был сделан следующий шаг вперед в понимании ато­
марной основы материального мира. Важная веха была
пройдена в начале XIX столетия в Англии, когда Джон
Дальтон, наблюдая за химическими реакциями, заме­
тил, что участвующие в них вещества сочетаются в по­
стоянных пропорциях, и объяснил устойчивость этих
соотношений в терминах атомов. Д ж .Д альтон посту­
лировал, что каждое чистое химическое соединение со­
стоит из частиц —«молекул», содержащих в себе посто­
янное количество атомов одного или нескольких видов.
Опираясь на знание наблюдавшихся пропорций, хи ­
мики установили атомарный состав молекул различ­
ных веществ. Таким образом, были выведены формулы
углекислого газа (С 0 2), воды ( Н 20 ) и так далее. Важ ­
ные результаты были достигнуты и в другом направле­
нии исследований. Были открыты законы расширения
и сжатия газов в результате изменения давления и тем­
пературы, объяснявшиеся с точки зрения перемещения
52

ОТ

МОЛЕКУЛ

К НАНОСИСТЕМАМ

молекул под воздействием тепловой энергии —то же са­
мое тепловое движение, что является причиной броу­
новского движения.
Круг полученных косвенных фактических свиде­
тельств непрерывно расширялся благодаря наблюде­
ниям за результатами различных химических реакций
(их счет шел на десятки, сотни и тысячи). Тем самым
химики получили возможность выдвигать и проверять
гипотезы об атомарной структуре молекул. Системати­
ческие эксперименты послужили исходным пунктом
создания технологии органического синтеза —- атомар­
но точного производства различных веществ, изменив­
шего промышленность, медицину и, как следствие, по­
вседневную жизнь людей. Еще более впечатляющие
примеры атомарно точны х структур демонстрирует
биология — некоторые функциональные устройства ста­
ли именоваться молекулярными машинами.
Концепция молекулярных механизмов возникла в се­
редине X X столетия. Она родилась из попыток понять
принципы функционирования энзимов и соответствия
биомолекул друг другу. Но еще в начале 1890-х гг. не­
мецкий химик Герман Эмиль Фишер, изучавший про­
цесс отбора энзимами специфических молекулярных
субстратов из моря содержащихся в клетке различных
молекул, предложил модель, получившую известность
как «клю ч-замок». Это предположение Г. Фишера ста­
ло первым шагом в познании механизмов, позволяю­
щих комплементарным макромолекулярным формам
добиваться соответствия друг другу специфических ча­
стей и выполнять полезные действия.
Исследования по молекулярной биологии, прово­
дившиеся с начала 1950-х, способствовали расширению
и углублению знаний об установлении связей, движе­
нии и целевых функциях крупных молекул, таких как
протеиновые наноразмерные объекты, способные ко­
пировать цепочки Д Н К в ядрах клеток или натягивать
белковые волокна в мышцах. В начале 1950-х Френси­
сом Криком, Джеймсом Уотсоном и Морисом Уилкин­
53

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

сом было установлено строение молекулы Д Н К , за что
они получили Нобелевскую премию. Такой же награды
за использование методов рентгеноструктурного анали­
за для создания первых атомарно точных карт белковых
структур были удостоены Джон Кендрю и Макс Перуц.
С течением времени была установлена атомарная струк­
тура все большего количество биомолекул, и сегодня их
счет идет на десятки тысяч.
Появление новых знаний о биомолекулярных меха­
низмах заинтриговало Ричарда Фейнмана. В 1959 г., вы­
ступая на проходившей в Калифорнийском технологи­
ческом институте сессии Американского физического
общества, он упомянул о физике искусственных микрои наноразмерных механизмов, на создание которых ис­
следователей «вдохновляет биологический феномен,
когда химические силы вновь и вновь используются для
продуцирования разнообразных удивительных эффек­
тов (одним их которых является выступающий)». В до­
кладе «Там внизу — много места» Р. Фейнман предло­
жил идею использования механически направляемых
перемещений для сборки молекулярных структур с ато­
марной точностью.
Таким образом, уже в то время Р. Фейнман сформу­
лировал фундаментальный физический принцип ато­
марно точного производства. Но на протяжении по­
следующ их пятнадцати лет, пока биомолекулярные
дисциплины развивались семимильными шагами, идея
использования механизмов, способных создавать раз­
личные объекты с атомарной точностью, оставалась не­
востребованной.
К середине 1970-х инжиниринг биомолекулярных ме­
ханизмов уже был виден на горизонте. Ученые начали
писать инструкции, закодированные в Д Н К , что поло­
жило начало развитию новой области, названной «ген­
ной инженерией». Используя эту технологию, исследо­
ватели научились перепрограммировать молекулярные
механизмы клеточных ядер для производства новых
белков. Или, если быть более точным, они научились
54

ОТ М О Л Е К У Л

К НАНОСИСТЕМАМ

программировать клетки ядер на выпуск белков, уже
с интезируемых в ядрах других клеток.
Генетическая инженерия и молекулярная биология
гтали передовыми областями науки и техники. Но мы
можем с полным основанием рассматривать их и как от­
крывшуюся дверь, за которой находится возможность
гоздания новой среды в масштабе, имеющем огром­
ное значение для будущего человечества. Я присталь­
но следил за развитием этой сферы, и уже в 1976 г. на­
чал искать ответ на вопрос, куда она нас может завести.
И снова я нашел подсказку в библиотеках. Как инфор­
мационно всеядное животное, я то и дело закидывал
свой невод в океан знаний, покоившийся на журналь­
ных полках Научной библиотеки М Т И .
Следующей весной, после того как я вдоволь наиграл­
ся с идеями о вычислениях с помощьюмолекулярных
устройств, у меня возникло несколько очень важных во­
просов. Один из них звучал так: «Что можно создать,
программируя природные механизмы?». И, в продол­
жение этого вопроса: «Что можно построить, используя
механизмы, созданные перепрограммированными при­
родными машинами? И что можно сделать с помощью
устройств, созданных этими механизмами?». Подобные
вопросы можно задавать бесконечно, уходя все дальше
по спирали усложнения технологий производства.
Эта восходящая спираль ведет нас ко все более раз­
витым производственным способностям, не только ато­
марно точным, но и имеющим небиологическое про­
исхождение. Они будут ограничены не свойствами
биомолекулярных материалов и механизмов, создан­
ными природой в ходе эволюции, а свойствами мате­
риалов и устройств, ограниченными только физически­
ми законами. Другими словами, концепция восходящей
спирали означает движение от современных технологий
к передовому А Т П — путь, основывающийся на исполь­
зовании технологий атомарно точного производства
для создания более совершенных инструментов изго­
товления структур с атомарной точностью. И у нас уже
55

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

есть инструменты, с помощью которых можно начать
двигаться по этому пути.
Достигнутый с начала 197° ' х прогресс в значитель­
ной степени основан на использовании биомолекулярных механизмов и материалов и включает в себя появле­
ние такой области, как «белковая инженерия». Но для
того, чтобы правильно понять весь смысл инжинирин­
га белков, нам необходимо избавиться от одного есте­
ственного заблуждения.
Мы привыкли думать о белковых молекулах как о во­
дянистых желеподобных образованиях, таких как, на­
пример, мясо. Это ошибочное представление. Белковые
молекулы представляют собой твердые наноразмерные
объекты, похожие на кусочки пластика, но имеющие
более разнообразное и сложное строение. Они состо­
ят из уложенных полимерных цепочек, отличающих­
ся друг от друга формой, размером и физическими
свойствами — при том что все они собраны из одного
и того же набора двадцати различных мономеров. Раз­
личные комбинации и последовательности этих моно­
меров могут принимать форму таких материалов, как
мягкая резина, твердый пластик и волокна, превосхо­
дящие по прочности сталь. Так, например, и паутина,
и рог быка представляют собой белковые образования.
Но инженера более всего интересует ответ на вопрос —
что способны делать эти наноразмерные объекты?
Некоторые из возможностей подсказывает нам при­
рода. Обратив взор на молекулярные механизмы ж из­
ни, мы увидим, что белковые соединения способны
образовывать двигатели, датчики, структурные осно­
вы и каталитические устройства, умеющие преобразо­
вывать молекулы. Основанные на белках устройства
умеют копировать и считывать данные, хранящиеся
в Д Н К . Что самое важное, построенные из биомолекул
комплексы способны функционировать как програм­
мируемые производственные системы, выпускающие
различные компоненты для новых молекулярных ме­
ханизмов.
56

ОТ М О Л Е К У Л

К НАНОСИСТЕМАМ

Из этих примеров с самого начала становится понят­
ным, что генетическая инженерия предлагает доступ
к инструментам, способным создавать не только эти,
но и многие другие вещи. Необходимо только овладеть
искусством инжиниринга белков.
Столкнувшись с этими фактами, ход моих мыслей
принял примерно такое направление:
1. Обратившись к природе, мы видим, что комплек­
сы молекулярных механизмов могут быть запро­
граммированы посредством закодированных
в Д Н К инструкций на создание сложных, атомар­
но точны х структур, включая соответствующие
друг другу компоненты, необходимые для образо­
вания молекулярных механических систем.
2. Природа показывает нам, что молекулярные ме­
ханические системы могут связывать и позицио­
нировать самые разные химически активные мо­
лекулы, направляя их с целью создания атомарно
точных биомолекулярных структур и компонен­
тов механизмов.
3. Схожие механические комплексы могут быть ис­
пользованы для связывания, позиционирования
и соединения еще более широкого диапазона мо­
лекул, не только биологических, тем самым давая
возможность создавать атомарно точные струк­
туры, в том числе с более сильными химически­
ми связями, обеспечивая более высокую механи­
ческую жесткость.
4. Эти более жесткие компоненты следующего по­
коления могли бы использоваться для создания
износостойких высокопроизводительных меха­
низмов, которые, в свою очередь, могли бы приме­
няться для создания еще более широкого диапазо­
на компонентов, из которых изготавливались бы
еще более производительные механизмы, и так да­
лее, что означало бы расширение горизонта их
применения далеко за пределы биологии.
57

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Попытка заглянуть за этот горизонт означает поиск от­
вета на вопрос о том, что в принципе может быть дости­
жимо в рамках фундаментальных физических законов.
С этой точки зрения и рассматривая открывающуюся
картину через призму системной инженерии, я получил
первое представление о потенциальной мощи и разно­
образии атомарно точного производства.
О ткрывш иеся перспективы были потрясаю щими.
Первоначально мне было трудно поверить в них. Со вре­
менем, изучая различные концепции, расчеты, а также
читая учебники и журналы, я убедился в том, что пора­
зительные перспективы полностью реалистичны.
В 1981 г., движимый ощущением необходимости по­
делиться знанием о потенциале технологий, способных
изменить мир, я опубликовал научную статью1, по про­
шествии пяти лет и трех вариантов, последовала книга
«Машины создания», предназначенная широкой обще­
ственности.
Благодаря «М аш инам создания», увидевшим свет
в сентябре 1986 г., в широкую публичную дискуссию
была «вброшена» новая идея и обозначающее ее сло­
во — «нанотехнологии». Средства массовой информа­
ции сформировали собственное представление о том,
что это слово могло бы означать, и оно пошло в массы.
Уже через два месяца, миллионы читателей научнопопулярного журнала O M N I увидели вынесенный на об­
ложку заголовок: «Нанотехнологии: молекулярные ме­
ханизмы, имитирующие жизнь».
Автор статьи Фред Хэпгуд был членом основанной
мною за год до описываемых событий Группы исследо­
ваний в области нанотехнологий М Т И . Столь мощный
(и нежелательный) старт породил целую волну газетных

1. Отдельные положения этой статьи, о п у б л и к о в а н н о й в Proceedings
of the National Academy of Sciences, широко цитировались в науч­
ной литературе, так как в ней описывались основы идей белко­
вой инженерии и передовых нанотехнологий, основывавших­
ся на механизированной молекулярной сборке.

58

ОТ

МОЛЕКУЛ

К НАНОСИСТЕМАМ

и журнальных материалов, призванных разъяснить широ­
кой читательской аудитории новую научную концепцию.
Ито же время биологический уклон статьи, выраженный
и заголовке «Механизмы, имитирующие жизнь», задал
тенденцию трактовки нанотехнологий исключительно че­
рез призму биологии, что привело к неприятным послед­
ствиям сравнения наномеханизмов с наножучками.
Время шло, и по мере своего распространения в об­
ществе, идеи нанотехнологий менялись и становились
нее более разнообразными, позволяя прибегать и к дру­
гим аналогиям. В 1990-х гг. начальное революционное
видение нанотехнологий запустило волну энтузиазма
ко всему с приставкой «нано-». Эта волна принима­
ла разные формы, но одна из них стала центральной.
11о мере признания новых идей научным сообществом,
фокус нанотехнологий постепенно сместился на нано­
размерные явления —как в научной среде, так и в обще­
стве, постепенно дав толчок к поддержке новых иссле­
довательских инициатив.
Понятие «нанотехнологий» существенно расш ири­
лось, и сегодня оно включает в себя гораздо больше, чем
просто наномеханизмы и атомарно точное производ­
ство. Оно превратилось в общее обозначение, опреде­
ляемое в первую очередь размерами, стало новым об­
щим брендом нанотехнологий (хотя во многих случа­
ях было бы лучше использовать понятие «нанонауки»),
распространившимся на множество дисциплин, в кото­
рых изучаются наноразмерные структуры, а также объ­
единившим большое количество исследователей, рабо­
тающих с материалами, поверхностями, малыми части­
цами и электронными устройствами. Исследователи
делились друг с другом идеями и методиками, форми­
ровали коллаборации и расширяли границы научного
знания. Долгосрочное видение передовых нанотехноло­
гий пробудило интерес общественности, а углубляющее­
ся понимание практической важности феномена нано­
размерности стимулировало расширение и тематик ис­
следований, и финансирования.
59

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Вскоре история нанотехнологий и А Т П начала сме­
шиваться с заблуждениями, как это часто бывает на гра­
нице между наукой и техникой. Проблемы были вызва­
ны глубинными, но далеко не всегда признаваемыми
различиями между первой и второй.
В целом между учеными и инженерами есть глубо­
кие отличия, и в первую очередь — различный подход
к знаниям. Ученые исследуют, а инженеры проектируют.
Ученые изучают физические объекты, а затем описывают
их; инженеры описывают материальные объекты, после
чего создают их. Ученые и инженеры задают разные во­
просы и ищут различные ответы на них.
Это довольно грубая картина, нарисованная не ки­
сточкой живописца, а малярной кистью. Вдаваясь в ню­
ансы, мы увидим, что во многих случаях исследование
и дизайн следуют одной и той же исследовательской
логике, смешиваясь друг с другом в человеческом со­
знании, следующему единому ходу мысли. В главе 8,
посвященной изучению противоречивых движущих ча­
стей прогресса современного мира, я более точно очерчу
контуры проблем знаний, практики и культуры.
Как показывает опыт, смешение инженерных и науч­
ных вопросов может привести к концептуальной пута­
нице. В молекулярной науке есть и те и другие, но они
тесно связаны друг с другом и их границы сильно раз­
мыты. Следствием этой путаницы становятся упущ ен­
ные возможности в применении научных знаний для
открытия новых областей.
Проведенные много десятилетий назад научные
исследования позволили открыть фундаментальные
принципы молекулярной физики, что позволило про­
водить точные расчеты и получать достоверные про­
гнозы. Однако экспериментальная наука позволяет по­
лучать знания (и технологии), не обращаясь к точным
математическим расчетам. Во многих случаях исследователи-экспериментаторы разрабатывают собствен­
ные методы создания атомарно точных наноразмерных
структур, и в процессе проводимых ими исследований
бо

ОТ М О Л Е К У Л

К НАНОСИСТЕМАМ

мл.ши получения новых знаний и изготовления тесно
переплетаются между собой. Например, исследования
молекул позволили химикам открыть атомы и устаноhin i. снязи между ними задолго до того, как квантовая
механика предложила их теоретическое объяснение.
11оэтому, когда моя работа привела меня в дебри моле­
кулярных наук, я встретился с культурой, в которой во­
просы исследований и дизайна часто смешивались друг
( другом, с культурой, в которой большинство исследом.пелей во многих случаях не признавали идеи и мето­
ды инженерии системного уровня. И все же я обнаружил,
ч го абстрактные идеи инженерного дела могут найти не­
посредственное применение в молекулярной сфере.
Например, в чем заключался принятый в то время
и пауке о белке образ мышления? Научная проблема соетояла в том, чтобы правильно предсказать, как будет
уложен белок из данной последовательности мономера.
Напротив, инженерная задача заключалась в анализе
желаемой укладки и определении последовательности
мономера, которая позволяла бы ее получить. В то вре­
мя проблема предсказания сворачивания белка остаиалась нерешенной (да и сегодня она решена лишь ча­
стично), и исследователи неявным образом исходили
из допущения, что успешное предсказание укладки дол­
жно предшествовать ее проектированию.
В опубликованной в 1981 г. статье я объяснял, поче­
му проектирование и предсказание являлись принци­
пиально разными проблемами и почему первое должно
быть менее трудным. Вскоре проектирование укладки
получило название «обратной проблемы сворачивания»,
и принятие этой глубокой начальной идеи стало исход­
ным пунктом развития такой области, как белковая ин­
женерия.
Однако белковая инженерия остается «встроенной»
в науку. Десять лет спустя, выступая на конференции,
я попросил поднять руки тех ее участников, кто счита­
ет себя учеными. Передо мной поднялся «лес» из сотни
рук. В ответ на аналогичную просьбу, обращенную к ин­
61

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

женерам, руки подняли всего три человека. И это на кон­
ференции, которая называлась «Белковая инженерия»!
Конечно, многое зависит от особенностей той или
иной научной области. Если бы я выступал перед ауди­
торией, состоящей из физиков-экспериментаторов,
то многие из них в ответ на мою просьбу, скорее всего,
подняли бы руку дважды. То же самое произошло бы
в зале, заполненном специалистами по космическим ис­
следованиям, перед которыми, например, поставлена
задача отправки исследовательского аппарата на Марс.
В то же время принято считать, что инженерам и уче­
ным присущи противоположные когнитивные привыч­
ки, интеллектуальные ценности и культуры; особенно
сильно контраст проявляется в научных центрах. Если
инженеры занимаются созданием комплексных систем,
таких как космические корабли или ускорители заря­
женных частиц, то исследователи используют обору­
дование, соответствующее требованиям молекулярных
наук (вспомним мензурки, пипетки, коммерчески д о ­
ступные инфракрасные спектрометры и тому подобное).
В этом случае ученым нет никакой необходимости зани­
маться разработкой систем низкого уровня.
Образ мышления, лучше всего соответствующий по­
требностям молекулярных исследований, менее всего
подходит для постижения сути или вынесения суждений
относительно абстрактного инженерного анализа. В то же
время ученые, способные легко постичь научную осно­
ву атомарно точного производства, испытывали немалые
трудности с тем, чтобы понять его идею саму по себе и
правильно ее оценить. В результате столкновения когни­
тивных концепций легко сползти в концептуальную яму.

Машины конфликта
Видение, представленное в «М ашинах создания», осво­
бодило силы, вскоре вступившие в конфликт. Первой
из них, конечно же, была сила видения самого по себе,
62

ОТ

МОЛЕКУЛ

К НАНОСИСТЕМАМ

подхлестнувшая исследования, позволившие углубить
Minne понимание перспектив. Частью соответствующих
усилий с моей стороны стала подготовка докторской
диссертации, за которой последовала книга Nanosystems
(« Н аносистем ы »).
Однако многосторонняя сила популяризации польюналась шестилетним гандикапом. Идеи, представлен­
ные в «М аш инах», отражались эхом в прессе и Интерне­
те в форме ярких упрощенных сюжетов и образов. Тем
гамым наука и техника превращались в фантастику, не­
заметно переходившую в магию и волшебство. Идеи
принимали форму утопий и сенсаций, набиравших все
большую силу. Через некоторое время концепции, из­
ложенные в «М аш инах», оказались погребены под тол­
стым слоем прямых искажений и ненаучной фантастики.
Риск, связанный с чрезмерным возбуждением и по­
пуляризацией был обусловлен тем, что в кратком или
искаженном описаниях АТП-технологии выглядели как
очковтирательстве. Усиленные массовым энтузиазмом,
эти идеи воспринимались как еще одно коллективное
помешательство. Важность АТП-технологий определя­
ется огромным диапазоном их применения. Но, по иро­
нии судьбы, это обстоятельство и было главным факто­
ром недоверия, по крайней мере, на протяжении 99%
времени. Впрочем, в некоторых случаях, и в рассматри­
ваемом нами, в частности, ошибается даже эвристика.
Когда все только начиналось, мне казалось, что энту­
зиазм сыграет преимущественно положительную роль —
он должен был стать, и это действительно произошло,
каналом, поддержки научного прогресса, а ученые,
в свою очередь, должны были помочь направить энер­
гию масс к реальности, постепенно отодвигая в сторо­
ну бессмыслицу и чепуху.
В какой-то степени так и произошло, и критическое
мышление продолжало наступать. Студенты, прочитав­
шие «М ашины», выбирали в качестве продолжения сво­
ей карьеры нанотехнологии; ученые в Калифорнийском
технологическом институте и других университетах при­
63

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

меняли вычислительные методы для моделирования но­
вых атомарно точных механизмов; я выступал на науч­
ных конференциях, корпоративных встречах, в Управле­
нии по науке и технологиям Белого дома, в Пентагоне,
в Агентстве национальной безопасности, в Управлении
по оценке технологий конгресса и на сенатских слуша­
ниях, проводившихся по инициативе сенатора Эла Гора.
К концу десятилетия исследователи, занятые в са­
мых разных областях, преимущественно в материалове­
дении, собрались под знаменем нанотехнологий, про­
двигая и расширяя ассоциировавшееся с этим словом
видение. В конце 1990-х завоеванная благодаря их уси­
лиям поддержка нанотехнологий (в широком понима­
нии), достигла порогового уровня запуска федеральной
программы. Это означало получение нанотехнология­
ми приза в миллиарды долларов.
Текущие исследования и долгосрочные цели были
(или должны были быть) полностью совместимыми
друг с другом. Но по мере того, как события набирали
ход, между ними возник конфликт, подпитывавшийся
столкновениями между получившим широкое хож де­
ние вйдением перспектив развития и научными реалия­
ми того времени. В процессе его поляризации конфликт
стал звучать, как «мы против них» и «наука против фан­
тазий». При этом различие между фантазиями и под­
линными перспективами все глубже тонуло в общих
криках и шуме. Поворотным пунктом стало принятие
новой федеральной программы, гарантировавшей ф и­
нансирование разработок в области атомарно точно­
го производства. Однако вскоре ее инициаторы начали
пропагандировать необходимость изменения первона­
чального видения, принятого американским конгрес­
сом, повторно сформулировали миссию и начали стран­
ную и беспорядочную борьбу идей, эхо которой слышно
и в наши дни. Я еще вернусь к этой истории в главе 13.
Рассматриваемый конфликт имел в высшей степени
отрицательные последствия. В восприятии публики на­
нотехнологии оказались отделены от концепции ато64

ОТ М О Л Е К У Л

К НАНОСИСТЕМАМ

мирной точности и ее естественных корней, уходящих
и молекулярные науки. Я предложил в качестве основ­
ного направления развития А Т П как цель для совершен­
ствования имевшихся на тот момент технологий, но д о ­
стигнутый на этом пути огромный прогресс каким-то
образом ускользнул от внимания публики. Узнав о нем,
мир пришел в изумление.
Как далеко мы уже продвинулись? В 1986 г. мы
не знали ни белковой инженерии, ни технологий опре­
деления структуры Д Н К . Мы не умели использовать ме­
ханизмы для перемещения отдельных атомов. Неуди­
вительно, что чуть больше четверти века назад размеры
самых крупных сложных искусственных атомарно точ­
ных структур не превышали нескольких сотен атомов.
С тех пор нам удалось значительно продвинуться впе­
ред по всем фронтам развития технологий атомарно
точного производства:
• Использование различных сканирующих инструмен­
тов для получения изображений и перемещения от­
дельных атомов, а также манипуляции отдельны­
ми молекулами и установления связей между ними
вошло в повседневную исследовательскую практи­
ку Выход на данный уровень контроля иллюстриру­
ет принцип автоматически задаваемой атомарно точ­
ной фабрикации.
• Наряду с молекулярными моторами и другими ме­
ханизмами химики-органики успешно и устойчиво
строят крупные и более сложные структуры; исполь­
зуемые ими технические структуры образуют обшир­
ный арсенал, позволяющий создавать молекулярные
системы. В свою очередь, специалисты по неоргани­
ческой химии и материаловеды успешно расширили
дополняющий его инструментальный набор наноразмерных структур.
• Инжиниринг белков процветает благодаря программ­
ному обеспечению систем автоматизированного про­
ектирования; его внедрение позволяет осуществлять

65

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

рутинное проектирование сложных атомарно точных
наноразмерных объектов, включая структурные ком­
поненты и функциональные устройства.
• Началось развитие технологий ДНК-оригами, исполь­
зование которых позволяет быстро и систематически
изготавливать требуемые атомарно точные структу­
ры размером в сотни нанометров и миллионы атомов.
• Рука об руку с развитием квантовых методов в химии
шло увеличение мощности компьютеров и алгорит­
мов, что открыло возможности использования в на­
учном моделировании и молекулярной инженерии
мощных инструментов физического расчета.
• Современные методы молекулярной механики, все
более широко применяемые в химии, позволяют опи­
сывать структуру и динамику молекул в масштабах,
достигающих миллионов атомов (диапазон, откры­
вающий возможность проектирования и разработки
сложных атомарно точных систем).
Текущий уровень технического мастерства и квалифи­
кации специалистов достаточен для обеспечения дви­
жения следующего поколения молекулярных систем
по дороге, ведущей к атомарно точному производству.
Я убежден, что достижения последних лет являются на­
дежной основой дальнейшего быстрого поступательного
развития. В наши дни самая большая трудность заклю­
чается в том, чтобы собрать воедино кусочки мозаики —
не только компоненты и вычислительные инструменты,
но и инженерные идеи, а также исследовательские груп­
пы, способные воплотить их в физическую реальность.

Интерлюдия.
Проблемы и перспективы
Давайте остановимся, чтобы ответить на вопрос: «Мы
рассматриваем технологические возможности, связан­
ные с АТП, способные изменить наше будущее. Но где мы
66

ОТ

МОЛЕКУЛ

К НАНОСИСТЕМАМ

находимся в настоящее время?» Ответ на него выходит
далеко за пределы лабораторий, политики и молекул.
Вкратце, основывающаяся на АТП революция в про­
изводстве сулит нам преобразование материальной ос­
новы человеческой жизни, что будет иметь далеко иду­
щие последствия, включая и новые глобальные решения,
и новые глобальные проблемы.
Рассмотрим проблемы ограниченности ресурсов (ми­
нералы, нефть, вода) и комплекс экологических вызовов
от выбросов ядовитых металлов до глобального изме­
нения климата. Все они представляют собой матери­
альные проблемы, потенциально имеющие и матери­
альные решения. Посредством цепочки материальных
и экономических связей производственная революция,
основывающаяся на АТП, способна трансформировать
глобальные проблемы, так как одним из ее следствий
становится резкое сокращение потребления ресурсов
и токсичных выбросов. Одновременно она способствует
созданию инфраструктуры, необходимой для генерации
дешевой солнечной энергии и росту экономики с нуле­
выми выбросами углекислоты, но что еще более замеча­
тельно, она предлагает доступные средства для сокра­
щения объема уже имеющегося в атмосфере углерода.
Эти материальные производственные мощности от­
крывают перспективы устранения важнейш их п ро­
блем и значительного резкого повышения материаль­
ного благосостояния людей на всей Земле. В то же вре­
мя рука об руку с рассматриваемыми нами решениями
идут проблемы. В частности, быстрое создание необхо­
димых производственных мощностей, скорее всего, при­
ведет к глубоким спадам в различных отраслях миро­
вой экономики, начиная с добычи полезных ископае­
мых и обрабатывающей промышленности до торговли
и так далее.
Действительно ли внедрение АТП способно повлечь
за собой столь далеко идущие последствия? В обрабаты­
вающей промышленности АТП-технологии позволяют
производить более совершенные продукты с более низ­
67

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

кой, чем сегодня, себестоимостью. И х использование о т­
крывает предприятиям возможность превзойти в кон­
курентной борьбе представителей уже сущ ествую щ их
отраслей. Ч то касается добычи полезных ископаемых,
то АТП, естественно, потребляет и производит различ­
ные соединения материалов (исчезает необходимость
в использовании железа и хрома для выпуска нержа­
веющей стали или свинца и олова для выпуска припоя).
П ри этом в больш инстве случаев в АТП -технологиях
применяются элементы, имеющиеся на Земле в избытке,
включая углерод, азот, кислород и кремний. Изменения
в соотношении затрат и результатов приведут к значи­
тельным переменам даже в размещении предприятий,
занимающихся добычей общих конструкционных мате­
риалов. (В главе и мы более глубоко рассмотрим вопро­
сы, связанные с качествами продукции АТП, издержка­
ми и ресурсными требованиями к производству.)

Современная экономика выстраивает глобальные це­
почки поставок от шахт и скважин до металлургических
заводов и химических комбинатов, перерабатывающих
различные материалы фабрик, заводских комплексов,
на которых изготавливаются различные компоненты
и осуществляется сборка конечной продукции. Мы уви­
дим, что внедрение А Т П -технологий способно приве­
сти к резкому уменьшению протяженности подобных
цепочек, их сокращению до нескольких звеньев, соеди­
няющих местные производства, продвигаясь вперед
от общеупотребительных материалов до простого хи­
мического исходного сырья; от простого исходного сы­
р ь я —до общих микромасштабных строительных бло­
ков; а затем, от общих компонентов— до бесконечного
круга продуктов (во многом подобно тому, как прин­
теры позволяют упорядочивать общие единообразные
пиксели в бесконечный ряд изображений).
Протяженные специализированные цепочки поста­
вок направляют и обеспечивают движение материаль­
ных потоков торговли, объединяющих наш мир в гло­
бальную экономику Разрывы этих цепочек, скорее всего,
68

ОТ

МОЛЕКУЛ

К НАНОСИСТЕМАМ

приведут к значительному уменьшению объемов торгов­
ли. Легко вообразить, что подобные разрывы могут окаlüTb воздействие на уровень жизни, по меньшей мере,
половины населения планеты. Не менее легко пред­
ставить себе уровень страданий и дефицита различных
продуктов в разгар всеобщего изобилия.
Я полагаю, что эта перспектива еще раз привлекает
паше внимание к необходимости изучения политики
управления процессами, способными привести к «ката­
строфическому успеху». Другими словами, необходимо
начать дискуссию, в которой были бы проанализирова­
ны перспективы нашего мира, начиная с того момента,
когда физический потенциал технологий АТП-уровня
пересечет пороговое значение в объективной реально­
сти. Мы обязаны возобновить обсуждение, прерванное
более десяти лет назад.
В частности, необходимо пристально рассмотреть
последствия внедрения АТП в военной сфере, так как
легковесная недостаточно продуманная политика чре­
вата никому не нужными высокими рисками. В данном
случае сама природа потенциальных продуктов (а так­
же потенциальная динамика их разработок, производ­
ства, распределения и использования) определяет буду­
щие глубокие последствия, что требует свежего взгляда
на проблемы. Аналогично, экономические последствия
перехода к АТП предполагают такую же глубокую и ши­
рокую переоценку национальных интересов, как и воз­
можные изменения в материальной экономике.
Наше современное понимание является достаточно
глубоким для того, чтобы мы смогли пересмотреть гло­
бальные проблемы и оценили ожидающие нас в будущем
трудности. Мир идет по пути глубоких преобразований,
и ситуация, в которой мы находимся, требует необыч­
ных вопросов о наших перспективах и возможных дей­
ствиях—-новых вопросов о том, как избежать ненужных
рисков, как справиться с глобальными проблемами, как
воспользоваться неожиданно возникшими возможно­
стями и как управлять подрывными изменениями.
69

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Короче говоря, необходимо расширить повестку д и с­
куссии о будущем. Н икто не требует немедленного из­
менения представлений, получивш их широкое распро­
странение. Н о нам следовало бы попытаться оценить
перспективы технологий АТП-уровня и ответить на воз­
никающие в связи с ними вопросы относительно веро­
ятных проблем и разумности тактических решений о т­
носительно того или иного выбора.
* * *

У меня не было и нет желания изменить чье бы то ни
было мировоззрение. Перспективы полного изобилия
несут с собой множество трудно перевариваемых ис­
тин — хотя, возможно, это исключительно мое, сию­
минутное их восприятие. Усвоение и успешное приме­
нение новой информации потребует немало времени
и усилий множества умов.
Моя цель проста. Я хотел бы изложить факты о том,
что реально возможно в действительности, и обсудить
потенциальные результаты развития технологий в са­
мом ближайшем будущем, а также рассмотреть неко­
торые пока остающиеся без ответа важнейшие вопросы.
В свете грядущих перспектив, я полагаю, что пришло
время для нового разговора о нашем будущем, разгово­
ра, который станет началом исследований перспектив
полного изобилия.

Ч асть II

Революция в контексте

ГЛ А В А 4

Три прошедшие революции
и грядущая четвертая

ОЯВЛЕНИЕ и распространение новых технологий

П

неоднократно приводили к изменениям направле­
ний развития истории человечества, сопровождавшим­
ся невообразимыми прежде последствиями. Аграрная
революция неолитической эпохи знаменовала собой
переход к образу жизни, основывавшемуся на относи­
тельно высокой плотности оседло живущего населения,
способного устойчиво получать продукты питания, что
открыло путь к развитию цивилизации. Промышленная
революция привела к возникновению огромной волны
новых для всего мира материальных продуктов. П ро­
должающаяся в наши дни И нформационная револю­
ция соткала новую ткань бытия, состоящую из знаний,
коммерции и общества, подготовив почву для форми­
рования будущего, которое пока находится вне преде­
лов нашего понимания.
Результатом приближающихся АТП-преобразований
будет появление движущей силы четвертой революции,
которая, как и все предшествующие, приведет к тр ан с­
формации повседневной жизни, труда и структуры об­
щества на всей Земле.

Уроки, извлеченные из прошедших революций, по­
могают нам понять природу грядущих преобразований.
Каждая из них оказала всепроникающие воздействия
на человеческий мир, сопровождавшиеся глубокими
и далеко идущими изменениями. Сама природа новых
73

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

для своего времени технологий способна помочь нам
сопоставить АТП-революцию и ее предшественниц.
Если аграрная революция основывалась на м олеку­
лярны х м еханизм ах, пусть и не спроектированны х за­
ранее, то промышленная революция — на сконструиро­
ванных лю дьми м аш инах и механизмах (чрезвычайно
далеких от молекулярного уровня). И нф ормационная
революция, в свою очередь, использовала цифровые наноразмерные устройства, обрабатывающие только ин­
ф орм ацию и ничего более. В некотором смы сле АТПреволюция имеет общие черты с каждой из своих пред­
ш ественниц, так как она д ви ж и м а и скусственны м и
молекулярными наноразмерными механизмами, ф ун к­
ционирующими на цифровых принципах, но на этот раз
предназначенными для обработки материи. В сущности,
нет ничего удивительного в том, что из каждой предш е­
ствовавшей революции были извлечены уроки, полез­
ные для понимания АТП-преобразований, а наступление
новой волны перемен, вероятно, будет означать взятие
более высокого рубежа в истории человечества.

Уинстон Черчилль однажды заметил: «Вероятно, чем
дальше в прошлое ты способен заглянуть, тем более да­
лекое будущее предстанет твоему взору». Итак, мы на­
чинаем с неолита.

Первая аграрная революция
Первая аграрная (или неолитическая) революция опре­
деляет наступивший более десяти тысяч лет назад рас­
свет неолита.
Она открыла людям перспективу использования
производственных возможностей наноразмерных ма­
шин, функционировавших в живых организмах. Име­
ется в виду механика молекулярного метаболизма. Бла­
годаря ее работе для создания сложных структур было
достаточно только воды, земли, воздуха и солнечно­
го света. Ведение сельского хозяйства позволило в сот74

ТРИ

ПРОШЕДШИЕ

РЕВОЛЮЦИИ

ии раз увеличить продовольственную продуктивность
: когда для рас­
160

НАУКА

И БЕСКОНЕЧНЫЙ

ЛАНДШАФТ

ТЕХНОЛОГИЙ

четов перемещений атомов применяется ньютоновское
уравнение движения F = та. Методы расчетов траекто­
рий движения атомов основываются на приблизитель­
ных оценках межатомных сил; одновременно предпо­
лагается, что траектории атомов подобны траекториям
движения планет, которые определяются гравитацион­
ным взаимодействием.
Правильные описания меж атомных сил — ключ
к точным результатам. Квантовые расчеты позволяют
получить параметры, используемые для создания при­
ближенных оценок, но на заключительном этапе мы
спустимся с высот физической теории, так как необхо­
димые для расчетов параметры силы уже давно выве­
дены не путем вычислений, а эмпирически, по лабора­
торным данным.
Впрочем, вне зависимости от источников, параме­
тры вставляются в уравнения, в дальнейшем используе­
мые для расчета сил, определяющих динамику атомов,
в каждый момент времени. Последние моделируются
в уравнениях силового поля, естественно, тоже являю­
щихся аппроксимацией. Как правило, атомы модели­
руются как эластичные сферы, способные притягивать
или отталкивать друг друга, а связи между ними — как
пружины. Чуть раньше я использовал эти стандартные
модели молекулярной динамики в качестве основы опи­
сания того, как наноразмерный мир мог бы выглядеть
и ощущаться.
Насколько хороши эти приближения с точки зрения
молекулярной физики? Желающие имеют возможность
количественно оценить их точность и погрешности.
Но с практической точки зрения простого универсаль­
ного ответа не существует, поскольку все зависит от спе­
цифики реальных проблем.
Например, укладка белковой цепочки, образующей
компактный функциональный объект, зависит от д о ­
вольно тонкого баланса взаимодействия энергий между
тысячами атомов. Возможность использования вычис­
лительных методов в отношении натуральных белков,
161

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

то есть белков, не подвергавшихся искусственным из­
менениям в целях улучшения устойчивости, открылась
совсем недавно. Слишком большое количество конфи­
гураций очень похожи друг на друга, и баланс может за­
висеть даже от очень небольшого изменения энтропии.
Гораздо проще ответить на аналогичный вопрос о воз­
можной структуре в случае, когда рассматриваются на­
норазмерные структуры, объединенные в тесные сети
ковалентных связей. В них нет гибких уложенных или
развернутых цепочек; следствием этого становится от­
сутствие и тонкого равновесия энергий взаимодействия,
и тонких различий между величинами энтропии у раз­
ных состояний. Поэтому здесь, в отличие от белковых
структур, не возникает никаких раздражающих вопросов.
Подобные жесткие, предсказуемые структуры будут
доступны нам в будущ ем, по мере приближения к про­
изводственным способностям АТП-уровня. В случае воз­
никновения ф ун кц и ональн ы х инженерных вопросов
о стр уктур ах такого рода, надеж ность рассматривае­
мой конструкции гарантирует, что мы получим одни
и те же ответы, независимо от применявш ихся вычис­
лительных методов.

Таким образом, сравнивая проблемы, возникающие
в технике и науке, необходимо учитывать, что в рассма­
триваемых нами сферах очень часто возникают совер­
шенно разные вопросы. К тому же во многих случаях
друг от друга отличаются и предметы науки и техники.
Расчеты, приемлемые в одной, могут быть полностью от­
вергнуты в другой. Поэтому в них могут использоваться
принципиально различные методы вычислений. Инже­
неры занимают более выгодное положение по сравне­
нию с учеными, так как обладают роскошью широкого
выбора и систем, и вопросов, что позволяет соответство­
вать границам знаний и расчетных возможностей. Эта
свобода помогает инженерам конструировать артефак­
ты, использование которых дает ожидаемые результа­
ты, конечно, при условии, что им удалось не подпустить
к себе неизвестность.
162

НАУКА

И БЕСКОНЕЧНЫЙ

ЛАНДШАФТ

ТЕХНОЛОГИЙ

Противостояние неизвестности
и непредсказуемости
Если Ш он Кэррол прав, и физика действительно име­
ет сходство с шахматами, то она «играется» на доске,
значительная часть которой скрыта от глаз участни­
ков; при этом доска вытянута в длину, а по ее клеточкам
непрерывно перемещаются бесчисленное количество
фигур. Например, понимание сложнейших вопросов
человеческой биологии — производство различных суб­
станций и установление причинно-следственной связи,
связывающей глаза, кишечник, кожу и мозг —не может
быть исключительно делом физики, поскольку фунда­
ментальная физика описывает исключительно микро­
масштабные правила, а никак не сложное устройство
мира в его целостности.
Независимо от системы оценки (по «головам» или
в зависимости от бюджетов) основные научные силы со­
средоточены на изучении таких сложных объектов, как
бактерии, человек, геология и климат. Хотя журналы
Science и Nature охватывают всю область научных знаний
(или почти всю), статьи по фундаментальной физике
встретишь там нечасто. На страницах этих изданий ря­
дом с публикациями об искусственных системах гораздо
легче встретить новости об открытиях в мире природы,
молекулярной и клеточной биологии, работы по темати­
ке наук о жизни на более высоких уровнях организации
(экологии, науке о мозге, социологии) и, конечно же,
множество сообщений, в которых описываются откры­
тия в геологии, климатологии, астрофизике и структуре
Вселенной. Вообще говоря, все эти области могут рассма­
триваться как производные от физики, но их разнообра­
зие и сложность проистекают из многокомпонентности
и переплетения причинно-следственных цепочек, ухо ­
дящих корнями в происхождение Вселенной.
Ни физические расчеты, ни табличные данные не
способны рассказать нам о тех частях природы, которые
163

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

еще не обнаружены человеком. Более того, в ходе иссле­
дований были обнаружены настолько сложные иерар­
хически устроенные системы (например, человеческий
мозг), что усилия ученых практически не затрагивают
физические проблемы, а сосредоточены на постижении
глубины и охвата в вопросах структуры и функций изу­
чаемых объектов.
Нередко, пытаясь избавиться от хаотичной сложно­
сти окружающего мира, инженеры пробуют спрятать
свои творения в коробки, ящики или корпуса (систем­
ный блок компьютера, корпус принтера, двигатель под
капотом автомобиля). Корпус обеспечивает защиту ин­
женерной конструкции от сложного, не поддающегося
контролю и непредсказуемого мира природы (и детей).
Но даже если конструкция хорошо защищена, оста­
ются проблемы, возникающие на границах с внеш­
ним миром. Рассмотрим, например, корабль и кар­
диостимулятор. Первый бороздит морские просторы,
и его корпус обрастает моллюсками. Инженеры пря­
чут электронику второго в специальный корпус, но им­
мунная система человеческого организма и ремодели­
рование тканей делают конструирование имплантата
значительно более сложной задачей, чем просто ф и ­
зическая задача. АТП-система избавлена от подобных
проблем, так как она закрыта от внешнего мира короб­
кой на столе, которая, в свою очередь, защищена сте­
нами здания.
Инженеры способны решать множество проблем
и облегчать немало задач, создавая системы, защищен­
ные от непредсказуемого мира труднопреодолимыми
барьерами. Использование корпусов повышает пред­
сказуемость задействованной в них физики; по той же
самой причине мышление в категориях устройств, за­
щищенных корпусом, способно расширить диапазоны
технологического потенциала. Например, на раннем
этапе анализа АТП-систем в своей работе я изучал воз­
можности обеспечения чистоты (и, как следствие, про­
стоты устройства) внутреннего рабочего пространства.
164

НАУКА

И БЕСКОНЕЧНЫЙ

ЛАНДШАФТ

ТЕХНОЛОГИЙ

Обратите внимание, что необходимость учета слож­
ности при проектировании представляет собой иную,
более изменчивую проблему, чем трудности, с которы­
ми сталкиваются ученые в процессе исследований. П ри­
рода предлагает нам множество чрезвычайно сложных
проблем, и ей все равно, понимаем мы их или нет. Т ех­
нология, напротив, предполагает изначальное понима­
ние задачи, поэтому сложность искусственно создан­
ных артефактов может быть детально описана, и часто
довольно успешно.
Тем не менее даже простые системы способны вести
себя так, что мы не сможем использовать расчеты для
прогноза их поведения. Данное положение справедли­
во и в отношении классической физики.
Любой игрок в бильярд, чуть более искусный, чем я,
легко отправит шар в лузу. Немного более сложной за­
дачей для него будет дуплет (минимум удачи, и кий уда­
ряет по прицельномушару, который, отразившись от
борта, попадает в лузу). Но с каждым новым соударени­
ем искривленных поверхностей эффект небольших сме­
щений усиливается экспоненциально, и довольно бы­
стро результат становится совершенно случайным. Даже
на свободной от трения поверхности, при условии гео­
метрической совершенности сфер и абсолютной упру­
гости, воздействие вездесущей тепловой энергии при­
водит к тому, что траектории шаров становятся случай­
ными после примерно десяти соударений, точно так же,
как это происходит при столкновениях атомов.
Аналогичное усиление малых различий происходит
во многих системах. Хороший пример —хаотичный тур­
булентный поток. Нисходящая турбулентность чувстви­
тельна к малейшим восходящим изменениям. Вот по­
чему взмах крыла бабочки или волна воздуха, поднятая
движением вашей руки, способны изменить количество
и направление штормов в каждом из предстоящих в бу­
дущем сезонов ураганов.
Впрочем, инженеры давно научились управляться
с подобной непредсказуемостью или ограничивать ее
165

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

воздействия. Труба, по которой несется турбулентный
поток воды, непредсказуема внутри (несмотря на то,
что она выполняет ту же основную функцию, что и за­
щитный корпус), но она прекрасно справляется с зада­
чей доставки жидкости посредством расположенного
«вниз по течению» крана. Предсказать детали поведе­
ния этого бурного потока невозможно, но его величи­
на ограничена. Поэтому для надежного инженерного
проектирования эти непрогнозируемые подробности
не имеют значения.
Аналогично, мы не имеем возможности в деталях
описать тепловые ф луктуации в АТП-системах, но они
точно так же ограничены по величине. И вновь надеж­
ное проектирование позволяет получить удовлетвори­
тельные результаты2.

Н о у неопределенности имеется еще одна грань. В не­
которых случаях выясняется, что в реальной действи­
тельности мы не способны предсказать даже потенци­
ально прогнозируемые результаты. В молекулярных
науках, например, таковыми являются кристалличе­
ские структуры.
Подготовим образец нового чистого молекулярного
вещества, растворим его и оставим испаряться. Весьма
вероятно, что вскоре начнется кристаллизация вещества
(обычный пример самосборки). Возможно, нам удаст­
ся убедить специалиста по кристаллографии провести
эксперимент и вместе с ним увидеть, как рентгеновские
лучи дифрагируют на плоскостях упорядоченных ато­
мов внутри кристалла. Полученные данные позволят
нам получить представление о том, как молекулы вы­
страиваются рядом, образуя специфическую кристал­
лическую матрицу.
Способны ли мы заранее, до изучения данных о ди­
фракции рентгеновских лучей, предсказать вид этой ма­
2 . Данное положение справедливо и в отношении меньших по вели­
чине квантовых флу кт у аци й — вычислим ых, о гр аниченны х
и вполне допусти мых.

i66

НАУКА

И БЕСКОНЕЧНЫЙ

ЛАНДШАФТ

ТЕХНОЛОГИЙ

трицы? В принципе, мы должны были бы дать утверди­
тельный ответ. Молекулы будут чаще всего собираться,
образуя уникальную, требующую минимальных энерге­
тических затрат структуру, в которой они будут плотно
«упакованы» в соответствии с требованиями об объеди­
нении положительных и отрицательных зарядов и об­
разовании возможно большего количества водородных
связей. Но на практике, во многих случаях ответ будет
отрицательным, так как существует возможность кон­
фликта разных условий (например, уплотнение формы
ведет к ухудшению распределения зарядов и так далее),
и вид реальной структуры будет зависеть от мельчай­
ших различий в энергетическом балансе между несколь­
кими альтернативными формами.
Как и в случае с предсказанием белковой укладки,
прогнозирование кристаллических структур остается
очень сложной, в большинстве случаев неразрешимой
задачей. Но точно так же, как и в случае с противо­
поставлением предсказания укладки белка и белковой
инженерии, область кристаллической инженерии от­
носится к числу самых процветающих. Инженерное
проектирование направлено на повышение предсказуе­
мости, и, как наглядно демонстрируют белковая и кри­
сталлическая инженерия, ее представители способ­
ны добиваться успехов в решении поставленных перед
ними задач даже в тех случаях, когда посторонние уве­
рены в неизбежности провала.
В инженерном деле принято считать, что структуры
ведут себя предсказуемым образом во всех случаях, важ­
ных для конечного результата. Структуры должны со­
хранять форму, определяемую не тепловым движением,
но конструкцией и тем, как они собраны. Аналогично,
движения машин осуществляются детерминированным
образом, а не случайно, как в случае сталкивающихся
шаров или молекул, оставаясь в пределах установлен­
ных допусков, так что небольшие флуктуации не спо­
собны воспрепятствовать выполнению функций ме­
ханизма. Эти характеристики справедливы как для
167

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

маш ин, используемы х в традиционной обработке сы ­
рья и материалов, так и для меньших по размеру м еха­
низмов, которые могут быть построены для использо­
вания технологий АТП-уровня.

Инженерное искусство в пределах
ограниченного знания
Инженеры относятся к ограниченности масштаба и точ­
ности знаний во многом так же, как они работают с дви­
гателями ограниченной мощности или материалами
ограниченной прочности. Очевидно, что в этих усло­
виях ограниченности знания часть задач можно решить
с предсказуемым результатом, а часть —нет.
Умение работать в условиях ограниченности знаний
является необходимой частью техники, и во многих слу­
чаях поддается управлению. Действительно, инженеры
весьма успешно строили мосты задолго до того, как по­
явилась возможность рассчитывать нагрузку на единицу
площади и механическую деформацию. То есть они уме­
ли решать поставленные задачи, не обладая знаниями,
которые в наши дни считаются обязательными. В све­
те всего вышесказанного было бы полезно рассмотреть
не только объем и точность научных знаний, но и воз­
можности продвижения вперед техники, использующей
неполные и несовершенные знания.
Например, на уровне молекул и материалов, настоя­
щей субстанции технологических систем, эмпирика все
еще доминирует над теоретическим знанием. Границы
достоверности расчетов расширяются год от года; од­
нако до сих пор нет никакой практической необходи­
мости вычислять предел прочности на разрыв того или
иного сорта среднеуглеродистой стали. Необходимые
данные либо берутся из таблиц, либо образец стали за­
жимается в соответствующих приспособлениях для ис­
пытания прочности металлов и растягивается до тех
пор, пока не произойдет разрыв. Другими словами, ин­
168

НАУКА

И БЕСКОНЕЧНЫЙ

ЛАНДШАФТ

ТЕХНОЛОГИЙ

женеры не столько занимаются физическими расчета­
ми, сколько обращаются с вопросами напрямую к ф и­
зическому миру.
Как показывает опыт, знание такого рода поддер­
живает физические расчеты, расширяя количество
приложений. Основываясь на эмпирических знаниях
о механических свойствах стали, инженеры применя­
ют физические расчеты и для проектирования мостов,
и для конструирования автомобилей. Обладая эмпири­
ческими знаниями об электронных свойствах кремния,
инженеры применяют физические расчеты для созда­
ния транзисторов, электронных схем и компьютеров.
Эмпирические данные и расчеты действуют сооб­
ща и в молекулярных науках, и в инженерном деле.
Знание структурных свойств специфических конфигу­
раций атомов и связей открывает возможность коли­
чественных предсказаний, хотя и ограниченных в мас­
штабе, но применимых в самых разных обстоятельствах.
То же самое справедливо и в отношении химических
процессов, разрушающих или устанавливающих особен­
ные конфигурации связей, что позволяет получать бес­
конечное разнообразие молекулярных структур.
Ограниченное научное знание может быть вполне д о ­
статочным для решения одной задачи, но непримени­
мым для поиска решений другой. Различие определяет­
ся тем, на какие вопросы оно дает ответы. В частности,
когда научные знания должны использоваться в инже­
нерном проектировании, возникает самостоятельный
инженерный вопрос о том, что считать достаточным
научным знанием. Ответ на него, в силу специфики са­
мого вопроса, может быть получен только в контексте
проектирования и анализа.
Как и любые физические вычисления, эмпирические
знания воплощают в себе законы физики. Осторожно
применяя эмпирические данные и понимая присущие
им ограничения, их можно объединить с результатами
вычислений, не только в современной технике, но и в из­
учении пространства потенциальных технологий.
169

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Для того чтобы достичь понимания этой исследова­
тельской деятельности и того, что она способна пове­
дать нам о перспективах человечества, прежде всего не­
обходимо глубоко осознать фундаментальное различие
вопросов, ответы на которые ищут наука и инженерия.
Одна из главных причин этого в следующем: внимание
ученых сосредоточено на том, что еще не известно, их
взгляд направлен в сторону бескрайних просторов не­
познанного, в то время как инженеры фокусируются
на том, что хорошо изучено, для чего они обращаются
к учебникам, табличным данным, спецификациям про­
дуктов и проверенной временем инженерной практике.
Короче говоря, ученые находятся в поиске неизведан­
ного, а инженеры избегают его.
Если миновать встречи с неизвестностью не удает­
ся, во многих случаях инженеры имеют возможность
«обезвредить» ее, обкладывая со всех сторон «подуш ­
ками безопасности». Конструируя различные устрой­
ства, разработчики приспосабливаются к неточным зна­
ниям точно так же, как они адаптируются к неточным
вычислениям, изъянам в технологии производства и ве­
роятности непредвиденных событий во время эксплуа­
тации изделия. Все инженерные конструкции наделя­
ются определенным запасом прочности.
В перечне причин авиакатастроф поломки крыль­
ев находятся где-то в самом конце. Высокая надеж­
ность этой части конструкции самолета обусловлена
отнюдь не тем, что инженеры обладают совершенны­
ми знаниями о динамике дислокаций и многоцикло­
вой усталостной прочности дисперсионно-упрочнен­
ного алюминия. И не абсолютно точными результатами
вычислений в процессе проектирования. И никакими
другими совершенствами. Причина высочайшей на­
дежности крыльев самолетов — инженерный консерва­
тизм в проектировании: точное определение структур,
обязанных оставаться целыми в случае наступления са­
мых невероятных событий, с учетом вероятных недо­
статков в высококачественных компонентах, появлении
170

НАУКА

И БЕСКОНЕЧНЫЙ

ЛАНДШАФТ

ТЕХНОЛОГИЙ

и расширении трещин в результате нарастания устало­
сти алюминия и известной неточности в расчетах. С о ­
блюдение дисциплины проектирования и обеспечивает
должный запас прочности, который и определяет ис­
ключительную редкость авиакатастроф, вызванных про­
блемами с крыльями.
Следовательно, ограниченность знаний призывает
инженеров соблюдать сдержанность в дизайне, платой
за которую становится рост стоимости производства
и эксплуатации изделий. Ценой этих издержек «поку­
пается» уверенность в том, что знания, расчеты и уси­
лия по конструированию позволят создать нечто дей­
ствительно работающее.
Консервативное проектирование играет важную роль
и как один из инструментов оценки пространства по­
тенциальных технологий. Консервативный дизайн спо­
собствует конструированию прочных надежных про­
дуктов. Точно так же он благоприятствует получению
достоверных результатов инженерного анализа. Более
того, когда изучаемым продуктом является анализ сам
по себе, объем материальных издержек производства
и эксплуатации резко уменьшается.

Место АТП
в пространстве технологий
Знания человечества о физических законах охватывают
все, что мы можем увидеть на Земле, и все, что мы спо­
собны создать. Они описывают реальную действитель­
ность с учетом пределов измерений ровно в той степени,
в какой мы можем использовать математические моде­
ли для расчетов.
Применяемые в сочетании с эмпирическими данны­
ми хорошо известные физические принципы во многих
случаях способны с высочайшей точностью предсказы­
вать поведение физических систем в самом широком
диапазоне физических обстоятельств. Эти знания ле­
1 71

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

жат в основе современного инженерного проектирова­
ния и производства. Ещ е более важно то, что знание за­
конов физики способно обеспечить конструирование
и анализ систем будущего, обладающих гораздо более
высокими, по сравнению с современны ми, производ­
ственными возможностями.
Рассматриваемые в данном контексте АТП-системы
и их потенциальные продукты обладают целым рядом
давно удобных качеств. По самой своей природе про­
изводство на АТП-уровне позволяет создавать чрезвы­
чайно прочные материалы и высокопроизводительные
устрой ства. И спользование ком понентов, обеспечи­
вающих высокую производительность, позволяет снять
множество ограничений и проектировать системы, воз­
можности которых выходят далеко за пределы совре­
менного инженерного искусства. При этом инженеры
будут во всех аспектах своей деятельности, как и пре­
жде, следовать традиции консервативного дизайна. Тем
более что во многих случаях наличие широкого выбора
из консервативных вариантов обеспечивает достаточно
средств для создания таких систем, архитектура кото­
рых позволяет избежать неизвестности, когда созида­
тельная деятельность осуществляется на исключитель­
но прочном фундаменте.
Обе линзы, науки и инженерии, позволяют нам из­
далека рассмотреть достопри м ечательности, разбро­
санные по лан дш аф ту технологического потенциала.
Конечно, на некоторых направлениях находятся пре­
пятствия, не позволяющие присмотреться к интересую­
щим нас объектам, да и сила линз не дает разглядеть
детали. В числе объектов, расположенных на видном
месте, мы видим АТП и его потенциал, способный обес­
печить полное изобилие в будущем.
Но это в теории. В реальной жизни те же самые ли н ­
зы не позволили рассмотреть все то, что открывалось
нашим взорам. Похоже, они были направлены в разные
стороны, ослабляя зрение.

ГЛ А ВА 8

Противоречия между наукой
и техникой

К вопросу о слонах и автомобилях:
две притчи о науке и технологиях

П

РИТЧА о слепцах и слоне была сложена в Южной

Азии много веков назад неизвестным автором и дав­
но вошла в буддистскую, индуистскую, джайнистскую
и суфийскую традиции. Благодаря написанному почти
две сотни лет назад стихотворению эта назидательная
история пустила глубокие корни и в англоязычном мире:
Шесть седовласых мудрецов
Сошлись из разных стран.
К несчастью каждый был незряч,
Зато умом блистал.
Они исследовать слона
Явились в Индостан.

— Джон Годфри Сакс (1816-188/)
Вот что последовало дальше, в пересказе последовате­
лей джайнизма:
Слепец, изучавший ногу, сказал, что слон похож на
подушку; тот, кто исследовал хвост, заявил, что объект
представляет собой веревку; незрячий, перед которым
был хобот, сообщил, что ему досталось нечто вроде вет­
ви дерева; тот, кто оказался рядом с ухом объявил, что
у него в руках опахало; тот, кто стоял рядом с брюхом
слона, решил, что перед ним стена; а тот, кто исследовал
бивень, пришел к выводу, что это какая-то труба из очень
прочного материала.
*73

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Незрячие исследователи спорили друг с другом
до тех пор, пока некий мудрец не просветил их, объяс­
нив, что каждому довелось прикоснуться к одной из ча­
стей многогранной истины.
Начало этой притчи может восприниматься как ме­
тафора науки, но не вполне совершенная. В науке не мо­
жет быть ни глубоких умных ответов вне системы науч­
ного знания, ни ученых, которые удовлетворились бы
возможностью изучения фрагментов целого. П редла­
гаю еще одну притчу, посвященную научному познанию.
Незрячие ученые и слон:
притча об успешных научных изысканиях

Давным-давно группа ученых, специализировавшихся в
бурно разраставшейся области мегазоологии, собрались
для того, чтобы почтить своим присутствием рождение
новой специальности, получившей название «элефантологии». Как это часто бывает, ученые страдали отсут­
ствием зрения и, как слепцы в оригинальной истории,
изучали слона по частям.
Как заслуженные деятели науки, они пользовались ре­
путацией независимых исследователей и самостоятельно
выбирали направления научного поиска. У кого-то сфе­
рой научных интересов было изучение текстуры и кри­
визны различных участков кожи, в результате чего были
получены существенно отличающиеся результаты. П ро­
веденный спектральный анализ выявил корреляции ме­
жду цветом поверхности кожи и степенью ее шерохова­
тости. Другие ученые сосредоточились на изучении при­
тока жидкости, а третьи — ее оттока. Были составлены
статистические временные ряды и выявлена суточная пе­
риодичность. Ведущие исследователи публиковали на­
учные результаты в престижном «Ж урнале элефантологии», а также в конкурирующих изданиях «Научный
журнал о толстокожих» и «Мегазоологические записки».
Некоторые из первых результатов исследований по­
зволили ученым предложить новую интерпретацию ли­
174

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

тературы, посвященной аномальной мобильности деревь­
ев, что породило волну недоверия в дендрологическом
сообществе. Одновременно уже в самой элефантологии
начались острые бескомпромиссные дискуссии, вызван­
ные противоречивыми данными, полученными в ходе
наблюдений. В рамках решения загадки геометрии сло­
на были созданы цилиндрическая и сферическая модели,
а также модель, основанная на веревочной теории, каж­
дая из которых имела своих собственных сторонников.
Финансирование научных исследований в элефанто­
логии продолжалось. С течением времени, благодаря ис­
пользованию усовершенствованных инструментов, уче­
ные расширили исследования и обнаружили, что они
изучают одну и ту же поверхность, но с различных на­
правлений. Постепенно противоречившие друг другу
модели были забыты или шаг за шагом приведены к еди­
ному знаменателю. Усилия исследователей были возна­
граждены двумя Нобелевскими премиями, а Стандарт­
ная модель слона стана настоящим триумфом науки.
★★★
Независимые ученые изучали разные части слона, ис­
пользуя специфические методы исследований. В конеч­
ном счете, достигнув незначительной координации уси­
лий, они совместно пришли к четкому непротиворечи­
вому выводу. Что позволило его получить? Ответ на этот
вопрос очень прост. Наблюдения за различными частями
слона соответствовали друг другу уже потому, что друг
другу соответствовали части самого животного. Разные
ученые изучали одного и того же слона, существовавше­
го до начала этого комплексного исследования.
Независимые автомобилисты:
притча об инженерной неудаче

Давным-давно, в незапамятные времена ученые, пред­
ставлявшие множество самых разных областей науки,
собрались вместе для того, чтобы объединить свои уси­
175

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

лия в решении грандиозной, фантастической по тем вре­
менам задачи, заключавшейся в разработке первой само­
ходной машины для перевозки пассажиров. Наши ис­
следователи предложили установить связи между этим
видением будущего, своими научными специальностями
и агентствами, финансировавшими изыскания. Нача­
лись публикации полученных результатов, увеличились
бюджеты исследований, появлялись научные исследова­
тельские центры, общенациональные программы и жур­
налы («Автомобильные записки» и «Ж урнал автона­
уки и автотехнологии»). Не прошло и десяти лет, как
по инициативе Конгресса началось осуществление Об­
щегосударственной автотехнологической инициативы.
Обещания технологического результата никак не от­
разились на внутреннем устройстве области исследова­
ний самоходной техники, сохранявшей структуру на­
уки. Любознательные исследователи преследовали свои
собственные цели и делились полученными знаниями
с коллегами и общественностью в журналах. Каждая
группа ученых руководствовалась собственными идея­
ми о вкладе в прогресс.
Расплывчатые концепции самоходных машин полу­
чили довольно широкое распространение. Автомобили­
сты (исследователи, получившие известность) пришли
к выводу о том, что будущей машине необходима будет
некая движущая сила. Специалисты в различных обла­
стях предложили широкий спектр различных идей. Не­
которые из них занимались изучением материалов для
двигателей, получавших энергию от цилиндрических
пружин, другие исследовали возможности применения
энергии ветра, третьи —поршневых двигателей. Отдель­
ная группа энтузиастов производительного использо­
вания энергии хомячков занималась экспериментами
с «беличьими» колесами1.
1 . В действительности ни одно серьезное предложение в области с ам о ­
ходных маш ин не могло быть настолько абсурдным, хотя в с о ­
временных исследованиях, которые проводятся по д «з о н т и ­

176

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

Выдвинутая одной из научных групп идея кабины
для пассажира инициировала исследования свойств тка­
ней для тентов, дерева для создания корпусов, стальных
листов для канистр и кирпича-сырца для стен, которые
удастся как-нибудь сделать передвижными. Между тем
сами идея мобильности подтолкнула изыскания в сфе­
ре механических манипуляторов, смазок, колес и под­
шипников. Эти первичные исследования в сфере само­
ходных машин позволили добиться немалых успехов
(как представлялось), так как были созданы новые тка­
ни, корпуса, подшипники, «беличьи» колеса и смазки.
То и дело поступали добрые вести о новых достиже­
ниях. В течение десяти лет, прошедших с начала изыс­
каний, казалось, что человечество вот-вот переступит
грань, отделявшую его от наступления торжественно
провозглашенной автомобильной эры. Но шли годы,
а машины все не было — не дождались даже создания
прототипа.
В конечном итоге в центре научного внимания чле­
нов Свободной федерации независимых групп авто­
мобилистов оказались стальные корпуса, устанавли­
вавшиеся на платформу на колесах, обеспечивавших
низкие показатели трения, и горючее топливо, благода­
ря которому осуществлялось движение поршней в дви­
гателях различных типов, а также на устройствах, пе­
редающих движение на колеса. К сожалению, вопросы
поворота колес в стороны или увеличения их трения
оказались вне сферы внимания ученых. Поэтому ре­
шить проблемы рулевого управления и торможения так
и не удалось. Исследователи упустили из виду и такую
вторичную проблему, как поворот автомобиля в процес­
се движения. Имеется в виду необходимость сопряже­
ния вращающегося момента двигателя в процессе пере­
дачи движения на правое и левое колеса, которые при
повороте проходят разные расстояния. (Она была реше­
ком» нанотехнологий, невидимые мелкие объекты, известные
как «м ото ры», ли шь изредка напоминают полезные устройства.

>77

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

на с помощью такого старого, но не очевидного, изобре­
тения, как дифференциальная передача.)
Практическое осуществление идеи автомобилизма
потребовало участия блестящих умов современности
и привлечения миллиардов долларов. В процессе ис­
следований был разработан целый ряд побочных по­
лезных технологий, но ученые так и не достигли изна­
чально поставленной цели. Автомобилистам не удалось
создать ни самоходную машину, ни работоспособный
бензиновый двигатель. По мере того как года превра­
щались в десятилетия, обещания становились все более
расплывчатыми, а выполнение обязательство отодвига­
лось все дальше в будущее. Самоходная машина превра­
тилась в несбыточную мечту, навсегда уходящую дале­
ко за горизонт идею.
Известие о том, что группе инженерных команд, тес­
но координировавших свои усилия, удалось перенести
идею в рабочие чертежи, устранить технологические
пробелы, собрать все части воедино и представить пуб­
лике первый автомобиль, прогремело как гром среди
ясного неба.
***
Почему деятельность, направленная на создание само­
ходной машины, участники которой не испытывали не­
достатка в финансировании, на протяжении многих лет
не приносила желаемых результатов?
Просто потому, что ученые и те, кто выделял им де­
нежные средства, организовали деятельность по науч­
ному образцу, исключавшему инженерные разработки.
Самостоятельные ученые-автомобилисты, какими бы
блестящими умами они ни признавались, шли все даль­
ше и дальше по дороге знаний, оставляя за собой мно­
жество технологических пробелов. Гораздо хуже другое.
Даже в том случае, если бы им удалось заполнить все
пробелы, огромному количеству независимых исследо­
вателей никогда не удалось бы произвести тысячи раз­
личных, дополняющих друг друга деталей, необходи­
i 78

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

мых для создания действующего автомобиля. Другими
словами, независимо от блеска ума и профессионализ­
ма исследователей, программа, лишенная инженерно­
го руководства, не способна произвести на свет машину
типа фордовской «Модели Т».
Независимые элефантологи смогли получить согла­
сующиеся друг с другом результаты, так эта область на­
уки началась со сл о н а— с реальной, естественным об­
разом существовавшей физической системы. Напротив,
автомобильная сфера началась в отсутствие самоходной
машины, как внешнего объекта исследования, обладав­
шего согласованностью. Согласованные разработки тре­
буют согласованных проектов, которые невозможно об­
наружить при изучении природных объектов. Проекты
являются продуктом человеческого сознания, и только
потом создаются материальные объекты.
Геном и Лупа

Различия между техникой и наукой прекрасно иллю­
стрируют исторические примеры двух великих проектов
X X столетия. Первый из них —высадка людей на Луну,
второй — прочтение генома человека. Осуществление
обоих проектов потребовало мобилизации усилий ог­
ромного масштаба. Достижение поставленных целей
осуществлялось принципиально различными путями,
но оба они позволили человечеству добиться отличных
успехов.
Первоначально проект «Аполлон» (1961 г.) носил до­
вольно абстрактный характер. Это было количественное
(но без полной детализации) описание системы, основан­
ной на использовании ракет с жидкостными реактивны­
ми двигателями, каждая из которых была комплексным
артефактом сама по себе и одновременно являлась частью
более сложной системы. Трубопроводы первой ступени
ракеты должно были соответствовать топливным бакам
и насосам (подходя друг другу по каждому аспекту ф ор­
мы и функции). В свою очередь, насосы должны были
179

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

соответствовать двигателям, а те — корпусам ускорите­
лей, обеспечивавших подъем более высоких ступеней,
лунного модуля, астронавтов, скафандров и оборудова­
ния до высоты 65 километров над Землей со скоростью,
в 8 раз превышающей число Маха, после чего начина­
лась работа двигателей второй ступени ракеты-носителя.
Инженеры, разработавшие проект системного уров­
ня, впоследствии эволюционировавший во второй, тре­
тий и десятый варианты, настолько улучшили предла­
гавшиеся решения, что они были переданы для внесения
дальнейших усовершенствований инженерам, занятым
более детальными проектами, посредством делегиро­
вания выбора от детали к детали и так до тех пор, пока
не были четко определены форма и структура каждого
винтика. Первые шаги по лунной поверхности, совер­
шенные в июле 1969 г. Нилом Армстронгом, подтверди­
ли, что инженеры не упустили ни единой мелочи и ра­
зобрались в каждой детали.
Очень часто проект «Аполлон» преподносится как
триумф науки. Это ошибка. В общем замысле искомая
новая наука носила рутинный и периферийный харак­
тер. «Аполлон» правильнее назвать торжеством инже­
нерного искусства. Да, с неизбежностью рутинного, когда
дело касалось деталей. В определенном ракурсе програм­
му «Аполлон» лучше всего описать как прорыв в инже­
нерном менеджменте, воплощение усилий, беспрецедент­
ных по масштабам, сложности и плотности координации.
В области молекулярной биологии беспрецедентным
по масштабу и координации стал проект «Геном челове­
ка». По сравнению с «Аполлоном» —это пример «из дру­
гой оперы» и значительно более простой как с точки зре­
ния объема финансирования, так и трудностей, которые
необходимо было преодолеть для вовлечения независи­
мых ученых в совместную согласованную деятельность.
К счастью, вариант наиболее подходящей организации
действий был изначально встроен в саму задачу. П ри­
рода сгруппировала гены в хромосомах, и вслед за ней
координаторы проекта «Геном человека» распредели­
ло

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

ли задачу секвенирования различных хромосом между
различными странами и исследовательскими группами.
В общих чертах, для осуществления проекта необхо­
димы были финансирование, исполнение обязательств
участниками и разделение труда. Решающее значение
имели инновации в технологиях и методах (более мощ­
ные вычислительные инструменты, техники лаборатор­
ного анализа, а также секвенирование методом «выстрела
из дробовика»). Однако самые передовые приемы и мето­
ды не требовали тесной координации. Гарантией внутрен­
не связного результата стала связность самой природы.
Проект «Геном человека» начинался так же, как про­
ект по изучению слона. Напротив, исходным пунктом
«Аполлона» стала концептуальная система инж енер­
ного проектирования. В основе успеха первого лежа­
ли в значительной степени независимые исследования;
второй потребовал невиданной ранее теснейшей инте­
грации проекта.
Принципиально разные способы организации уходи­
ли своими корнями в принципиально различные куль­
туры (с точки зрения совокупности труда и мышления,
осмысления проблем и подходов к их решению) двух
рассматриваемых нами областей. Что если бы кто-то по­
пытался собрать вместе инженеров по космическим си­
стемам и молекулярных биологов? Вероятно, каждый
посмотрел бы на представителя другой группы как про­
шедшего обучение у пришельцев с Марса.

Почему наука и техника смотрят
в противоположные стороны?
На самом глубоком эпистемологическом уровне научное
исследование и инженерное проектирование смотрят в
разные стороны. В человеческом сознании исследование
и конструирование воспринимаются как содержательно
связанные друг с другом дисциплины, но информация
в них движется в противоположных направлениях. Из­
181

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

учение и конструирование столь же различны, как полу­
чаемые принтером данные об изображении и инструк­
ции, в соответствии с которыми осуществляется печать;
столь же различны, как сенсорные и двигательные ней­
роны; столь же различны, как человеческие глаза и руки.
Сущность науки —исследование, сущность инженер­
ного дела — конструирование. Научное исследование
расширяет масштабы человеческого восприятия и по­
нимания; инженерное проектирование расширяет мас­
штаб человеческих планов и результатов.
Несмотря на принципиальные идейные различия ис­
следований и проектирования, на практике они неред­
ко переплетаются друг с другом, идет ли речь о «поле»,
об исследовательской программе, команде по разработ­
кам или о созидательном мышлении человека. Объеди­
нение проектирования и исследований часто имеет та­
кое же значение, как зрительная координация движений
рук. Инженерное проектирование новых инструментов
способствует проведению исследований, в то время как
научные изыскания могут подсказать новые конструк­
торские решения. Инженеры-химики в поисках усло­
вий, максимизирующих выход продукта, изучают хими­
ческие системы, испытывают различные сочетания ре­
агентов, температуры, давления и времени; они могут
ежедневно осуществлять различные исследования, хотя
цель проводимых экспериментов заключается в обес­
печении инженерного дизайна и анализа. И наоборот,
в процессе разработки таких устройств, как Большой
андронный коллайдер, физики-экспериментаторы не­
пременно занимаются инженерным проектированием.
Более того, необходимым условием создания такой ма­
шины с туннелями, вакуумными системами, сверхпро­
водящими магнитами и детекторами частиц, весящими
десятки тонн, стала реализация грандиозного по своим
масштабам инженерного проекта как неотъемлемой ча­
сти программы научных изысканий2.
2 . Противопоставление способов мышления, ценностей, культуры и

182

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

Тесно переплетающиеся между собой связи между
научными исследованиями и инженерным проектиро­
ванием затеняют их глубокие различия. Для того что­
бы осознать всю трудность проведения различий между
этими сферами, рассмотрим их общие черты.
И ученые, и инженеры работают с материальными си­
стемами, которые описываются всеобщими физически­
ми законами. И те и другие используют язык математики,
алгебры, высшей математики и дифференциальных урав­
нений, применяя эти методы к одним и тем же законам
движения, силам и полям. Представители обеих групп
используют схожую техническую лексику для описания
классической механики, гидродинамики, материалов,
оптики и многого другого, в том числе одних и тех же
материалов и одних и тех же материальных объектов.
Более того, довольно часто ученые и инженеры со­
трудничают друг с другом и их роли практически сли­
ваются. Инженерные творения основаны на знаниях,
полученных учеными с использованием инструментов,
созданных инженерами. Ученые часто конструируют соб­
ственные инструменты, а инженеры нередко осущест­
вляют измерения и вносят существенный вклад в науку,
и обе роли может играть один и тот же человек. Поэто­
му нет ничего удивительного в том, что наука часто по­
лучает признание за инженерные достижения, а инжене­
рию нередко ошибочно рассматривают как одну из науч­
ных областей.
Обращаясь к крупномасштабной структуре исследо­
вания, мы видим, что, если вести счет на доллары или
«человеко-годы», научный проект может состоять преинститутов в науке и технике не обходимо мне для того, чтобы
сравнить типичные подх оды в областях, сосредоточенных на
исследованиях или на проектировании. С а м и названия обла­
стей далеко не всегда характеризуют их сущность во всей п о л­
ноте. Н ап р им ер , кафедры вычислительной техники во м н о ­
гих сл учаях сосредоточены на развитии искусства ди зайна,
в то время как на кафедрах инженерной механики осущ ествля­
ются пр ограммы в рамках материаловедения.

•83

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

имущественно из инженерных разработок. То же самое
может быть верным и в отношении техники. Некоторые
области науки, такие как, например, планетология, от­
носятся к числу инженероемких (планетология и инже­
нерия космических систем срослись подобно сиамским
близнецам). Точно так же некоторые области техники
являются чрезвычайно наукоемкими. Научные журна­
лы переполнены сообщениями о новых способах про­
изводства полезных вещ ей—сообщениями об инженер­
ных успехах, ставших возможными благодаря наукоем­
ким изысканиям.
В частности, новые наноразмерные структуры во
многих случаях являются следствием новых процессов.
Но прежде чем и структуры, и процессы можно будет
использовать как строительные блоки для системной
инженерии, их нужно как следует изучить. Довольно ча­
сто понятия «нанонаука» и «нанотехнологии» исполь­
зуются как взаимозаменяемые, что является следствием
их практических взаимоотношений.
Интеграция конструирования и исследований про­
слеживается и в мелочах. План поездки в магазин можно
рассматривать как проект, а поиск набора автомобиль­
ных ключей — как исследование. В фундаментальном
смысле в сознании каждого человека интеллектуальная
деятельность, связанная с исследованиями, и проекти­
рование осуществляются совместно, так же как взаи­
модействуют сенсорные и двигательные нейроны, зре­
ние и движение, осознание и намерение. В этом смысле
двойственные процессы конструирования и исследова­
ния могут быть обнаружены, например, даже в сознании
мышей, отличающихся активностью и любопытством.
В свете всех этих взаимосвязей, возникает вопрос: на­
сколько глубокими являются различия между наукой и
техникой? Достаточно глубокими для того, чтобы вы­
звать структурные контрасты сверху донизу. Их корни
уходят в эпистемологию и обусловлены направленностью
информационного обмена между сознанием и материей.
От этой корневой причины различия поднимаются все
184

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

выше и выше, проходя через образование, труд, интел­
лектуальные ценности и институциональные структуры.
Техника и наука занимаются одним и тем же мате­
риальным миром, но конструирование и исследования,
по самой своей природе, пытаются «развернуть» созна­
ние людей в противоположных направлениях.
Восходящая структура научного исследования

Научный поиск направлен на построение знаний от
частного к общему, от основания материального мира
до высот проверенных практикой теорий, которые, во­
обще говоря, являются абстрактными моделями того,
как работает наш мир. Образующаяся в результате
структура может быть разделена на три уровня, соеди­
ненных двумя мостами.
На уровне земли, мы обнаруживаем интересующие
науку материальные объекты, такие как пасущиеся в аф ­
риканской саванне стада и растущие в ней травы, галак­
тики и газовые облака, обнаруженные на протяжении
космологического времени, и упорядоченные электрон­
ные облака, зарождающиеся при температуре около од­
ной тысячной градуса выше абсолютного нуля. В прин­
ципе, научный интерес представляет Вселенная в целом
и каждый ее потенциальный феномен.
На мосту, ведущем на следующий уровень, матери­
альные сущности превращаются в объекты исследова­
ния посредством человеческого восприятия, усиленно­
го благодаря таким инструментам, как радиотелескопы,
магнитометры и бинокли. Полученные результаты запи­
сываются и распространяются, что способствует расши­
рению круга человеческих знаний. Наблюдения, позво­
ляющие получить информацию, охватывают диапазон от
материальных сущностей до сферы символов и мыслей.
На следующем уровне информационного потока уче­
ные создают конкретные описания того, что они на­
блюдают. Из прилетевших из прошлого фотонов и по­
павших в телескопы, астрономы выводят состав и
185

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

определяют движение галактик. Зондируя материалы
с помощью электронных приборов, физики делают вы­
воды о динамике систем спаренных электронов. Благо­
даря своим глазам и телеметрическим сигналам орнито­
логи изучают миграцию малого веретенника, который
на своем пути с Аляски в Новую Зеландию пересекает
Тихий океан без единой посадки. Посредством данных
ученые описывают то, что хотели бы объяснить.
На мосту, ведущем на верхний уровень нашего опи­
сания научного информационного потока, конкретные
описания становятся движущей силой эволюции тео­
рий, сначала предлагая идеи об устройстве мира, а затем
предоставляя возможность их проверки в ходе интел­
лектуальной формы естественного отбора. П осколь­
ку теории конкурируют между собой за внимание и ис­
пользование, то отличительными чертами победителей
становятся простота, широта и точность в ходе экспери­
ментов, с помощью которых они проверяются на соот­
ветствие теории и эмпирических данных.
В качестве стандартного примера обычно приводится
ньютоновская механика. Ее широта позволяет рассма­
тривать любые массу, силу и ускорение с математиче­
ской точностью. Эти широта и точность являются ис­
точником практической мощи механики Ньютона, и ее
фиаско как абсолютной теории. Используя законы Нью­
тона, мы можем предсказать движения при любой ско­
рости, а точные измерения раскрывают изъяны теории.
Таким образом, в процессе научных исследований по­
ток знаний направлен снизу вверх:
1. Посредством наблюдений за материальными си­
стемами формируются четкие описания.
2. Предлагая идеи, а затем испытывая их, четкие
описания формируют научные теории.
На рис. 1 представлена схематическая структура научно­
го исследования и антипараллельная ей структура ин­
женерного проектирования.
186

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

Научное
исследование

х
£
~
=

5
s
*

Инженерное
проектирование
Абстрактная модель
= концепция
проекта

Абстрактная модель
= теория

-------------------------сравнение
Четко выраженное
описание
|= данные

И ТЕХНИКОЙ

--------------------------- 5

1 5

проектированшш

------------------------ зс
Четко выраженное
описание
= специ фикация

____________ ____

^

>
$

с
~

е

производстт

фмерения

Физическая система
= полезное изделие

Физическая система

1= объект исследо­

3
*

вания

р и с . I. Антипараллельные структуры
научного исследования иинженерного
конструирования

Нисходящая структура инженерного
конструирования
В научном исследовании информация идет от материи
к сознанию. В инженерном проектировании информа­
ционный поток, напротив, направлен от сознания к ма­
терии:
1. Исследование позволяет извлекать информацию
с помощью различных инструментов; в конструи­
ровании инструменты используются для того, что­
бы применять информацию на практике.
2. Исследование формирует описания с тем, чтобы
они соответствовали материальному миру; кон­
струирование формирует материальный мир для
того, чтобы он соответствовал описаниям.
18?

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

На этом уровне различия между наукой и инженерией
выражены так же четко, как отличаются друг от друга
микроскоп из научной лаборатории и фрезерный станок,
установленный в заводском цеху. На более высоких, аб­
страктных уровнях науки и техники, различия становят­
ся более расплывчатыми, но их глубина остается неиз­
менной. В этих случаях мы наблюдаем контрасты между
проектами и теориями, нематериальными, но отличны­
ми друг от друга продуктами человеческого сознания:
1. Ученые находятся в поиске уникальных коррект­
ных теорий. Несмотря на то, что достоверными
могут казаться несколько теорий, правильной яв­
ляется только одна из них. Инженеры создают не­
сколько вариантов работоспособных конструкций.
Если несколько из них продемонстрируют доста­
точно высокие результаты, это становится гаран­
тией успеха инженерных изысканий.
2. Ученые находятся в поиске теорий, охватывающих
наиболее широкий возможный диапазон (С тан­
дартная модель может быть применена ко всему
без исключения). Инженеры создают концепты,
наилучшим образом подходящие для отдельных
областей (сопла с жидкостным охлаждением для
ракет-носителей на жидком топливе).
3. Ученые находятся в поиске теорий, позволяющих
делать точные предсказания (подобные ньютонов­
ским) в узком диапазоне, в то время как инженеры
стремятся создавать конструкции, обеспечиваю­
щие широкие границы диапазона безопасности.
4. Для опровержения теории в когнитивной науке
достаточно единственного ошибочного предска­
зания, независимо от того, сколько испытаний
она успешно прошла перед этим. В инженерии
для одобрения концепции достаточного одной
успешной конфигурации, независимо от того, ка­
кое количество ее вариантов в прошлом потерпе­
ли фиаско.
188

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

К ому-то мож ет показаться стр ан ны м , что, принимая
во внимание столь четкие различия, когда-то могла воз­
никнуть и сохраняется до сих пор путаница между науч­
ными исследованиями и инженерным проектированием.
Но если мы попытаемся судить об этом по популярной
и научной периодике, то должны будем признать: четкое
понимание различий меж ду наукой и техникой встре­
чается на удивление редко3. П омимо многих других по­
следствий, эта путаница отрицательно влияет на пони­
мание основ знаний об инженерном деле (наприм ер,
на знания о потенциале технологий АТП-уровня).

Наилучшей точкой, находясь на которой мы можем
понять сущность природы инженерии и ее мощи, яв­
ляется вершина процесса конструирования. Я говорю
о системно-инженерном взгляде, которому научился
в то время, когда мне довелось познакомиться с прак­
тикой и культурой инженерного проектирования кос­
мических систем.

Стратегия системного инженерного
проектирования
В общем случае при взгляде с вершины научного ис­
следования перед нами предстает хорош о понятная
картина. Теоретики заняты поиском и проверкой точ­
ных объяснений, полученных в процессе наблюдения
за окружающим нас миром. И в этом смысле успешные
теории предопределены самой природой. С вершины
3. Сегодня утром, в передаче о планируемом в Северной Корее запуске
космического спутника Земли, репортер ВВС сообщил: « О ж и ­
дается, что дл я сборки трехступенчатой ракеты ученым потре­
буется несколько дней». Сомни тельн о, что этим ученым сужде­
но когда-нибудь прочитать журнал, в котором сообщалось бы
о сделанны х ими открытиях. Или имелись в виду инженеры,
контролировавшие работу технических специалистов? О чеви д­
но, что, как и многие другие люди, репортер не видел разницы
между учеными и инженерами.

189

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

инженерного конструирования перед нами открывается
принципиально иная картина, не вызывающая столь же
бурных дискуссий. В процессе разработки систем, ин­
женеры должны делать абстрактный выбор, который
до конца не понятен и ни в коем случае не предопре­
делен, будучи ограниченным лишь законами природы.
Ключ к пониманию инженерии на системном уров­
н е —на уровне архитектуры систем— заключается в по­
нимании того, как абстрактный инженерный выбор мо­
жет основываться на однозначно определенных фактах
физического мира. В свою очередь, ключ к достижению
этого понимания — осознание того, почему инженеры
обладают способностью проектировать системы, прин­
ципы функционирования которых находятся вне пре­
делов их полного понимания.
Давным-давно, кузнец знал назубок все инструмен­
ты и материалы, которые могут потребоваться ему для
выполнения работы и демонстрации своего мастерства.
В более поздние времена, когда мастера часовых дел уже
научились создавать сложные по устройству машины,
ремесленник полагался на цепочки поставок инструмен­
тов и материалов, слишком длинные для того, чтобы он
знал все их звенья. При этом сам продукт мог оставаться
доступным для знания и понимания одним человеком.
В наши дни на смену кузнецам пришли металлур­
гические заводы и металлообработка с числовым про­
граммным управлением ( Ч П У ) , а часовщиков вытес­
нили автоматизированные предприятия, на которых
изготавливаются часы с миллиметровыми шестеренка­
ми и электронными устройствами, считающими колеба­
ния кристалла кварца на мегагерцовой частоте. Карет­
ник мог знать каждую деталь изготавливаемой кареты,
но современный авиационный инженер не способен
до конца понять всю сложность, заложенную в крыло
реактивного авиалайнера. Точно так же, как никто ни­
когда не поймет, хотя бы наполовину, устройство гораз­
до более сложных заводов, на которых изготавливаются
компоненты самолетных крыльев.
190

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

Каким образом результатом целенаправленного кон­
струирования становятся продукты, степень сложности
которых недоступна пониманию никого из нас?
В сущности, проектирование такого рода продук­
тов осуществляется посредством руководства и делеги­
рования полномочий, как это происходит в корпора­
ции, когда ни одик человек не способен держать в уме
всю ее целиком. В частности, ни один из топ-менеджеров не способен знать все должностные обязанности
всех тех, кто занят трудом, не связанным с управлени­
ем. Схожие функции, как правило, выполняют и инже­
неры, занятые на высших уровнях процесса проектиро­
вания. По крайней мере, будучи членами команд, они
отвечают за инженерное решение в широком его пони­
мании—общую конфигурацию устройства и мощность
используемого в Нем двигателя. Решение всех других
разнообразных конструкторских задач, для решения
которых требуется объем знаний недоступный ни од­
ному, самому одаренному человеку, делегируется на бо­
лее низкие уровни. Обоснование, сопоставление, оценка
и совершенствование инженерных решений стратеги­
ческого уровня — вот что составляет основу архитекту­
ры системы. Аналогичную роль выполняет и системный
проектировщик зданий, которого мы обычно называем
архитектором.
Архитектор-строитель имеет возможность опреде­
лить положение и несущую нагрузку стены, не задумы­
ваясь о том, что было бы логично сначала установить
размеры и положение отдельных стальных балок. П ро­
работка деталей может быть скрыта и делегирована.
Схожим образом обстоят дела с самолетными крыльями
тех типов, которые уже строились в прошлом. Авиакон­
структор может выбрать длину, хорду и конфигурацию
крыла (и многое-многое другое), не обращая внимания
на сложность машин, которые будут обеспечивать то или
иное положение посадочных закрылков. Их структуру
и функции достаточно детально описать и в дальнейшем
исходить из того, что для последующей работы над кон­

191

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

струкцией самолета, задача конструирования собствен­
но закрылков и элементов механизации крыла будет пе­
редана соответствующей инженерной группе.
Таким образом, ключ к проектированию и управле­
нию сложностью лежит в работе в конструировании ком­
понентов особого рода — сложных, но поддающихся по­
ниманию и описанию простыми словами вне проекта. Эта
нисходящая стратегия «разделяй и властвуй» открывает
исключительные возможности, недоступные во всех дру­
гих случаях. Ей мы обязаны компьютерами, принтерами
и автомобилями. Если бы не она, у нас не было бы даже
заводов, на которых производятся простейшие вещи.
Проектирование и создание систем рассматриваемым
нами способом — как сочетания различных ф ункци о­
нальных подсистем — открывает возможности разделе­
ния труда и знаний. Именно так инженеры описывают
лакуны, которые должны быть заполнены, и оценивают
преимущества, возникающие при использовании соот­
ветствующих компонентов. Именно так системная ин­
женерия приводит в движение процесс, позволяющий
получить согласованный результат, даже если самого
слона в наличии еще нет.
Системная инженерия представляет собой сферу,
принципиально отличную от науки, несмотря на то, что
представители и первой, и второй должны соответство­
вать одной и той же физической реальности. Более того,
системная инженерия способна обеспечить перспекти­
ву, необходимую для того, чтобы распутать узлы, возни­
кающие в наукоемких исследованиях, выявить пробелы
и определить роли, исполнители которых будут уста­
навливать критерии и метрики, необходимые для оцен­
ки реальных и прогнозируемых достижений.
АТП и ведущие к нему пути иллюстрируют трудно­
сти, с которыми сталкивается наукоемкое инженерное
дело. Если наука и техника связаны достаточно сво­
бодно, обязательно возникает небольшая путаница, ко­
гда ученые стремятся к знаниям, не обращая внимания
на возможности их практического применения, а ин­
192

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

женеры разрабатывают инновации, опираясь исклю­
чительно на научные знания из учебников. Когда два
вида деятельности переплетаются друг с другом более
тесно, границы между ними размываются, как это про­
исходит в инженерных разработках молекулярных си­
стем. В этих условиях цели системной инженерии могут
быть сформулированы достаточно уверенно, в то время
как детальное проектирование и изготовление во мно­
гих случаях требуют интенсивной экспериментальной
работы. В данном виде наукоемкой инженерии резкое
концептуальное различие между двумя гранями — ис­
следованием и конструированием — могут легко поте­
ряться в интеллектуальном тумане.
Издержки упущенных возможностей в этом случае
могут быть огромны.
Взаимодополняемость, а не сходство — вот что пре­
вращает научные исследования и инженерные разработ­
ки в мощную силу, независимо от того, слабо они связа­
ны друг с другом или тесно переплетены в том диапазо­
не знаний, что необходим для решения поставленной
задачи.

Проблема противоречащих друг другу
интересов
АТП является следую щ им этапом развития м ол еку­
лярны х наук в процесс конструирования м акром олекулярны х структур. О днако развитие этой области
происходит довольно медленно. В разработке техноло­
гий АТ-производства были достигнуты огромные успе­
хи, но им недостает фокуса. Так, в большинстве случаев
разработки в области макромолекулярной инженерии
ведутся в расходящ ихся направлениях — рассматрива­
ются возможности ее применения в медицине и мате­
риаловедении, воспроизводства биомолекул из чистого
любопытства и так далее. Н есмотря на огромную цен­
ность всей этой работы, в ней упускается нечто важное.

193

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

К сожалению, современная макромолекулярная инже­
нерия слишком редко начинается с попыток приобрести
широкое видение задач системного уровня и целей, к ко­
торым они способны привести участников проекта. В от­
сутствие координации в рамках общего видения, которое
охватывало бы полный набор необходимых компонентов,
невозможно получить ни ясное представление о том, что
требуется для решения поставленной задачи, ни объеди­
нить усилия, направленные на построение единого цело­
го из составных частей. Как в притче об ученых-автомобилистах, здесь возможно бесконечное движение вперед
в различных направлениях, которым так и не суждено
слиться в единое функциональное целое.
Наука находится в поиске ответов на вопросы, но да­
леко не всегда тех же самых, которые должны задавать
себе инженеры. Представители новой области техники,
зарождающейся в сфере, сосредоточенной на исследо­
ваниях, должны осознавать опасность того, что науч­
ные интересы могут быть приняты за инженерные, и на­
оборот. Напротив, четкое разделение этих двух групп
интересов ускорило бы движение по избранному пути
и облегчило бы поиск дорог, которые ведут к более вы­
соким наградам.
Одним из самых ярких примеров тому является А Т П .
Поиск знаний против применения знаний

Наука и техника смотрят в разных направлениях и за­
дают себе разные вопросы.
Наука находится лицом к лицу с неведомым, что
и определяет структуру научной мысли. В процессе по­
иска ученые применяют уже имеющиеся знания, но сама
наука требует выхода за их пределы.
Инженерное проектирование, напротив, избегает не­
известности. В своей работе инженеры используют уже
имеющиеся знания, применяя их в надежде избежать
неожиданностей. Чем меньше экспериментов в инже­
нерном деле, тем лучше.
194

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

Исследование и проектирование взывают к различ­
ным способам мышления, которые могут противоре­
чить друг другу. Предположим, имеется некая инже­
нерная задача. Рассматривая сопутствующую научную
проблематику ученый может сделать вывод, что ограни­
ченность знаний не позволит осуществить инженерные
разработки. Напротив, инженер, рассматривая ту же
самую задачу, может заключить, что имеющийся объ­
ем знаний позволяет найти решение. Выбор в пользу
ожидания того момента, когда накопится достаточный
объем знаний, может оказаться ошибочным. Напри­
мер, если бы инженеры, создавшие отрасль транзистор­
ной электроники, дожидались получения учеными ис­
черпывающего представления о поведении электронов
в твердых телах, им никогда не удалось бы разработать
технологию производства транзисторов с использова­
нием алюминия, кремния и его диоксида. Как оказалось,
чтобы запустить цифровую революцию, инженерам был
необходим достаточно тонкий слой знаний, образую­
щий основу технологий кремниевой электроники.
Мне не раз приходилось опровергать ошибочные
представления, вызванные неправильным пониманием
роли неизведанного.
В прошлом году в Оксфорде я присутствовал на лек­
ции об атомарно точных наномеханических подшипни­
ках и по ее окончании разговорился с лектором —ученым-экспериментатором, обладавшим широчайшими
знаниями обо всем, что было связано с атомарно точны­
ми поверхностями в сверхвысоком вакууме.
Критикуя известные концепции АТ-подшипников,
лектор заметил, что многим поверхностям свойственна
неприемлемая спонтанная реорганизация или соедине­
ние с другими поверхностями. В результате поведение
многих из них непредсказуемо. Например, пара поме­
щенных в вакуум чистых кремниевых пластин с индек­
сами Миллера (юо) вступает в контакт и соединяется
друг с другом. Поведение многих других поверхностей
наукой еще даже не изучено.
195

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Подшипники, как предмет инженерного интереса,
принадлежат к числу устройств, которые рассматрива­
лись нами в главе 5. Их отличительная черта —предска­
зуемо устойчивые поверхности, скользящие одна по дру­
гой; при этом движение происходит очень гладко, и тре­
ния почти не возникает. Все, что необходимо сделать
инженеру, столкнувшемуся с трудностью,—рассмотреть
несколько вариантов подшипников с хорошими харак­
теристиками и выбрать наиболее подходящий. Все то же
самое верно и в отношении подшипников в наномеханических системах. В лаборатории А.Зеттла в Беркли
было продемонстрировано, что необходимыми свой­
ствами обладает целый ряд движущихся частей, создан­
ных на основе вложенных графеновых цилиндров. По­
ведение этих структур полностью соответствует данным,
полученным с помощью стандартных вычислительных
моделей. Расчеты показывают, что возможно создание
целого ряда и других конструкций подшипников.
Я рассказал об этом своему собеседнику, прекрасно ос­
ведомленному о всех научных достижениях в сфере его
специализации. После небольшой заминки он ответил:
«Ах, да... да, конечно». Научный метод формулирования
вопросов с неизбежностью заставляет ученого ставить во­
просы, относящиеся к сфере неведомого. Инженерные
вопросы с хорошо известными ответами (едва ли не по
определению) почти не представляют интереса для науки.
Мораль этой истории. Столкнувшись с инженерной
проблемой, не допускайте, чтобы связанные с нею неиз­
вестные ранее явления отвлекали ваше внимание от уже
изученных решений.
Стремление к точности против
использования приближений

Ограниченная точность — это частный случай огра­
ниченности знаний, неосведомленность особого рода,
присутствующая везде, включая инженерное конструи­
рование.
196

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

Столкнувшись с неточными знаниями, ученый по­
старается дополнить их, а инженер просто примет их
к сведению. Возможно ли, что предсказания окажут­
ся ошибочными более чем на ю % по плохо понятым
причинам? Попытка понять последние может приве­
сти к необходимости решения трудной научной задачи,
в то время как инженер вообще не видит в них пробле­
мы. Увеличим запас прочности на 50% и идем дальше.
Определение запаса прочности входит в стандартную
процедуру проектирования, а неточные знания —одна
из многих причин, обуславливающих необходимость со­
ответствующих расчетов.
*★*
В разговоре с директором крупного исследовательского
центра по нанотехнологиям (ведущего в этой области)
я упомянул о моделировании механических наносистем
с использованием стандартных для молекулярной ме­
ханики методов расчета молекулярной динамики. Он
возразил мне, что они являются «неточными». Я согла­
сился, что с точки зрения решения определенных за­
дач (например, некоторых аспектов биомолекулярного моделирования), уровень точности действительно
невелик. Однако его более чем достаточно для других
целей, в частности, для изучавшихся мною в то время
систем (например, для жестких устойчивых шестерен
и подшипников). Мой собеседник задумчиво промол­
чал, и мы сменили тему.
Точность можно оценивать только в отношении це­
лей проекта. Поэтому модели во многих случаях дают
приемлемые ответы на возникающие у инженеров во­
просы.
Мораль этой истории. Столкнувшись с инженерной
проблемой, не допускайте путаницы между точными
знаниями, к получению которых стремятся ученые,
и достоверными знаниями, в которых нуждаются ин­
женеры.

197

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Изучение природных явлений
против разработки надежных продуктов

В природе часто встречаются загадки, поиск ответов
на которые затягивается на десятилетия, а то и на не­
сколько веков. Предсказания погоды, укладки мем­
бранных белков или соответствия друг другу молекул
в процессе образования кристалла — все эти проблемы
относятся к областям, в которых исследования ведут­
ся на протяжении длительного времени и пока увенча­
лись лишь частичными успехами. В каждом из этих слу­
чаев непредсказуемые объекты исследования являются
результатами спонтанных процессов — эволюции, кри­
сталлизации, атмосферной динамики, и ни один из них
не имеет базовых черт, присущих инженерному проек­
тированию.
Что способствует предсказуемости на системном
уровне?
1. Хорошо понимаемые части целого, вступающие
в предсказуемые локальные взаимодействия, ко­
гда предсказуемость проистекает из расчетов или
испытаний.
2. Учет допусков и контролируемой динамики с це­
лью ограничения воздействий неточности и из­
менчивых условий.
3. Модульная организация, облегчающая расчеты
и испытания, поскольку обеспечивает изоляцию
подсистем друг от друга и от внешнего мира.
В науке, напротив, у многих систем, выступающих объ­
ектами исследований, отсутствует значительная часть
перечисленных выше характеристик.
1. Компоненты и взаимодействия рассматриваемой
системы могут оставаться неизвестными, непра­
вильно понятыми или ошибочно интерпретируе­
мыми.
198

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

2. В системе может отсутствовать учет и контроль до­
пусков; она может оказаться в высшей степени не­
стабильной.
3. В системе нельзя выделить отдельные модули, все
компоненты объединены друг с другом запутан­
ными причинно-следственными связями, как вну­
тренними, так и выходящими за ее пределы.
Действительно, изоляция системы от внешнего мира
почти всегда становится первым шагом к достижению
ее предсказуемого надежного поведения; ни один ин­
женер не решится установить монтажную плату в улье
без должного корпуса.
* * *

Один из ученых в статье, посвященной наномашинам
общего типа (рассматривавшимися в этой книге), вы­
сказал мнение, что они не могут использоваться в био­
логической среде, так как биомолекулы обязательно
забились бы в шестерни и другие движущиеся детали.
Проблема имеет простое решение. Достаточно поме­
стить шестерни в коробку передач, а важнейшие движу­
щиеся детали —в герметичную оболочку. Идея корпуса
для устройства представляется очевидной. Почему же
ученый упустил ее из виду?
Дело в том, что внимание автора статьи было сосре­
доточено на биомолекуляных системах машин, действи­
тельно функционирующих в биологических жидкостях
и адаптированных к этой непростой среде. Мягкие био­
молекулярные машины в биологических средах под­
нимают важные для науки вопросы, но довольно часто
ответы на них не имеют никакого значения для меха­
низмов, которые можно заключить в кожух.
Мораль этой истории. Оценивая инженерные идеи,
остерегайтесь допущений, в соответствии с которы­
ми известные вам трудности могут вызвать проблемы
в системах, сконструированных для того, чтобы избе­
жать их.
Ю9

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Поиск уникальных ответов против
стремления к множественным вариантам

Расширение диапазона возможностей играет противо­
положные роли в исследованиях и в проектировании.
Если элефантологи предложили три жизнеспособ­
ные гипотезы о происхождении слона, то, по крайней
мере, две из них должны быть ошибочными. Открытие
еще одной возможной линии происхождения означа­
ет большую неопределенность, так как количество по­
тенциально ошибочных гипотез увеличивается до трех.
В науке альтернативы представляют собой незнание.
Если автомобильные инженеры разработали три
жизнеспособные конструкции подвески, вероятно, все
они будут работать. Появление еще одной конструкции
означает снижение общего уровня риска и повышение
вероятности того, что, по крайней мере, одна из них
окажется близкой к совершенству. В инженерном деле
альтернативы представляют собой варианты выбора.
Ситуация незнания того, какая из научных гипо­
тез является истинной, не имеет почти ничего общего
с проблемой выбора инженерных решений. Повторяю,
внешние черты сходства научных и инженерных вопро­
сов обманчивы. Во многих случаях они представляют
собой едва ли не противоположности.
***
Я нахожу, что в некоторых случаях знание вариантов
ошибочно принимается за незнание фактов. Примеча­
тельно, что в инженерном деле вкладом в знание может
быть даже научная неопределенность, так как отсутствие
ясности в отношении научных фактов способно пред­
ложить выбор инженерных решений.
Например, несколько лет назад, когда ученые не по­
нимали принцип действия бактериального жгутикового
мотора, молекулярные биологи предложили и присту­
пили к проверке большого количества гипотез. Пра­
вильным описанием природы этого мотора могла быть
200

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

только одна из них. В то же время каждая из жизне­
способных гипотез предлагала способ инженерной раз­
работки молекулярных моторов. Таким образом, про­
блемные конкурирующие научные гипотезы способны
подсказать возможные инженерные решения, которые
будут конкурировать друг с другом — действительно,
чем труднее отвергнуть потенциально возможное объяс­
нение поведения того или иного объекта, тем более ве­
роятно, что на аналогичном принципе может быть по­
строено работающее устройство.
Мораль этой истории. Остерегайтесь ошибочно при­
нять мощь большого количества инженерных решений
за проблему конкурирующих научных гипотез.
Проверка теорий
против проектирования систем

Научные теории и инженерные конструкции вступа­
ют в резкое противоречие друг с другом даже на уров­
не логики.
В работе «Логика научного исследования» Карл Поп­
пер замечает, что в принципе универсальные теории
могут быть фальсифицируемы одним решающим экспе­
риментом; в то же время миллион согласующихся с тео­
рией экспериментов не может рассматриваться как на­
учное доказательство ее справедливости. Так, в течение
нескольких столетий законы И. Ньютона считались все­
общими. Что не помешало впоследствии доказать их
ошибочность.
Если всеобщая физическая теория в терминах ло­
гики должна соответствовать универсальному числен­
ному утверждению «Для всех возможных физических
систем...», то в инженерном деле — экзистенциально
верифицируемому «Существуют потенциально воз­
можные физические системы...» Опровергнуть первое
утверждение может один контрпример, в то время как
для того, чтобы доказать второе утверждение, достаточ­
но одного положительного примера.
201

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

В этом наиболее глубоком логическом смысле вопро­
сы, которые задаются в научных исследованиях и в кон­
струировании, являются противоположными (в матема­
тических терминах —двойственными).
***
Мне не раз приходилось сталкиваться с путаницей, воз­
никающей в случаях, когда ученые уделяют лишь по­
верхностное внимание вопросам передовых нанотех­
нологий. Выраженные явным образом ошибочные
рассуждения довольно трудны для понимания: «Я могу
представить что-mö, что не будет работать; поэтому я со­
мневаюсь в том, что хоть что-нибудь способно работать».
Мы уже имели дело с этой ошибкой в нескольких рас­
сматривавшихся выше случаях:
• «В случае контакта некоторые поверхности „схватыва­
ются“ между собой; поэтому...»
• «Некоторые системы чувствительны к малейшим не­
точностям; поэтому...»
• «При контакте с грязью машины некоторых типов вы­
ходят из строя; поэтому...»
Будучи в целом верными, такие утверждения ничего
не имеют против правильно подобранных материа­
лов, поверхности которых могут использоваться для
изготовления подшипников, или безупречных с точ­
ки зрения конструкции надежных систем, или машин,
защищенных от проникновения грязи. Скорее, они при­
влекают внимание к ограничениям.
Если специалистам известно о существовании рабо­
тоспособных конструкций, критики, начинающие свои
речи словами «Я могу представить что-raö, что не бу­
дет работать...», оказываются в дурацком положении.
И все же всего десять лет назад подобные глупости ста­
ли основой научной критики идей А Т П .
Мораль этой истории. Инженеры стремятся создать
решения, воплощающие идеи в реальность, а ученые
202

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

предлагают различные испытания, способные опроверг­
нуть ту или иную теорию. Попытка опровержения ин­
женерной идеи путем предложения и опровержения
концептов, которые могут не работать, является оши­
бочной.
Простые специальные теории
против гибких комплексных решений

В процессе проектирования инженеры отдают предпо­
чтение простым решениям, но готовы принять любую
сложность, если она является условием решения задачи.
В процессе разработки новых теорий ученые стремятся
к простоте и предпочитают не рассматривать слишком
сложные построения.
По мнению физиков, Стандартная модель является
чрезмерно сложной и неудобной. Они настаивают на не­
обходимости новой теории, несмотря на то, что уравне­
ния Стандартной модели умещаются на одной стороне
бумажного листа. Ракета-носитель «Сатурн-5» состо­
ит из шести миллионов деталей, а вес соответствующей
инженерной документации составляет несколько сотен
тонн. Однако инженеры относятся к этому обстоятель­
ству как к проблеме необходимости улучшения управ­
ления, но не как к фатальному отсутствию элегантности
конструкторских решений.
В науке отвергаются теории, которые могут быть
скорректированы для того, чтобы привести их в согла­
сие с произвольными данными, поскольку теория, со­
гласующаяся с любыми исходными данными, не накла­
дывает никаких ограничений на результаты расчета
и вряд ли способна что-либо предсказать. Инженеры же,
напротив, высоко ценят гибкость в процессе конструи­
рования-реш ение, которое может быть изменено для
того, чтобы соответствовать дополнительным требова­
ниям, позволяет справиться с большим количеством
проблем. Компоненты «Сатурна-5» прекрасно соответ­
ствовали друг другу именно потому, что они изначаль­
203

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

но конструировались с учетом возможности изменений
в целях лучшего соответствия своей роли.
В науке к теории предъявляются такие требования,
как простота формулировок и доступность для пони­
мания. В инженерном деле не боятся сложности, и не­
редко для детального описания какой-либо конструк­
ции может потребоваться вагон бумаги.
Поэтому в некоторых случаях инженерам прихо­
дится проектировать, анализировать и оценивать идеи,
в процессе работы опираясь на описания, в которых
множество деталей принимаются без обсуждения.
Счет неопределенных параметров может идти на мил­
лионы. Однако в данном случае эти параметры отно­
сятся не к научной неопределенности, но к инженер­
ному выбору, который в случае необходимости может
быть изменен; они относятся не к чрезмерно разбух­
шей всеядной теории, а к стадии процесса, результа­
том которого обычно становится полностью готовый
продукт.
В любом сложном проекте сначала поступает фи­
нансирование, а уже потом начинается детальная про­
работка. Гибкость и расчетные допуски— условия того,
что конструкторы будут иметь возможность заполнить
все выявленные пробелы. Инженеры, участвовавшие
в осуществлении программы «Аполлон», прекрасно
понимали, вопросы какого рода могут быть времен­
но отложены в сторону, а их коллеги могли анали­
зировать и пересматривать решения. Различные ва­
рианты решений, запас прочности и консервативные
модели — все это составляющие конструкторского ис­
кусства. Последнее требует особого способа восприя­
тия и вынесения оценок, естественным образом допол­
няющего научный метод, но требующего применения
иных навыков.
Мораль этой истории. Не следует судить конструк­
торскую работу по лекалам научных теорий. В ней нет
места эстетике уникальности и простоты.

204

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

Исследования из любознательности
против целенаправленных инженерных разработок

Познакомившись с притчами об элефантологии и ав­
томобилизме, мы приходим к выводу об отсутствии
изаимозаменяемости организационных структур науки
и техники как эффективных способов координации по­
вседневной деятельности.
В науке открытия делаются независимыми исследо­
вательскими группами, в то время как в системной ин­
женерии независимая деятельность не способна про­
извести ничего полезного, поскольку создание тесно
интегрированных систем требует такой же тесной коор­
динации. Малочисленные независимые команды могут
проектировать простые устройства, но только не систе­
мы более высокого порядка как, например, пассажир­
ские реактивные самолеты.
До тех пор пока исследование сосредоточено на из­
учении способов создания новых компонентов— в заро­
ждающейся инженерной области, к которой относится,
в том числе, большая часть нанотехнологий,— проек­
тирование и строительство комплексных систем будет
оставаться задачей на будущее. Дверь к систематиче­
ским инженерным разработкам открывается позже, ко­
гда будет изготовлен и собран достаточно богатый на­
бор различных компонентов.
Преодоление этого порога требует не только при­
обретения иного образа мышления (рассмотренными
выше способами), но и иной организации работ —не вы­
теснения ориентированных на исследования научных
изысканий, но обогащения присущей им ценности по­
средством различных практических приложений. Если
цель заключается в инженерной разработке сложных
продуктов, я вас уверяю, что никакая самая блестящая
индивидуальная работа не принесет желаемых резуль­
татов.
Безусловно, в отсутствие инженерного подхода к из­
учению потенциала, маловероятной становится даже
205

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

оценка имеющихся возможностей. Наукоемкую интел­
лектуальную задачу создания концепций систем для
новой области и понимания основных направлений их
реализации способен решить квалифицированный уче­
ный, хотя сама эта задача, в сущности, является аб­
страктной формой инженерии высокого порядка.
Сегодня молекулярные науки как раз в такой ситуа­
ции. Достижения в атомарно точном производстве от­
крыли дверь, ведущую к АТ-инженерии, хотя в рамках
самой научной дисциплины этот инженерный потенци­
ал понимается плохо. Причиной тому отчасти являются
ловушки, рассмотренные нами в предыдущих разделах.
Мораль этой истории. Остерегайтесь подходить к ин­
женерному делу так, как будто оно ничем не отличает­
ся от науки. Стоимость этой ошибки может перечерк­
нуть ценность самой науки.

Применение инженерного взгляда
Чтобы заниматься научным поиском, нужно обладать
определенной интеллектуальной дисциплиной. В иде­
альном случае ведется поиск простых универсальных
объяснений, одновременно с ограничением количества
сложных специальных гипотез. Исследователи прово­
дят испытания с целью ограничить количество конку­
рирующих гипотез до единственно истинной, при этом
признавая, что эту универсальную истину невозможно
постичь с абсолютной точностью. Научное исследова­
ние по определению направлено на расширение чело­
веческих знаний.
Напротив, применение уже имеющихся знаний для
расширения человеческих способностей требует интел­
лектуальной дисциплины иного рода, которая в сво­
ей наиболее полной форме высшего уровня отличается
от науки практически во всех отношениях.
Системная инженерия направлена на поиск гибких
моделей. Принимая сложность и неточность, конструи­
20

б

ПРОТИВОРЕЧИЯ

МЕЖДУ

НАУКОЙ

И ТЕХНИКОЙ

рование справляется с ними, используя запас прочности.
Оно признает непредсказуемость и ищет способы избе­
жать ее. Проектирование приветствует конкурирую­
щие решения и стремится расширить их круг. Только
такой подход может использоваться в мире, в котором
на каждый вопрос имеется целый ряд удовлетворитель­
ных ответов, когда только испытание позволяет устано­
вить узкую, но от этого не менее ценную истину: «Вот
это работает».
Техника и наука пользуются общими знаниями.
Во многих случаях они не только осознанно служат друг
другу, но их наиболее существенные определяющие ас­
пекты, такие как проектирование и исследование, тесно
переплетаются в рамках различных программ, лабора­
торий или человеческого сознания, независимо от того,
под каким флагом это происходит.
В то же время, когда из науки рождается новая ин­
женерная дисциплина, ее признанию может воспре­
пятствовать сама природа новых вызовов и возможно­
стей, так как научное мышление будет сосредоточено
на проблемах иного рода. По мере получения новых
научных результатов происходит увеличение альтер­
нативных издержек (например, в молекулярных науках
в наши дни).
Зарождение и развитие новой инженерной области
означает, что нашим глазам открывается новый мир.
Но мы не способны рассмотреть его только через приз­
му науки, хотя без науки слепа и инженерия. Услови­
ем четкого взгляда на перспективу (если он возможен
в принципе) является бинокулярное зрение, взгляд че­
рез призму и науки, и техники. В некоторых случаях
бинокулярный взгляд на ландшафт технологическо­
го потенциала позволяет нам рассмотреть самые даль­
ние ориентиры. Если же мы одновременно распозна­
ем пути, ведущие к доступным в данный момент целям,
эти ориентиры способны помочь руководителям иссле­
дований определить последовательные шаги к их до­
стижению.
207

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

В числе этих усилий наиболее проблемны м явля­
ется взгляд в перспективу, попытка найти ориентиры
и оценить хотя бы некоторые их особенности. К числу
таких ориентиров, подобных возвышающейся на гори­
зонте горной гряде, относятся и технологии АТП-уровня. Сколь многое мы можем рассмотреть и понять?
И зучение путей, пролегаю щ их по бесконечному
во времени ландш аф ту технологического потенциала,
предполагает, что время от времени нам придется за­
давать новые вопросы о технологиях, основывающие­
ся на достиж ениях науки. Важнейшее значение в этом
контексте имеет понимание того, вопросы какого рода
могут быть заданы и на какие из них могут быть полу­
чены ответы, а также осознание природы методов, отве­
тов, ограничений и мощи экспериментальной техники.

ГЛАВА 9

Изучая потенциал
технологии

интересует, как она будет открывать новые зна­
ния. Техника задается вопросом о том, как она будет
поставлять новые продукты. Экспериментальная техни­

Н

АУКУ

ка задает себе другой, менее распространенный вопрос:
«Каким образом применить уже существующие знания
для изучения сферы потенциально возможных продуктов,
которые пока не могут быть поставлены потребителям?»
Другими словами, экспериментальная техника исполь­
зует уже существующие научные и инженерные знания
для изучения ландшафта потенциальных технологий.
Благодаря экспериментальной технике началась ис­
тория космических полетов. Научные достижения в фи­
зике и химии, а также инженерные принципы предо­
ставили достаточный объем знаний для того, чтобы
обладавший воображением человек отправился вслед
за своей мечтой, которую он сумел выразить в числах.
Первая экспедиция возвратилась из похода, располагая
довольно грубой, но все же верной картой пространства
космических полетов. На ней были обозначены пути
к технологиям, уже зарождавшимся в объективной ре­
альности, а также выходившим за ее пределы в направ­
лении будущих идеалов, которые служат нам ориенти­
ром и сегодня.
Это путешествие началось очень давно.

209

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Космос: 1899 г.
В 1957 г. весь мир был потрясен известием о запуске
в СССР первого искусственного спутника Земли. «Руко­
творная Луна» была прекрасно видна на вечернем небо­
склоне каждому американцу, вышедшему во двор дома,
постоять рядом с семейным бомбоубежищем, призван­
ном защитить его от атомной угрозы.
Но исследования в области космических полетов на­
чались гораздо раньше. Русские ученые первыми стали
изучать фундаментальные принципы космических поле­
тов, выписывать уравнения ракетной динамики, изучать
виды топлива с целью найти самое высокоэнергетиче­
ское для применения в двигателях, разрабатывать идею
многоступенчатых ракет, изучать условия длительного
пребывания людей в космическом пространстве. Эти ис­
следования заложили основы космонавтики и не только.
С самого начала русские ученые смотрели гораздо даль­
ше полетов вокруг Земли и визитов на Луну. Они пред­
видели заселение человеком Солнечной системы.
Осуществление первой русской космической про­
граммы началось более ста лет назад, во времена прав­
ления императора Николая I I. Она продвигалась вперед
благодаря усилиям одного самоучки, провинциального
школьного учителя из Калуги. В свободное от препода­
вания время он стремился наполнить реальным содер­
жанием идеи, родившиеся благодаря книгам француз­
ского писателя-фантаста Жюля Верна. Это были мечты
о полетах людей в космос. Ими грезил никому в то вре­
мя не известный Константин Эдуардович Циолковский.
Чтение литературы, раздумья и математические вы­
числения заняли около десяти лет, и в 1896 г. К. Э. Ци­
олковский закончил написание своего первого труда,
который сыграл важнейшую роль в истории космонав­
тики. Автор представил свою статью на рассмотрение
русского журнала «Научное обозрение», в редакции ко­
торого она пылилась в течение семи лет. Статья Циол­
2 10

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

ковского«Исследование мировых пространств косми­
ческими приборами» была опубликована только в мае
1903 г. В том же году, в декабре, братья Уилбур и Орвил
Райт совершили первый полет на мотопланере, под­
нявшись на высоту всего лишь трех метров над уров­
нем земли.
Научное достижение Циолковского — настоящая за­
гадка. Каким образом провинциальному школьному
учителю, работавшему самостоятельно по вечерам, при
свете лампы, еще до подъема в воздух первого аэропла­
на, удалось завоевать известность у последующих поко­
лений? Почему его называют «отцом космонавтики»?
Ответ на этот вопрос имеет большое значение, так
как действенность метода Циолковского была подтвер­
ждена временем. Мы назовем его «исследовательской
инженерией»; вооруженный этим методом Циолков­
ский более ста лет назад показал, что ракетная техно­
логия способна открыть человечеству мир за предела­
ми Земли. Если применить его в наши дни (подобная
методика служила мне ориентиром во времена моей ра­
боты в М Т И ) , то мы увидим, что атомарно точные тех­
нологии способны распахнуть двери, открывающие лю­
дям мир, простирающийся за пределы, установленные
промышленной революцией.
Для изучения потенциала материальных техноло­
гий в исследовательской инженерии используются до­
ступные физические знания и инженерные методы. Как
и в инженерной деятельности в целом, процесс иссле­
довательской инженерии проходит циклы развития
от конструирования до анализа, от не признающего ни­
каких пределов воображения до математических рас­
четов, ограничивающих полет человеческой фантазии.
Таким образом, исследовательская инженерия име­
ет много общего с инженерной деятельностью, которая
в привычном ее понимании преследует гораздо более
прагматичные цели. Обычная техника поставляет ар­
тефакты, а исследовательская —знания. В обычном ин­
женерном деле необходимо учитывать не только законы
2 11

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

физики, но и производственные ограничения, преде­
лы того, чего можно добиться в определенную истори­
ческую эпоху. В исследовательской инженерии в ее чи­
стом виде принимаются во внимания только извечные
ограничения законов физики.
Достижения исследовательской инженерии опреде­
ляются уровнем доступных в тот или иной момент вре­
мени знаний. В 1896 г., когда Циолковский представил
свой анализ реактивных аппаратов (то есть ракет), объ­
ем физических знаний человечества составлял неболь­
шую часть их современного запаса. В том же году Анри
Беккерель открыл радиоактивность, а годом ранее стало
известно об Х-лучах Вильгельма Рентгена. Физики уже
знали о существовании электромагнитных волн, но ра­
диопередатчик Гульельмо Маркони еще не был создан.
Тайной оставалась и природа материи. Поскольку кон­
цепция квантовой механики еще не сформировалась,
физики почти ничего не знали о фундаментальной при­
роде материалов и молекул. К тому же многие ученые
сомневались в самом существовании атомов (химики
знали о них гораздо больше, за исключением несколь­
ких самых твердолобых скептиков.)
Тем не менее имевшиеся у Циолковского знания
позволяли ему действовать совершенно сознательно.
Его описание принципа работы реактивных аппара­
тов («для каждого действия...») основывается на зако­
нах механики И. Ньютона. Для количественной оцен­
ки проблем выведения реактивного аппарата на орбиту
Земли Циолковский использовал закон всемирного тя­
готения. Для того чтобы определить наиболее произ­
водительные виды ракетного топлива, сочетания кото­
рых позволили бы получить самую высокую энергию
в расчете на единицу массы, ученый воспользовался
экспериментальными данными. Циолковский высказал
предположение, что наилучшими компонентами ра­
кетного топлива будут жидкий водород и жидкий кис­
лород и оказался совершенно прав—инженеры косми­
ческих систем отдают им предпочтение и в наши дни.
212

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

Циолковский не нуждался ни в токарном станке,
нив дрели, так как для того, чтобы получить результа­
ты размышлений и вычислений, ему достаточно было
базовых инструментов инженера-конструктора — руч­
ки и чернил. Он разрабатывал не ракеты, а уравнения,
описывавшие их движение. Циолковский занимался
не строительством жидкостных ракетных реактивных
двигателей, а доказывал, что жидкое топливо предла­
гает самую высокую энергию.
Он предложил не проработанные до мельчайших де­
талей конструкции (их время придет немного позже),
но показал возможность решения основных проблем,
тем самым наметив путь, ведущий в мир по ту сторо­
ну неба: «Человечество не останется вечно на Земле,
но в погоне за светом и пространством сначала робко
проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе
все околосолнечное пространство».
Из своего калужского дома, опираясь только на зна­
ния физики и химии, Циолковскому удалось разглядеть
такой технологический потенциал, который продол­
жает раскрываться в нашей материальной действи­
тельности.
В надлежащей биографии Циолковского было бы
упомянуто, что в возрасте ю лет он потерял слух, вслед­
ствие чего был вынужден прекратить формальное об­
учение и перейти к самообразованию. Впоследствии он
женился и содержал семью. Ученый был создателем ис­
тинно космической философии предназначения челове­
ка, которая в течение многих лет оставалась в безвестно­
сти. Что он поддерживал большевиков, сначала посадив­
ших Циолковского в тюрьму на Лубянке, а затем взявших
на вооружение его воззрения и прославивших их, что он
был избран в то, что потом станет Академией Наук СССР,
а в 1924 г. ему была назначена пожизненная пенсия.
В надлежащей истории космических полетов было бы
упомянуто, что за пределами России идеи Циолковско­
го оставались малоизвестными. Был бы отмечен важ­
нейший технический вклад в развитие космонавтики
213

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ничего не знавших об идеях русского ученого Робер­
та Годдарда (СШ А) и Германа Оберта (Германия), по­
строивших действующие ракеты с двигателями на жид­
ком топливе. В истории рассказывалось бы о подъеме
ракетостроения на волне войны. В авангарде ракетно­
го движения были провидцы, разделявшие мечту Ци­
олковского о покорении космоса. Показательным яв­
ляется пример немецкого ученого Вернера фон Брауна.
Он возглавлял проект по созданию и строительству ра­
кеты «Фау-2», использовавшейся фашистами для об­
стрела Лондона с суборбитальных высот. В то же время
фон Браун предложил подробный план осуществления
космических исследований (Das Marsprojekt, опублико­
ванный в СШ А в 1953 г. под названием The Mars Project).
В 1956 г. ему приказали воздержаться от запуска спут­
ника для США, но в конце концов поручили команде
фон Брауна разработку ракеты-носителя «Сатурн-5»,
благодаря которому была осуществлена высадка чело­
века на Луну.
Впрочем, в центре моего внимания находятся не
столько люди и не столько полные взлетов и падений
истории их жизней, сколько разработанные ими мето­
ды мышления, а также уроки, которые мы можем из­
влечь из их опыта для такой дисциплины, как изучение
потенциально возможных технологий.

Изучая опыт инженерной разработки
космических систем
Исследовательская инженерия позволила оценить по­
тенциал технологии ракетно-космических полетов
за десятилетия до того, как кому-либо удалось постро­
ить необходимое оборудование. В то же время это была
системная инженерия, позволившая сделать реально­
стью потенциальные возможности.
История разработок космических систем свидетель­
ствует о том, что практическая техника способна ро­
214

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

ждаться из концепций, находящихся вне пределов те­
кущей практики, наполнять архитектурным содержани­
ем абстрактные идеи, рожденные воображением, а затем
испытывать их на соответствие принципам инженерной
деятельности и законам физики. Начиная с поискового,
концептуального рождения космического полета, исто­
рия показывает как проектирование, поэтапное усовер­
шенствование конструкции, переработка и дальнейшие
улучшения способны приводить проекты в движение
и получать на выходе готовые работоспособные машины.
От ракет с жидкостными реактивными двигателями
до спутников и марсоходов —история космических тех­
нологий является яркой иллюстрацией потока систем­
ной инженерной деятельности. Современная практи­
ка инженерии космических систем опирается на кор­
пус методологических решений, стандартов, традиций
и институтов, одушевляемых культурой, сформировав­
шейся в середине X X столетия. Я начал впитывать эту
культуру в М Т И , благодаря наставникам, владевшим ис­
кусством создания устремленных в будущее смелых чис­
ленно выраженных конструкций, умевшим всегда отбра­
сывать все лишнее, оставляя только самое необходимое.
Исследовательская инженерия имеет много общего
с начальными стадиями системной инженерии —и там
и там применяются схожие методы проектирования
высокого уровня и анализа. Определенные различия
имеют лишь цели этих видов деятельности. Обе на­
чинаются с абстракций высокого уровня, призванных
определить границы функциональности. Затем начина­
ется поиск конфигураций подсистем, способных обеспе­
чить исполнение общего функционального предназна­
чения. Например, при проектировании космических
систем может осуществляться поиск такой конфигу­
рации структур, топливных баков и двигателей, кото­
рая могла бы использоваться для вывода десятитон­
ного спутника на геостационарную орбиту. В данном
случае исследовательская инженерия могла бы исклю­
чить из рассмотрения ракеты-носители, построен215

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

А

Область, исключенная
в силу действия
законов физики
Конструировамие
и анализ

Л

Конструирование,
анализ и производство
\

Тек ущ ий
уровень
инженерной
разработки

..
у .
\ ;

\

\

Исследо- X /
вательская \
а инженерия
_______
--------------

\
I
1

Э Ф Ф Е К Т И В Н О С Т Ь , ПР О ПУ СК Н АЯ С П О С О Б Н О С Т Ь ,
У Д Е Л Ь Н А Я МО Щ Н О СТ Ь

Изучая ограничения, накладываемые
на технологии физическими законами

р и с . 2.

ные с использованием доступных алюминиевых спла­
вов, и начать учитывать характеристики материалов,
изготовленных из произведенных с атомарной точно­
стью специальных углеродных материалов, обладаю­
щих в 50 раз большей прочностью в расчете на едини­
цу массы (что обещает огромный выигрыш в итоговой
эффективности).

Инженерная деятельность в случае, когда
продуктом являются знания
Обычно системная инженерия направлена на создание
таких конструкций, которые обеспечивают надежность
и конкурентоспособность продуктов. Исследователь­
ская инженерия ориентирована на поиск конструк­
ций, способных привести к достоверным заключениям.
И та и другая задают разные вопросы.
216

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

Понимание ответов на вопросы поисковой инжене­
рии требует понимания их природы и того, чем они яв­
ляются, а чем — нет. В частности, поскольку вопросы
исследовательской инженерии обращены к бесконеч­
ному ландшафту технологического потенциала, отве­
ты на них не зависят от неизвестных в текущей ситуа­
ции фактов. Ответы на вопросы поисковой инженерии
могут иметь последствия для потенциально возможно­
го будущего, подобно тому как открытие деления атом­
ного ядра имело важное значение для потенциального
исхода Второй мировой войны. Однако существова­
ние последствий для будущего отнюдь не тождественно
вопросам о будущем. Ни произошедшие в прошлом со­
бытия, ни те события, которые произойдут в будущем,
не изменяют законов физики.
Уверенный ответ на обычные вопросы о будущем воз­
можен в очень редких случаях. Под обычными имеют­
ся в виду следующие вопросы:
• По какому пути будет в действительности развиваться
технология? В большинстве своем такой вопрос зада­
ется для того, чтобы использовать ответ для предска­
зания человеческих событий, и предполагает выне­
сение оценок на основе имеющейся информации; он,
безусловно, выходит за пределы инженерного анализа.
• Какие специфические технологии позволят добиться успе­
ха на рынке? Вопрос во многом схож с предыдущим
относительно событий; инженерный анализ может
предоставить информацию, используемую в процес­
се оценки, но ответы в большинстве случаев не име­
ют решающего значения.
• Какие специфические технологии в конечном итоге дадут
наилучшие результаты? Может показаться, что этот
вопрос выглядит как инженерный, хотя на него нель­
зя ответить с помощью инженерных расчетов; ответ
на него потребовал бы знаний о каждой вероятной
альтернативе, которая могла бы когда-нибудь по­
явиться, а такое знание получить невозможно.
217

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Как только мы объединяем вместе «технологии» и «буду­
щее», человеческий разум начинает проявлять склонность
к смешиванию знаний, основывающихся на принципах
физики и поверхностно схожей с ними спекулятивной
болтовни — безответных вопросов, сомнительных отве­
тов и агрессивной рекламы, столь присущей маркетингу,
средствам массовой информации и популярной культуре.
На самом же деле исследовательская инженерия от­
вечает на особые, тщательно отобранные вопросы —она
дает ответы, которые не зависят от неизвестности буду­
щего и не осложняются конкурентным давлением. Это
такие вопросы, сама конструкция которых предполага­
ет ответ с использованием доступной в настоящее вре­
мя информации. Следовательно, поисковая инженерия
дает ответы, которые сразу же могут использоваться для
проектирования систем в высшей степени консерватив­
ным способом, что позволяет противостоять давлению,
оказываемому на конструирование и анализ. Вопросы
относятся исключительно к нижним границам потен­
циальных результатов использования продукта; тем са­
мым они могут основываться на совокупности самых не­
благоприятных вариантов, а не на анализе наилучших
случаев. Вследствие этого, вопросы описывают системы,
сконструированные настолько консервативно, что они
практически гарантированно не описывают будущий кон­
курентоспособный продукт.
Какую пользу мы можем извлечь из использования
ограниченных знаний? Представьте себе, что конкурент­
ная инженерия является добавочной деталью на карте,
отображающей линию побережья и скалы, фарватеры
и гавани, города и дороги—деталью, дополняющей точ­
ное структурное описание.
Вообразите себе поисковую инженерию как схемати­
ческое изображение берегов нового континента, нане­
сение на карту его границ и обозначения рек, ведущих
в плодородные долины.
Грубые карты способны подсказать направления ис­
следований, так как на них будут отображаться наиболее
218

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

перспективные с точки зрения дальнейшего изучения
регионы. В инженерном деле схематическая карта и из­
бранное направление —В космос на многоступенчатых ра­
кетах!— способны отправить человеческий род в путеше­
ствие, о котором он и не мечтал. Для того чтобы открыть
новые земли, могут потребоваться несколько десятилетий
поисков. Но в некоторых случаях они оказываются в зоне
прямой видимости едва ли не с самого начала похода.
Обычно в путешествиях идей и в поисках новых тех­
нологий бесполезно задавать вопросы о деталях машин
грядущих десятилетий. Ответы на них могут приго­
диться в том случае, если используются в качестве по­
мощи в планировании, но не для прогнозов и предска­
заний. Еще одним элементом процесса планирования
могут быть вопросы другого рода —исследовательские.
Но не стоит ждать от них чего-то большего, чем общие
наметки того, что может быть сделано. В космонавти­
ке цикл «исследовательский вопрос —ответ» повторял­
ся снова и снова; первоначально поставленные вопросы
инициировали работы, позволившие ответить не толь­
ко на них, но и на последующие вопросы.
Инженерные разработки с исследовательским уклоном
Определить уровень допустимой нагрузки, позво­
ляющей обеспечить удовлетворительное использо­
вание, совсем не трудно. Конкуренция вынуждает
нас к поиску уровня наивысшей нагрузки, все еще
допускающего удовлетворительную эксплуатацию.
Это гораздо более трудная задача.
— Standard Handbook of Machine Design («Стандартное
руководство по проектированию маш ин»), третье
издание

Традиционная инженерная деятельность направлена
на предоставление конкурентоспособных товаров, ис­
следовательская инженерия — на предоставление до­
стоверных знаний. Для решения этих принципиально
219

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

отличающихся друг от друга задач необходимо исполь­
зовать отличающиеся друг от друга методы.
Три главных правила исследовательской инженерии

Поисковая инженерия представляет собой искусство
применения научных и инженерных методов для иссле­
дования потенциала будущих технологий. Наиболее су­
щественные методы инженерного поиска описываются
тремя правилами:
• Правило 1. Исследуйте системы такого типа, для со­
здания которых не могут использоваться современ­
ные инструменты.
• Правило 2. Задавайте только такие вопросы, на кото­
рые способна ответить современная наука.
• Правило 3. Думайте как инженер.
Другими словами, изучайте области, пока отсутствую­
щие на доступной всем карте, продвигаясь вперед, опи­
райтесь на твердую почву, и в процессе исследований
потенциальных задач, проблем и решений применяйте
и воображение, и анализ.
Оба типа инженерной деятельности начинаются
с определения цели, осознанно выбранной функции,
которая задает требования. И та и другая начинаются
с разработки концепций системного уровня, что позво­
ляет определить подсистемы со своими собственными
требованиями (и так далее до тех пор, пока рекурсия
не достигнет нижнего уровня). Оба метода основывают­
ся на продвижении к поставленным целям посредством
повторяющихся циклов проектирования, анализа и вне­
сения усовершенствований. При этом в силу различий
в целях используются различные критерии проектиро­
вания, подходы к анализу и степени доводки конструк­
ций. Ключевую роль в данном случае играет давление,
оказываемое конкуренцией.
Конкуренция побуждает инженеров к поиску опти­
мальных решений (или, согласно «Стандартному руко­
220

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

водству по проектированию машин», например, «выну­
ждает найти уровень наивысшей нагрузки»), тогда как
в исследовательской инженерии типичная проблема за­
ключалась бы в «поиске допустимого уровня нагрузки»
(не самая трудная задача, если верить «Руководству»).
В то же время в поисковой инженерии оптимизация
является «вариантом по выбору», а простота и консер­
ватизм в конструкции перевешивают результаты экс­
плуатации.
Техника создания знаний

Сопоставление инженерной деятельности, ориентирован­
ной на производство, и исследовательской инженерии:
Конкурентоспособные
продукты

Достоверные знания

Детали производства

Системный анализ

Производственные
ограничения

Ограничения
моделирования

Эффективное
проектирование

Консервативное
проектирование

Издержки производства

Издержки анализа

Исследование ближайших рубежей, которые могут быть
легко достигнуты с помощью перспективных техноло­
гий, далеко не то же самое, что усилия, направленные
на достижение максимальных результатов эксплуата­
ции уже имеющихся технологий. Вопросы, обсуждае­
мые в этой книге, представляют собой плоды, висящие
на самых нижних ветвях дерева технологий АТП-уровня.
Конструирование надежных продуктов против инженерии
достоверных знаний

Успех инженерной деятельности, ориентированной
на производство, заключается в поставке надежного
материального продукта, должным образом функцио­
нирующей физической системы. В исследовательской
инженерии, в свою очередь, успех означает создание
221

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

и пополнение объема используемых должным образом
знаний. Различные «продукты» инженерной деятельно­
сти обуславливают необходимость отличающихся друг
от друга подходов.
Разрабатывая надежные в эксплуатации продукты,
инженеры закладывают запас прочности, достаточный,
чтобы учесть неожиданные события, производствен­
ные дефекты, а также неточности в собственно кон­
струировании и анализе. Чтобы удержать пассажир­
ский самолет в воздухе в случае неожиданного отказа
оборудования нужно, чтобы инженеры предусмотре­
ли резервирование всех его основных систем. И нако­
нец, на заключительном этапе процесса проектирова­
ния и производства инженеры проводят обязательные
испытания продукта. Успех тестирования означает для
инженеров большую уверенность в своем творении.
Напротив, в исследовательской инженерии, когда
конечным продуктом является концепт, «надежность»
означает уверенность в возможности его доработки
на системном уровне в любом из специфических вопло­
щений, что позволило бы добиться реализации всех обе­
щанных анализом функций. Для большей уверенности
инженер-исследователь использует более значитель­
ный запас прочности, позволяющий приспособиться
к неопределенности, а также упрощает и конструкцию,
и анализ.
В обычных, ориентированных на производство, раз­
работках конкурентное давление подталкивает инже­
неров к рискованным конструкциями и узким допу­
скам, а достижение правильного баланса влечет за собой
трудности, которые приходится преодолевать на про­
тяжении всего процесса проектирования. В поисковой
инженерии такое давление отсутствует, и специалисты
получают возможность насладиться роскошью упро­
щения конструкций, а также увеличением количества
«амортизирующих прокладок», компенсирующих воз­
можные сюрпризы.

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

Сравнение продуктов и дизайна
и анализа по соотношению цена —качество

Колее расслабленный результат по сравнению с тем, что
можно было бы признать оптимальным, помогает инженерам-исследователям находить области выдающейся
производительности, если сравнить их с любыми доступ­
ными в настоящее время. На ландшафте потенциальных
технологий местоположение имеет большее значение,
чем возможности улучшений, поскольку новые места —
это области, в которых действуют новые правила.
Например, в i960 г. развитие авиации, продолжавшее­
ся более полувека, привело к тому, что длительность по­
лета без дозаправки наиболее «экономичного» самолета
достигла нескольких десятков часов. Однако уже самые
первые искусственные спутники Земли могли оставать­
ся на орбите в течение тысячи лет и более. Спутники бук­
вально вошли в пределы области с новыми правилами.
Аналогично обстоит дело и с будущим потенциалом про­
мышленной обработки. Простое консервативное внедре­
ние передовых методов А Т П способно принести результа­
ты, значительно превосходящие показатели всех самых
совершенных средств производства. И вновь, только по­
тому, что в новой области действуют новые правила.
Поскольку местоположение имеет большее значе­
ние, чем усовершенствования, имеют место изменения
в структуре издержек.
В инженерном деле, ориентированном на продукт,
как правило, величина операционных издержек и стои­
мость производства настолько велика, что затраты
на проектирование воспринимаются как незначитель­
ные. Вследствие э1юго увеличение инвестиций в инже­
нерные разработки способно принести очень высокую
отдачу. Например, в производственном цикле по сборке
сотни авиалайнеров небольшая конструкторская работа,
позволяющая срезать с массы планера один килограмм,
дает экономию в миллионы долларов затрат на авиа­
ционный керосин. Схожим образом, конкурентный от­
223

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

бор вынуждает отказываться от конструкций со слиш­
ком большим запасом прочности, таких как чрезмерно
прочные и тяжелые крылья или избыточно мощные, тя­
желые и топливоемкие двигатели.
В исследовательской инженерии, напротив, издерж­
ки конструирования — единственный вид затрат. П о­
скольку конечной ее целью является системный анализ,
затраты на проектирование относительно невелики.
В отсутствие производства издержки приобретения
исходных материалов равны нулю. В отсутствие ис­
пользуемых в производстве продуктов операционные
издержки равны нулю. Соответственно, издержки до­
бавления значительного запаса прочности падают ниже
нуля, так как его включение является наиболее дешевым
способом повышения степени надежности и уверенно­
сти в инженерном анализе.
В случае АТП -систем , например, уменьш ение п о ­
тенциальной производительности в ю о раз не имеет
ни малейшего значения для выводов, имеющих непо­
средственное отнош ение к р ассм атр и ваем ом у вопро­
су, а свобода, идущая рука об руку с огромным люфтом
в конструкции, вселяет лиш ь уверенность в том, что
конструкция будет соответствовать всем возможным
ограничениям.

В поисковой инженерии затраты на проектирование
и системный анализ составляют общие издержки произ­
водства конечного продукта. Однако чем определяют­
ся издержки его использования? Поскольку продуктом
являются знания, первичными и основными издерж­
ками их использования человеком являются его время
и внимание, а также издержки понимания и оценки со­
держания знаний. Как и в случае с издержками проек­
тирования, в случае когда конструкции представлены
на системном уровне и со значительным запасом проч­
ности, эти затраты резко сокращаются. Таким образом,
используемые в исследовательской инженерии методы
позволяют от начала и до конца процесса экономить ин­
теллектуальные издержки полученных знаний.
224

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

Очерчивая пути, ведущие

к АТП

На безграничном во времени ландшафте потенциаль­
ных технологий находятся и продукты, и средства их
производства. Оглядываясь назад, мы видим, что соиременные технологии связаны с технологиями вче­
рашних дней неразрывной цепочкой, уходящей в эпоху
промышленной революции и во времена кузнечных мо­
лотов и железа. Конец этой цепочки скрывается в глу­
боком прошлом человечества, когда люди только на­
чинали использовать в различных целях орудия труда
из камня. На каждой стадии развития на смену тем или
иным технологиям фабрикации приходили более со­
вершенные. Каждая такая технология занимает опре­
деленное место в бесконечном технологическом ланд­
шафте в зависимости от результатов ее использования,
измеряемых не прочностью, мощностью или скоростью
вычислений, но масштабом того, что она позволяла со­
здавать, и содержанием новых территорий, которые она
позволяла осваивать.
На этих новых территориях основное долгосрочное
значение имели новые технологии, позволявшие про­
двигаться дальше вглубь ландш аф та, то есть открывать
участки новых технологий, которые сами по себе позво­
ляли изготавливать новые вещи. Технологии АТ-производства отвечают этому требованию в значительно боль­
шей степени, чем все известные нам ранее: по дороге
к технологиям АТП-уровня усовершенствования в тех­
нологиях атомарно точного производства будут откры­
вать возможность совершенствования самих этих тех­
нологий.

Способна ли поисковая инженерия помочь опреде­
лить эти пути? Да, посредством рассмотрения относи­
тельно узкого круга производственных возможностей
в качестве ограничений на внедрение (на доступные ма­
териалы, компоненты и методы сборки). Поэтому рас­
ширенные производственные способности рассматри­
ваются как цели проектирования в поиске расширения
225

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

диапазона доступных материалов, компонентов и мето­
дов сборки. Каждый набор потенциальных производ­
ственных способностей служит отметкой на избранном
пути; поэтому сконструированная на его основе система
означает собой возможный новый шаг вперед. Таким об­
разом, наша цель заключается в том, чтобы исследовать
линии развития, которые на каждом данном уровне тех­
нологии фабрикации позволяют продвинуться немного
вперед, определяя серии близко расположенных «кам­
ней», образующих «дорожное покрытие».
В приложении II представлен обзор наиболее прямых
путей, движение по которым небольшими последова­
тельными шагами способно привести нас от современ­
ных лабораторных способностей к технологиям АТПуровня. Длина шагов и скорость передвижения будут
зависеть от качества конструкторских решений и уров­
ня координации инженерных усилий.
Дорога от точки текущ их лабораторны х способно­
стей, включаю щих в себя удивительно быстро расш и­
ряю щ ийся диапазон технологий атом арно точного
производства, уходящ их корнями в прошлое столетие,
ведет нас вверх по склону. Текущ ее состояние инженер­
ного искусства позволяет создавать структуры, состоя­
щие из миллионов атомов (значительно более крупных,
чем производят клеточные программируемые машины),
а также материалы со свойствами в диапазоне от хи м и ­
чески чистых конструкционных полимеров до АТ-компонентов, более прочных и твердых, чем сталь.

Ограничения на их практическое применение нала­
гаются не столько производством per se, сколько труд­
ностями, возникающими в процессах моделирования,
конструирования компонентов и усовершенствования
соответствующих инженерных концепций системного
уровня. В данном случае расходящиеся взгляды науки
и техники приводят к возникновению разрыва, не пол­
ностью блокирующего поступательное развитие, но за­
медляющего его скорость.

226

ИЗУЧАЯ

ПОТЕНЦИАЛ

ТЕХНОЛОГИИ

В начале пути, ведущего к технологиям производ­
ства АТП-уровня, находятся современные технологии.
Естественное движение вперед сопровождается улучш е­
нием традиционной самосборки благодаря добавлению
мягких механических ограничений, сдвигающих ее в на­
правлении большей надежности позиционного контро­
ля и меньшей зависимости от слож ных сопряженных
поверхностей. О дним из его положительных следствий
являются меньшие по размерам, более простые и более
тесно связанные строительные блоки, позволяющие п о­
лучать более прочные и жесткие мелкоструктурные м а­
териалы; в совокупности все эти усовершенствования
позволяют создавать все более простые конструкции.
Каждый шаг вверх по склону способен обеспечить
расширение круга более эффективных продуктов (м а­
териалов, лекарственных средств, цифровых устройств
и так далее) в количествах, варьирующихся от м иллиар­
дов наноразмерных единиц (возможно, микрограммов)
до тонн. Впрочем, впоследствии при движении по этим
путям потребуется разработка передовых масш табируе­
мых систем уровня АТП. Следовательно, нам необходи­
мы будут крупные, хорошо управляемые технологиче­
ские циклы производства устройств, предназначенных
для выпуска наноразмерных компонентов и передачи
их для сборки более крупным машинам. Подробнее эти
пути рассматриваются в приложении И.
В следующей главе наш взор будет устремлен вверх
по склону — в направлении передовых технологий и си ­
стем АТП-уровня, образующих основу разработок сп о ­
собных привести нас к тому, что можно было бы назвать
«полны м изобилием».

Часть IV

Технологии полного изобилия

ГЛАВА 10

Механизмы полного изобилия

ПРЕДЫДУЩИХ главах были представлены различ­
ные фрагменты концепции атомарно точного про­
изводства. Пришло время объединить различные части
и попытаться понять, как в целом могла бы выглядеть
система, от первого ее звена до последнего. Затем мы
перейдем к вопросам о том, насколько хорошо мы по­
нимаем АТП. (Вероятно, для читателей, хорошо разби­
рающихся в технике, особенно полезным будет описа­
ние физических принципов молекулярного уровня АТП,
рассматриваемых в приложении I).

В

Ранее я сравнивал будущие АТП-системы с принте­
рам и — настольными устройствами, предназначенными
для изготовления малогабаритных продуктов. В этой
главе мы рассмотрим схемы организации малых меха­
низмов для сборки более крупных продуктов, например,
размером с автомобиль. В данном масштабе мы деталь­
но изучим систему, сконф игурированную как д е м о н ­
страционная сборочная линия, через окна которой мы
посмотрим на работу механизмов.

Вид со стороны
конечного продукта
Представьте себе, что вы находитесь снаружи камеры
конечной сборки крупномасштабной АТП-системы и на­
блюдаете через небольшое окно за работой машин, раз­
мещ енных в пространстве размером с гараж, рассчи231

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

танный на один автомобиль. (И здесь нет ни малейшего
преувеличения.)
Справа от себя вы видите выходную дверь для про­
дуктов, готовых к отгрузке. Слева от вас находится не­
что вроде полок, занимающих все пространство сте­
ны от пола до потолка. Каждый ряд полок разделен
на прямоугольные камеры. В середине находящейся
прямо перед вами камеры конечной сборки, занимаю­
щей большую часть помещения,—передвижной подъем­
ный механизм, окруженный множеством машин.
Последние выглядят необыкновенно гладкими, ло­
щеными, хотя и очень знакомыми. Они похожи на ме­
ханизмы, используемые на автоматизированном про­
изводстве, где специальные роботы-манипуляторы
совершают запрограммированные движения, поочеред­
но захватывая необходимые компоненты и соединяя их
друг с другом. Наши машины напоминают их просто
потому, что они действительно являются механизмами
автоматизированного производства, и потому, что ме­
ханизмы, выполняющие схожие движения, часто име­
ют похожие друг на друга формы и движущиеся части.
Поскольку наши машины изготовлены из материалов
прочнее и легче стали, они могут быть более быстрыми,
легкими и эффективными.
Вблизи окна, на стене слева, вы можете ясно увидеть
несколько камер, расположенных как раз на уровне глаз.
В каждой из маленьких камер находятся машины с ма­
нипуляторами. Сами настенные камеры выглядят как
уменьшенные копии основной, крупной сборочной ка­
меры. Ряды этих маленьких камер занимают все про­
странство стены. Вы находитесь слишком далеко, чтобы
в подробностях рассмотреть их содержимое. Однако вы
догадываетесь, что в них находятся уже знакомые вам,
но уменьшенные машинокомплексы.
Вы нажимаете кнопку, и механизмы приходят в дви­
жение.
Сначала вам кажется, что ничего не изменилось.
Но не проходит и минуты, как находящиеся перед вами
232

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

крупные машины начинают подхватывать различные
детали, выпадающие из камер на стене слева, и разме­
щать их на установленной в центре платформе. Детали,
оказавшиеся на ней первыми, зажаты в специальных
устройствах, а остальные как бы «нанизываются» на эти
опоры. По мере того как машины производят сборку,
перед вами проступают контуры знакомого продукта —
автомобиля, каждая деталь которого отличается от тех,
что мы ежедневно видим на дорогах, но имеющего схо­
жую с ними форму, определяемую основной функцией.
Для того чтобы установить ту или иную часть на от­
веденное ей место требуется несколько секунд. Через
соответствующее время из настенных камер появляют­
ся новые детали. Слева, внутри ближней камеры вы мо­
жете рассмотреть работу находящихся внутри машин.
Похоже, что эти миниатюрные механизмы выполняют
те же самые функции, что и большие машины, но с бо­
лее высокой скоростью (несколько циклов в секунду).
Вам с трудом удается различить отдельные их движе­
ния. Довольно легко догадаться, что происходит в даль­
них, еще меньших по размерам камерам, хотя движения
механизмов в них практически не различимы.
Сборка, которая производится в главной камере, за­
нимает не более минуты времени. Находящаяся справа
дверь разгерметизируется и открывается. Автомобиль
перемещается в помещение приемки, упакованный в не­
что, напоминающее пластиковый рукав. Через секунду
после того, как дверь камеры закрывается и вновь герме­
тизируется, рукав втягивается обратно для переработ­
ки. На этом процесс производства завершается. Такой
метод выдачи конечной продукции обусловлен необхо­
димостью предотвращения попадания примесей в сбо­
рочную камеру.
Если бы вы захотели приобрести этот автомобиль,
«возраст» которого исчисляется в минутах, в качестве
сувенира, он обошелся бы вам не дороже обеда в ре­
сторане (со скидкой за демонстрационный просмотр).
К сожалению, этот легкий, экономичный, дружествен­
233

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ный по отношению к природе автомобиль оказался бы
лишним в вашем и без того переполненном вещами
доме. Поэтому нажатием еще одной кнопки автомобиль
отправляется в расположенную рядом машину, перера­
батывающую все его детали.

Рассматриваем процесс
во всех подробностях
Последние этапы АТП-процесса настолько тривиальны,
что после внесения небольших корректив, всю работу
по сборке макроскопических деталей могли бы выпол­
нить современные промышленные роботы. Данный по­
люс рассматриваемого нами процесса характеризуется
такими уникальными характеристиками, как качество,
строение и эксплуатационные свойства компонентов,
а также способом их обработки, позволяющим быстро
добиваться полного соответствия деталей, не прибе­
гая к помощи сварки, болтов, эпоксидного клея или за­
клепок. Но если всмотреться в этот процесс более при­
стально, мы увидим нечто иное.
Некоторые отличия связаны с упоминавшимися
выше маленькими камерами, внутри которых находят­
ся машины, работающие с высокой частотой. Как было
показано в главе 5, законы механического масштабиро­
вания действуют и в пространстве, и во времени. В ма­
шинах, детали которых имеют схожую друг с другом
форму и движутся с равными линейными скоростями,
меньшие по размерам части будут преодолевать мень­
шие расстояния за пропорционально меньшее время.
Более того, оказывается, что в той же самой пропорции
масштабируются все остальные динамические свойства
машин (механическое напряжение, деформация, ча­
стота, вибрация и так далее). Таким образом, меньшие
по размерам машины способны выполнять аналогич­
ные операции, собирая меньшие по размерам детали
в большем количестве. Вот почему на демонстрацион­
234

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

ном предприятии мы видели прогрессивно уменьшаю­
щиеся камеры, в которых находятся машины, движе­
ния которых мы воспринимаем как размытые, так как
по мере сокращения размеров частота движений увели­
чивается в десятки, сотни и тысячи раз.
Возвращаемся на наше концептуальное демонстра­
ционное предприятие. На какое расстояние могут про­
тянуться серии камер с точки зрения их реальной дли­
ны? Предположим, что на каждом шаге размеры камер
изменяются с коэффициентом \ (например). Следова­
тельно, мы можем представить ширину следующих друг
за другом слоев как i,
£ и так далее. Общая протя­
женность последовательности, соответственно, будет
равна 2 (или, если мы возьмем другой коэффициент: 1 +
^т + 9 +?7г=^)* Другими словами, общая геометрическая
длина последовательности, независимо от количества
рядов, примерно равна длине ближней к вам камеры.
Как оценить продолжительность всего процесса сбор­
ки от начала и до конца? На самом отдаленном этапе
каждый робот-манипулятор должен совершить несколь­
ко движений, что может занять, скажем, 30 секунд. Каж­
дая из этих серий движений предполагает перемещение
собираемых компонентов из меньших по размерам ка­
мер. Следовательно, для того чтобы поддерживать не­
обходимую скорость, каждая меньшая камера на преды­
дущем этапе должна будет завершить в этот же самый
30-секундный интервал несколько полных сборочных
циклов. Законы масштабирования естественным обра­
зом обуславливают достижение сбалансированного ре­
зультата, поскольку каждый ряд камер обрабатывает
равные по величинам массы в равное время, используя
механизмы, движения которых осуществляются с рав­
ными линейными скоростями независимо от размера.
Конечный результат довольно прост. В сходящемся
сборочном процессе рассматриваемого нами типа сред­
няя скорость потока компонентов от начала и до конца
является постоянной. Если в камере конечной сборки
компоненты расходуются, скажем, за 30 секунд, и если
235

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

все взятые вместе ряды меньших по размерам камер
удваивают длину системы, то совокупная задержка
во времени составит примерно 1 минуту —в том случае,
если процесс начинается с создания блоков, значитель­
но более крупных, чем молекулы.
В этой кон ц ептуальн о-дем онстрац и онн ой АТП -системе, чтобы проследить путь от сборочной платформы
до источников деталей, нам сначала потребовалась бы
ювелирная лупа, а затем и микроскоп. С помощью п о ­
степенно возрастающего увеличения вы своими глазами
увидели бы последовательность постепенно уменьш аю ­
щихся в размерах машин и камер, приводящ их в конеч­
ном итоге вновь к машинам, выпускающим компоненты,
которые собираются из атомарно точны х микроскопи­
ческих строительных блоков.

Эти мельчайшие машины во многом похожи на те,
которые мы уже видели в самой дальней камере. Не­
смотря на миллионнократное уменьшение в размерах
они схожи между собой с точки зрения форм, движе­
ний и задачи, различаясь во множестве других деталей
(например, в использовании моторов и подшипников).
Однако,углубляясь в наноразмерный диапазон, ин­
женерия наталкивается на предельные, атомарные огра­
ничения на размеры даже самых простейших устройств.
Например, диаметр шестерен, валов и подшипников
не может быть меньшим, чем несколько нанометров,
просто потому, что механические компоненты, обес­
печивающие необходимые для функционирования
устройств формы, поверхности и механические свой­
ства, должны состоять из достаточного количества слоев
атомов. Заметим, что рассмотренное выше масштабиро­
вание распространяется только на механические устрой­
ства; напротив, электронные устройства демонстрируют
далекое от классического поведение задолго до того, как
они достигают диапазона атомарных размеров.
Прослеживая цепочку далее, до источника микро­
скопических блоков, мы увидим машины, не имеющие
ничего общего с программируемыми роботизирован­
236

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

ными руками-манипуляторами. Здесь, в глубине наиоразмерного мира, использование независимых про­
граммируемых машин нецелесообразно, просто потому,
что наименьшие из возможных компьютеры становят­
ся непрактично крупными. Поскольку цифровые си­
стемы уже сейчас имеют наноразмерные компоненты,
они не могут масштабироваться так же глубоко, как
и машины. В наши дни самые мелкие из используемых
на практике заводских механизмов превосходят по сво­
им размерам компьютерные микросхемы. В наномире
складывается противоположная ситуация с размерами,
так как машины могут масштабироваться очень глубоко,
а компьютеры остаются относительно крупными, энер­
гетически прожорливыми и медленными. Таким обра­
зом, с точки зрения практической архитектуры АТПпроизводства непропорционально большие размеры
компьютерной техники требуют использования элемен­
тов иного типа — простых, не требующих численного
управления и более эффективных.

Преодоление микроблочного порога
Естественным пороговым масштабом для этого измене­
ния в типе механизмов (и естественным местом разрыва
в цепочке АТП) является диапазон, в котором машины
способны строить макроскопические компоненты, со­
бирая их из микроскопических блоков. Блоки, относя­
щиеся к микроскопическому диапазону размеров, могут
быть относительно крупными, по сравнению с обычны­
ми молекулами (в сотни и тысячи раз больше в диаметре
и в миллионы, миллиарды раз больше в объеме). Одна­
ко это означает, что по своим размерам блоки уступают
длине волны видимого света. Поэтому для того, чтобы
четко разглядеть их, требуется электронный микроскоп.
Подобно капелькам чернил в струйном принтере,
микроблоки могут использоваться для создания из кро­
шечных частиц материала бесконечного разнообразия
237

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

самых сложных структур. Впрочем, еще лучшим срав­
нением является сопоставление их с блоками, исполь­
зуемыми в дорогих наборах конструкторов Lego, вклю­
чающих в себя не только «кирпичики» самых разных
цветов и форм, но и сложные функциональные блоки,
используемые как моторы, зубчатые передачи, датчики
и компьютеры.
Но микроблоки могут иметь более широкое приме­
нение, чем это предполагает аналогия с конструктора­
ми Lego. Изготовленные из сверхпрочных материалов
микроблоки могли бы использоваться для того, чтобы
создавать из них сверхпрочные детали путем атомарно
точного позиционирования и соединения друг с другом.
Микроскопические блоки способны содержать в себе
цифровые схемы, сопоставимые по сложности с ядром
компьютерного процессора, и из них можно было бы
собирать суперкомпьютеры, превосходящие по своим
возможностям все известные сегодня электронно-вы­
числительные машины. В рамках характерного размера
микроблоков более крупные блоки способствуют более
быстрой сборке, в то время как более маленькие дают
возможность более тонкой индивидуализации. Поэто­
му нет никаких оснований для того, чтобы ограничи­
вать выбор унифицированным диапазоном размеров.
Существует бесконечное количество вариантов выбора
комплектов деталей и методов производства. Следова­
тельно, наиболее практичные решения будут изменять­
ся в зависимости от целей проектирования.
Поскольку микроблочный порог представляет собой
естественное место для возникновения разрыва в техно­
логической цепочке, дальнейшее изучение нашего де­
м онстрационного АТ-предприятия заводит не вглубь
механизмов производства, а к вопросам организации
складов и создания запасов микроблоков, поставляемых
с других производственных линий1.
1 . Отделе ние процессов, осуществляем ых на более ранних т ех н о ло ­
гических стади ях производства, обусловлено логистикой по-

238

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

В следующем разделе мы рассмотрим системы, спо­
собные производить разнообразные микроблоки в ходе
технологического процесса, ведущего к атомарно точ­
ным микроскопическим компонентам, использующего
механизмы на всех стадиях. Мы начнем с молекул и бу­
дем постепенно наращивать масштаб.

От молекул к микроблокам
Каким образом в технологической цепочке АТП про­
изводятся атомарно точные микроблоки из исходного
сырья? Этот процесс состоит из нескольких последо­
вательных стадий очистки сырья, соединения молекул
в мономеры и в конце концов получения микроблоков.
Рассмотрим процесс превращения сырья в очищен­
ный исходный материал. Для облегчения решения зада­
чи в рамках исследовательской инженерии желательно,
по возможности, избавиться от сложностей. В процес­
се получения и очистки исходного материала нужно
довольно глубоко переработать изначально загрязнен­
ное природное сырье. Способы решения данной задачи
в рамках знакомых промышленных процессов уже из­
вестны, поэтому такие сложности, как скальные грун­
ты, морская вода или загрязнение нефтью, мы оставим
за скобками технологической цепочки АТП, рассматри­
вая ее с точки зрения современных технологий коммер­
чески доступных чистых химических веществ. Заметим,
что появление и развитие новых, более чистых техноло­
гий, производства представляет собой естественный шаг
в модернизации технологической цепочки АТП.

ставок сырья, его предварительной подготовкой, управлени ­
ем утилизацией отходов, а также техниче скими требования­
ми к высокопроизводительным операциям на молекулярном
уровне (рассеяние тепла и переработка промеж уточн ых х и м и ­
ческих продуктов) и преимуществами использования в них э ф ­
фективного специализирован ного оборудования.

239

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Эти коммерчески пригодные исходные вещества дол­
жны обеспечить содержание всех элементов в конеч­
ном продукте и еще кое-что. В связи с материалами, со­
держащимися в конечном продукте, уже упоминалось
об углероде и водороде. Эти элементы могут быть полу­
чены из легких углеводородов (в свою очередь извлекае­
мых из нефти или возобновляемых источников). Кисло­
род и азот мы можем получать из воздуха, а в качестве
источников кремния и алюминия использовать недоро­
гие водорастворимые соединения.
Следующая стадия очистки одновременно являет­
ся шагом в направлении атомарной точности, так как
ее цель состоит в исключении загрязнений из жидко­
го потока исходных материалов. Многоступенчатая
система очистки (сама построенная на основе техно­
логии АТП-уровня) позволяет сократить загрязнения
до уровня, близкого к нулю. Подобные системы широ­
ко используются в инженерных разработках химиче­
ских технологий. Благодаря их использованию уров­
ни загрязнений на каждом этапе очистки уменьшаются
с постоянным множителем, то есть экспоненциально.
Полученные в результате очистки исходные материа­
лы состоят из простых молекулярных структур, а, как
известно, любая определенная молекулярная структу­
ра является атомарно точным объектом. На этой стадии
в АТП и начинается атомарная точность.
Для того чтобы сохранить исходную атомарную точ­
ность на пути от очищенных исходных материалов
до активированных мономеров, следующая стадия за­
ключается в размещении поступающих молекул по ме­
стам, предназначенным для них в крупных молекуляр­
ных структурах, выступающих в роли механических де­
талей. Представьте себе конвейерную ленту, на которой
находятся множество контейнеров, присоединяющих
молекулы, поступающие по трубе в виде чистого раство­
ра в нужные места в строго определенной ориентации.
Начиная с этой точки, сам поток исходного сырья
является атомарно точным и состоит из цепочки точ­
240

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

но построенных контейнеров, содержащих специфиче­
ские, особым образом ориентированные молекулярные
структуры. Хаотичный беспорядок знакомого мира хи­
мии и биологии остался позади. Теперь мы находим­
ся внутри кожуха и можем воспользоваться всеми его
преимуществами с точки зрения упрощения проекти­
рования системы, анализа и функционирования. Даль­
нейшие операции должны осуществляться с атомарной
точностью, приводя к определенному достоверному ре­
зультату на каждом шаге.
Находящиеся на последующих стадиях производ­
ственного процесса механизмы направляют молекулы
посредством серий столкновений с другими молекула­
ми (некоторые из них наилучшим образом описывают­
ся как молекулярные инструменты), тем самым осуще­
ствляя управление химическими шагами по подготовке
реактивных частей молекулярной структуры, связанных
активированных мономеров, способных соединяться
друг с другом, образуя ковалентно связанные объекты.
При каждом таком шаге сохраняется первоначальная
атомарная точность молекул исходного материала.
Данная технология позволяет получать самые разно­
образные продукты. Машины, направляющие процесс
установления связей между мельчайшими мономера­
ми, содержащими всего один или два атома, способны
создавать соединения атомов, подобные формируемым
посредством менее контролируемых процессов, и, ко­
нечно же, многое другое. Другими словами, они спо­
собны создать весь диапазон материалов, применяемых
в современных технологиях. Кроме того, машины по­
зволяют придавать материалам самые сложные формы
и создавать специфические внутренние структуры, не­
обходимые для производства бесконечного диапазона
высокопроизводительных АТ-компонентов.
Насколько производительными могут быть машины
по обработке молекул? Согласно законам механического
масштабирования, механизмы способны легко направ­
лять потоки молекулярных столкновений со скоростью
241

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

до ю миллионов в секунду. Опыт конструирования по­
зволяет предположить, что механизмы размером в ю
миллионов атомов могут включать в себя все устрой­
ства, необходимые для выполнения этих функций. Эти
грубые оценки дают нам основание предположить, что
описывавшаяся выше типичная машина для обработки
молекул способна производить продукты весом равным
ее собственной массе примерно за одну секунду.
Обратите внимание, что машина, которой для про­
изводства такого же количества продуктов потребова­
лась бы не одна секунда, а одна минута, оставалась бы
в высшей степени производительной; следовательно,
эта оценка отнюдь не является решающей. Даже если бы
в системе использовалось в юо раз больше машин, чем
это представляется необходимым, она оставалась бы аб­
солютно продуктивной. Таким образом, использование
допусков консервативного конструирования имело бы
незначительный эффект.
По мере того как мы движемся к следующим стадиям
производственного процесса, от мономеров к функцио­
нальным микроблокам, более крупные атомарно точ­
ные структуры (теперь состоящие из большого количе­
ства атомов) могут объединяться друг с другом, подобно
мономерам, образуя множество связей за раз. В про­
цессе сборки еще более крупных блоков (размера при­
мерно в несколько нанометров), вездесущие силы мо­
лекулярного притяжения возрастают настолько, что
образуют устойчивое соединение между соответствую­
щими друг другу поверхностями без образования хи­
мических связей.
Д ля того чтобы устран и ть разрыв м еж ду неболь­
ш ими м олекулярны м и ф рагм ен там и и А Т -стр ук тур ами микронного масштаба (микроблоками), достаточно
пятидесяти шагов конвергентной сборки из все возра­
стающего числа мономеров

В блоке размером с половину микрона может заклю­
чаться ю миллиардов атомов, что вполне достаточно
для содержания в каждом из них ю миллионов ком­
242

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

понентов по 1 тысяче атомов. Блоки такого масштаба
и сложности являются достаточно крупными для того,
чтобы предоставлять компоненты, которые могут ис­
пользоваться для выполнения самых разных функций,
включая, конечно же, структурные компоненты, а так­
же такие устройства, как электрические моторы, ком­
пьютерные процессоры и память, датчики и прйводы
различных типов. Каждое из подобных устройств мо­
жет быть помещено в сборки.
На линиях по производству специализированных ми­
кроблоков могут выпускаться и модульные компонен­
ты для систем, осуществляющих молекулярную очист­
ку, связывание и активацию мономеров, а также других
компонентов, собираемых в системы, перемещающие
и объединяющие мономеры, а затем и более крупные на­
норазмерные части. Для построения более крупных ма­
шин различных масштабов можно использовать расши­
ренный набор компонентов, включая те из них, которые
используются для сборки, структур, моторов, областей
контакта и регуляторов для заводского оборудования
более крупных размеров, от микрон до метров.
Другими словами значительное разнообразие ком­
плекса линий по выпуску микроблоков позволяет про­
изводить все компоненты, необходимые для построения
аналогичных производственных линий, а также обо­
рудования для описывавшего выше завода. Подобные
предприятия, конечно же, способны выпускать не толь­
ко автомобили, но и промышленное оборудование.

Замечание
об энергетических требованиях
М олекулярный полюс АТП-процесса потребляет энер­
гию в химическом масштабе просто потому, что опера­
ции включают в себя химические превращения молекул.
Объем энергии, необходимой для очистки, сравнитель­
но невелик, как и энергетические затраты на управление
243

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

механическим движением. Наибольшая потребность
в энергии возникает в процессе подготовки и присо­
единения мономеров, а также на ранних стадиях про­
цесса создания крупных блоков.
На что расходуется эта энергия? Во-первых, есть не­
преложное требование к входу и выходу процесса, воз­
никающее из термодинамики. Если на входе процесса
алюминий содержится в окисленной форме, а на выхо­
де — как металл, за это придется заплатить неснижаемую энергетическую цену, так же как и при традицион­
ной выплавке алюминия. Кроме того, энергетические
издержки возникают в процессе связывания реактивных
мономеров, поскольку в большинстве случаев условием
необратимости изменений становятся существенные за­
траты химической энергии.
Энергия, которая требуется для осуществления тако­
го рода шагов, сравнима по объему с энергией, высвобо­
ждаемой в процессе сгорания топлива; для одного кило­
грамма углерода это составит примерно 30 миллионов
джоулей. Это количество энергии равно приблизительно
восьми киловатт-часам и обошлось бы, в текущ их ценах
на электроэнергию, примерно в один доллар. Совокуп­
ное потребление энергии от начала и до конца производ­
ства может варьироваться в зависимости от состава сырья
и материалов, выпускаемой продукции, а также от энер­
гоэффективности различных стадий производственно­
го процесса. Отметим, что потребление электроэнергии
относится к числу важнейших инженерных параметров
АТП, оценка величины которых вызывает наибольшие
затруднения. В следующей главе, обсуждая экономиче­
ские и экологические издержки, я буду использовать са­
мые консервативные их оценки; действительные же за­
траты энергии, вероятно, будут более низкими.

Даже в случае высокой эффективности процесса ко­
личество выделенного тепла, высвобождаемого на пер­
воначальных молекулярных стадиях обработки, дает
все основания для решения о выведении этих мощно­
стей из районов проживания людей. В этом же направ­
244

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

лении указывают вопросы логистического обеспечения
производства сырьем и материалами, а впоследствии —
вторичной переработки отходов.
На ранних стадиях АТП необходимо будет затратить
огромные количества энергии для совершения миллио­
нов или миллиардов молекулярных операций в расчете
на один микроблок. После уплаты этой энергетической
цены на молекулярном уровне путь от стандартных
микроблоков к производству индивидуализированных
продуктов, выпускаемых в соответствии с заказами по­
требителей, становится более простым. Для изготовле­
ния небольших по размерам продуктов могут исполь­
зоваться настольные принтеры —компактные, удобные,
всегда готовые к работе и простые в эксплуатации.
К тому же во многих случаях они находятся в тех ме­
стах, где и возникает потребность в продуктах; они все­
гда под рукой —дома или на рабочем месте.

Вполне приемлемые ответы
на текущий момент
Потенциал АТП, его материальный и технологический
аспекты в конечном счете определяются законами фи­
зики. Насколько много нам известно о нем в данный
момент?
На самом детализированном, атомарном уровне ответы
включают в себя описания целого ряда универсальных на­
норазмерных компонентов, которые могут использовать­
ся для выполнения различных АТП -ф ункций на моле­
кулярном уровне. Механические компоненты изучались
с помощью стандартных методов молекулярной механики
и динамики, а ключевые молекулярные трансформации —
с применением квантово-химического метода функциона­
ла плотности, использованного с осторожностью.
Имеющиеся у нас ответы относительно АТП-систем
и результатов их ф ункционирования описывают раз­
личны е ар хи тектурны е реш ения, основы вающ иеся
245

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

на исследовательской и системной инженерии, а также
анализе уже описывавшихся инженерных параметров
новых компонентов. Полученные результаты являют­
ся типичными для поисковой инженерии; они предла­
гают количественные описания систем, базирующиеся
на консервативных допущениях, нижних оценках таких
потенциальных характеристик АТП-систем, как произ­
водительность, эффективность и диапазон возможных
применений. Эти ответы описывают совокупность тех­
нологий, вполне (и даже более чем вполне) способных
обеспечить то, что я называю полным изобилием.
Если мы говорим о технологиях АТП-уровня в целом,
то, как это ни удивительно, специфический уровень про­
изводительности отдельной АТП-системы не имеет осо­
бого значения. Перспективы полного изобилия зависят
от достаточно высокой пропускной способности в расчете
на единицу массы. Поэтому с точки зрения сегодняшнего
дня ответ на вопрос о том, будет ли производительность
АТП превосходить показатели современного техпроцес­
са в юо тысяч раз или всего лишь в тысячу раз, не имеет
практического значения. Более важным представляется
вопрос о величине издержек производства. Но, как будет
показано в следующей главе, даже самая консервативная
оценка помещает их в очень низкий диапазон.
Отметим, что общий характер АТП-систем и их веро­
ятное глобальное влияние не зависят от отдельных про­
цессов или материалов; существует множество способов
производства из высококачественных материалов, и по­
чти любая важная компонента продукта может быть реа­
лизована множеством различных доступных нам спосо­
бов, что весьма практично с точки зрения потребителя.
В частности, чрезвычайно привлекательными свой­
ствами обладают углеродные суперматериалы, способы
получения которых уже хорошо понятны. Очень удач­
но, что большая часть надежных методов моделирова­
ния молекулярных структур и их динамики была разра­
ботана в рамках исследований органических материалов
на основе углерода, и экспериментаторы располагаю т
246

МЕХАНИЗМЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

огромным количеством необходимых данных. Посколь­
ку легкость моделирования и выдающиеся характери­
стики сопутствовали друг другу, исследования пере­
довых наномеханических систем были сосредоточены
на структурах, состоящих преимущественно из углеро­
да. Таким образом, мы уже имеем представление о зна­
чительной части материалов, наилучшим образом под­
ходящих для АТП-систем и производимых с их помощью
продуктов. Это соответствие перспективных результатов
и уже имеющихся у нас знаний открывает окно в некото­
рые из наиболее привлекательных областей ландшафта
потенциальных технологий.
В результате в контексте АТП инженер-исследователь
может принимать очень консервативные решения, ко­
торые, тем не менее, позволяют создавать системы, зна­
чительно более производительные по сравнению с уже
имеющимися. Данное преимущество влечет за собой
множество следствий.
★
От молекулярной обработки до микроблоков и сборки
конечных продуктов из деталей, технологии АТП-уровня могут быть созданы только с использованием пока
не сущ ествую щ их АТП -инструментов. Мы уже видим
пути, ведущие из сегодняшнего дня в будущее, и знаем,
что они не будут ни короткими, ни прямыми.
В последующ их главах мы сделаем шаг назад, чтобы
полностью рассмотреть кривую прогресса в области ато­
марно точного производства и перспективы дальнейшего
движения в направлении создания технологий АТП-уровня. В частности, в приложении И рассматриваются наибо­
лее доступные пути развития, исходной точкой которых
являются современные технологии. Но в следующей гла­
ве мы продолжим изучение будущего атомарно точного
производства и рассмотрим его последствия с точки зре­
ния издержек и выгод для разных продуктов. Это позво­
лит нам получить более исчерпывающую картину полно­
го изобилия и его возможного влияния на человечество.
247

Г Л А В А 11

Продукты полного изобилия

АТО М АРНО-ТОЧНОЕ производство имеет для нас та-/~\.кую же ценность, как и выпускаемая с его примене­
нием продукция, а вместе с ней — производительность,
экономия и экологическая безопасность. Впрочем, все
то же самое справедливо в отношении любой формы
производства, идет ли речь об изготовлении каменных
орудий труда, стальных машин или кремниевых микро­
схем. Однако мы уже убедились в том, что свойства ато­
марно точного производства оказывают более глубокое
и сильное воздействие, чем все предшествовавшие ему
технологии, аналогичное тому, какой эффект в свое вре­
мя произвела цифровая информационная революция,
но уже с применением к материальному миру. Эта ана­
логия открывает перед нами перспективы преобразо­
ваний, которые могут быть осуществлены быстрее и бу­
дут иметь более глубокие последствия, чем когда-либо
в прошлом. Их движущей силой будут конкурентные
преимущества в стоимости, производительности и воз­
можной скорости их распространения и внедрения.
В предыдущей главе мы познакомились с АТП-процессом, в котором из коммерчески доступного сырья
производились и соединялись д р уг с другом м ономе­
ры для создания ш ирокого диапазона микроскопиче­
ских строительных блоков. Этот процесс мог быть за­
вершен либо в компактном цехе финальной сборки или
настольном устройстве, ф ункцией которых является
сборка из микроблоков конечных продуктов размером
в несколько метров. На начальном и наиболее ф унда248

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

ментальном уровне этот процесс основывался на прида­
нии направления движению молекул с тем, чтобы они
образовали малые атомарно точные структуры, исполь­
зуемые для сборки все более крупных, но в равной сте­
пени атомарно точны х компонентов. Точный контроль
молекулярных реакций как раз является тем, что позво­
ляет АТП -системам осущ ествлять с атомарной то ч н о ­
стью построение структур методом «снизу вверх».

Таким образом, мы готовы задать вопросы о том, что
означают эти возможности и какие перспективы они
открывают. Мы начнем с самого нижнего уровня и из­
учим поведение необычных материалов, которым при­
дана необычная форма. Затем мы поднимемся на более
высокие уровни компонентов, продуктов, приложений
и затрат (в самом широком, но материальном смысле
этого слова). Результаты исследования дают нам четкое
представление возможных продуктов полного изобилия
и предоставляют концептуальную основу для рассмо­
трения ограничений. На представшей нашим взглядам
картине мы увидим и очень недорогое производство
(с точки зрения труда, капитала, материалов, энергии
и воздействия на природную среду) и его продукты, ко­
торые будут принципиально превосходить уже суще­
ствующие с точки зрения производительности, эффек­
тивности и стоимости использования.

Три фундаментальных вопроса
«Что может быть изготовлено?»
«Как оно способно действовать?»
«Сколько это будет стоить в производстве?»
Это фундаментальные вопросы, на которые должно
отвечать любое представление о будущем. Ответы, ко­
торые дает нам АТП, крутятся вокруг м атериалов— свя­
занных наноразмерных структур из атомов, из которых
создаются компоненты продуктов АТП-уровня. Как мы
видели в предыдущей главе, диапазон доступны х мате­
249

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

риалов будет в высшей степени широким. Он включает
в себя полный набор твердых стабильных материалов,
которые уже создаются в сегодняш них лабораториях,
таких как углеродные нанотрубки, карбид кремния, ал­
маз, оксиды и нитриды кремния и алю миния. С п о ­
мощ ью АТ-производства мож но создавать структуры
с аналогичной структурой связей в целях дальнейшего
применения в качестве компонентов продуктов, диапа­
зон которых варьируется от наномашин до электрон­
ных и фотонных устройств и выходит далеко за его пре­
делы.

Исследователи могут узнать много нового, изучая
лишь небольшое число новых устройств, не беспокоясь
об их стоимости, проценте выхода или масштабах про­
изводства. В контексте современных производственных
технологий этот вид исследований позволяет получить
новые технологические знания, которые впоследствии
могут найти (или не найти) практическое применение,
поскольку дорога к тому, чтобы производство было вос­
требовано в реальной жизни, всегда является одной
из частей проблемы в целом.
Взять хотя бы цифровые устройства. Создававшиеся
в лабораториях устройства «уменьшились» до нанораз­
меров задолго до того, когда аналогичные по величи­
не искусственные объекты превратились в компоненты
компьютерных микросхем; как всегда, лабораторные
демонстрации компонентов — сначала одного, а затем
нескольких, объединенных друг с другом и образую­
щих простую схему,—предшествовали даже прототипам
продуктов. Как правило, первые устройства изготовля­
лись одно за другим, в некоторых случаях с использо­
ванием рисунков, полученных благодаря сканированию
остросфокусированным пучком электронов. Промыш­
ленное производство, напротив, требует изготовления
в установленное время миллиардов устройств с исполь­
зованием изображений, полученных посредством прое­
цирования светового пучка. Даже созданные с помощью
несовершенных технологических методик эксперимен250

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

гальные аппараты демонстрируют физические принциII ы устройств, изготовление которых пока не под силу
промышленности.
Точно так же, создаваемые в современных лаборато­
риях устройства: высокоэффективные фотоэлементы,
наноразмерные моторы и подшипники, мельчайшие
транзисторы — демонстрируют эксплуатационные ка­
чества, далеко выходящие за пределы возможностей со­
временной промышленности. И вновь ключевым огра­
ничением является производство.
Предлагая высокую пропускную способность и ато­
марную точность, АТП изменит правила игры. Благода­
ря высокой мощности производства, устройства, пер­
воначально изготовленные в лаборатории, дорогие
и не приносящие высокого дохода, могут быть недорого
и надежно воспроизведены в крупных масштабах и ин­
тегрированы в функциональные продукты. Например,
углеродные нанотрубки обладают более высокой проч­
ностью, чем любые другие известные материалы, а неко­
торые их виды являются лучшими проводниками, чем
медь. Если бы мы научились легко производить такие
нанотрубки и «встраивать» их в другие материалы, они
получили бы самое широкое распространение. Решение
этой задачи может быть найдено с помощью атомарно
точного производства. Во многом аналогичной являет­
ся ситуация с другими продуктами, например, с наномеханическими устройствами и высокоэффективными
фотоэлементам и.
При этом дисперсные нанотрубки и наночастицы,
в зависимости от их структуры и состава, могут быть
токсичны сами по себе. Однако макромасштабные про­
дукты, содержащие в себе наночастицы, не теряют их,
независимо от того, изготовлены ли они с атомарной
точностью и обладают наноразмерными свойствами или
нет. Все то же самое справедливо и для АТП-систем, ко­
торые могут быть сконструированы в полном соответ­
ствии со строгими токсикологическими стандартами
при минимальных затратах.
25 1

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Т ак и м образом, мы можем рассматривать изготав­
ливаемые в современных лабораториях наилучшие ма­
териалы и устройства как отметки на нижней грани­
це результатов использования будущ их АТП-продуктов.
Результаты лабораторных демонстраций позволяют по­
лучить эмпирические факты, которые могут использо­
ваться в исследовательском инженерном анализе потен­
циальных возможностей применения этих продуктов.

Источники полного изобилия
Многие продукты АТП предложат своим пользователям
принципиально более высокие эксплуатационные ха­
рактеристики, чем те, которые мы наблюдаем сегодня.
Тому есть несколько причин, включая улучшенные ма­
териалы (благодаря применению усовершенствованных
компонентов) и эксплуатационные преимущества, выте­
кающие непосредственно из применения законов мас­
штабирования к малым устройствам.
Результаты использования многих продуктов зави­
сят от прочности и плотности структурных материа­
лов, из которых они были изготовлены. Использование
более прочных и легких материалов позволяет добить­
ся уменьшения массы продукта, поскольку на струк­
турные материалы приходится основная часть массы
едва ли не всех видов промышленной продукции. Из­
держки производства, в свою очередь, тесно связаны
со стоимостью сырья и количеством обрабатываемых
материалов, следовательно, снижение массы конечного
продукта благодаря применению более прочных и лег­
ких материалов способно привести к уменьшению из­
держек его производства.
В грубом приближении установление сильной кова­
лентной связи между легкими атомами позволяет по­
лучить прочные и легкие материалы (весьма удобно,
что некоторые из легчайших атомов — углерод, водо­
род, азот и кислород — также образуют очень сильные
252

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

связи). Лучшие из этих материалов проявляют себя как
довольно хрупкие, если из них делать крупные объекты,
и в то же время в форме волокна они становятся жест­
кими и прочными (сравните хрупкое оконное стекло
и лодку, изготовленную из стекловолокна). Произво­
димые с атомарной точностью прочные ковалентные
материалы способны наиболее полно реализовать весь
свой потенциал, уже продемонстрированный в лабора­
торных условиях.
Поскольку продукты из более прочных и легких ма­
териалов обладают меньшей массой, стоимость сырья
и его обработки уменьшается прямо пропорционально
разнице в весе. Чтобы количественно оценить эти вы­
годы, рассмотрим некоторые из новых материалов, ко­
торые могут быть изготовлены только из углерода, во­
дорода и кислорода:
1. Легкий материал, более прочный, чем авиаци­
онные алюминиевые сплавы, при соотношении
плотности i:ioo,
2. Легкий материал, более жесткий, чем авиацион­
ный алюминий, и превосходящий его по прочно­
сти более чем в ю о раз, при соотношении плот­
ности i:io .
3- Более тяжелый материал, превосходящий по проч­
ности сталь, при соотношении плотности 1:5 .
В каждом из этих примеров легкие материалы на осно­
ве углерода демонстрирую т высокую прочность и жест­
кость. По прочности материалы (1) и (2) значительно
превосходят алюминий, что открывает возможность их
применения для создания аэрокосмических аппаратов,
многократно превосходящих по своим характеристикам
существующие ныне, а также для создания сущ ествен­
но улучш енны х автомобилей и велосипедов. М атери­
ал (3) по своим свойствам сравним с хорош о извест­
ными ныне структурны ми металлами (хотя по своей
жесткости сравним с древесиной дуба), несильно пре­
253

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

восходя их по прочности и легкости. В то же время, по­
добно материалу (i), в расчете на единицу объема он со­
держит незначительное количество атомарно точных
компонент. Материал (3) практически аналогичен ма­
териалу (1), но его поры заполнены гидрогелем и более
90% веса приходится на воду.
Экстраординарные легкость и прочность подобных
материалов имеют далеко идущие последствия. Струк­
турные материалы используются повсеместно. Не толь­
ко мосты и самолеты, но и детали машин, столы, стены,
печатные платы и ткани — все они состоят преимуще­
ственно из структурных материалов. Лучшие материа­
лы позволяют создавать одновременно более прочные
и более легкие конструкции. Во многих случаях эти их
свойства могут использоваться в интересах повышения
безопасности и энергоэффективности. Что еще лучше,
новые материалы устойчивы к коррозии, усталости, те­
кучести и разрушению. К тому же они могут быть таки­
ми же прозрачными, как стекло.
Перспектива сокращения массы структурных мате­
риалов более чем на 8о% сулит настоящую революцию
в производительности и эффективности не только в воз­
душно-космических технологиях, но и в большинстве
остальных сфер инженерной деятельности. Даже если
оставить в стороне производительность, более легкие
продукты означают сокращение потребления материа­
лов, что оказывает положительное воздействие на вели­
чину издержек производства. Но источником всех этих
преимуществ является нечто большее, чем просто доступ
к более прочным и легким материалам. Атомарно точное
производство открывает нам широчайшие перспективы.
Характеристики специальных материалов

Методы, основывающиеся на АТП, открывают новые го­
ризонты в сфере синтеза различных материалов. П о­
следние характеризуются специфическим атомным
строением, создать которое с помощью современного
254

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

оборудования никак невозможно, поскольку оно не по­
зволяет обеспечить должный контроль. Ученые и ин­
женеры уже умеют преобразовывать простые химиче­
ские исходные вещества в удивительно разнообразные
материалы с разной атомарной структурой. Но эта их
способность основана не на придании нужных направ­
лений перемещениям атомов и молекул, а на случайно
образующихся связях.
Управление молекулярными столкновениями позво­
ляет в огромной степени расширить диапазон доступ­
ных материалов. Самые большие сюрпризы, вероятно,
принесет не усовершенствование механических свойств
материалов, но их улучшенные или новые электронные
свойства. Лабораторные опыты позволяют уже сейчас
получить представление о некоторых возможных на­
правлениях практического использования электронных
материалов и устройств; другие возможности оцени­
ваются по результатам достоверных расчетов, осталь­
ные же являются исключительно умозрительными и ле­
жат вне пределов консервативной исследовательской
инженерии. Они включают в себя целый ряд возмож­
ных практических приложений феноменов, с которы­
ми можно столкнуться исключительно в физических
лабораториях (или прочитать о них в теоретических
разделах научных журналов). Речь идет, в частности,
о связанных спиновых системах, которые могут прий­
ти на смену транзисторам в качестве основы цифро­
вой логики; о других спиновых системах, открывающих
возможность параллельных топологических квантовых
вычислений; о новых классах высокотемпературных
сверхпроводников; и о множестве явлений, связанных
с коррелированными электронами, которые, как ожи­
дается, будут происходить в будущих атомарно точных
структурах.
С точки зрения достижения полного изобилия два
примера играют важную роль: усовершенствованные
фотоэлектронные элементы, позволяющие преобразо­
вывать солнечную энергию, и углеродные нанотрубки,
255

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

толщина стенок которых равна одному атому, при этом
они способны превзойти и вытеснить в качестве провод­
ника электричества медь, запасы которой ограничены.
Производительность через масштабирование

Вкупе с атомарной точностью дополнительные преиму­
щества способен предложить и размер сам по себе. Мы
уже видели, что масштабирование приводит к значи­
тельному увеличению объема выработки. Тот же самый
принцип может использоваться и в случае, когда про­
дуктом является энергия. Высокая выработка электро­
нов или молекул топлива позволяет добиться увеличе­
ния удельной мощности в миллион и более раз.
В современных электромоторах электрическая энер­
гия преобразуется в механическую благодаря исполь­
зованию электромагнитов. Но, как упоминалось выше,
последние не подчиняются механическим правилам
масштабирования. Их законы масштабирования пре­
пятствуют созданию наноразмерных двигателей, ко­
торые работали бы с использованием магнитных по­
лей. В то же время возможно создание электромоторов
на электрических, а не магнитных полях, когда поле
направляет электрический ток подобно тому, как под
воздействием силы тяжести поток воды устремляет­
ся вниз на водяное колесо. Наиболее эффективными
для такого типа являются моторы небольшого разме­
ра. В этом масштабе напряжение в несколько вольт спо­
собно создать очень сильное электрическое поле, а за­
рядовый ток в расчете на единицу массы становится
огромным. На основе подобных устройств могут созда­
ваться высокоэффективные системы, способные выра­
батывать киловатты механической энергии в масшта­
бах площади в один квадратный сантиметр и толщины
в один микрон. (Возможно объединение выходного мо­
мента большого количества моторов, что позволило бы
обеспечить вращение значительного по размерам вала,
но потребность в охлаждении ограничивает удельную
256

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

мощность на системном уровне). По показателю удель­
ной мощности это дает огромное преимущество перед
лучшими современными электромагнитными двигате­
лями. Устройства такого же типа (полностью идентич­
ные, но запущенные реверсивно) способны выполнять
функции генераторов электрической энергии. И в пер­
вом, и во втором случае они демонстрируют едва ли
не совершенное преобразование энергии, так как поте­
ри связанные с сопротивлением и трением не превы­
шают 0,1%.
В топливных элементах происходит преобразование
химической энергии в электрическую. Их эффектив­
ность зависит, прежде всего, от взаимодействий мо­
лекул с наноразмерными структурами. Сконструиро­
ванные с высокой точностью электрокаталитические
механизмы и системы переноса ионов способствуют рез­
кому увеличению эффективности, в то время как законы
механического масштабирования позволяют создавать
системы с наноразмерными компонентами, предназна­
ченные для преобразования химической энергии в элек­
трическую, с высокой удельной мощностью.
Кроме того, наномеханические системы способны
к прямому и эффективному обратимому преобразова­
нию химической и механической энергии; что требует
серии последовательных шагов снижения молекуляр­
ной потенциальной энергии, тесно связанных с меха­
ническими перемещениями. И вновь законы масштаби­
рования открывают возможность получения высочай­
шей удельной мощности, сравнимой с наноразмерными
электродвигателями. Интегрированная система, в кото­
рой сочетаются возможности преобразования химиче­
ской энергии с наноразмерными двигателями и генера­
торами, может служить как устройство с нулевым вы­
бросом, функционирующее в качестве перезаряжаемой
батареи. Энергоемкость последней сравнима по вели­
чине с энергией, содержащейся в резервуаре с бензином.
Подобные системы могли бы использоваться для обес­
печения энергией транспортных средств и сглаживания
257

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

флуктуаций между дневным и ночным циклами в про­
изводстве солнечной энергии (и даже между сезонами).
Примечательно, что законы механического масшта­
бирования обладают мощью, достаточной для того, что­
бы наномеханические компьютеры могли конкуриро­
вать с электронными устройствами (по крайней мере,
современными). Их тактовые частоты могут достичь ги­
гагерцевого диапазона, а потребление энергии в расче­
те на ядро упадет до долей микроватта.

Практическая сторона дела
В соответствии с высказанным выше предполож ени­
ем, АТП-системы позволят добиться огромны х до сти ­
жений на самом базовом уровне инженерии, материалов
и устройств. Давайтеоставим в стороне все головолом­
ки материалов, эффективности и производительности
и попытаемся ответить на вопрос о том, какое воздей­
ствие эти будущие достижения могут оказать на продук­
ты, используемые нами в обычной ж изни?

Предположим, вы находитесь на рабочем месте, дома
или на улице. Оглянитесь вокруг. С точки зрения воз­
можных усовершенствований структуры, управления
и приведения в движение той или иной переработке
может быть подвергнуто почти все, что вас окруж а­
ет в данный момент — бытовая техника и автомобили,
видеоэкраны и лампы и многое-многое другое. Везде,
где отводится важное место таким показателям, как
прочность, мощность, энергоэффективность, вычисли­
тельная мощность и вес, открывается пространство для
постепенных усовершенствований или резкого рывка
вперед. Более легкие и эффективные продукты есте­
ственным образом ведут к сбережению ресурсов, п о­
скольку последние меньше расходуются в производстве,
а их использование приносит более высокие результаты.
Распространение недорогих высокопроизводительных
тепловых насосов и изоляционных материалов позво­
258

ПРОДУКТЫ

полного

ИЗОБИЛИЯ

лит значительно сократить даже затраты энергии, по­
требляемой для отопления и охлаждения жилья.
В наши дни недорогие продукты нередко оказывают­
ся дешевым недолговечным мусором. Замена их проч­
ными продуктами длительного пользования, такими
как пуговицы, всегда остающимися там, где они были
пришиты, или «вечными» деталями — совершенными
по всем показателям, но недорогими — была бы подоб­
на свежему ветерку в жаркий летний день.
В лабораторных условиях современные фотоэлектри­
ческие преобразователи, используемые для получения
электрической энергии из солнечного света, демонстри­
руют эффективность на уровне более 40%. Но для их
производства необходимы такие редкие на Земле хими­
ческие элементы, как галлий и иридий. Сравнимые ре­
зультаты обещают фотовольтаические батареи, изготов­
ленные из материалов, в изобилии имеющихся на нашей
планете (например, железа и серы из пиритов), но толь­
ко в том случае, если они будут представлять собой мно­
гослойные тонкие пленки, имеющие близкую к совер­
шенной кристаллическую структуру При этом между
пленками обязательно должны присутствовать допол­
нительные слои, обеспечивающие электрические кон­
такты, защищающие от кислорода и влаги, а также ан­
тибликовые покрытия. Пока что трудности, связанные
с производством подобных устройств, остаются непре­
одолимыми.
АТП способно решить эти проблемы, так как оно от­
крывает возможность экономичного производства ато­
марно точных структур, состоящих из тонких пленок,
созданных из самых обычных материалов, содержащих­
ся в земле в количестве десятков грамм на квадратный
метр. Фотоэлементы становятся конкурентоспособным
источником энергии уже в наши дни, но их использо­
вание ограничивается производственными издержками,
а также, в случае их использования в качестве основно­
го источника энергии, высокими затратами на аккуму­
лирование энергии для использования в ночное время
259

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

и в облачные дни. Существенное повышение эффектив­
ности преобразования солнечной энергии, резкое со­
кращение издержек и эффективные недорогие способы
преобразования электрической энергии в топливо и об­
ратн о— в своей совокупности все эти факторы опреде­
ляют потенциал изменения энергетической экономи­
ки в целом, а также возможности снижения стоимости
электроэнергии и топлива в процесс движения к нуле­
вым выбросам углекислого газа в атмосферу Земли.
Современные вычислительные системы уже немыс­
лимы без наноразмерных устройств. Тем не менее вни­
зу еще остается довольно много места1.
Использование соответствующих посттранзисторных
устройств позволит уменьш ить линейный масштаб еще
в ю раз, по сравнению с современными устройствами,
что означает повышение плотности упаковки устройств
в ю оо раз (в данном случае следует использовать про­
странственную плотность, так как АТП -системы м о ­
гут создаваться в трех измерениях). Добавим к этому
уменьшению в размерах факторы приближения эф ф ек­
тивности устройств к терм оди нам и ческим пределам
вычислений, а также примем во внимание перспекти­
вы создания ядер компьютерного процессора м икрон­
ных размеров, повышения плотности хранения памяти
в диапазоне миллиард гигабайт в расчете на кубический
сантиметр, и мы получим миллиардно-ядерны е к ом ­
пьютерные системы, которые могут размещаться в п ор­
тативных компьютерах с воздуш ным охлаждением.
Живые системы основываются на атомарно точных
молекулярны х компонентах. И х использование озна­
чает, что м едики-исследователи получат оборудова­
ние и инструменты АТП-уровня для изучения биоло­

1. А втор цитирует Р. Ф ейнм ана, вы ступивш его в 1959 г. с лекцией под
названием «Т а м , внизу, ещё очень много свободного м еста»,
с которой некоторые историки науки связывают начало нан о­
технологий, хотя, как мы п о м н и м , термин вошел в употребле­
ние только в 19 80 -х гг. — Прим. науч. ред.

260

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

гических систем на беспрецедентно подробном уровне
и последующего вмешательства в их функционирова­
ние с невиданным ранее уровнем контроля. Ключом
к этому будет быстрый и тщательный сбор данных
и средств, необходимых для ускоренного создания наноразмерных устройств, в которых исследователи уже
испытывают потребность и ведут разработку. Н апри­
мер, к ним относятся наноразмерная упаковка с био­
логически совместимыми активными поверхностями,
способными связывать клетки определенных типов, что
позволит, стимулируя эндо- и транцитозы, достигать
намеченных внутриклеточных целей без необходимо­
сти преодоления гематоэнцефалического барьера, а за­
тем осуществлять вмешательство посредством доставки
в них, например, РНК и регуляторных молекул, м о­
дифицирующих метаболизм и работу гена. (Моделью
для подобных устройств служат экзосомы, изучение
и применение которых способствовало бурному разви­
тию нанобиомедицины.) В данном случае важнейшей
и вполне достижимой целью является разрушение заро­
ждающихся и устойчивых к воздействиям лекарств бо­
лезнетворных микроорганизмов.

Источники резкого сокращения
издержек
Какими могли бы быть последствия крупномасштаб­
ного перехода от традиционного производства к АТП?
Главными материальными издержками производства,
основывающегося на АТП, будут затраты, связанные
с энергией и сырьем, которые могут быть уменьшены,
в то время как другие затраты— резко сокращены.
Мы живем во время, когда растущий спрос на ресур­
сы и ограниченность доступа к ним обуславливают по­
вышенное внимание к сокращению потребления сырья,
время, когда ограниченность энергетических ресурсов
и рост выбросов углекислого газа вызывают все большую
261

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

тревогу относительно поставок энергии и спроса. О дно­
временно с этим стремление к снижению числа людей,
проживающих за чертой бедности, подталкивают впе­
ред промышленное развитие как с экономической, так
и с моральной точек зрения, несмотря на то, что суще­
ствующие технологические ограничения ставят под со­
мнение достижение этой цели. Способно ли АТП помочь
справиться с этими вызовами?
В конечном итоге издержки определяют различия
между предметами роскоши, общераспространенными
промышленными товарами и материальными благами,
малодоступными представителям беднейших сельских
общин. Стоимость определяет разницу между изоби­
лием электрической энергии, полученной посредством
преобразования солнечного света, и экономикой, долго­
срочное развитие которой замкнуто на использовании
угля. Изучение перспектив АТП в свете издержек позво­
ляет сделать выводы, выходящие за пределы узких эко­
номических интересов.
Изучение материальных издержек

В рассматриваемой нами области инженерные мето­
ды имеют ограниченное применение. Они использу­
ются только в отношении того, что может быть названо
«материальными издержками», то есть затратами, свя­
занными с входящими ресурсами (материалами, энер­
гией, трудом и землей), а также с трудом поддающим­
ся количественным оценкам нежелательным побочным
эффектам, таким как несчастные случаи и загрязне­
ние окружающей среды. В учете, построенном по этим
принципам, не принимаются во внимание издержки,
которые обязательно будут отражены в бухгалтерских
реестрах производителя, поскольку в общем материаль­
ном смысле они не являются затратами. Имеются в виду
перечисление средств для осуществления лицензион­
ных платежей или, например, налоги (с общественной
точки зрения денежные перечисления не предполагают
262

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

потребления ресурсов). Кроме того, в рассматриваемом
нами учете не принимаются во внимание и реальные из­
держки (прежде всего, затраты на рабочую силу), вы­
гнанные не материальными требованиями, но организа­
ционными потребностями или общественным выбором,
а также затраты на менеджмент, маркетинг, регулятив­
ный надзор, судебные разбирательства и тому подобное.
И наконец, при принятии этого узкого, сугубо матери­
ального понимания издержек не учитываются внешние
факторы, такие как издержки, понесенные в силу пере­
мещений конкурентов (а также их поставщиков и рабо­
чих), и политически обусловленные затраты, вызванные
потенциально возможными нарушениями обществен­
ного порядка и международного мироустройства.
Мы вернемся к рассмотрению этих трудных вопросов
в главе 16, но первый шаг в направлении их более широ­
кого понимания будет сделан здесь. Мы сосредоточим
внимание на рассмотрении следующего слоя материаль­
ного анализа, возникающего в случае привнесения вне­
временного потенциала технологий АТП-уровня в тот ма­
териальный и экономический мир, каким мы его знаем
сегодня. Этот шаг включает в себя анализ возможных из­
менений материальных издержек, обусловленных пере­
менами в требованиях к производству и объему выпуска,
а также к продуктам и результатам их использования.
Сырьевые и материальные издержки

Внедрение А Т П способно повлечь за собой изменения
в структуре глобального спроса на ресурсы, посколь­
ку в этом случае производство будет предъявлять спрос
на иные сырье и материалы. В частности, дефицитные
сегодня материалы потеряют значительную часть сво­
ей ценности, поскольку аналогичные функциональные
требования будут выполняться при помощи имеющих­
ся в изобилии на Земле веществ2. При этом и в произ­
2. П о м и м о углерода, водорода, азота и кислорода к чи слу полезны х

263

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

водстве, и в эксплуатации будут достигнуты значитель­
ные результаты.
Что касается более редких элементов, таких как цинк,
олово и свинец (используемых, например, при произ­
водстве припоя, дешевых сплавов и антикоррозийных
покрытий для металлоизделий), то они, скорее всего,
будут пользоваться ограниченным спросом. В мире бес­
шовных и не поддающихся коррозии продуктов, отли­
чающихся дешевизной и высокими эксплуатационными
результатами, не остается места паяным соединениям,
цинковым формам или луженым банкам. Некоторые
другие редкие металлы (включая марганец, хром, ни­
кель и кобальт) будут использоваться преимущественно
для изготовления различных стальных сплавов. Однако
сокращение потребления стали может привести к уста­
реванию и этих материалов.
Как эти различия повлияют на стоимость исходно­
го сырья и материалов? Во-первых, наиболее полезные
элементы сравнительно недороги. В форме дешевых со­
ставных образований (например, не кремния, а диокси­
да кремния или кварца), углерод, азот, водород, алюми­
ний и кремний могут приобретаться по цене порядка
одного доллара за килограмм.
Для того чтобы оценить перспективы изменений
стоимости сырья и материалов, необходимо принять
во внимание и сокращение в цене за килограмм ис­
ходны х ресурсов, и уменьшение потребности в них
(в килограммах). Например, замена стали алюмини­
ем и пластиковыми конструкциями из более прочных
материалов позволила бы добиться уменьшения общей
массы изготовленной из них продукции, по меньшей
мере, в ю раз. Учет вспомогательных материалов в боль­
шинстве случаев не окажет сколько-нибудь значитель­
ного влияния на результат (во многих случаях он даже
улучшится).
и ш ироко до ступ н ы х элементов относятся кремний и алю м и ­
ний, в изобилии присутствую щ ие в земной коре.

264

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

В сухом остатке. Большинство сырья и материалов,
которые будут использоваться для выпуска АТП-продуктов, широко распространены и недороги (их стоимость
не превышает одного доллара за килограмм). С учетом
сокращения веса продукции это означает, что стоимость
сырья снижается примерно до десяти центов за кило­
грамм (стоимость «эффективного килограмма»).
Энергетические издержки

В будущем затраты, связанные с очисткой исходного сы­
рья и химическими преобразованиями на ранних ста­
диях процесса производства (направленных, например,
на преобразование кварца в кремний), вероятно, немно­
го уменьшатся по сравнению с текущими издержками.
Принимая во внимание затраты энергии на последую­
щих стадиях и увеличение расхода энергии при осуще­
ствлении высоконадежных стадий молекулярного про­
изводства, представляется разумным принять затраты
энергии примерно в один доллар в расчете на кило­
грамм в текущих ценах на электроэнергию (без учета со­
кращения веса производимой продукции).
В сухом остатке. С учетом более высоких результатов
производства затраты на энергию, сырье и материалы
буду примерно равными; это означает, что энергетиче­
ские издержки добавляют к стоимости эффективного
килограмма продукции около десяти центов.
Стоимость земли

Естественный масштаб производственного предприятия
сопоставим с размерами самых крупных продуктов, его
размеры кратны их длине и ширине. Системы размером с
письменный стол способны будут выпускать настольные
компьютеры, а системы размером с гараж —автомобили.
В сухом остатке. По сравнению с современными
промышленными системами, производство на основе
АТП-технологий будет занимать значительно меньшие
по размерам земельные участки.
265

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Стоимость труда
непосредственно занятых работников
АТП-системы преобразуют сырье и материалы в продук­
ты «самостоятельно», не допуская вмешательства чело­
веческих рук, точно так же, как, например, цифровые
вычисления не предполагают участия людей, перебра­
сывающих костяшки на счетах или записывающих ч и с­
ла на бумаге.
В сухом остатке. Поскольку само по себе производ­

ство не предполагает участия в нем людей, все затра­
ты на оплату труда относятся лишь к сопутствующим
внешним процессам.
Издержкиу связанные с отходами производства
и загрязнением природной среды

Сама природа атомарно точной обработки открывает
возможность контроля над структурами и основных,
и побочных продуктов производства. Поскольку про­
изводство не предполагает использования процесса го­
рения, какие-либо основания для синтеза или эмиссии
С 0 2 (по крайней мере, в крупных объемах) практи­
чески отсутствуют. Точно так же в условиях контро­
ля над точным процессом обработки отсутствуют ос­
нования и для выбросов отходов производства в воду
или в воздух. Ядовитые примеси, извлеченные из сы­
рья и материалов, могут обрабатываться и возвращать­
ся в производство в малоопасных формах (например,
в виде гранул минералов естественного происхож де­
ния, остающихся устойчивыми в геологическом мас­
штабе времени).
Существенным побочным продуктом является тепло,
которое выделяется в значительном количестве (про­
порционально массе) на ранних стадиях производ­
ственного процесса, в масштабе химических реакций.
Но его отрицательное влияние практически устраняет­
ся эффективным воздушным охлаждением.
266

ПРОДУКТЫ

полного

ИЗОБИЛИЯ

В сухом остатке. Передовым производственным си­
стемам совсем не обязательно должны сопутствовать
ядовитые выбросы, парниковые газы или токсичные от­
ходы. Они могут с незначительными затратами полно­
стью соответствовать политике нулевых выбросов.
Риски аварий на производстве

Архитектура процесса (см. главу ю) оставляет совсем
мало места для аварий на производстве. Если на пред­
приятии не предусмотрено пространство для персона­
ла, ущерб здоровью рабочих никак не возможен. Пред­
приятие, на котором не создаются значительные запасы
ядовитых, легковоспламеняю щихся или взрывоопас­
ных веществ, не создает обычных рисков для живущих
п его окрестностях людей. Представляется, что суще­
ственную угрозу несут с собой только складские запасы
сырья и материалов, но у поставщиков нет никаких ос­
нований доставлять их в небезопасных формах. Н апри­
мер, использование углеводородов или других органи­
ческих жидкостей в качестве производственного сырья
дает предприятию целый ряд преимуществ. Но нет ни­
каких разумных причин для того, чтобы поставлять их
в плохой таре или ненадежной упаковке (для поставок
углеводородов вполне подошла бы такая жидкость, как
минеральное масло).
В сухом остатке. Производственные системы, основы­
вающиеся на АТП-технологиях, естественным образом
будут более безопасными, чем современные п ром ы ш ­
ленные предприятия, и легко будут соответствовать са­
мым строгим требованиям безопасности.
Стоимость основного капитала

Оценка материальной стоимости основного капитала
базируется на двух основных характеристиках А Т П —
высокой производительности и широкой номенклату­
ре изделий.
267

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Рассмотрим от начала и до конца полную цепочку
АТП, от обработки сырья и материалов до выпуска конеч­
ной продукции. Приведенная выше оценка производи­
тельности показывает, что рассматриваемые механизмы
способны производить продукцию, масса которой при­
мерно равна совокупной общей массе оборудования, при­
чем в течение часов, а не дней и лет (если не учитывать
временные задержки, вызванные транспортировкой).
Далее, как и в случае с современными промыш ленны­
ми системами (охватывающими весь мир, рассматривае­
мый in toto), номенклатура доступных продуктов включа­
ет в себя всю линейку оборудования, необходимого для
построения цепочки от начала и до окончания процес­
са производства. Если бы затраты на создание подобной
высокопроизводительной производственной системы
амортизировались в течение ю оо дней (что довольно бы­
стро, по современным стандартам бухгалтерского учета),
то стоимость основного капитала в расчете на килограмм
продукции была бы меньше, чем одна тысячная затрат
в расчете на килограмм самой системы АТП. Поскольку
машины сами по себе были бы продуктами АТП, то амор­
тизированные материальные издержки этого основного
оборудования были бы действительно очень низкими —
согласно сделанным выше оценкам, они составляли бы
доли цента в расчете на килограмм продукта. (Заметим,
что в данном случае речь идет о предельных издержках,
но другие издержки, в частности затраты на R&D, могут
быть аналогичным образом амортизированы по огром­
ной продуктовой базе за короткое время).
В сухом остатке. В материальном смысле издержки,
связанные с приобретением основного оборудования,
увеличивают стоимость продукта на практически неза­
метную величину. Нет никаких сомнений, что матери­
альная стоимость капитала в расчете на единицу выпу­
ска оставалась бы вполне доступной даже в том случае,
если бы оборудование использовалось на 1% мощности
(аналогично тому, как домашняя стиральная машина ис­
пользуется всего несколько часов в неделю).
268

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

Суммирование издержек

Суммируя два основных вида издержек, упоминавших­
ся выше — затраты на сырье и материалы и энергию,
и округляя небольшие величины издержек до доста­
точно большой погрешности, мы определяем типичные
материальные издержки в размере 20 центов на эффек­
тивный, с поправкой на структурную массу, килограмм.
Затраты на материалы и энергию оцениваются по самым
консервативным меркам как с точки зрения единичных
издержек, так и требований к входящим ресурсам (по­
скольку они не учитывают перспективы сокращения из­
держек входящих ресурсов в результате внедрения АТП).
За пределами материальных затрат: модель цифрового
средства информации

Обычно в издержки производства включают не только
прямые, материальные, затраты, но и расходы, связан­
ные с конструированием, менеджментом, финансами,
маркетингом, продажами, службой обеспечения, юри­
дическими услугами и тому подобными видами дея­
тельности. Учитывая постпродажный цикл в соответ­
ствии с комплексной концепцией, в издержки в числе
прочих затрат должны включаться расходы на дистри­
буцию, а также установку и техническую поддержку
пользователей продукции.
Переход к производству, основанному на АТП, ско­
рее всего, приведет к увеличению этих затрат, выражен­
ных в процентах к общим издержкам. Одновременно
произойдет сокращение общих издержек. Наилучший
пример —модель, используемая в наши дни в цифровых
средствах информации и в производстве программно­
го обеспечения. АТП может рассматриваться как цифро­
вое средство информации, подобное цифровым звукам,
изображениям или печати. Различия между этими ци­
фровыми средствами информации заключаются в раз­
мерах необходимых ресурсов в расчете на единицу по­
269

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

требления. Ресурсные затраты могут быть ничтожными,
если речь идет об энергии, необходимой для воспроиз­
ведения песни или отображении картинки, и неболь­
шими, когда для того, чтобы напечатать текст, требу­
ется несколько листов бумаги и чернила для принтера.
Но они могут быть весьма значительными, если мы го­
ворим о материалах и энергии, используемых для выпу­
ска АТП-продукта, даже если издержки измеряются де­
сятками центов в расчете на эффективный килограмм.
Как и в случае с современными системами цифровых
средств информации, основное различие между одним
продуктом и следующим за ним заключается в цифро­
вом описании, подобном текстовому, аудио- или видео­
файлу. Но в случае АТП имеет место описание строения
материи, а не персонажей, звуков или пикселей. Следо­
вательно, материальные издержки дистрибуции нового
продукта (или, скорее, информации о новых его свой­
ствах) равны издержкам передачи файла.
Соответственно, затраты на менеджмент, маркетинг,
регулятивный надзор, судебные разбирательства и тому
подобное, исчисляемые на предельной, в расчете на еди­
ницу, основе, эффективно равны нулю. Таким обра­
зом, современные цифровые медиа и АТП-системы име­
ют во многом схожие структуры издержек. Стоимость
производства первого экземпляра продукта подобна
издержкам создания нового изображения, видеозапи­
си или программного приложения, в то время как за­
траты на дистрибуцию или доставку могут быть очень
низкими и децентрализованными. К тому же они воз­
никают только по запросу потребителя. Как и в случае
с современной печатью книг на заказ, складские запасы
готовой продукции отсутствуют. Покупатели книг по­
лучают возможность выбора не из ассортимента изда­
ний, имеющегося на складе у продавца, но из каталога
потенциально ничем не ограниченного библиотечно­
го хранилища.
Учитывая стоимость создания и лицензионные от­
числения (авторские права, патенты), в некоторых слу­
270

ПРОДУКТЫ

ПОЛНОГО

ИЗОБИЛИЯ

чаях, с точки зрения покупателя, цифровые продукты
оказываются очень дорогими. По тем же самым причи­
нам единичные расходы на покупку АТП-продуктов мо­
гут значительно превышать издержки их производства.
Тем не менее многие художники, фотографы и разра­
ботчики программного обеспечения распространяют
свои произведения бесплатно. Данная тенденция сохра­
няется и в зарождающемся сообществе зО-печати. М о­
дель общедоступных продуктов может быть применена
и в отношении АТП.

Производительность, издержки
и необходимость изменений
В нашем путешествии идей эта глава обозначает своего
рода порог на пути от физических принципов к пер­
спективам, последствия которых будут иметь значение
для всего человечества. Достигнув «контрольного пунк­
та», обозначающего идею вневременного ландш афта
технологического потенциала, мы миновали такие «до­
стопримечательности», как физика, инженерное дело
и методология исследовательской инженерии, и добра­
лись до места, в котором частично просматривается об­
ласть атомарно точного производства с его возможны­
ми продуктами.
Отсюда наше путешествие продолжается в сторону
потенциальных возможностей применения производ­
ства АТП-уровня, которое станет движущий силой изме­
нений в отдельных направлениях. Эти перемены при­
ведут не к тем или иным предсказуемым результатам,
но к изменению баланса сил, движущих действиями лю ­
дей и оказывающих влияние на их исходы. Например,
если в продукте сочетаются низкая стоимость и высокие
результаты эксплуатации, то он, скорее всего, будет вы­
теснять конкурирующие товары. Если технология пред­
лагает военные преимущества, потенциально имеющие
решающее значение, конкуренция выразится в усили­
271

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ях, направленных на ограничение ее распространения.
Если технология может быть применена для решения
проблемы с меньшими затратами и без особой необхо­
димости в переговорах, возникнет более сильная тен­
денция к эффективным действиям.
Мы видели, что АТП обещает снижение стоимости
и более высокие результаты использования в отноше­
нии широкого спектра промышленных товаров и про­
цессов. Следствием этого становятся потенциально
решающие военные преимущества, что потребует опре­
деленных ответных действий со стороны других госу­
дарств, включая глубокую переоценку национальных
интересов.
Современная промышленная цивилизация привела
к тому, что развитие человечества происходит в направ­
лении, ведущем к возникновению коллизии с ограни­
ченностью ресурсов Земли и устойчивостью ее климата.
Технологии, основывающиеся на АТП, способны развер­
нуть движение нашей цивилизации, открывая возмож­
ность эффективных подходов к проблемам, которые
во всех иных случаях оставались бы неразрешимыми.
В последующих главах я вернусь к изучению этих во­
просов. Сначала мы рассмотрим технологические воз­
можности, которые будут движущей силой изменений,
а затем — некоторые проблемы, которые наиболее веро­
ятно возникнут в качестве реакции. Изучаемые нами
проблемы глубоко укоренены в историческом контек­
сте, сформировавшем текущую ситуацию и перспективы
ее развития. Эта история прогресса, перспектив и кон­
фликта и подготовит сцену, на которой развернется сле­
дующее действие.

Часть V

Траектория развития
технологии

ГЛ А В А 12

Современные технологии
атомарной точности

Р

АЗВИТИЕ используемых человечеством технологий
в конечном счете привело нас к созданию и исполь­
зованию машин. Н о начиналось оно с целенаправлен­
ного применения дерева, шкур животных, камней и рук,
то есть с биополимеров (целлюлозы, коллагена) и более
прочных, неорганических материалов, из которых со ­
здавались ручные орудия труда. По схож ему пути про­
исходит и развитие атомарно точны х нанотехнологий.
О тличие заключается в АТ-контроле над биополим е­
рами и неорганическими материалами, когда сборка
осуществляется не с помощью рук, а с использованием
броуновского движения.
Траектория развития вновь приводит нас к м аш и­
нам для изготовления вещей. Точн о так же, как молоты
и щипцы первых кузнецов отличаются от автоматизи­
рованных машин и механизмов на современной часовом
заводе, применяемые в наши дни АТП-системы имеют
мало общего с теми, которые получат широкое распро­
странение в будущ ем. Точно так же, как развитие техно­
логии кузнечного дела привело к машинам наших дней,
современные атомарно точные молекулярные техн оло­
гии приведут нас к наномаш инам завтрашнего дня.
В каком месте пути, по которому движется атомарно
точная фабрикация в направлении создания АТП-технологий, мы находимся? Как ни удивительно, мы п ро­
шли по нему значительно дальше, чем полагает большая
часть публики. Для того чтобы оценить перспективы ра274

СО ВРЕМ ЕННЫЕ

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТОЧНОСТИ

дикального обновления, нам необходимо понять при­
роду современных быстро прогрессирующих техноло­
гий атомарно точной сборки. Они не слишком похожи
на АТП, но прокладывают к нему дорогу.
Довольно часто идея атомарно точной сборки рас­
сматривается как футуристическая, хотя такое ее вос­
приятие страшно далеко от реальности. АТ-производство стало исходным пунктом развития молекулярных
наук. Ученые получили первое представление о точном
расположении атомов и связей не из изучения молекул,
а из процесса обучения построению этих структур. А то­
марно точная сборка началась более века назад, и с тех
пор она прошла очень длинный путь.
Однако если говорить о продвижении к АТП, про­
гресс, местами решающий, во многом остался не­
замеченным. Если бы не историческая случайность
современные технологии атомарно точной сборки поль­
зовались бы известностью «истинных брильянтов» в ко­
роне современной нанотехнологии, повсеместно пре­
возносились, получали бы достойное финансирование
и были бы значительно лучше представлены в новостях.
Но к 1986 г. все действительно важные области нанотех­
нологий уже существовали на протяжении длительно­
го времени и были хорошо известны под другими раз­
личными названиями. Вследствие этого они оказались
лишенными футуристического глянца и рекламной шу­
михи, сопровождавших запуск и финансирование нано­
технологических программ совсем другого типа.
Короче говоря, огромный прогресс в атомарно точ­
ной сборке оказался вне сферы действия «радара» обще­
ственного внимания. Люди искали прогресса не там, где
он происходил, и приходили к выводу о торможении
развития нанотехнологий. Знание истории идей и по­
литики помогает объяснить разрыв, образовавшийся
между первоначальным вйдением нанотехнологии, ос­
новывающейся на АТП, и современным ее восприятием,
задачами, упущениями и проблемами. Следующая гла­
ва посвящена тому, что собственно произошло и почему.
275

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Между тем исследователи, занятые в наиболее реле­
вантных областях —современные мастера атомарно точ­
ной фабрикации, не слишком склонны в силу культур­
ных резонов или не имеют непосредственных причин для
того, чтобы изучать скрытый потенциал своей деятель­
ности с позиций системной инженерии. Поскольку эти
области сформировались задолго до появления концеп­
ции АТП, исследователи были полностью поглощены ре­
шением других задач, связанных, прежде всего, с биоло­
гией, медициной, материаловедением и химией малых
молекул.
Давайте поближе познакомимся с этими областями
исследований и попытаемся ответить на вопрос о том,
каким образом достижения в атомарно точной сбор­
ке способствуют прогрессу в инженерии молекулярных
систем, представляющих собой основу для технологий,
которые позволят распахнуть двери, ведущие к АТП?
К числу важнейших областей исследований относятся,
в частности, «органический синтез», «белковая инжене­
рия» и «вычислительная химия».

АТ-инженерия и химия
Х и м и ки создаю т соединения/м олекулы , превращ аю ­
щиеся для нас в объекты созерцания. Тем самым мы
приближ аемся к и скусству, к худож никам. Но для
того, чтобы не переборщ ить с романтикой (что м о ­
жет быть интересно только тому, кто никогда не пы ­
тался заработать искусством себе на хлеб), централь­
ность направляет нас в инженерную сторону.
Роальд Хоффман

В наши дни химия известна не столько атомарной
точностью операций, сколько сопровождающими их
очень неприятными запахами (зловонием, если чест­
но). В средней школе химию чаще всего представляют
как науку, в которой используются пробирки, защит­
ные очки, стехиометрия реакций, периодическая таб­
276

СО ВРЕМ ЕННЫ Е

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

лица элементов, молярные доли веществ, кислоты и ще­
лочи, растворители и тому подобное. Обучение химии
происходит таким образом, что на уроках почти ниче­
го не говорится о структуре молекул, за исключением
их состава и типов связей. Да, учителя имеют возмож­
ность расширить учебную программу, но традиционные
темы никак не предполагают, что химия включает в себя
и атомарно точный синтез макромолекул, то есть наноразмерных объектов с определенными формой и функ­
циями. Поскольку курс химии, выходящий за пределы
ознакомительного, изучают небольшое количество бу­
дущ их химиков, большинство людей изначально недо­
оценивают ее возможности.
В течение более сотни лет специалисты по органиче­
ской химии оттачивали свои навыки и умения в АТ-сборке по двум основным направлениям: в синтезе молекул,
идентичных обнаруженным в природе (уже существую­
щих продуктов биологических машин), а также моле­
кул, в высшей степени не похожих на естественные об­
разования, характеризующихся новыми комбинациями
атомов и связей. В некоторых случаях химикам-органикам удавалось создавать молекулы, в существование
которых было трудно поверить —с неправильным рас­
положением связей или конфигураций с искаженными
нестабильностями.
Как следует из высказывания Роальда Хоф ф м ана,
иногда химики-органики воспринимают себя как спе­
циалистов, в равной степени принадлежащих и науке,
и инженерному делу (интуиция и чувство прекрасно­
го, которых требует эта область, безусловно, приближа­
ют ее к искусству).
Наша модель различий между научными изыска­
ниями и инженерным проектированием поможет нам
пролить свет на концептуальные трения, возникающие
в органической химии. Несмотря на то, что химики-ор­
ганики конструируют и синтезируют материальные объ­
екты, в большинстве случаев они относятся к области
своей деятельности как к науке. Но эта область деятель­
277

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ности представляет собой нечто большее. С точки зре­
ния различий, проводившихся в главе 8, более близким
к действительности было бы описание органической
химии как области, в которой происходит смешение
наукоемкой инженерии и инженероемкой науки. Вос­
приятие органической химии как науки означает, что
ее представители проявляют склонность к сосредоточе­
нию внимания на упоминавшихся нами выше направ­
лениях — на естественных молекулах (загадках, кото­
рые задает нам природа) и на искусственных молекулах,
раздвигающих границы, устанавливаемые физическими
пределами. Оттачивая свои методы, химики-органики
одновременно создали практичные надежные инстру­
менты, в отношении которых может использоваться ин­
женерный подход. Ш ирокие химические исследования
как раз и служат достижению этой цели.
В опубликованной в 2001 г. своей знаменитой ста­
тье Барри Ш арплесс призывал химиков изменить ос­
новное направление приложения усилий, обосновывая
необходимость перехода от воспроизводства естествен­
ных структур и использования наиболее надежных, ин­
струментов («нескольких хорош их реакций»), позво­
лявших избегать трудных шагов и необычных молекул,
к сосредоточению на проблемах, определяемых моле­
кулярной функцией. В общем, нельзя сказать, чтобы
химики игнорировали этот путь, но Ш арплесс первым
четко сформулировал эту цель с точки зрения ее прак­
тического содержания, предложил критерии и метрики,
а также привел уместные примеры1. В сущности, ученый
использует инженерный подход: сначала определяется
основная цель, после чего осуществляется поиск струк­

1. Б. Ш ар плесс назвал этот подход «кл и к -х и м и ей » или «быстрой х и ­
м ией». О казалось, что одна из упом и навш и хся в его статье р е­
акций дем о н стри р ует удивительно высокие результаты и се­
годня ее называют «кли к-реакци ей ». К сожалению, такое и с­
пользование предлож енного Ш ар п л ессо м терм и на затеняет
его более глубокую инженерную идею.

278

СО ВРЕМЕННЫЕ

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

тур, позволяющих ее добиться, с учетом экономической
целесообразности производства.
Довольно трудно правильно описать комплекс про­
блем и практических подходов, характеризующих сонременный органический синтез. Изучение гор книг
и журнальных публикаций за несколько прошедших
лет способны подтолкнуть ученого к хорошей идее не­
коей структуры, а в литературе описывается множество
мощных инструментов (например, клик-химических)
ее построения, хотя консервативный исследовательскоинженерный подход предполагает возможность получе­
ния немного большего, чем то, что уже было продемон­
стрировано. Поэтому никто особо не удивляется, если
результаты химиков превосходят ожидания.
Масштаб исследований в области органического
синтеза поистине огромен. На момент написания этих
строк регистр Химической реферативной службы Аме­
риканского химического общества включает в себя опи­
сания 66 883 986 «коммерчески доступных химикатов»
(многие из них и сами используются в процессах син­
теза) и 56 703 135 описания процедур синтезирования.
По сообщению ее официального представителя, в на­
стоящее время регистр увеличивается на более чем де­
сять описаний в минуту.
В своем стремлении к воспроизводству продуктов,
уже имеющихся в природе, химики разработали ин­
струменты, которые могут быть с успехом использова­
ны в атомарно точной макромолекулярной инженерной
деятельности. В частности, они научились синтезиро­
вать биополимеры, то есть модульные молекулы, со­
стоящие из цепочек взаимозаменяемых мономерных
компонентов, например, из четырех нуклеоснований ДНК и двадцати аминокислот пептидных поли­
меров. Создание синтетических ДНК стало ключевой
технологией в биологии и биотехнологиях, а пептиды
нашли применение не только в биологических исследо­
ваниях, но и в медицине (объем производства некото­
рых пептидных препаратов измеряется тоннами).
279

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Подобные синтетические макромолекулы могут из­
готавливаться на заказ, когда используемые в них по­
следовательности приспособлены под определенные
функции и кодирующие части генов, а также привяза­
ны к биологическим рецепторам. В то же время химики
способны на большее, синтезируя цепочки, содержащие
неизвестные в природе мономеры, тем самым расширяя
круг доступных нам функциональных продуктов.
Амидные связи, подобные тем, которые были обнару­
жены в нейлоне, используются для объединения в цепоч­
ки пептидных мономеров. Схожий химический принцип
может быть применен и для создания других строитель­
ных блоков, таких как бета-аминокислоты с добавочным
атомом углерода в остове; пептоиды, получаемые при­
соединением к остову боковой цепочки из атомов азота
(а не углерода); «пептидно-нуклеиновые кислоты», в ко­
торых нити ДНК переплетены теснее, чем они связаны
друг с другом в самой ДНК; а также все перечисленные
выше в различных сочетаниях и комбинациях.
Молекулы такого типа называют фолдамерами. Они
могут быть спроектированы таким образом, чтобы ими­
тировать биологические функции. Фолдамеры способны
связываться и складываться, образуя особые структуры,
функциональные макромолекулярные объекты, которые
могут использоваться как компоненты более крупных
молекулярных систем. Таким образом, в процессе созда­
ния фолдамеров химики взяли на вооружение модели,
позаимствованные из биологии, как, впрочем, с сам о­
го начала области, именуемой органическим синтезом.

Инженерное проектирование
с использованием природных инструментов
и моделей
Для изготовления генов, вырабатывающих белок, спе­
циалисты по генетической инженерии осуществляют
различные манипуляции с ДНК. Специалисты по бел­
28 0

С О ВРЕМ ЕННЫ Е

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

ковой инженерии, в свою очередь, используют генную
инженерию для синтеза сконструированны х ими бел­
ков. А вот в структурной ДНК-инженерии используют
непосредственно ДНК.

В биологии отдельные виды белков (вместе с молеку­
лами, которые они связывают) функционируют подобно
молекулярным машинам, обрабатывающим молекулы
в процессах усвоения живыми существами пищи, обме­
на веществ, копирования ДНК и синтеза белка. Белки
образуют цитоскелеты, придающие форму клеткам че­
ловеческого организма, а также молекулярные машины,
изготовляющие актин и миозин, необходимые для дви­
жения клеток и их работы в мускулах, что позволяет че­
ловеку двигаться в соответствии с сигналами к сокраще­
нию, которые им посылают нейроны, в основе работы
которых также лежат белковые механизмы.
Для меня лично осознание возможности инженерно­
го проектирования молекулярных машин такого типа
сыграло важную роль в понимании богатейшего потен­
циала атомарно точного производства. В то время эта
идея была новой, так как белковую инженерию ошибоч­
но считали невозможной.
Белковая инженерия началась с осознания различий
между наукой и инженерным делом,понимания того,
что задача по конструированию и укладке белка в со­
ответствии с замыслом специалиста, принципиально
отличается от задачи по предсказанию того, как будет
уложен натуральный белок. Ученые, специализировав­
шиеся на изучении белка, разработали алгоритмы кон­
струирования. Испытание и доработка этих алгоритмов
потребовали огромных научных усилий, которые при­
вели к созданию целого ряда методик инженерии моле­
кулярного уровня.
Довольно часто исследователи, разрабатывающие
инженерные методы, используемые в молекулярном
мире, по своему образованию, чувству принадлежности
и культуре являются учеными. Вследствие этого, белко­
вой инженерии свойственна ориентация на научные за­
281

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

дачи, на конструирование белков и последующее изуче­
ние их поведения, что способствовало бы углублению
понимания биологических законов.
В наши дни исследователи уже умеют изготавливать
белки с заранее сконструированной укладкой, способ­
ные соединяться с другими структурами, такими как
ионы металлов, небольшие молекулы и макромолекулы,
включающие в себя другие белки и ДНК. В некоторых
случаях белки конструируются с нуля, в соответствии
с встречающимися в природе образцами, но не копируя
их. Представители других областей исследований в бел­
ковой сфере в большей степени следуют за биологией,
начиная с частичной реконструкции естественных бел­
ков—изменяют некоторые связи, склеивают друг с дру­
гом части различных белков или вносят структурные
изменения, направленные на повышение устойчивости.
Многие естественные белки являются весьма чувстви­
тельными образованиями; если не обеспечить их хра­
нение в холоде или не заморозить, они быстро теряют
структуру и разрушаются. Специально сконструирован­
ные белки могут быть гораздо более «прочными». П о­
падая в стиральную машину, в условиях высокой темпе­
ратуры и наличия моющих средств, естественные белки
быстро разрушаются. Вот почему стоящие на полках су­
пермаркетов стиральные порошки с энзимами содержат
реконструированные молекулы, то есть продукты бел­
ковой инженерии.
При взгляде на биомолекулярные науки со сторо­
ны, оценить потенциал устройств на белковой основе
довольно трудно. В обывательском смысле белок ассо­
циируется с мясом. В свою очередь, при слове «мясо»
на ум приходит нечто, что можно приготовить и съесть,
то есть предмет, скорее, кулинарного, а не инженерно­
го искусства. В действительности мясо состоит преиму­
щественно из воды, представляя собой волокнистый
желатин, в то время как белки подобны кератину, из ко­
торого состоят рога и копыта. По плотности белки пре­
восходят мясо в миллион раз. Неудивительно, что та­
282

СО ВРЕМ ЕННЫ Е

ТЕХ НО ЛО ГИИ

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

кой белок, как шелк, использовался для изготовления
бронежилетов.
Казалось бы, использование биомолекулярных меха­
низмов резко ограничивает масштаб фолдамерной ин­
женерии, поскольку она позволяет создавать только та­
кие биополимеры, как полипептидные цепочки, для
построения которых рибосомы используют двадцать ге­
нетически закодированных аминокислот. Но исследоиателям удалось преодолеть это очевидное ограниче­
ние. В генетическом коде используются три нуклеотида
в расчете на кодон; при этом каждый кодон определя­
ет одну аминокислоту. Каждый нуклеотид имеет одно
из четырех оснований, что означает возможность ис­
пользования 64 кодонов для всего 20 аминокислот
(и сигналов об остановке). Решить проблему позволя­
ет подпитка рибосомы привнесенной аминокислотой,
которая была выбрана для приведения в соответствие
(и преодоления стоп-сигнала). Благодаря этому мето­
ду в белки были внедрены более сотни альтернативных,
не встречающихся в природе, аминокислот (некоторые
из них значительно отличаются от естественных). Ри­
босомы оказались гораздо более гибкими органоидами,
чем это можно было себе представить. Исследователи
добились того, что «обучили» рибосомы считыванию
четырех, а не трех оснований в расчете на кодон, добив­
шись увеличения количества вариантов до 256.
Наличие более широкого выбора открывает возмож­
ность использования компонентов, обладающих осо­
быми химическими, механическими или оптическими
свойствами, а также создания деталей с новыми форма­
ми и связующими свойствами, что позволяет проекти­
ровать более прочные, предсказуемые структуры.
Одно из преимуществ целиком искусственных ф ол­
дамеров заключается в том, что химический синтез
позволяет избавиться от всех проблем, сопровождаю­
щих биологическое перепроектирование, и открыва­
ет прямой путь к масштабному расширению выбора.
Я уже упоминал о том, что одним из наиболее при­
283

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

влекательных классов фолдамеров являются пептоиды.
Последние могут собираться из строительных блоков,
получаемых из широко распространенных химикатов,
преимущественно аминогрупп. Т ем самым количество
доступны х вариантов выбора увеличивается до тысячи
и более, и пептоиды уже используются для построения
схожих с белками макромолекулярных объектов.

В 1980-х гг. Надриан Симен начал разработку струк­
тур, основывавшихся на сборке разветвленных струк­
тур ДНК. Через десять лет в структурной ДНК-нанотехнологии (такое название получила эта область
исследований) были достигнуты первые значительные
успехи. С тех пор она пережила целую серию револю­
ций, кульминацией которых стало обретение возмож­
ности проектирования атомарно точны х молекуляр­
ных структур размером в несколько сотен нанометров,
состоящих из миллионов атомов, с использованием тех­
нического приема, получившего название «ДНК-оригами». Простая комплиментарность компонент ни­
тей ДНК позволяет предсказуемо собирать жесткую
стержнеподобную структуру двойной спирали дезокси­
рибонуклеиновой кислоты. Это дает нам в руки такой
метод молекулярной инженерии, который так же пред­
сказуем, как плотницкие работы. Продолжая эту анало­
гию, короткая единичная нить ДНК играет роль гвоздей
(или «скрепок», как их называют специалисты), «вби­
ваемых» между двойными спиралевидными нитями
и скрепляющих их друг с другом.
С помощью этой методики сегодня уже возможно
создание прямоугольников, состоящих из сотен ДНКадресуемых связывающих участков, опор, образующие
октаэдры, и корпусов с открывающимися и закрываю­
щимися крышками. Воспользуемся увеличительным
стеклом из главы 5, усиливающим остроту нашего зре­
ния в ю миллионов раз. Мы видим, что если обычный
белок достигает размеров детского кулачка, то типичная
структура, созданная благодаря использованию ДНКоригами,— размеров письменного стола.
284

СО ВРЕМЕННЫЕ

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

Белки связываю тся с белками, ДНК связываются
с ДНК, и эти материалы могут сочетаться. В биологии
уже осуществлен весь комплекс основных исследований
и разработок, необходимых для изготовления белков:
пуклеаз белкового домена (так называемых цинковых
пальцев) и транскрипционны х активаторных эф ф екто­
ров (TAL), способных выбирать в качестве цели и свя­
зывать особые ДНК-последовательности. И сследовате­
ли приступили к изучению потенциала сложных систем,
н которых сочетаются эти и другие материалы.

Методы обработки материалов,
которые иногда являются
атомарно точными
В некоторых случаях применяемые сегодня методы об­
работки материалов способны производить АТ-изделия
уникальной ценности, однако диапазон конструкций,
которые можно создать с их помощью, ограничен. Там,
где специалисты по органической химии или белковой
инженерии способны конструировать и строить атомар­
но точные структуры, соединяя между собой молекуляр­
ные строительные блоки, методы обработки материалов
в большинстве случаев предполагают использование,
например, смешивания, нагревания, измельчения, вы­
паривания, конденсирования, растворения, осаждения
и дробления. Поскольку в данном случае отсутствует
поэтапное конструирование и сборка, возникает пробле­
ма контроля результатов. Образно говоря, это методы
«смешай и запекай», когда успех в значительной степе­
ни зависит от удачи, а атомарно точные результаты по­
лучаются очень редко.
Н апример, для получения углеродны х нанотру­
бок может использоваться высокотемпературная спон­
танная конденсация паров углерода (с использовани­
ем катализатора). Полупроводниковые наночастицы,
известные как «квантовые точки», получают посред­
285

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ством осаждения исходных реагентов в растворе. О д­
нако ни тот, ни другой метод не применим в случаях,
когда необходимо создать набор структур с точно спро­
ектированными вариациями.
Как ни удивительно, но большая часть продуктов,
именуемых нанотехнологическими, были получены
посредством методов «смешай и запекай». Это одна
из причин того, почему современные нанотехнологии
не имеют почти ничего общего с наномашинами, ато­
марно точным производством или другими действи­
тельно револю ционными технологическими реш е­
ниями. Действительно, если мы используем наше уже
привычное увеличение, то типичная наночастица бу­
дет выглядеть не как машина, но как обломок скалы,
в то время как небольшой образец типичного наномате­
риала—как сама скала весом миллион тонн, покоящая­
ся на бетонном основании. Однако для того, чтобы мы
могли рассуждать о настоящих нанотехнологиях, раз­
мер этих скал в диаметре не должен был бы превышать
одного метра. В следующей главе будет рассказана исто­
рия о том, как и почему производство мельчайших ча­
стиц и мелкозернистых материалов стали называть «на­
нотехнологией».

Использование сканирующего
зондирования для построения АТ-структур
на кристаллах
Специалисты по физике поверхности научились соби­
рать комплексные двумерные АТ-структуры, используя
для передвижения по поверхности атомов и молекул
инструменты сканирующего зондирования. Впервые
этот метод был продемонстрирован в 1990 г. Доном Эйглером, который, перемещая 35 атомов ксенона, выложил
на атомарно плоской кристаллической поверхности три
заглавные буквы, образовавшие аббревиатуру I B M . Ме­
тоды сканирующего зондирования основываются на ис­
286

СО ВРЕМ ЕННЫ Е

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

пользовании маш ин, способных перемещать атомы или
молекулы и создавать различные рисунки, используя
атомарную точность кристаллической поверхности.
В этом отношений они во многом напоминают техно­
логии АТП и могут рассматриваться как частичное д о ­
казательство лежащего в их основе принципа.

Тем не менее методы сканирующего зондирования,
используемые для перемещения молекул, значитель­
но отличаются от полезных методик АТП. Инструмен­
ты сами по себе имеют крупные размеры, а атомарная
точность достигается в редких случаях. Возвращаясь
к нашему ю -миллионнократному увеличению, пред­
ставьте себя стоящим на поверхности, используемой
в типичном эксперименте. Оглянувшись вокруг, вы ви­
дите на рабочей поверхности сотни миллиметровых
по размерам возмущений, возникающих от молекуляр­
ных толчков. Площ адь этой поверхности составляет
несколько квадратных метров. Молекулярные толчки
образуют атомарно точную картину, возникающую бла­
годаря тому, что молекулы спонтанно выравнивают­
ся с атомарно точными неровностями кристалличе­
ской поверхности. За пределами этой области вы бы
увидели случайные возмущения, охватывающие тер ­
риторию сопоставимую с площадью города. П редпо­
ложим, вы способны перемещаться по близлежащим
окрестностям. Вдруг перед вами предстает наконечник
сканирующего устройства — конус, сужающийся в на­
правлении локальной нерегулярности размером с ваш
большой палец. Подняв глаза, вы увидели бы над собой
конусообразную башню, напоминающую огромный ста­
лактит размерами с небоскреб, а главное —механизм, пе­
ремещающий наконечник, размером с огромную гору.
Учитывая соответствующее нашему увеличительному
стеклу десятимиллионнократное масштабирование вре­
мени, упорядочивание 35 атомов, длившееся несколько
часов, превратилось бы для вас в многовековое наблю­
дение с участием не одного вашего потомка. С овер­
шенствование этой методики позволило добиться не­
287

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГО ДЕНСТВИЕ

которого ускорения процесса, но по самы м обычным
стандартам показатели производительности остаются
бесконечно малыми.
Все это страш но далеко от комплекса наноразмерных АТ-механизмов, способных изготавливать различ­
ные компоненты в соответствии с заводскими установка­
ми. П од нашим взором, усиленным миллионнократным
увеличительны м стеклом, типичная м аш ина, вы пол­
няющая повторяющиеся АТ-операции, помещалась бы
на ладони. При этом она выполняла бы множество ци­
клов в секунду, что соответствовало бы десяткам м ил­
лионов операций в секунду в реальном времени.
Учитывая ограничения метода сканирующего зонди­
рования (низкая скорость и текущее ограничение в виде
компоновки атомов и молекул только в двух измерени­
ях), мне довольно тр удн о представить себе, каким об­
разом он мог бы вывести нас на сравнительно короткую
дорогу, ведущую к передовой АТ-сборке. Напротив, м о ­
лекулярная самосборка в растворах уже позволяет осу­
ществлять трехмерную АТ-сборку структур, состоящ их
из миллионов атомов, а их реальное производство из­
меряется уже в миллиардах атомов. Данный подход об­
ладает огромной привлекательностью. Я с самого нача­
ла выступал защ итником самосборки, как направления
исследований, ведущих нас непосредственно к созданию
технологий АТП-уровня. Сравнительно низкий уровень
эффективности методов «подталкивания» молекул с по­
мощью сканирующ их зондовых микроскопов стал туп и ­
ковым направлением технологического развития.

Инженерия молекулярных систем
Основной движущей силой прогресса в создании ато ­
марно точны х м акром олекулярны х технологий ста­
ли биомедицинские исследования, поскольку м оле­
кулярные устройства очень подходят в качестве цели
биом олекулярны х исследований. К руп ны е достиж е-

288

СОВРЕМ ЕННЫЕ

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

мия в расшифровке ДНК, например, привели к снижеиию стоимости секвенирования генома с миллиарда
долларов в 1990-х гг. до тысяч долларов в наши дни
(и она продолжает быстро уменьшаться). Все совре­
менные методы работают с ДНК последовательно, мо­
номер за мономером, и используют биомолекулярные
устройства, позаимствованные у природы. В качестве
еще одного примера можно привести антитела, пред­
ставляющие собой устройства на основе белков, широ­
ко используемые для обнаружения других молекул. Бел­
ковая инженерия часто применяется для поиска новых
применений антител. Еще одной областью, в которой
биомедицинские приложения стали движущей силой
прогресса в АТ-сборке, является органический синтез,
играющий жизненно важную роль в разработке новых
медицинских препаратов.
У каждой из упомянуты х выше областей имеются соб­
ственные направления исследований, но все они вносят
важный вклад в создание технологической п л атф о р ­
мы для разработок, ведущ их непосредственно к АТП.
Биом олекулярная инженерия, преж де всего, являет­
ся АТ-технологией, естественным образом поддерж и­
вающей прогресс в технике макромолекулярных систем,
независимо от непосредственных намерений занятых
в этой области исследователей.

Совмещение отдельных фрагментов —
составные молекулярные системы
Современные атомарно точные молекулярные тех­
нологии обладают взаимодополняющими преимущ е­
ствами. Органический синтез, например, предостав­
ляет коммерчески доступные строительные блоки,
функциональные молекулы и методы их модифика­
ций и совмещения, подгоняя с атомарной точностью
полностью новые структуры к потребностям исследо­
вателей. В то же время, если отставить в сторону по­
289

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

строение цепочек, продуктом органического синтеза
являются малые молекулы, которые под нашим увели­
чительным стеклом не превышали бы по размерам ши­
рину карандаша. Молекулы такого размера слишком
просты и не способны направлять комплексные процес­
сы самосборки. Для того чтобы устранить это размер­
ное ограничение, используются дополнительные тех­
нологии.
В этом деле весьма преуспела структурная ДНК-нанотехнология, способная создавать структуры метровых
размеров в нашем увеличенном масштабе. Далее, ее ре­
гулярная модульная структура стала использоваться как
модель для достижения схожих результатов с использо­
ванием иных средств и последующего расширения на­
бора компонентов, применяемых для создания крупных
сложно устроенны х структур. В то же время у ДНК есть
недостатки, заключающиеся в том, что она состоит всего
из четырех крупных строительных блоков нуклеиновой
кислоты, что ограничивает возможности проектирова­
ния разнообразных мелкозернистых структур.

Между тем биология показывает нам огромное разно­
образие структур и функций, основывающихся на пеп­
тидных фолдамерах, то есть белках. Молекулы это­
го класса дополняют и малые органические молекулы,
и ДНК, поскольку они способны присоединяться к обе­
им, а значит, и связывать их друг с другом. Таким обра­
зом, пептидные фолдамеры усиливают способность ДНК
к образованию крупных каркасов и способность химии
к предоставлению специальных компонентов, объеди­
няя первые и вторые в единой структуре.
Теперь давайте диверсифицируем технологический
портфель, добавляя к его содерж имому (например, пептоидам , с их бесконечным разнообразием строитель­
ных блоков) подобные белкам ф олдам еры , атомарно
точные наноразмерные структуры , создаваемые неор­
ганической химией, а также не принадлежащие к числу
атомарно точных, но весьма полезные наночастицы, ко­
торые способны присоединяться к АТ-структурам и ста290

СОВРЕМЕННЫЕ

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТОЧНОС ТИ

повиться их частью. Этот список можно продолжить,
добавляя и другие технологии с детальным описанием,
но и без них общая картина представляется очевидной.
Что касается возможностей практического примене­
ния, то расходы на исследования в области нанотехно­
логий составляют миллиарды долларов. Часть из них
тратится на изучение широкого диапазона малых ф ун к­
циональных структур, таких как квантовые точки, угле­
родные нанотрубки, металлические плазмонные компо­
ненты, металлические и полупроводниковые кластеры
«магического разм ера» и многое-многое другое. Н е­
которые из полезных компонентов являются атом ар­
но точными, но все они обещают принести огромную
пользу, если мы научимся упорядочивать их так, как это
происходит с компонентами печатных плат. АТ-структурные основы с атомарно точны ми соединительны ­
ми деталями способны предоставить нам эквиваленты
плат, гнезд и разъемов. В разработки наноразмерных
компонентов были вложены миллиарды долларов, о т­
веденных на научные исследования. Если эти деньги
были потрачены с ум ом , мы обязательно получим о т­
дачу от них, после того научимся собирать компонен­
ты и использовать для создания более сложных систем.
Я полагаю, что само по себе это говорит больше, чем лю ­
бой перечень потенциальных возможностей практиче­
ского применения, и, как подсказывает опыт, научная
аудитория согласна со мной.

Критическая технология:
вычислительные инструменты
проектирования
В современной макроскопической механической ин­
женерии ш ироко использую тся системы автом атизи­
рованного проектирования (САПР). Они применяются
на каждой стадии процесса, от набросков форм различ­
ных частей и прорисовки деталей до моделирования
291

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГО ДЕНСТВИЕ

эксплуатационных нагрузок и деформаций, а также ис­
пользуются (при наличии специального программно­
аппаратного обеспечения на производстве) в расчете
перемещений режущих инструментов при обработке ме­
таллических заготовок и в программировании машин,
перемещающих и собирающих отдельные детали.
В соответствии с этим стандартом, разработчикам си­
стем автоматизированного молекулярного проектиро­
вания (САМПР) удалось добиться огромного прогресса.
Но им предстоит пройти еще долгий путь. Программ­
ное обеспечение САМПР, наиболее широко используе­
мое в фармацевтической отрасли, в значительной степе­
ни основывается на численном моделировании, которое
является плодом многолетних исследований в вычис­
лительной химии. Использование будущего потенциа­
ла САМПР (используя этот термин в инклюзивном смыс­
ле, включая инженерию макромолекулярных систем)
потребует интеграции множества методов моделирова­
ния, тесно связанных как с вычислительным, так и руч­
ным проектированием.
В данном случае человеку отводится его обычная
роль руководителя процесса, которая заключается
в формировании архитектуры системы в целом и про­
ектировании частей, способных обеспечить осуществле­
ние замысла. Аналогично свою стандартную роль играет
и моделирование (описывает поведение данной кон­
струкции в различных условиях). Но в моем понима­
нии используемый в макромолекулярной сфере вычис­
лительный дизайн имеет существенные отличия. Они
определяются тем, что нерегулярные фолдамеры дол­
жны соответствовать друг другу как части трехмерной
головоломки, но у нас отсутствует первоначально задан­
ный набор частей, а наилучшее соответствие никогда
не бывает очевидным и точным. Пока же компьютер­
ные программы основываются на использовании об­
щих описаний молекулярных форм и функций, а так­
же поиске обширного пространства возможностей для
последовательностей мономеров, которые соответство292

С О ВРЕМ ЕННЫЕ

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

нали бы друг другу после укладки и действовали в соот­
ветствии с задумками специалистов.
Сегодня «правильными» компьютерными програм­
мами располагают только специалисты по белковой ин­
женерии. Вскоре будет создано соответствующее про­
граммное обеспечение для пептоидов. В дальнейшем
процессы поиска, используемые в автоматизированном
проектировании, должны быть интегрированы с опре­
делениями ролей системного уровня, описанием струк­
тур ДНК, связанных органических молекул и так далее.
Сделать это не так уж и сложно (тем более что часть ра­
бот уже выполнена). Однако чтобы достичь успеха, по­
надобится потрудиться, задействовав открытую архи­
тектуру, что позволит привлечь большое количество
рабочих групп, действующих в условиях не слишком
тесной координации.
Современные САМПР сегодня напоминают лоскутное
одеяло, и им недостает должного уровня интеграции,
системного фокуса и широты охвата. Весьма вероятно,
что скорость усовершенствования САМПР будет опре­
делять темпы прогресса в разработках систем, посколь­
ку технологии сборки уже доступны нам благодаря био­
технологам и химикам, в то время как дизайн остается
главной проблемой.

Пути к революции
О т современны х технологий к АТП пролегает ш и р о ­
кая открытая дорога. Мы прошли уже большой путь,
но, чтобы добраться до цели, предстоит пройти еще не­
малое расстояние. Зато нам не придется преодолевать
ни пересеченную местность, ни пропасти. Наш а д о р о ­
га пролегает по ландш аф ту молекулярных технологий
от современной атомарно точной самосборки до строи­
тельства АТ-маш ин. Я попытаюсь набросать план мест­
ности, в которой мы находимся, и указать пути, движ е­
293

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ние по которым будет способствовать появлению новых
возможностей.
Два метода сборки деталей

Новые горизонты открывает перед нами развитие и со­
вершенствование стереотактического контроля — спо­
собности направлять молекулярную сборку, задавая на­
правления движения молекул; современным исследова­
телям удалось пока лишь чуть-чуть ощутить мощь этой
технологии. Стереотактическую сборку можно сравнить
с тем, как мы, собирая мебель, вставляем деревянный ко­
лышек в отверстие на панели или полку на отведенное
ей в книжном шкафу место. Это общераспространенный,
основывающийся на здравом смысле способ создания ве­
щей: поместите детали в отведенное для них место и соеди­
ните их друг с другом. Метод самосборки, напротив, вы­
глядит довольно необычно: предоставьте деталям свободу
передвижения, но потребуйте, чтобы каждая из них нашла
и закрепилась на своем особом месте.

Исследователи узнали о принципах самосборки
из молекулярной биологии и начали широко их ис­
пользовать; в молекулярных науках самосборка вос­
принимается как проявление здравого смысла, а пря­
мой контроль над соединением деталей часто выглядит
странным.
Для того чтобы правильно понять наши следующие
шаги по ведущей вперед дороге, необходимо рассмо­
треть возможность взаимодополняющих способов ком­
бинирования самосборки и стереотактических методов.
Современные методы самосборки

Самосборка обладает одним важнейшим преимущ е­
ством: поскольку для перемещения деталей в нужное
место используется тепловое движение, их сборка не
требует привлечения наноразмерных механизмов. Для
изготовления деталей исследователи имеют возмож294

СО ВРЕМ ЕННЫЕ

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТОЧНОС ТИ

кость использовать традиционные биологические или
химические средства для создания частей, и, при услонии их должного проектирования, тепловое броунов­
ское движение довершит начатое людьми.
Впрочем, рука об руку с самосборкой идут трудности
и ограничения. Условием ее использования для созда­
ния сложных уникальных структур является привязка
каждой детали к строго определенному месту и пози­
ции. Следовательно, все детали должны иметь уникаль­
ную форму, подобно частям в мозаичной головолом­
ке. Эти молекулярные кусочки общей мозаики не могут
быть ни слишком маленькими, ни слишком простыми,
ни слишком похожими друг на друга. Они не должны
слишком сильно связываться с соседними частями, по­
скольку в случае допущенной ошибки деталь невозмож­
но будет переместить в правильное место. И наконец,
подобно законченной мозаичной головоломке, в конеч­
ном продукте будут обязательно просматриваться швы,
соединяющие его части.
Неизбежные в случае использования самосборки про­
блемы затрудняют проектирование. Поэтому в наши
дни единственным видом комплексных крупных струк­
тур, образуемых из соответствующих компонентов ме­
тодом самосборки, являются свернутые полимерные
макромолекулы. Однако все перечисленные выше труд­
ности могут быть преодолены, и, как мы уже видели, макромолекулярные продукты, полученные методом са­
мосборки, могут оказаться весьма полезными.
Передовые стереотактические методы

У нас имеется возможность объединить сильные сторо­
ны самосборки и стереотактический контроль. Чтобы
убедиться в этом, давайте рассмотрим возможности пе­
редового стереотактического контроля и проблемы, со­
провождающие его применение.
На достаточно высоком уровне стереотактический
контроль может быть использован для внедрения АТП.
295

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Как описывалось в главе ю , наиболее передовые его
формы предполагают перемещение малых реакционно­
способных молекул по сложным, четко ограниченным
путям. Движения должны быть сложными; так меха­
низмы обязаны задавать направление, определять по­
зицию и ориентировать большое количество различных
деталей; одновременно перемещения должны быть чет­
ко ограниченными, поскольку детали обязаны прибы­
вать в предназначенные им места, несмотря на тепловые
флуктуации. Исследовательская инженерия позволяет
сделать вывод, что выполнение этого требования воз­
можно в случае применения комплекса машин, постро­
енных из жестких деталей, изготовленных, в свою оче­
редь, из мелкозернистых, тесно связанных материалов
с высоким модулем упругости. В то же время условием
создания подобных машин является жесткий стереотактический контроль. Не ходим ли мы по кругу?
На первый взгляд, технология АТП-уровня может по­
казаться неким воздушным замком, красивым и привле­
кательным, но который нельзя построить в реальной
жизни. И действительно, это первое впечатление полу­
чило довольно широкое распространение, так как эн­
тузиасты передовых нанотехнологий воображали себе
множество высоких замковых башен, в то время как спе­
циалисты по молекулярным наукам были слиш ком за­
няты, чтобы заняться постройкой фундамента.

На современном этапе строительства «замка» (выше
нулевой отметки) мы должны направить усилия на воз­
ведение стен, используя строительные блоки, изготов­
ленные из доступных материалов. Архитектурное реше­
ние остается за исследовательской инженерией, которая
должна будет найти способы преодоления ряда ограни­
чений, налагаемых сегодня на фабрикацию продуктов;
производственное оборудование каждого нового уровня
(каждый новый зарождающийся класс систем) должны
вводиться с использованием мощностей, доступ к кото­
рым был получен уровнем ниже. Ключом к пониманию
нескольких следующих, более высоких уровней являет­
296

СО ВРЕМ ЕННЫ Е

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

ся объединение самосборки и стереотактического кон­
троля, что позволило бы образовать сплошной конти­
нуум без пробелов.
Соединение двух методов

Принципы самосборки и стереотактического контроля
прекрасно сочетаются друг с другом. Второй позволяет
компенсировать слабости, присущие первой. Самосбор­
ка, в свою очередь, смягчает трудности, возникающие
при осуществлении стереотактического контроля. М яг­
кий контроль позволяет легко ограничить общие пози­
ции, а самосборка обеспечивает наиболее близкое соот­
ветствие. Таким образом, системы, сочетающие в себе
оба метода, могут быть относительно простыми и мяг­
кими. При этом исчезает потребность в использовании
чего-то подобного АТП-системами.
Объединение взаимодополняющ их сильных сторон
самосборки и стереотактического контроля откры ва­
ет возможность использования эффективного подхода
к АТ-фабрикации:

• Применение крупнозернистых строительных блоков
для создания структур, с четко отделенными друг
от друга и легко определяемыми местами связывания.
• Использование мягких машин для выбора специфи­
ческих мест открывает свободу движения, достаточ­
ную для достижения самосоответствия.
• Применение самосоответствия и связывания (ло­
кальной самосборки) для фиксации каждого строи­
тельного блока в заранее отведенной ему позиции.
По сравнению с чистой самосборкой, данный подход от­
крывает возможность применения более мелких строи­
тельных блоков, отличающихся легкостью изготовле­
ния и более стандартной конструкцией; одновременно
такие блоки более разнообразны по своим свойствам
и могут применяться для изготовления широкого диа­
297

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

пазона продуктов. Ч то еще лучш е, необходимые маш и­
ны сами по себе могут быть построены посредством чи ­
стой самосборки путем расширения уже используемых
технических приемов. В случае прилож ения узкона­
правленных скоординированных усилий, белковой ин­
женерии, органического синтеза и структурной ДНКнанотехнологии более чем достаточн о для создания
компонентов всех необходимых типов. В данном сл у­
чае основная трудность заключается в проектировании,
а не синтезе.
П оскольку использование более м елких разнооб­
разных блоков позволяет расш ирить диапазон вы пу­
скаемых продуктов, последние могут включать в себя
машины, способные обеспечить более тщательный сте­
реотактический контроль. Мелкозернистые, более жест­
кие материалы и упрощение проектирования позволят
наладить более точный контроль над более сложными
перемещениями, ужесточая тем самым стереотактиче­
ский контроль. Перед нами открывается картина эво­
люции технологий от текущего уровня лабораторных
возможностей к стереотактическому контролю уровня
АТП, выход на который будет означать начало АТП-революции.
И никаких разрывов и пробелов2.

***
В свете достижений в области технологий АТ-производства и описывавшегося мною пути дальнейшего разви­
тия, возникает вопрос: почему, несмотря на прекрасное
финансирование и проводившиеся в течение десятиле­
тия нанотехнологические исследования, нам не удалось
добиться значительного прогресса в этой сфере?
В следующей главе мы обращаемся к истории при­
нятия нанотехнологической программы , ее ф инанси­
2 . Более подробно эта эволюция технологий, ее дополнительны е а с ­
пекты и промеж уточны е пункты , рассм атриваю тся в п р и л о ­
жении II.

298

С О ВРЕМ ЕННЫ Е

ТЕХ Н О Л О ГИ И

АТОМАРНОЙ

ТО ЧНО С ТИ

рования и изменения направления. Первоначально
программа обещала разработку передовой АТ-сборки.
Но после получения крупных денежных средств про­
изошло переопределение самого понятия нанотехноло­
гии, что привело к полному изменению ее содержания.
Цели, средства и финансирование разошлись в разные
стороны.
Не зная о том, что произошло, мы не можем правиль­
но понять текущее состояние дел.

ГЛ А В А 13

На пути в будущее
произошло нечто
странное...

НАШИ дни каждая экономически развитая страна
поддерживает собственные нанотехнологические ис­
следования. Некоторые мировые лидеры рассматри­
вают нанотехнологии как важнейшую часть будуще­
го, разделяя вйдение, представленное в моей работе.
Например, когда президент Индии доктор Абдул Ка­
лам, в прошлом руководивший национальной ракетнокосмической программой, выступил с серий посланий
к нации, посвященных нанотехнологиям, в них приво­
дились цитаты из лекции Ричарда Фейнмана «There s
Plenty of Room at the Bottom» («Там внизу много места»)
и из моей технической книги Nanosystems («Наносисте­
мы»). В 2011 г. я встречался с президентом России Дми­
трием Медведевым, выступившим на открытии между­
народного форума RUSNANOTECH 2011. Оказалось, что
он читал мою первую книгу «Машины создания». Более
десяти лет назад, президент СШ А Билл Клинтон объ­
явил о намерении принять первую в мире националь­
ную нанотехнологическую программу, основывавшуюся
на вйдение атомарно точного производства; современ­
ная аналогичная общегосударственная программа Ки­
тая имеет более крупный бюджет, который продолжа­
ет увеличиваться.
В наши дни государственные расходы на исследова­
ния в области нанотехнологий в СШ А, Европе и Китае

В

Зоо

NA

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

измеряются миллиардами долларов. Сравнимое финан­
сирование исследований и разработок осуществляется
корпорациями. О полученных результатах сообщают
множество научных журналов, ежедневно публикую­
щих такое количество статей, которое не способен про­
читать ни один человек.
Казалось бы, у нас были все основания ожидать, что
темпы прогресса в АТ-нанотехнологиях будут сопоста­
вимы со скоростью этого потока исследований. Мы дей­
ствительно продвинулись вперед, но далеко не в той
степени, на которую могли бы рассчитывать. В пери­
од между начальным вдохновением и принятием на­
циональных программ история сделала неожиданный
зигзаг.
В СШ А в период разработки и принятия общена­
циональной программы ее руководители продвигали
видение нанотехнологий, в центре которого находилось
атомарно точное производство. Впоследствии понятие
«нанотехнологий» было пересмотрено так, что их связь
с АТП оборвалась, и в программе не осталось ни одно­
го упоминания об атомах. Вам кажется, что это невоз­
можно? Теперь у вас всегда будет в запасе пример, ил­
люстрирующий насколько удивительной может быть
политика и насколько сильно могут разойтись убежде­
ния и реальность. Возможно, социологи и историки
проведут специальные исследования документов пуб­
личного характера, посвященных этому вопросу (на них
основывается мой рассказ в этой главе), и дадут новые
оценки соответствующей научной литературе.
Поскольку мы пытаемся заглянуть в будущее, важ­
но понять причины искажения фактов, что позволи­
ло бы исправить ошибочные впечатления о прошлом
и избежать их повторения. Я надеюсь, что «знакомство
с документами» поможет объяснить некоторые загадки
современных дискуссий и послужит назидательной ис­
торией, полезной для будущего диалога.
Наша история начинается со слова и его значения.

3°i

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Два вида нанотехнологий
Некоторые типы нанотехнологий обладают атомарной
точностью, некоторые — нет. Граница между ними мо­
жет быть расплывчатой, но, как мы увидели в преды­
дущих главах, она определяет важное в практическом
смысле отличие. Так уж случилось, что эта граница так­
же стала своеобразным политическим разломом, раз­
делившим нанотехнологии на две части, находящиеся
в противоречии друг с другом.
Нанотехнологии
как атомарно точная сборка
Нанотехнологии начались с концепции атомарно точ­
ных технологий, бурно развивающихся в наши дни. Они
включают в себя области, связанные с химическим син­
тезом и биомолекулярной инженерией, а также различ­
ные АТ-технологии, разрабатываемые в рамках особых
направлений физики и материаловедения. В преды ду­
щ их главах мы познакомились с некоторы ми из со ­
временных АТ-технологий (структурами, состоящ ими
из миллиона атомов, фолдамерны х образований, и так
далее), а также наметили путь к созданию новой ди сц и ­
плины — инженерии атомарно точных молекулярны х
систем 1. Эти бурно развивающиеся АТ-технологии, не­
зависимо от долгосрочных ожиданий, обладают своими
собственными внутренними достоинствам и, которые
и являются движущей силой прогресса на дорогах, ве­
дущ и х к разработке и практическому применению АТП.

1. В 1981 г. я опубликовал статью под названием «M o lecu lar Enginee­
ring: An Approach to the Development of General Capabilities for
M olecular M anipulation» («М о лекуля рн ая инженерия: п одход
к развитию общ их возможностей м олекулярного м ан и п ули ро ­
вания») и продолж аю придерж иваться намеченного в ней на­
правления исследований.

302

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

Нанотехнологии
как наноразмерные материалы
и устройства
В рамках изменения направления американской п ро ­
граммы понятие «нанотехнологий» было заново опре­
делено исключительно с точки зрения масштаба, что
выразилось в избавлении от любых упоминаний об ато­
марной точности. Для того чтобы некая структура была
достойна называться «нанотехнологической», ее раз­
меры в одном или более направлений долж ны были
составлять «при близи тельно от одного до ста нано­
метров». Во многих случаях АТ-нанотехнологии полно­
стью удовлетворяют этому критерию. Однако ему также
соответствуют и транзисторы на кремниевой микросхе­
ме, и частицы ультратонких порошков.
Атомарная точность имеет важное значение, но она
не долж на использоваться для обозначения глубоко­
го различия меж ду областями. И в атомарно точных,
и в не относящ ихся к ним нанотехнологиях могут и с­
пользоваться одни и те же методы, общие инструменты
и технические приемы моделирования, и их комбина­
ция дает гораздо лучшие результаты, чем каждая из них
по отдельности. Н апример, включение атомарно точ­
ных наноустройств в обычные кремниевые схемы может
привести к рождению новой перспективной технологии
в мировой полупроводниковой отрасли. Действитель­
но, атомарно точные и не относящиеся к ним техноло­
гии принадлежат к одной и той же области и будут идти
рука об руку. Т ак уже происходит в различных научноисследовательских сферах, от биомедицины до стр ук­
турных ДНК-нанотехнологий.
Тем не менее в силу причин, находящ ихся вне тех­
нической сферы, отношения меж ду нанотехнологиями
этих двух типов складывались далеко не просто и вско­
ре перешли в противостояние.

303

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГО ДЕНСТВИЕ

Два вида обещаний

Исходным пунктом формирования сферы нанотехноло­
гий, вызвавшей огромный интерес и ставшей престиж­
ным направлением, было отнюдь не внезапно вспых­
нувшее увлечение наноразмерными частицами или
транзисторами. Изначально «нанотехнологии» были
просто названием, словом, которое я предложил ис­
пользовать (где то между первым и вторым вариантами
черновика «М ашин создания») для обозначения кон­
цепции технологии, основывающейся на АТП.
Я полагаю, что без обещания разработки техн ол о ­
гий АТП -уровня, нанотехнологии в ш ироком смысле
развивались бы менее быстро и, скорее всего, под более
традиционны ми названиями. И м едва ли удалось бы
неожиданно привлечь огромное внимание прессы, оча­
ровать публику мифологией наноразмерны х роботов
и проникнуть в массовую культуру благодаря книгам,
кинофильмам и компьютерным играм. С ам и м по себе
наночастицам никогда не удалось бы выдать себя за тех­
нологию, способную перевернуть мир.

Волна интереса к нанотехнологиям начала подни­
маться в 1986 г. после выхода в свет «М аш ин созда­
ния». В течение нескольких месяцев обзорные статьи
в журналах и публикации в популярной прессе донес­
ли изложенные в ней идеи до миллионов читателей.
В последующие годы эта тема была подхвачена научнофантастической литературой, что еще более разогрело
воображение публики. Укрепившаяся в общественном
сознании идея «нанотехнологий» постепенно переросла
ввидение футуристической технологии, основывавшей­
ся на использовании крошечных машин, довольно слабо
связанной с моей первоначальной концепцией высоко­
эффективного АТ-производства. О других наномасштабных технологиях упоминалось довольно редко, и иные
концепции получали известность довольно медленно.
Исследования в области наноразмерных материалов
обещали улучшение их качества. Разработки в сфере на304

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

моразмерных устройств были сосредоточены на улучш е­
нии электроники, сенсоров и тому подобного. Ценность
разработок в этих областях могла измеряться и в миллио­
нах, и в миллиардах долларов, но они не имели ничего
общего с АТП. Упомянутые выше технологии значительно
отличаются друг от друга, а потенциальная отдача от ис­
следований несопоставима по величине. Было очевидно
изначально, что, с точки зрения общества, долгосрочные
обещания технологий АТП-уровня затмевают собой лю ­
бые возможные краткосрочные результаты исследований.
Объединение, путаница и конфликт

Начиная с 1990-х гг. все шире начала распространяться
путаница между производственными решениями, кото­
рые могли быть разработаны и внедрены в ближайшем
будущем, и долгосрочными технологиями. Одним из ее
следствий стало представление о тесной связи отношениий, узком разрыве и, соответственно, короткому пути
от уже существовавших технологий до перспективных
способов производства, которые на самом деле могли бы
быть созданы только через несколько десятилетий. Воз­
никло мнение, что нанотехнологии уже рядом. Усили­
вавшаяся неразбериха создала условия для получения
крупных денежных средств учеными, которые не про­
явили достаточной инициативы в разъяснении разни­
цы между наночастицами и наномеханизмами. Данное
несоответствие привело к напряжению.
Только представьте себе положение, в котором ока­
зались специалисты, занимавшиеся изготовлением, из­
учением и применением очень мелких частиц с самы­
ми разнообразными свойствами. До 1986 г. проводимые
ими исследования не привлекали особого внимания.
Но уже в начале 1990-х гг. мир начал проявлять к ним
все более растущий интерес — если, конечно, они нача­
ли называть их нанотехнологиями.
Общественным вниманием завладели представители
не только этого направления, но и целого ряда других
305

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

областей, которые начали называть свою работу нанотех­
нологиями. Действительно, почему бы им не восполь­
зоваться этим наименованием? Само слово полностью
соответствовало характеру их деятельности— она была
связана и с «нано-», и с «технологиями». По мере того
как исследователи, специализировавшиеся на изыскани­
ях в различных сферах, следовали друг за другом в при­
менении этого названия, оно на самом деле принесло ре­
альную пользу, так как привело к разрушению границ
между научными дисциплинами и образованию новых
сообществ. Время от времени различия между исследо­
вателями приводили к вспышкам напряженности в от­
ношениях, но они продолжали трудиться под общим
знаменем нанотехнологий, приносившим и вознагра­
ждение, и удовлетворение от долгожданного признания.
Создавалось впечатление, что нечто под названием «на­
нотехнологии» расцветает во всей своей красе.
В те далекие дни рост нанотехнологий проявлялся
преимущественно в переименовании направлений иссле­
дований, что превратилось в хорошо известный тактиче­
ский прием для получения финансирования. Это обстоя­
тельство стало предметом шуток на различных конферен­
циях. В воздухе залов, в которых проводились научные
форумы, витал один и тот же вопрос: «Что же такое эти
нанотехнологии?» Я не знаю другой такой области иссле­
дования, которая была бы склеена из столь разнородных
кусочков. И конечно, ни в одной из них не использовал­
ся настолько общий критерий выделения, как размер2.
2. Ср азу после написания этого параграфа мне на глаза попался п о ­
следний номер журнала Science, в котором я нашел еще один
пример расш ирительного толкования нанотехнологий. В на­
звании статьи содерж али сь слова «н аночасти цы оксида ж е­
леза». А нн отац и я к ней начиналась словами «М ед и ц и н ски е
применения н ан о техн о л о ги й ...», а заканчивалась « ...и с п о л ь ­
зованием нан отехн ологи и для активации клеток». В статье
описывался новаторский способ применения м ельчайш их ча­
стиц особого рода, но не было ничего, что имело бы четко вы­
раж енное отнош ен ие к «н ан о т ех н о л о ги и ». Т а к и м образом ,
этот термин использовался исключительно в рекламных целях.

30 6

МЛ

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

Поскольку переименование влекло за собой получе­
ние финансирования, под эгидой нанотехнологий со­
биралось все больше исследовательских групп. Вско­
ре у них обнаружился общий интерес, заключавшийся
и продвижении и контроле использования самого назва­
ния. Термин «нанотехнологии» оказался на удивление
эластичным и хорошо растяжимым, прикрывая собой
буквально все, что можно,—от волокон и красок до ча­
стиц металла с мелкозернистой кристаллической тек­
стурой. Нанотехнологии такого типа привлекли мил­
лиарды долларов на финансирование исследований.
Жесткий контроль использования названия приобрел
огромное значение, ведь «нанотехнологии» преврати­
лись в бренд, который стоило защищать.
Независимо от риторики сторонников нанотехноло­
гий, ее связь с АТП оставалась довольно расплывчатой.
Идея передового, атомарно точного производства (опре­
деленного вида, которое будет когда-нибудь создано)
оставалось ярким лозунгом, но не стало ничем большим,
чем расплывчатая мечта без конкретного плана реали­
зации. Путаница понятий стала прибыльной и институ­
ционализированной, в то время как идеи, послужившие
толчком к образованию новой области, стали в большей
степени предметом слухов, нежели исследований.
Более того, вместе с получением очевидной выгоды
от названия исследований в области материаловедения
нанотехнологиям пришлось заплатить и определенную
цену. Слово «нанотехнологии» стало ассоциироваться
с несбыточными ожиданиями. Возникло опасение, что
оно не имеет никакого отношения к реальной действи­
тельности.
★★★
Вообразите себя исследователем, который живет в нача­
ле 1990-х гг. и изучает свойства наночастиц под флагом
нанотехнологий. В разговорах со специалистами в дру­
гих областях, вы и ваши коллеги слышите уважитель­
ные отзывы о свой работе. Одновременно вы сталкивае­
3 °7

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГО ДЕНСТВИЕ

тесь с неуместными ожиданиями и необоснованными
страхами. Люди задают вам довольно странные вопро­
сы, наподобие этого:
«Когда будут созданы эти крошечные роботы, кото­
рые, как мы читали, будут использоваться для очистки
человеческих артерий?»
Или:
«Вы не боитесь, что крошечные роботы, над которы­
ми вы работаете, выйдут из-под контроля и разрушат
наш мир?»
Вопросы первого типа вызывают досаду, так как они
задают невероятно завышенные ожидания, а вопросы
второго типа — беспокойство, поскольку они основы­
ваются на предположении об опасности вашей работы.
Изготавливаемые вами в лабораторных условиях нано­
частицы не имеют ничего общего с машинами, но люди,
интересующиеся нанотехнологиями, постоянно пере­
водят разговор на крошечных роботов. Вы приходите
к выводу, что пресса, по всей видимости, одержима этой
идеей, и она все более овладевает массами. Что вы мо­
жете сказать на это?
Эти вопросы не имеют отношения ни к вашей рабо­
те, ни к сфере интереса ваших коллег, ни к возможно­
стям современных технологий. В подобных ситуациях
ученый должен развеять популярные фантазии и поста­
раться четко сформулировать истину.
И все же, решающее значение имел третий вопрос,
очень часто следовавший за первыми двумя:
«Когда же специалисты по нанотехнологиям созда­
дут рой разнообразных крошечных роботов, способных
атом за атомом создавать почти все, что ни пожелаешь?»
И вот, раздражение вызывает уже сама идея АТП.
Концепцию стали слишком тесно связывать с обеща­
ниями и опасностями, воспринимавшимися (во многих
случаях справедливо) как абсурдные, а машины атомар­
но точной сборки— с воображаемыми полчищами кро­
шечных, но грозных роботов способных в прямом и пе­
реносном смысле жонглировать атомами.

зо8

ПА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

Простейший неинформированный отклик на этот
странный набор идей был бы в том, чтобы отрицать на­
личие в них хоть какого-то смысла. Обещания револю­
ции, основывающейся на АТ-технологиях, произноси­
лись вновь и вновь, но сами технологии сначала были
неправильно поняты, а затем отвергнуты.
Что же произошло?

Предназначение, успех и рождение
чудовищного мема
Некоторые из заблуждений публики прослеживаются
вплоть до «Машин созидания». Появление этой книги
привело в движение последовательность событий, пер­
воначально развивавшихся в соответствии с намечен­
ными мною ориентирами. Особенно важно, что «М а­
шины» познакомили публику с огромным потенциалом
(и с его положительными, и отрицательными сторо­
нами) передовых АТ-нанотехнологий. К тому же кни­
га позволила оценить масштабы потенциальных выгод
и рисков — в комплексе. В общем, мне удалось добить­
ся успеха, пусть и частичного. Нельзя не упомянуть, что
некоторые читатели восприняли «М аш ины» как уто­
пию, другие — как сбалансированный анализ перспек­
тив, третьи — как источник своих ночных кошмаров,
а четвертые — как фантастику чистой воды. Но были
и те, кто рассматривал мою книгу как первичный обзор
целого комплекса возможностей, исходный пункт для
дальнейших размышлений о будущем думающей части
общества.
В начале книги я упоминал о чувстве моего собствен­
ного жизненного предназначения. Я видел свою миссию
в том, чтобы внести личный вклад в решение глобаль­
ных проблем человечества. Согласно моему представ­
лению, он мог заключаться в исследовании техноло­
гий, способных преобразовать производство и общество
и в анализе открывающихся возможностей. А затем мои
309

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

знания должны были становиться общим достоянием.
Обнаружив огромный потенциал передовых нанотех­
нологий, я не мог игнорировать его. Направление при­
ложения дальнейш их усилий подсказало мне чувство
собственного предназначения. Я стремился не рекла­
мировать нанотехнологии, а донести до общественно­
сти сбалансированную точку зрения на возможности
их применения — описать их потенциальные выгоды
и предупредить о возможных рисках за несколько де­
сятилетий до того, как они могли бы возникнуть в ре­
альной действительности. П реи м ущ ества н ан отехн о­
логий АТП -уровня неизбежно долж ны были вызвать
подлинный энтузиазм, который, как мне представля­
лось, станет толчком к разработкам. Как мы убедились,
разработки в этой сфере действительно получили м ощ ­
ный импульс. Н о он сопровождался заявлениями о том,
что нанотехнологии уже сущ ествую т, что вызвало не­
уместные тревоги и завышенные ожидания.
П опы тавш ись оценить реалистичны е сроки созда­
ния технологий АТП-уровня, я пришел к выводу о необ­
ходимости (не самой насущной, но всё же важной) по­
степенного роста понимания потребности в создании
основы для осуществления трудного социального пере­
хода, для разработки регулятивных механизмов надзора
над созданием передовых технологий самого ш ироко­
го спектра, а также плана внедрения системы контро­
ля над ними, подобной используемой для контроля над
вооружениями.
Мои усилия по пробуждению чувства озабоченности
в целом оказались успеш ными, но последовавший о т­
клик вызвал разочарование. Н аряду с серьезными про­
блемами, я указывал на риск, связанный с мельчайшими
опасными, но бесполезными самовоспроизводящ имися
маш инами, которого можно было легко избежать3. К со ­
3. Эти гипотетические маш ины (массовые скопления которы х п о лу­
чили название «серой сли зи ») имели поверхностное сходство
с быстро вышедшей из моды концепцией возможности орган и ­

310

МЛ

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

жалению, эта яркая, хотя и второстепенная озабочен­
ность, распространилась быстро и широко, благодаря
массовой культуре и досужим разговорам. Крошечные
машинки, способные выйти из-под контроля человека,
стали восприниматься как огромный неконтролируе­
мый риск, якобы внутренне присущий нанотехнологии.
Ксли бы проблема заключалась только в возникшей пу­
танице, непосредственный ущерб был бы не слишком
нелик и со временем его отрицательное воздействие,
скорее всего, сошло бы на нет.
Трудность заключалась в том, что публика познако­
милась с чем-то под названием «нанотехнологии» за­
долго до того, как они реально появились на свет, что
привело к возникновению путаницы и неразберихи, ко­
гда проблемы и тревоги довольно далекого будущего
наполнялись современным пониманием. В тех случа­
ях, когда исследователи приходили к собственному по­
ниманию передовых нанотехнологий, они обнаружи­
вали, что их деятельность вызывает немалые опасения.
В массовом сознании наночастицы превратились в ана­
логи опасных механических наножучков — в неконтро­
лируемый неотъемлемый риск таинственного наномира.
Исследователи в сфере нанотехнологий обнаружили,
что им приходится то и дело отвечать на вопросы о на­
номашинах, построенных из атомов, и крошечных ро­
ботах, которые могут выйти из-под контроля человека.
зации наноразмерной маш инерии для создания более крупных
по размерам продуктов. И сточником этой идеи стала биологи­
ческая аналогия (нап ри м ер, с растительны м и клетками в ре­
зультате деления которы х происходи т рост деревьев), вскоре
пустившая корни в общественном сознании и после скрещения
с «серой слизью » приведш ая к рож дению яркой устойчивой
мифологии. В мире исследовательской инженерии практичная
и эфф ективная фабричная модель была вытеснена более р ан ­
ними, менее практичны ми и более легко перенастраиваемы ми
концепциями. Впрочем , сама идея заводов и фабрик вызывала
гораздо меньш ий интерес, чем полчищ а наножучков. Н еуди ви ­
тельно, что она пребывала на заднем плане и в прессе, и в об­
щ ественном воображении.

эн

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Все эти проблемы смешивались и приписывались автору
книги под названием «Машины создания». Специали­
сты пытались осадить тех, кто задавал подобные вопро­
сы. Но вместо того, чтобы попытаться исправить непра­
вильные представления, они полностью отвергали весь
комплекс идей, которые и сами понимали некорректно.
Образы будущего, финансирование и идеальный шторм

Те же самые нечеткие представления, приведшие к тому,
что машины превратились в массовом сознании в потен­
циально опасных «ж учков», привели и к тому, что в ка­
честве переднего края АТП-революции или чего-то п о ­
хожего на нее стал рассматриваться «винегрет» из наноразмерных технологий, а не молекулярная инженерия.

Исследовательские группы часто стремятся взобрать­
ся на сцену, которая привлекает внимание. В этом нет
ничего нового, и этот эффект может принести науке
немало выгод. Нанотехнологии способствовали «пере­
крестному опылению» научных «полей», появлению
новых направлений исследований, а также принесли
с собой новые научные знания и способы практическо­
го применения. И, конечно же, исследования, прово­
дившиеся в различных направлениях, внесли важный
вклад в создание технологий, которые могли использо­
ваться в АТП.
В ретроспективе расплывчатое восприятие фактов
ознаменовало начало бури, вихрем закрутившей мечта­
ния и ночные кошмары и создавшей огромную неразбе­
риху. Мечты подхлестывали усилия, направленные на
получение федерального финансирования, ночные кош­
мары угрожали свести их на нет, в то время как неразбери­
ха приводила к неправильным откликам. Когда полеми­
ка достигла точки кипения, вашингтонские руководите­
ли, движимые алчностью и страхом, внезапно бросились
разрушать то, что как они полагали, стояло у них на пути.
Все это началось с расплывчатости восприятия и не­
правильного понимания того, как законы физики огра­
312

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

ничивают потенциал технологий. Поскольку исследова­
тельская инженерия не пересекалась с концептуальной
структурной основой науки, очень немногие ученые ви­
дели, что в ее рамках могут быть найдены объективные
факты, имевшие непосредственное отношение к делу.
Поэтому круг тех, кто пытался установить их, был очень
узким.
Область3обреченная на неоднозначность
Продвижение нанотехнологий осложнялось глубокой
структурной проблемой, связанной с отсутствием одно­
значности в рассматриваемой нами области. Четкость
и ясность имеют важное значение в науке. Но четкое по­
нимание природы новой нанотехнологии могло приве­
сти к ограничению поддержки, поскольку она произра­
стала из беспорядка и путаницы. Наибольшей глубины
эта проблема достигла в годы формирования области,
когда уровень общественных ожиданий задавался обе­
щаниями технологий АТП-уровня — и полного изобилия,
в то время как отдача от исследований наноматериалов
(а также частиц, волокон, устройств, не относившихся
к атомарно точны м, и так далее) была совсем невелика.
С самых первых дней существования новое сообщество
восприняло риторику «строительства атом за атомом»,
поскольку она была частью принятия бренда «нанотех­
нологии». Однако идея использования наноразмерных
машин для строительства с атомарной точностью превра­
тилась в камень преткновения. В то время эта перспек­
тива выходила за пределы ближ айш их горизонтов и с­
следований и к том у же была обременена определенным
«багажом». Тем не менее идея АТ-производства с исполь­
зованием А Т-м аш и н оставалась сущ ественной частью
концепции, и, несмотря на полное отсутствие опреде­
ленности, наномашины оставались основой образа нано­
технологий как революционного явления.
Естественная реакция сообщества заключалась в со ­
хранении идеи «строительства атом за атом ом » как ча­
313

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

сти риторики. Идея же производства, основывавшего­
ся на использовании наномашин (крошечных роботов!),
была отвергнута как фантастическая — каковой она, соб­
ственно, и была в популярной форме изложения, по­
скольку так привлекала максимум внимания.
Не имело никакого значения, что АТП-фабрика в ко­
робке ни в коей мере не являлась микроскопическим
роботом или что нанотехнологические обещания мог­
ли быть выполнены только благодаря использованию
наномеханических систем. Огромные плотные облака
популяризации едва ли не полностью скрыли реальный
нанотехнологический ландшафт. Технические идеи так
и не смогли преодолеть туманную завесу, и в циркули­
ровавших в обществе историях ни словом не упомина­
лись ни инженерия молекулярных систем, ни заодвы,
ни законы физики, ни упруго ограниченное молекуляр­
ное движение, ни конвергентная сборка микроразмерных блоков, ни проектирование и анализ на системном
уровне. Публику не интересовали ни факты, ни совре­
менные идеи, ни технические публикации, способные
перевести теоретические дискуссии в практическую
плотность. Ее воображение было целиком и полностью
захвачено мириадами наножучков.
* * *

В конце концов, опираясь на общественный интерес
и поддержку зарождавшихся исследовательских сооб­
ществ, вашингтонское руководство изыскало необхо­
димое финансирование, что приблизило нас к успеху.
В 2000 г. президент С Ш А Билл Клинтон предложил,
а конгресс одобрил принятие федеральной програм­
мы «Н ациональная нанотехнологическая инициати­
ва» (ННИ, NNI) с объемом финансирования в миллиар­
ды долларов.
Казалось, что обещанная нанотехнологическая ре­
волюция приближается с огромной скоростью. Но это
впечатление создалось только у тех, кто понаслышке
знал о реальных разработках и был плохо знаком с тех­

34

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

нической стороной дела. Никто не знал, что нас ждет
дальше. Даже после завершения событий я обнаружил,
что очень немногие осознали, что же на самом деле про­
изошло.
На переломе: обещанный и преданный
образ будущего

Какие обязательства взяли на себя участники НИИ перед
конгрессом С Ш А и обществом? В двух словах, создатели
программы предложили поддержать исследования в об­
ласти атомарно точного производства или во всяком
случае чего-то очень на это похожего. Именно на это
Конгресс и выделил средства. В свете последующих со­
бытий—нигде не афишировавшегося отказа ННИ от по­
ставленной перед ее участниками цели —было бы важно
напомнить, что собственно произошло. Тем более что,
как мне представляется, многие факты потихоньку ис­
чезли в «дыре памяти».
В 1999 г. архитекторы ННИ опубликовали глянце­
вую «брошюру для населения», под названием «Н ано­
технологии: формирование мира атом за атомом». Она
открывалась вопросом: «Что если бы мы научились со­
здавать вещи так, как их творит природа —атом за ато­
мом и молекула за молекулой?» После этого следовало
описание будущих чудес, которые сулят нам атомар­
но точные нанотехнологии. Эта довольно длинная де­
кларация, основным содержанием которой стал ж е­
лаемый образ близкого будущего, была выпущена под
эгидой Межведомственной рабочей группы по нано­
наукам, инженерии и технологии совместно с государ­
ственным Национальным советом по науке и технике
(Н СН Т, NSTC).

Затем, уже в июле 2 0 0 0 г., Рабочая группа и Н СН Т
выпустили более официальный документ, озаглавлен­
ный «Н ациональная нанотехнологическая инициа­
тива: первые шаги и план по ее осуществлению», пе­
реданный через Белый дом членам Конгресса. План
315

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

по осуществлению определял суть нанотехнологии как
«возможность работать на молекулярном уровне, атом
за атомом, и создавать крупные структуры с фундамен­
тально новой молекулярной организацией». Далее го­
ворилось об «установлении контроля над структурами
и устройствами атомарного, молекулярного и надмоле­
кулярного уровней и приобретению знаний об эффек­
тивном производстве и использовании этих устройств»,
об «устройствах атомарного/молекулярного размера»,
а также о «природных наномашинах», способных осу­
ществлять атомарно точную фабрикацию.
Это было достаточно четкое и ясное видение буду­
щего.
На этой основе Конгресс принял решение о выде­
лении средств, необходимых для осуществления Н а­
циональной нанотехнологической инициативы, ясно
и четко сформулировав поручение о проведении иссле­
дований, посвященных атомарно точной сборке. В раз­
деле закона, озаглавленного «Определения», утвержда­
лось, что «термин „нанотехногогии“ означает науку
и технологии, которые будут позволять изучать, из­
мерять, манипулировать и осуществлять производство
на атомарном, молекулярном и надмолекулярном уров­
нях» (отметим, что понятие «надмолекулярный» отно­
сится к молекулярной самосборке как части естествен­
ного пути в направлении инженерии атомарно точных
молекулярных систем).
В этих документах описывались текущие задачи ис­
следований в сфере АТП, сначала обещанные, а затем
профинансированные. Я не участвовал в консультаци­
ях, но в целом поддерживаю принятые решения.

Затем произошло поразительное событие, не имев­
шее параллелей. Как если бы НАСА получило поддерж­
ку идеи космических полетов, а затем сделало «поворот
кругом», обещая покорение человеком Луны, но без ис­
пользования ракетной техники.
Располагая необходимым финансированием и нахо­
дясь в условиях, когда к власти пришла новая админи316

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

с грация, архитекторы, превратившиеся во влиятельных
руководителей, «вычистили» из планов ННИ все упоми­
нания об атомах или молекулах в связи с производством
и дали новое определение «нанотехнологий», включив
и него все достаточно малые объекты. В нанотехноло­
гии вошли все крошечные частицы, а все, что было свя­
зано с атомарной точностью было изгнано. Продолжая
рассказ, вновь обратимся к официальным документам.
В Конгрессе был разработан законопроект, опреде­
лявший нанотехнологии как область, «в которой управ­
ление материей осуществляется на атомарном уровне
(то есть атом за атомом или молекула за молекулой)»,4
вторя обещанию о «способности к работе на молекуляр­
ном уровне, атом за атомом». Однако через некоторое
время ННИ объявил об изменении повестки исследова­
ний, удалив сущность нанотехнологии и переопреде­
лив область как:
Нанотехнологии означают достижение понимания
и установление контроля над веществом в диапазо­
не масштабов от около 1 до ю о нанометров... На этом
уровне физические, химические и биологические
свойства материалов фундаментально и значимо от­
личаются от свойств отдельных атомов и молекул.

Другими словами, ННИ определяла принадлежность
к нанотехнологии исключительно в зависимости от раз­
мера. При этом понятия «атомы» и «молекулы» не про­
сто не использовались, но противопоставлялись «на­
нотехнологическим объектам». Для того чтобы вы
осознали, насколько сильно изменились первоначаль­
ные планы, перечислим категории, о которых в новом
документе больше не упоминалось.

4

З начи тельно позж е, в 20 0 8 г. на рассм отр ен ие К он гресса был
внесен зако н оп ро ект, в котором поняти я «ато м ар н ы й , м о ­
лек уля рн ы й и н ад м о лекуляр н ы й ур о в н и » были заменены
«н ан ор азм ерн ы м ».

317

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

В 2000 г. в принятом НСНТ Плане по осуществлению
Н Н И в объяснениях видения атомарно точной нанотех­
нологии количество упоминаний атомов превышало
сотню. В последующем документе, принятом в 2004 г.
Стратегическом плане Национальной нанотехнологической
инициативы, содержалось лишь три упоминания атомов,

из них в основном тексте —всего одно.
В сопроводительном письме советник президен­
та по науке Нил Лейн описывает нанотехнологии как
«сборку материалов и компонентов атом за атомом или
молекула за молекулой».
Но в основном тексте единственное упоминание
об атомах содержится в приведенном выше определе­
нии, согласно которому атомы и молекулы находятся
за рамками новой нанотехнологии.
И наконец, атомы вновь появляются в библиографи­
ческом списке, в котором цитируются давние обещания:
Nanotechnology: Shaping the World Atom by Atom («Нанотех­
нология: формирование мира атом за атомом»). В то же
время «наноразмерность» упоминается шестьдесят раз,
а определение сущности нанотехнологии бесследно ис­
чезло из текста.
it

it

"к

Короче говоря, нанотехнологии теперь включали в себя
все, за исключением основы былых обещаний, для вы­
полнения которых и были выделены государственные
средства. Прогресс в атомарно точной сборке непре­
рывно ускоряется, но только в молекулярных науках
в отсутствие сколько-нибудь значительной поддержки
со стороны ННИ и редко называется «нано».
Можем ли мы сказать, что ННИ финансирует дей­
ствительно важные исследования? Да, конечно! С п о ­
собствуют ли некоторые из этих исследований разработ­
ке передовых АТ-технологий? Да, конечно! Расширение
нанотехнологии и включение в нее большего количе­
ства областей исследований несет с собой множество
преимуществ. Проблема ННИ состоит не во включе­
318

НА

ПУТИ

В

БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

нии, а в исключении — не в поддержке широкого круга
исследований, но в узурпировании и отказе от рассмо­
трения самой основы нанотехнологий, в отказе от разпития «способностей к работе на молекулярном уров­
не, атом за атомом».
Изменение такой величины, игнорирование самой
основы исследований в документе, определяющем феде­
ральное планирование, не является ни случайным упу­
щением, ни игрой слов. Отправка концепции атомарно
точной фабрикации в «дыру памяти» была лишь одним
из этапов грязной научной войны, в которой на сторо­
не ННИ, распределявшей миллиарды долларов, была за­
действована тяжелая артиллерия.
На пути к принятию программы, предусматривав­
шей финансирование на миллиард долларов, случилось
что-то странное,—но что? Давайте отмотаем запись на­
зад, в те дни, когда до выделения средств для ННИ оста­
валось совсем чуть-чуть. Однако принятие необходимо­
го решения оказалось под угрозой.
Паника и финансирование в яооо г.

Отказ руководства ННИ от своей миссии мог произой­
ти только в результате некоего внутреннего переворо­
та, выходившего за рамки обычной политики. Я могу
предложить не более чем частичное объяснение этого
внезапного поворота. Мне представляется, что ключом
к разгадке является последовательность событий, про­
исходивших в середине 2000 г. Их основная причина —
конфликт спирально развивавшихся фантазий 1990-х гг.
В январе 2000 г. президент С Ш А Билл Клинтон высту­
пил с предложением о создании общенациональной про­
граммы по осуществлению исследований в области нано­
технологий. Затем в апреле 2000 г. Билл Джой из кор­
порации Sun Microsystems опубликовал в журнале Wired
статью о технологиях будущего. Это было содержатель­
ное эссе, автор которого рассматривал широкий круг во­
просов технологического развития (впоследствии оно
319

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

было «разобрано на цитаты»). По мнению Билла Джоя,
испытывавшего тревогу относительно будущего робото­
техники, генной инженерии и нанотехнологий, исследо­
вания и технологическое развитие в каждой из этих об­
ластей могли, в той или иной форме, привести к выми­
ранию человеческого рода. По словам автора, его точка
зрения на нанотехнологии сформировалась под влияни­
ем моих «Машин создания», и он выступал за запрет на
исследования в области нанотехнологий. Вслед за стать­
ей Билла Джоя последовала шумиха в прессе и телевизи­
онные интервью, вызвавшие немалый общественный ре­
зонанс, поставивший под угрозу планы политиков.
Решение о том, чтобы одобрить предложение о созда­
нии ННИ или отвергнуть его, должен был принять Кон­
гресс. Сегодня легко представить себе, что охватившие
общественность страхи могли, подобно снежному кому,
вызвать лавину, которая унесла бы с собой всех сторон­
ников нанотехнологий, навсегда лишив их «приза».
Между тем руководители, выступавшие за разви­
тие нанотехнологий, поддерживали любые проявления
веры в то, что технологии производства АТП-уровня то­
ждественны наножучкам, что они представляют собой
не более чем заведомо ложные обещания и абсурдные
угрозы. Все выглядело так, как будто лидеры рассма­
тривают всю совокупность этих идей как одну фаталь­
ную ошибку. В этой мифологии было запятнано и мое
имя, а теперь Билл Джой по неосторожности снова под­
ставил меня под удар.
Обратившись к официальным документам, мы мо­
жем получить представление о настроениях, царивших
в узком кругу руководства. В докладе об итогах сен­
тябрьского рабочего совещания, фактический пресс-секретарь по научным вопросам Ричард Смолли5 указал
на то, что рассматривалось руководством как угроза:
5. В 1996 г. он вместе с коллегами был удостоен Нобелевской премии
за откры тие фуллерена — прекрасной в своей симм етрии м о ­
лекуле, спонтанно образующ ейся, напри мер, в пламени свечи.

320

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШ ЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

Основные страхи связаны с возможностью создания
новой формы жизни, самовоспроизводящихся наноразмерных роботов, «нанороботов»... Они открывают
простор для фантазий и ночных кошмаров в популяр­
ной концепции нанотехнологии... Мы не должны
позволить этим расплывчатым ночным кошмарам
отпугнуть нас от нанотехнологии... Н Н И обязана дви­
гаться вперед.

Другими словами, шумиха связанная с нанороботизированными жучками, финансированием, страхами и поли­
тикой не имела под собой ни малейших реальных осно­
ваний; в 2001 г. на страницах журнала Scientific American
Р. Смолли открыто приравнял АТП в самом общем смыс­
ле к полчищам опасных нанороботов (разумных и гото­
вых к преступному сговору, никак не меньше). Примерно
в то же время, выступая на слушаниях в конгрессе и в дру­
гих своих заявлениях, Смолли характеризовал атомарно
точную сборку то как существенно важную, то как невоз­
можную в принципе. Оценка моей роли колебалась вме­
сте с генеральной линией. Смолли говорил обо мне и как
о человеке, познакомившем его с нанотехнологиями и за­
разившем его своим энтузиазмом, и как о невежде, гото­
вом к безрассудным действиям, обвиняя меня в запуги­
вании «наших детей» сказками об ужасных нанороботах,
которых он объявил моим изобретением. (Впоследствии
Смолли выступил с критикой и учения Ч. Дарвина.)
Мы видим, что хаотически распространявшаяся па­
ника могла привести к поспешным действиям, а также
выступлению руководства ННИ против идей, воспри­
нимаемых как угроза, хотя реальные события выходят
за рамки этого сценария. Руководство сначала положи­
тельно восприняло идею атомарно точной фабрикации,
добилось ее одобрения конгрессом и финансирования
программы, а затем тихо «вычистило» из официальных
документов любые упоминания об атомарной точности.
Если бы не документы, мне было бы очень трудно по­
верить в возможность подобных действий. Мне очень
трудно объяснить их даже в ретроспективе.
321

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Усмирение

Скорее всего, резкий поворот, отраженный в офици­
альных документах, был обусловлен скрытым тихим,
но сильным давлением. Последнее привело к форми­
рованию в рамках нанотехнологических исследований,
осуществлявшихся под эгидой ННИ, своего рода пар­
тийной линии.
Например, в конце 1990-х гг. в принадлежавшем НАСА
Исследовательском центре Эймса осуществлялась от­
носительно небольшая, но очень успешная программа
по молекулярному производству (синонимом которо­
го является АТП ). Она предусматривала финансирова­
ние привлеченных исследователей из Калифорнийского
технологического института и Окриджской националь­
ной лаборатории, которым было поручено компьютер­
ное моделирование инженерных разработок наномеха­
низмов. Принятие ННИ привело к закрытию этой про­
граммы (ее консультантами были многие мои коллеги).
Как межведомственная программа, ННИ оказа­
ла влияние на деятельность различных организаций
и учреждений федерального правительства (не толь­
ко НАСА). Тем самым нам приходится рассматривать
ее как единственную «точку сбоя», как институт, ответ­
ственный за утрату С Ш А лидирующих позиций в нано­
технологиях. Руководителям, которые несут полную от­
ветственность за финансирование (и отказ в выделении
денежных средств) исследований, не с руки комменти­
ровать отсутствие платья на своем короле. Для установ­
ления самоцензуры вполне достаточно понимания того,
что твоя карьера может оказаться под угрозой. На ор­
бите ННИ и в условиях быстрой поляризации взглядов,
карьерный риск был вполне реальным и не мог не по­
влиять на качество дискуссий.
«Машины» стали источником вдохновения для мно­
гих интересующихся нанотехнологиями исследовате­
лей (не только Смолли). Некоторые из них начали де­
лать карьеру в нанотехнологиях еще в то время, когда
322

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШ ЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

и этой области царило правильное вйдение будущего.
Но, оказавшись под давлением, они уже не могли гово­
рить ничего против или обсуждать, изучать, формули­
ровать или продолжать исследования вне согласован­
ных исследовательских программ.
Стоимость альтернатив была огромной. Схемы фи­
нансирования были искажены. Что еще более важно,
люди, считавшие себя экспертами в нанотехнологиях,
укрепились в своих заблуждениях, которые затем нача­
ли распространять все шире.
Развитие событий в СШ А отрицательно отразилось
на исследованиях в области нанотехнологий, осущ ест­
влявшихся в други х странах мира. Зарубежные руково­
дители науки, естественно, были уверены в том, что ННИ
была одной из самы х передовых научных программ,
финансирование и осущ ествление которой направле­
но на достижение декларированны х целей. В други х
странах цель, заключавшаяся в присоединении к гло­
бальным усилиям, направленным на разработку чего-то
подобного технологиям АТП-уровня, естественным об­
разом была преобразована в п оддерж ку внутренних
исследований, примером для которых служила ННИ.
Принять какое-либо иное решение было бы довольно
трудно. П оэтом у исследования в зарубежных странах
характеризовались такой же, как в СШ А (хотя и не та­
кой ядовитой), динамикой двусмысленности, шумной
рекламы и финансирования, а также схожей конф игу­
рацией умов и интересов.
Наибольший ущерб, однако, был нанесен самим США.

Сегодня финансирование исследований в сфере нано­
технологий осуществляется СШ А, Европой и Китаем
примерно в равном объеме. Однако что это означает
на практике, не слишком понятно, в силу неопреде­
ленности самого понятия «нанотехнологий». Однако
наиболее четко понятно, что сильные стороны СШ А
в большинстве наиболее релевантных нанотехнологи­
ям областей были подорваны раной, которую страна на­
несла сама себе.
323

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Перечисленные выше проблемы, безусловно, явля­
ются временными. Силы противоборствующих сторон
постепенно истощаются, появляются новые лидеры, из­
меняются точки зрения и предпринимаются соответ­
ствующие действия. Даже в СШ А, по сравнению с про­
шлым, произошли значительные изменения.
Участвуя в деятельности нанотехнологического сооб­
щества за пределами СШ А, я нахожу его менее подвер­
женным ошибкам и неразберихе, более открытым к дис­
куссиям и с большим уважением относящимся к фактам.
Со временем, а также с учетом дистанции, измеряемой
географией, культурами, институтами и научными дис­
циплинами, синдром отрицания сходит на нет. Устра­
нению предвзятости в области нанотехнологий способ­
ствовали и независимые исследования.
На пути к выздоровлению:
исследование на федеральном уровне
и дорожная карта

В СШ А функцию независимого источника научной экс­
пертизы для федерального правительства выполняет
Национальная академия наук. В 2003 г. Палата пред­
ставителей конгресса приняла законопроект, в соответ­
ствии с которым на Национальную академию наук была
возложена ответственность за руководство исследова­
ниями в сфере молекулярного производства с целью
«определения ключевых научных и технических барь­
еров... изучения текущего состояния технологического
развития... [и] текущей и планируемой исследователь­
ской деятельности». Соответствующие мероприятия
должны были осуществляться в рамках анализа резуль­
татов трехлетнего исполнения планов ННИ. После того
как палата представителей сделала этот запрос, одно­
му из связанных с ННИ руководителей удалось убедить
сенатора, входившего в согласительный комитет пала­
ты представителей и сената, в необходимости исключе­
ния соответствующего пункта из закона. В то же время
324

НА

ПУТИ

В БУДУЩЕЕ

ПРОИЗОШ ЛО

НЕЧТО

СТРАННОЕ

за Национальной академией наук сохранялось право
на расширение направлений исследований, которым
она и воспользовалась.
В опубликованном тремя годами позже докладе На­
циональной академии наук упоминается мой анализ,
результаты которого были представлены в Nanosystems:
Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation («На­
носистемы: молекулярная машинерия, производство
и расчеты»). Авторы академического доклада настаива­
ли на необходимости финансирования программы экс­
периментальных исследований для изучения перспек­
тив АТП-технологий и возможных путей их развития.
Сегодня те, кто хотел бы получить институциональное
подтверждение идей АТП, могут ссылаться на результа­
ты этого исследования6.
В 2005 г., по мере улучшения отношения обществен­
ности к нанотехнологиям, стали возможны дальней­
шие шаги в правильном направлении. По инициативе
Алекса Кавчака (вице-президента отделения биопро­
дуктов и наноструктурированных материалов Баттельского мемориального института) была организована
разработка дорожной карты с участием нескольких аме­
риканских национальных лабораторий под общим ру­
ководством Баттельского института. Я присоединился
к этому проекту как соруководитель. В его рамках две
сотни участников изучали направления исследований,
которые способствовали бы разработкам различных тех­
нологий АТП. Как рассказывал мне Алекс, в самом на­
чале проекта его потенциальные участники испытыва­
ли немалые опасения по поводу того, как он отразится
на их карьерах. Ближе к его окончанию эти страхи по­
чти полностью исчезли.
С течением времени репрессии прекратились, но я
уверен, что в ближайшие годы еще услышим их отзвуки.

6. Н и для кого не стало неожиданностью, что руководители ННИ никак
не откликнулис ь на содержавшиеся в докладе рекомендации.

325

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Наука, техника и возможность
Мы убедились, что основным составляющим, отсутствие
которого стало главным препятствием на пути к АТП,
был не научный прорыв, но прорыв в осознании ос­
новного предназначения и организации. Казалось, что
ННИ позволит заполнить этот пробел. Однако в дей­
ствительности эта программа стала тормозом вразви­
тии нанотехнологий. Она не позволила устранить ис­
ходную структурную проблему создания новой области
атомарно точной техники на фундаменте, построенном
благодаря научной культуре.
Сегодняшние возможности куда шире, чем раньше.
Достижения в таких областях, как структурные ДНКнанотехнологии и белковая инженерия, прогресс в мо­
лекулярных науках, обеспечили создание еще более
прочного фундамента для систематического инженер­
ного конструирования молекулярных систем. В по­
следнее десятилетие были созданы достаточно мощные
средства проектирования и строительства молекуляр­
ных компонентов.
Мы уже располагаем различными технологиями про­
изводства компонентов. Пришло время научиться со­
бирать из них более крупные продукты. Решение этих
задач в значительной степени зависит от организаци­
онной культуры.

Г Л А В А 14

Как ускорить прогресс

из предыдущих глав вы познакомились с
притчами об элефантологах и автомобилистах, двух
исследовательских сообществах, организация которых
основывалась на любознательности. Элефантологам
удалось получить согласованный результат, выразив­
шийся во все более глубоком понимании предмета ис­
следований; их научные описания основывались на из­
учении собственно слонов. Автомобилистам, напротив,
так и не удалось создать ничего похожего на самоход­
ную машину, так как движущей силой их исследований
была любознательность, а не стремление к проектиро­
ванию на системном уровне. Не имея согласованной
концепции проекта автомобиля, невозможно ни опре­
делить направление исследований, ни создать основу
для получения непротиворечивых результатов. Авто­
мобилисты разработали различные компоненты буду­
щей самоходной машины (колеса, передаточный ме­
ханизм, устройства, напоминающие двигатель, и тому
подобное). Но в большинстве своем компоненты не со­
ответствовали друг другу и не могли быть применены
для обеспечения движения и создания должным обра­
зом функционирующей системы. В частности, к числу
модных никогда не относились исследования тормоз­
ной системы. Более того, никто из ученых даже не за­
думался о необходимости дифференциальной передачи.
Мораль этих историй такова: независимо от того, на­
сколько наукоемким является проект, для получения
конкретных инженерных результатов необходима ко-

В

О ДНОЙ

327

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ординация усилий, в центре которой находились бы
конкретные инженерные цели и задачи. Независимо
от того, называют ли руководители проекта себя инже­
нерами или нет (и первоначально руководство может
быть рассредоточенным), основной вопрос заключается
в том, известно ли руководящему сообществу, как следу­
ет осуществлять координацию деятельности большого
количества групп для того, чтобы создать сначала ком­
плекс сочетающихся друг с другом технологий, а затем
и работоспособные системы.
Данное правило действует и в физике высоких энер­
гий с ее ускорителями стоимостью в миллиарды дол­
ларов, детекторами и системами обработки данных,
и в космонавтике с ее космическими кораблями и мар­
соходами стоимостью в миллиарды долларов. Оно же
распространяется и на исследование с бюджетом в де­
сять миллионов долларов, результатом которого стано­
вятся передовые системы секвенирования ДНК. Все эти
системы являются продуктами наукоемкой техники, по­
ставленной на службу науки.
В аналогичных целенаправленных усилиях, а также
предварительных разработках, направленных на повы­
шение их эффективности, нуждается современная инже­
нерия атомарно точных молекулярных систем. Назрело
время сделать этот следующий шаг. Мировое исследова­
тельское сообщество продвинулось далеко вперед по из­
бранному пути. Теперь необходимо направить усилия
на разработку комплексной системы сочетающихся друг
с другом технологий и компонентов.
Технологическая платформа такого типа — основа
для более эффективного и систематического инженер­
ного конструирования — способна обеспечить дости­
жение научных и практических целей. Если говорить
о перспективе, то наиболее важное ее практическое
приложение будет заключаться в создании систем на­
чального уровня для руководства молекулярной сбор­
кой следующего поколения, дополняющей самосборку
с мягким стереотактическим контролем.
328

КАК

УСКОРИТЬ

ПРОГРЕСС

Создание дорожной карты
Образцовую модель скоординированных исследований,
направленных на разработку передовых технологий,
предлагает нам полупроводниковая отрасль. Помимо
прочего, достижения инженеров отрасли позволяют
нам более глубоко осознать масштаб возможных резуль­
татов прилагаемых усилий, так как они являются ос­
новной движущей силой информационной революции,
одним из проявлений которой стало создание нанораз­
мерных цифровых информационных систем.
Ключом к успеху отрасли было создание дорожных
карт, путем которых не только осуществлялась коор­
динация исследований и разработок, но и, в частно­
сти, был реализован механизм подготовки взаимодо­
полняющих планов и обмена уверенностью в том, что
успех в реализации каждого из них по отдельности мо­
жет в итоге привести к вкладу в общее целое. Таким об­
разом, дорожные карты могут помочь решить пробле­
му координации планов.
Дорожная карта для закона Мура

Формализованный процесс разработки дорожных карт
с горизонтом планирования 15 лет способствует продви­
жению революционного закона Мура в электронике уже
несколько десятилетий. В результате этого совместно­
го усилия всех участников отрасли создан и постоянно
обновляется такой грандиозный документ, как «Между­
народная дорожная карта развития полупроводнико­
вой технологии» (International Technology Roadmap for
Semiconductors, ITRS).
Составление дорожной карты способствовало уско­
рению прогресса посредством координации усилий
и ограничения риска в процессе выполнения тех дей­
ствий, которые действительно необходимы.
Каждое поколение фотолитографии требовало вне­
329

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

дрения нового комплекса усовершенствованных и соче­
тающихся друг с другом технологий (источников света,
оптики, масок, степперов, резистов и множества дру­
гих операционных технологий). Для того чтобы уве­
ренно инвестировать средства в разработку источни­
ков света с наименьшей длиной волны (обладающих
адекватной апертурой и яркостью) в конкретный мо­
мент времени, нужно точно знать параметры будущего
рынка. В свою очередь, рынок будет существовать толь­
ко в том случае, если другие компании готовы постав­
лять сочетающиеся с новым источником света оптику,
маски, степперы и все остальное, и только тогда, когда
крупнейшие производители планируют создание про­
изводственных мощностей, использующих новое поко­
ление технологий.
Процесс ITRS способствует большей уверенности
и закреплению общих ожиданий в формальных пуб­
личных документах. Одновременно он открывает воз­
можность развития взаимных ожиданий участвующих
в процессе экспертов и корпораций.
Дорожная карта
для квантовых информационных систем

Дорожная карта по развитию науки и технологии в об­
ласти квантовой информации {Quantum Information Scien­
ce and Technology Roadmap , QISTR) — еще один пример
прокладки научного и технологического маршрута в об­
ласти, отличающейся неопределенностью с точки зре­
ния практического внедрения технологий. Участни­
ки ITRS могут быть уверены, что в ближайшее время
в отрасли будет безраздельно царить кремний. В отли­
чие от них, участникам QISTR приходится иметь дело
с целым рядом различных конкурирующих подходов:
квантовые биты, представленные состояниями (одним
или несколькими) атомов, удерживающихся внутри ло­
вушек в вакууме; спиновые состояния атомов в толще
кремния; ядерные спины жидкофазных молекул; или
330

КАК

УСКОРИТЬ

ПРОГРЕСС

фотоны в чистой фотонной системе. Они принципиаль­
но отличаются друг от друга с точки зрения масштаби­
руемости и технологичности, а также диапазона реали­
зуемых функций.
Поэтому документ Q ISTR должен быть более аб­
страктным, чем ITRS. Он с необходимостью сосредото­
чен не на метриках результатов, а на принятии «кри­
териев Ди Винченцо» (включая масштабируемость,
универсальность ключей, время декогерентизации
и соответствующие способы измерения входных и вы­
ходных состояний). По этим критериям оцениваются
основные функциональные возможности, которые впо­
следствии используются в рамках QISTR для сравнения
различных подходов и их потенциала выйти за преде­
лы непрактичных прототипов.
QISTR показывает как сообщество может исследовать
области, в которых имеется большое количество альтер­
натив, идентифицируя технологии, действительно об­
ладающие потенциалом исполнения той или иной роли
в функциональной системе, и отставляя в сторону бес­
перспективные. (Например, для демонстрации основ­
ных принципов использовались технические приемы
ядерного магнитного резонанса в жидкой фазе, но они
не могли быть масштабированы более чем на несколько
битов; поэтому они не проходят отбор в качестве осно­
вы для дальнейших разработок).
Разработка дорожной карты для А Т П

Разработка атомарно точных нанотехнологий — непре­
рывный процесс. Как упоминалось выше, первая по­
пытка прокладки технологического маршрута предпо­
лагала достижение целей системного уровня (проект
Баттельского мемориального института с участием не­
скольких американских национальных лабораторий).
В итоговом документе Productive Nanosystems: A Technolo­
gy Roadmap («Производительные наносистемы: техно­
логическая дорожная карта», PNTR) представлен обзор
331

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

путей, ведущих от современной атомарно точной сбор­
ки к атомарно точному производству. Процитируем ан­
нотацию:
Эта первоначальная дорожная карта отображает не­
большую часть огромной территории. Но даже огра­
ниченные по масштабу изыскания позволяют открыть
богатые плодородные земли. Более глубокая интегра­
ция знаний, содержащихся в журналах, базах данных
и человеческом разуме способна помочь нам соста­
вить более точную информативную карту. Решение
этой задачи должно быть приоритетным. Некоторые
исследовательские пути ведут в направлении обыч­
ных практических приложений, другие — к стратеги­
ческим целям, благодаря достижению которых от­
крываются самые широкие возможности, множество
новых путей и создаются новые области исследований
и разработок. Эти пути находились в центре внима­
ния тех, кто работал над дорожной картой. Они тре­
буют дальнейшего изучения.

План PNTR занимает промежуточное положение. По­
добно QISTR он направлен на изучение альтернативных
технологических комплексов. В то же время те, кто со­
ставлял QISTR, четко осознают общий характер рабо­
тоспособных систем. В этом смысле АТ-технологии на­
поминают полупроводниковые, хотя ITRS, в отличие
от PNTR, опирается на многолетний опыт, когда каж­
дое технологическое поколение становилось основой
для создания следующего. Дорожные карты эволюцио­
нируют вместе с технологиями, для которых они раз­
рабатываются.
Наукоемкая техника

Оптимальный способ сохранения равновесия организа­
ции и управления зависит от характера задач и природы
области исследований и разработок. В полупроводнико­
вых технологиях существует воронка, раскрывающая­
ся в сторону фундаментальных наук, сосредоточенных
332

КАК

УСКОРИТЬ

ПРОГРЕСС

па поиске новых явлений в новых материалах и процес(ах, и сужающаяся в строну целенаправленного реше­
ния проблем для систем, которые будут использоваться
н микросхемах следующего поколения, с четко сфор­
мулированными требованиями относительно разреше­
ния литографии, свойств подзатворного оксида и всего
остального. Широкая часть воронки, фундаментальные
исследования, определяют общее направление в сторо­
ну ее более узкого конца, где научные изыскания пренращаются в разработки и пошаговое улучшение про­
цесса производства.
Когда технология еще далека от стадии зрелости, да­
лека от выпуска успешных поколений продуктов, ее тре­
бования не могут быть полностью осознаны. На началь­
ном этапе развития технологии четко очерченной во­
ронки (как в случае полупроводниковой технологии)
не существует. Фундаментальная наука может быть раз­
вита сравнительно хорошо (как и широкий, образуемый
фундаментальными исследованиями конец формирую­
щейся воронки), но конечные цели все еще остаются до­
вольно расплывчатыми. Однако даже на ранних стади­
ях, когда основная деятельность будет (и должна) носить
наукоемкий характер (когда основной движущей силой
является любопытство), она может не иметь определен­
ных ориентиров направления; при этом деятельность
может быть тем или иным образом связана с критериями
и метриками перспективных инженерных приложений.
В наши дни на этой ранней стадии находится инже­
нерия молекулярных систем, испытывающая пробле­
мы с пониманием общего направления развития. Ее
прогрессу может помочь расширение общих знаний,
но скорость движения вперед будет определяться, пре­
жде всего, более глубоким пониманием возможных це­
лей и приобретением новых знаний о способах их до­
стижения. Инженерия молекулярных систем находится
на стадии развития. Вопрос заключается в том, как дей­
ствовать дальше, в каких направлениях и с какими ам­
бициями по отношению к достижению результатов.
333

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Путь , предстоящий инженерии
молекулярных систем

Причины необычности данного примера мы рассмо­
трели ранее. Открытые пути ведут к огромному воз­
награждению, к созданию классов физических систем,
выходящих далеко за пределы обычных горизонтов экс­
периментальных исследований. В то же время по цело­
му ряду технических причин задача изучения и анализа
более дальних целей является более легкой, чем задача
изучения и анализа первоочередных целей. Например,
пока у нас отсутствует техническая возможность внедре­
ния компонентов машин, основывающихся на жестких
ковалентных структурах, хотя задача их проектирова­
ния и моделирования с использованием стандартно­
го программного обеспечения вычислительной химии
полностью решена. Эта беспрецедентная ситуация тре­
бует применения методов исследовательской инжене­
рии ко всему спектру технологических уровней с целью
углубления понимания потенциальных путей и направ­
лений необходимых исследований.
Как уже отмечалось, в центре некоторых из этих наи­
более перспективных областей находятся макромолекулярные структуры, самосборка, а также проектирование
и моделирование на основе вычислительных методов.
Другие области исследований дополняют эту основ­
ную линию развития. Они включают в себя достиже­
ния из самых разных областей нанотехнологии в ее до­
статочно широком смысле, как это определено сейчас.
Некоторые из них являются атомарно точными, дру­
гие—нет.
Мы видели, что технологический континуум про­
стирается от чистой самосборки до стереотактических
методов, применяемых и к самосборке, и к слабо кон­
тролируемому позиционированию, включая в себя все
способы жесткого контроля над перемещениями, не­
обходимые для передового АТП. Этот градиент мето­
дов сборки и продуктов может быть пересечен посред334

КАК

УСКОРИТЬ

ПРОГРЕСС

I 1вом осуществления серии небольших успешных шагов.
Нельзя сказать, что дорога будет короткой, но мы спо­
собны пройти ее от начала и до конца.
Там, где развитие вызывает определенную тревогу,
основные трудности никак не связаны с техническими
проблемами. Важнейшую роль в данном случае играет
человеческий фактор: необходимо изменение предме­
та обсуждений, выработка общего понимания перспек­
тив и формирование исследовательской среды, спо­
собствующей установлению более информированного
и скоординированного фокуса инженерных задач.
★**
В приложении II мы пристальнее рассмотрим техноло­
гический градиент от современных лабораторных воз­
можностей к разработке технологий АТП-уровня. Мы
увидим, что несколько измерений поступательного раз­
вития естественным образом соответствую т друг д р у ­
гу, включая достиж ения в создании новых м атериа­
лов, устройств, систем и инструментов проектирования.
На предстающей перед нами картине мы увидим, какие
большие шаги могут быть осуществлены нами на пути,
образованном близко расположенными друг к другу сту­
пеньками.

Из этого обсуждения следует несколько общих вы­
водов. Один из них заключается в том, что многие ве­
дущие вперед дороги являются достаточно широкими
и на них остается множество неизведанных участков.
Например, несколько лет назад новые открытия в сфере
структурных ДНК-нанотехнологий неожиданно приве­
ли к появлению интереснейших и очень перспективных
возможностей. Кроме того, оказалось, что темпы общего
прогресса буду задаваться скоростью развития техниче­
ских приемов (физических и вычислительных), позво­
ляющих ускорить и повысить предсказуемость циклов
проектирования. И наконец, сокращение длительности
циклов проектирования означает, что темпы прогресса
могут ускориться настолько, что даже в случае высокой
335

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

А

h
U
0
1-2
Ы
г*

S

е[

О

л
л
S
О
си
С

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

р и с . 3.

Пути к созданию производства
и продуктов АТП-уровня

прозрачности исследовательских программ, некоторые
результаты способны будут застать врасплох весь мир.
В свете этой перспективы, оценка последствий, кото­
рые будет иметь внедрение передового АТП с точки зре­
ния глобальных проблем современности, отнюдь не яв­
ляется преждевременной. Имеются в виду, в частности,
последствия для таких неразрешимых сегодня проблем,
как климатические изменения. Я полагаю, что пришло
время рассмотреть возможные революционные послед­
ствия технологий АТП для общества, экономики и ме­
ждународных отношений. Мне представляется, что они
будут очень глубокими, и по мере приближения труд­
ностей для нас будет существенно важным правильное
понимание основных вариантов выбора, позволяющих
избежать ненужных рисков и управлять потенциально
катастрофическим успехом.
Если говорить о дне сегодняшнем, то у нас нет ни ма­
лейших оснований рассматривать АТП как способ бы-

ззб

КАК

УСКОРИТЬ

ПРОГРЕСС

п рого решения насущных проблем. Но было бы в рав­
ной степени неразумно откладывать соответствующий
анализ в долгий ящик. Консервативная оценка должна
учитывать весь диапазон неопределенностей, включаю­
щий в себя и медленный, и быстрый прогресс.
Давайте вернемся к тому, что могут сказать нам о по­
тенциале АТП современная физика и техника, если рас­
сматривать их ответы через линзы человеческих потреб­
ностей и желаний.

Часть VT

Будущие перспективы
*5

ГЛАВА 15

Преобразование
материальной основы
цивилизации

АКИМИ могут быть естественные практические
следствия использования материальных возмож­
ностей технологий АТП-уровня? Какое значение они
будут иметь для людей и Земли? Методы исследова­
тельской инженерии дают лишь частичное представле­
ние, но даже то понимание, что они нам дают, является
серьезным основанием для призыва к серьезному пере­
осмыслению перспектив XXI столетия. На практике та­
кое переосмысление должно начаться с малых шагов,
с попытки найти ответы на ключевые вопросы (потен­
циал технологий, время их доступности, ограничения
и различные варианты стратегии). Затем, в зависимости
от полученных ответов, мы попытаемся минимизиро­
вать наши риски: интеллектуальные, технологические,
финансовые, политические и так далее.
Как отмечалось в главе и, основные материальные
возможности включают в себя недорогое производство
высококачественных материалов и, в дальнейшем, ком­
понентов продуктов самого разнообразного типа: более
прочные и легкие структуры, более совершенные двига­
тели, более безопасные, более экологичные, более про­
изводительные компьютеры. Преимущества атомарной
точности, безусловно, распространяются и на медици­
ну, в которой молекулярные взаимодействия имеют ре­
шающее значение.

К

341

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

С точки зрения технологий решающую роль игра­
ют издержки. Поэтому до тех пор, пока затраты не до­
стигнут приемлемого уровня, самые высокопроизводи­
тельные технологии будут оставаться лабораторными
диковинками. Но в случае производственных техноло­
гий АТП-уровня, высокая производительность являет­
ся практически синонимом производства с низкими из­
держками. Технологии, предлагающие более высокую
по сравнению с наилучшей производительность вместе
с более низкой, чем наинизшая себестоимость, представ­
ляют собой редкий феномен взрывной технологии. Это
как раз то, что АТП должно нам дать, и отнюдь не толь­
ко в каком-то одном секторе промышленности.
Эти общие характеристики результатов использова­
ния технологий уровня АТП и издержек-“ с учетом того,
что мы ни словом не обмолвились о связанных с ними
принципиально новых возможностях,-“ повлекут за со­
бой далеко идущие изменения. В рамках этой главы бу­
дут перечислены лишь некоторые самые естественные
последствия применения АТП в нескольких наиболее
важных сферах. В соответствии с духом исследователь­
ской инженерии, цель предлагаемых описаний заклю­
чается в том, чтобы представить не наилучшие в тех­
нологическом смысле возможности, а низшую границу
использования высокопроизводительных технологий,
чтобы оценить ожидаемый интервал гарантированно
достижимой производительности.

Несколько слов
о потребительских продуктах
Использование технологий АТП-уровня позволит рас­
ширить диапазон доступных нам продуктов для вожде­
ния, ношения или занятия спортом: удобства, развлека­
тельные системы и широкий спектр товаров широкого
потребления. Читатель легко увидит результаты приме­
нения новых технологий производства в потребитель­
342

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

М АТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

ской сфере: они начинаются со значительного снижения
себестоимости и включают в себя набор технологических
решений, как улучшенных, так и совершенно новых.
Во многих случаях они будут оказывать неожидан­
ные по своей природе и последствиям воздействия. На­
пример, никто не мог предсказать, какую роль сыгра­
ет появление и широкое распространение автомобилей
н изменении структуры городов и повседневной жизни
их жителей. Точно так же никто не предвидел появле­
ния современного Интернета и его превращения в не­
отъемлемую часть повседневного человеческого опыта.
Размышления на эту тему имеют ценность только тогда,
когда они воспринимаются с достаточной долей скепти­
цизма, и в нашем случае они выходят за рамки анализа.
Потребительские товары являются неотъемлемой ча­
стью нашей жизни; в то же время они не образуют ее
фундаментальный физический базис. Именно на этом
глубинном уровне можно ожидать изменение основ­
ных движущих сил, причем с достаточно большой уве­
ренностью.

Преобразование
средств производства
Для того чтобы более глубоко осознать последствия
грядущей трансформации, было бы полезно рассмо­
треть отличия АТП от современных промышленных
технологий. Как мы уже видели, источником основ­
ных отличий являются два основных свойства техноло­
гий АТП-уровня: наноразмерные компоненты и атомар­
ная точность процессов и продуктов. С точки зрения
перспектив практического применения АТП они опре­
деляют ряд ключевых следствий.
Во-первых, наноразмерность открывает возможность
кардинального повышения продуктивности, что являет­
ся следствием законов механического масштабирования.
Кроме того, небольшие универсальные и высокопроиз­
343

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

водительные машины способны схлопнуть глобальные
технологические процессы до всего лишь нескольких
стадий, включающих в себя этап получения очищенных
исходных материалов из сырья, этап производства стан­
дартных микроблоков из исходных материалов и этап
сборки микроблоков в продукты, выполняющие совер­
шенно разные функции: солнечных батарей и косми­
ческих кораблей, автомобильных двигателей и бетона,
компьютеров и медицинских инструментов. Малое чис­
ло стадий и гибкость производства дают возможность
коренной децентрализации промышленности.
Во-вторых, атомарная точность начинается с запасов
низкомолекулярного промышленного сырья, атомарно
точного по самой своей природе и в большинстве слу­
чаев доступного по низкой цене в расчете за килограмм.
Последовательность шагов атомарно точной обработ­
ки обеспечивает точный контроль структуры материа­
лов и компонентов, позволяя получать продукты с ха­
рактеристиками, превосходящими свойства обычных
аналогов в ю - i ооо ооо раз. Поскольку атомарно точ­
ное производство контролирует как конечные, так и по­
бочные продукты, АТП-системы не станут источником
опасных выбросов.
И промышленность, и АТП производят материаль­
ные продукты, но их сравнение приводит к выводу
о кардинальных отличиях. Как мы видели, информа­
ционная революция предлагает альтернативную модель.
Производство атомарных структур с использованием
технологий, основывающихся на АТП, во многом напо­
минает создание последовательностей битов с помощью
информационных технологий. Быстрое производство,
основывающееся на многозадачных, масштабируемых
платформах; независимость от протяженных, специа­
лизированных цепочек поставок; потенциал радикаль­
ной децентрализации; важнейшая роль программного
обеспечения и получаемых в режиме реального време­
ни данных; новые продукты, не требующие значитель­
ных капиталовложений; низкие предельные издержки
344

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

производства и дистрибуции; потенциал быстрого гло­
бального распространения новых продуктов — все эти
свойства объединяют АТП и информационные техноло­
гии. И этим они резко отличаются от характеристик со­
временной промышленности.

Преобразование
информационных технологий
Внедрение производства, основывающегося на АТП,
придаст новый импульс информационной революции.
На физическом уровне информационных технологий,
на котором быстрые изменения приобрели уже рутин­
ный характер, атомарно точное производство способно
ускорить уже наблюдаемые тенденции, способствуя их
дальнейшему (и, вероятно, более быстрому) развитию,
выходящему за прогнозируемые пределы.
Современные компьютеры, телекоммуникации, сен­
соры, дисплеи и все, что дают нашей повседневной жиз­
ни, экономике и обществу, стало возможным благодаря
продолжающейся в соответствии с законом Мура произ­
водственной революции. Экспоненциальный рост при­
вел к тому, что одна современная микросхема превосхо­
дит по производительности устройства, которые десять
лет назад называли суперкомпьютерами.
Но экспоненциальный прогресс не может продол­
жаться бесконечно, и предел современных технологий
производства полупроводниковых микросхем уже ви­
ден. Начиная с 1970-х гг., размеры транзисторов умень­
шились примерно с десяти тысяч диаметров атома
до десяти его диаметров, хотя изначально они создава­
лись с использованием методов, по определению не по­
зволявших добиться атомарной точности. Техноло­
гии АТП-уровня открывают возможность продвинуться
гораздо дальше, но как далеко —будет зависеть от успе­
хов других технологий, которые постоянно совершен­
ствуются. Скорее всего, специализированные техноло­
345

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

гические процессы АТ-производства позволят создавать
гибридные микросхемы, что сгладит процесс перехода.

Оценить возможные улучшения в сравнении с со­
временными технологиями гораздо проще. Мы можем
ожидать сокращения потребления энергии (по сравне­
нию с наиболее экономичными современными про­
цессорами сопоставимой вычислительной мощности)
с милливатт до нановатт и уменьшения размеров про­
цессора с миллиметров до микрометров, что в пересчете
на объем дает фактор в один миллиард. Рост производи­
тельности одноядерных процессоров зависит от роста
тактовой частоты. Фундаментальные физические огра­
ничения позволяют предположить, что остающийся
в запасе потенциал повышения тактовой частоты бу­
дет меньшим, чем тот, свидетелями которого мы были
в процессе эволюции транзисторных устройств.
Стоимость телекоммуникаций снизились в еще боль­
шей степени, чем затраты на вычисления. Современные
технологии позволяют передавать терабиты информа­
ции по волоконно-оптическому кабелю диаметром не­
сколько десятков микронов каждую секунду. Вместе с бы­
стрым ростом мощностей волоконно-оптических сетей,
активно развивается и беспроводная связь. В настоящее
время (2012 г.) беспроводной доступ в Интернет (WiFi)
позволяет передавать десятки мегабит в секунду и от­
расль планирует увеличить мощность устройств не ме­
нее, чем в юо раз. При этом до физических пределов ско­
рости передачи данных пока еще довольно далеко.
И вновь технологии АТП-уровня, вероятно, будут
способствовать увеличению мощностей и снижению из­
держек. В расчете на единицу массы, важнейшая элек­
тронная начинка современных телекоммуникационных
систем стоит более $юоо за килограмм, что оставля­
ет пространство для сокращения издержек в тысячи
раз. Повышение производительности оценить труднее,
но и оно, вероятно, будет значительным.
Цифровые информационные системы взаимодей­
ствуют с миром посредством датчиков, дисплеев и кон346

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

I рольных сигналов. Что касается сенсоров, лаборатор­
ных устройств и высококлассных коммерческих систем,
то они уже нащупали нижний предел того, чего можно
ожидать. Например, чувствительность цифровых ка­
мер уже приближается к квантовому пределу и работе
и режиме счета фотонов. Химические сенсоры способ­
ны распознавать единичные молекулы. Можно ожидать,
что вскоре будут созданы быстрые устройства для счи­
тывания ДНК с себестоимостью получения информации,
близкой к нулю. Что касается дисплеев, то уже существу­
ет множество устройств, испускающих свет и изменяю­
щих отражательную способность, достигших по показа­
телю разрешения пределов человеческого восприятия.
Области усовершенствований включают в себя носи­
мые устройства и трехмерные изображения, сравни­
мые по качеству с видом за окном. Но если мы говорим
об управлении механизмами, то наиболее впечатляю­
щих достижений следует ожидать не в сфере контрол­
леров, а среди самих устройств.
Если собрать все элементы мозаики вместе, то воз­
можные направления применения информационных
технологий, позволяющих использовать АТП, включают
в себя воплощение самых совершенных форм того, что
можно вообразить — повсеместных вычислений, сетей,
информационные сервисов и наблюдения. В какой сте­
пени этот потенциал будет реализован, нам еще пред­
стоит увидеть. Но будет лучше, если вместо пассивного
наблюдения мы примем участие в оценке, обсуждении,
переговорах, законотворчестве и реализации.

Преобразование инфраструктуры
Промышленное оборудование

Естественным результатом внедрения атомарно-точного производства в широкий круг отраслей станет сокра­
щение капитальных затрат на закупку и эксплуатацию
промышленных систем, включая крановое и транспор­
347

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

тировочное оборудование, производственные мощности
и такие коммунальные услуги, как вода и электроэнер­
гия. Позже мы уделим внимание коммунальным услу­
гам, но сначала рассмотрим такие базовые отрасли, как
строительство и транспорт.
Строительство
Технологии АТП-уровня позволят улучш ить эксплуата­
ционные характеристики используемых в строительстве
материалов, структур и ф ункциональных компонентов,
при одноврем енном снижении стои м ости их произ­
водства и применения. Поскольку стоимость в расчете
на килограмм веса большинства применяемых в строи­
тельстве структурны х материалов (например, бетона)
и так невелики, эффект снижения себестоимости, ско­
рее всего, будет скромным и в конечном итоге будет за­
висеть от обстоятельств применения АТП. Н апротив,
в сфере функциональных материалов открывается ш и­
рокий простор для возможных усовершенствований.

Например, вакуумные аэрогели (пока еще доволь­
но дорогие и хрупкие) способны вытеснить широко ис­
пользуемое в строительстве в качестве изолирующе­
го материала стекловолокно, обеспечивая такую же
теплоизоляцию при десятикратно меньшей толщине.
Изоляционные материалы, производимые по новым
технологиям, будут обладать такими же или лучши­
ми свойствами, но при этом будут более разнообразны
и дешевы. В области технологий обогрева или охлажде­
ния ожидать больших прорывов не приходится, так как
в обоих случаях уже почти достигнут термодинамиче­
ский предел эффективности, но, опять же, продукты,
превосходящие по своим свойствам самые лучшие об­
разцы современности, могут быть произведены гораздо
дешевле и поэтому получат более широкое распростра­
нение. Так, тепловые насосы и воздухо-воздушные теп­
лообменники позволяют экономить энергию, но их се­
годняшняя стоимость ограничивает их использование.
348

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

Значительную часть затрат на строительство состав­
ляет стоимость сборки различных конструкций. Суще­
ственные улучшения могут быть достигнуты благодаря
производству недорогих, сборных, но очень точно подо­
гнанных друг к другу сегментов крупных структур —лег­
ковесных, свободно транспортируемых и собираемых.
Транспорт

Меньшая себестоимость производства, более прочные
и легкие материалы, двигатели с большей удельной
мощностью и эффективностью, безотходные источни­
ки энергии — все это позволит добиться снижения из­
держек транспортировки, включая воздействие на при­
родную среду.
В наибольшей степени преимущества проявятся там,
где издержки являются очень высокими, а эксплуата­
ционные характеристики имеют решающее значение.
К таким областям принадлежит авиакосмическая сфера
в целом и космических систем в частности. В наши дни
стоимость выхода в космос почти не зависит от энер­
гетических требований (что удивительно), и едва ли
не полностью определяется издержками, массой и на­
дежностью космических аппаратов. Несколько десяти­
летий назад стоимость космических полетов стала не­
преодолимым барьером на пути к осуществлению мечты
о внеземных поселениях, но со временем этот барьер
должен пасть.

Преобразование сферы энергетики,
ресурсной области и сельского хозяйства
На промышленное оборудование, строительство и
транспорт приходится значительная доля современ­
ной экономики. Изменение материальной основы этих
сфер будет иметь самые широкие последствия, включая
изменения в структуре спроса и предложения ресурсов.
349

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Энергия

Если посмотреть на спрос, то технологии АТП-уровня
приведут к повышению эффективности (в некоторых
случаях весьма значительному) потребления энергии
в самых различных областях. Рост эффективности пре­
образования энергии, уменьшение массы автомобилей,
улучшение теплоизоляции и энергосберегающее осве­
щение—вот только некоторые из примеров. В сфере на­
земных и воздушных перевозок доступные усовершен­
ствования включают десятикратное уменьшение массы
транспортных средств и удвоение средней эффективно­
сти двигателя. Совокупность таких изменений приведет
к значительному снижению спроса, в то время как низ­
кие издержки производства откроют возможность бы­
строй замены и модернизации используемых систем.
Другие положительные моменты (снижение вредных
выбросов, повышение безопасности, увеличение произ­
водительности и так далее), скорее всего, будут способ­
ствовать ускорению замены существующих основных
производственных фондов.
Со стороны предложения усовершенствования тех­
нологий и снижение издержек открывают возможность
повсеместного и быстрого замещения и модерниза­
ции энергетической инфраструктуры. Энергетическая
отрасль является в высшей степени неоднородной,
но каждый ее сектор является капиталоемким; поэтому
снижение затрат на приобретение основных производ­
ственных фондов будет означать уменьшение издержек
на установку нового оборудования всех типов и будет
способствовать замещению основного капитала самы­
ми высокими в истории темпами.
В частности, усовершенствование технологий и сни­
жение издержек ускорит развитие солнечной энерге­
тики. Это означает, что современные тепловые элек­
тростанции, работающие на угле (в США их количество
достигает 2300), столкнутся с угрозой быстрого заме­
щения. В сочетании с эффективными и недорогими
350

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

технологиями взаимного преобразования электриче­
ской и химической энергии, построенными на базе АТП,
солнечная энергетика способна обеспечить и основную
электрическую нагрузку, и получение жидкого топлива
в глобальном масштабе. Как отмечалось в главе и, для
создания эффективных наноструктурированных тонко­
пленочных фотоэлементов могут использоваться широ­
ко распространенные на Земле элементы. Произведен­
ная с их помощью электроэнергия может храниться как
в виде привычного нам жидкого топлива, с последую­
щим преобразованием в электричество для использова­
ния в автомобилях или энергетической инфраструктуре.
Что касается вопросов мощности и эффекта, то для
удовлетворения текущего глобального спроса на энер­
гию (он оценивается примерно в 15 тераватт, включая
используемые для отопления дерево и компост), по­
требовалось бы около 0,2% площади земной суши, или
около 1% территории, используемой сегодня для выпа­
са скота и выращивания сельскохозяйственных куль­
тур. Большую часть необходимых мощностей могли бы
обеспечить панели солнечных батарей, изготавливае­
мые из жестких, износоустойчивых композитных мате­
риалов, которые могли бы размещаться на крышах до­
мов и дорогах.
Сырье
В производстве используются сегодня и будут приме­
няться и завтра самые разнообразные материалы в ка­
честве сырья. Данное обстоятельство затрудняет поиск
ответа на вопрос о том, как технологии АТП-уровня п о­
влияют на сырьевой спрос. В главе и мы изучали это от­
ношение и пришли к выводу, что внедрение АТП сп о­
собно привести к сокращению спроса на редкие ресурсы
двумя путями:

1. Создавая возможность использовать для осуще­
ствления общих функций более легкие решения
351

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

(архитектурные и механические структуры, элек­
трическую проводку, электронные системы и так
далее).
2. Создавая возможность применения широко рас­
пространенных элементов (прежде всего, водоро­
да, углерода, азота, кислорода, алюминия и крем­
ния) для замены редких материалов (меди, никеля,
кобальта, цинка, олова и других) в большинстве
решений, одновременно с увеличением их харак­
теристик.
Эти изменения способны значительно ослабить давле­
ние, оказываемое редкостью ценных ресурсов, во мно­
гом обуславливающее происходящий в наши дни рост
международной напряженности. В отношении материа­
лов, все еще пользующихся высоким спросом, повыше­
ние эксплуатационных характеристик промышленного
оборудования и снижение его стоимости может приве­
сти к сокращению затрат на добычу сырья, его очистку,
контроль над загрязнением природной среды и рекуль­
тивацию. (Заметим, что более ранние оценки издержек
атомарно точного производства основывались на уз­
ком понимании экономического контекста, игнориро­
вавшем перспективы снижения стоимости используе­
мых в производстве исходных материалов и энергии.)
Вода

Непрерывно нарастающая нехватка воды, используе­
мой для нужд людей и сельского хозяйства, является
одной из наиболее насущных глобальных проблем, усу­
губляемой ростом численности населения, ухудшением
состояния природной среды и климатическими изме­
нениями. Доступная энергия и низкая стоимость про­
дукции промышленного назначения могут непосред­
ственно повлиять на решение этой проблемы, так как
они способствовали бы уменьшению затрат на опресне­
ние морской воды и доставку пресной воды потребите­
352

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

лям. Атомарно точная сборка позволяет производить
специальные мембраны, способные пропускать толь­
ко молекулы воды, что открывает возможность созда­
ния высокопроизводительных систем обратного осмо­
са, применяемых для опреснения морской воды, и (что
имеет решающее значение) может снизить издержки
производства, очистки и вторичной переработки мем­
бран и других подверженных загрязнению поверхно­
стей.
Сельское хозяйство

На сельское хозяйство приходится более 8о% мирового
потребления запасов пресной воды. В результате проис­
ходит ее загрязнение связывая ресурсные и экологиче­
ские факторы с потенциалом усовершенствования ме­
тодов ведения аграрного производства.
На протяжении большей части X X столетия, темпы
производства зерновых культур опережали темпы роста
населения Земли, сравнявшись с ними в 1990-е,после
чего начали отставать, в то время как цены на продук­
ты питания начали расти, и в последнее время —стреми­
тельно. К тревогам относительно эффекта от изменений
климата и недостатка воды добавились страхи, вызван­
ные возможной нехваткой продовольствия. И вновь
производство, основанное на атомарно точных техно­
логиях, способно удовлетворить растущий спрос, со­
блюдая при этом строгие экологические правила.
Для увеличения производства продовольствия весь
мир традиционно использовал три основных метода:
расширение площадей обрабатываемых земель, при­
менение химических удобрений и повышение урожай­
ности сельскохозяйственных культур. Эффективность
каждого из этих методов со временем падает, поскольку
площадь новых плодородных земель уменьшается, эф­
фект от удобрений с каждым применением снижают­
ся, а потенциал выращивания более урожайных культур
ограничен температурными условиями, качеством поч­
353

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

вы и доступностью воды. Последнее ограничение при­
водит к тому, что в засушливые годы урожай может быть
сведен к минимуму или его вообще не удастся собрать.
Сельскохозяйственное производство в обособленных
закрытых местах (например, в теплицах) позволяет зна­
чительно увеличить и стабилизировать урожайность
выращиваемых культур, в значительной степени освобо­
ждая производителя от ограничений, связанных с тем­
пературой, почвой и водой. В сравнении с незащищен­
ной средой, где условия произрастания определяются
особенностями местоположения земель и климата, ис­
пользование контролируемой среды позволяет добить­
ся повышения продуктивности земли в ю и более раз.
Оптимизация условий роста требует использования
таких обособленных закрытых мест, в которых име­
лась бы возможность контроля над температурой (мест­
ный климат должен быть теплым, но ни в коем случае
не слишком жарким), влажностью (обычно высокой, но
не предельной), освещенностью (обычно свет должен
быть ярким, но рассеянным, а не прямым) и почвой,
в которой должно быть достаточно азота, фосфора и ка­
лия. Хорошо контролируемое обособленное закрытое
место позволяет не допустить проникновения вредите­
лей, избавляя от необходимости использования пести­
цидов, а также повторно перерабатывать азот и фосфор,
применяя полученную продукцию в качестве удобрений
и избегая загрязнения природной среды.
Важнейшим условием широкого распространения
контролируемого сельскохозяйственного производства
является доступность основных материальных фондов
в форме структурных компонентов для строительства
и обустройства обособленных закрытых мест —насосов,
труб и фильтров для повторной переработки воды, теп­
ловых насосов и теплоаккумуляторов и, наконец, источ­
ников энергии, необходимой для их работы.
Выгоды от расширения сельского хозяйства в «закры­
тых помещениях» будут включать в себя не только более
высокую урожайность на единицу площади, но и более
354

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

высокое качество продукции, отсутствие в ней пестици­
дов, увеличение продолжительности сезонов (во мно­
гих регионах урожай можно будет собирать круглого­
дично), избавление от ограничений по качеству земли,
доступности воды и защиты от засухи. С биосферной
перспективы потенциальные выгоды включают в себя
сокращение спроса на воду и снижение уровня ее загряз­
нения, а также удовлетворение человеческих потребно­
стей в пище при одновременном сокращении площади
сельскохозяйственных земель и ослаблением давления,
вызвавшего, например, вырубку лесов в бассейне Ама­
зонки. «Чистое» увеличение объема сельскохозяйствен­
ной продукции в ю раз изменило бы и человеческую
жизнь, и лицо планеты Земля.
Преобразование экологических факторов

Преобразование материальной основы цивилизации
способно привести к изменению антропогенного влия­
ния на Землю, и хочется верить —к лучшему. Несмотря
на то, что снижение издержек может вызвать усиление
урона, наносимого человечеством, я убежден, что бо­
лее чистые технологии, оказывающие меньшее воздей­
ствие на природную среду, позволят нам получить луч­
шие чистые результаты. Для этого необходимо лишь,
чтобы люди, которых волнует судьба Земли, не остав­
ляли своих стараний сделать ее лучше. Перспектива
значительного расширения производства и одновре­
менного сокращения воздействия на природу Земли
предлагает возможность разрешения некоторых из наи­
более острых конфликтов современности и создания но­
вой схемы сосуществования человеческой цивилизации
и остального мира.
Мы уже рассмотрели несколько способов снижения
влияния, которое человечество оказывает на природ­
ную среду, благодаря более экономному использова­
нию материалов и более простым методам производ­
ства без отходов, загрязняющих воздух, воду или землю.
355

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Сюда же следует добавить создание электроэнергети­
ческой инфраструктуры, основывающейся на преобра­
зовании солнечной энергии, приемники которой раз­
мещались бы в таких местах и в таких конфигурациях,
которые позволяли бы сократить не издержки, уже и без
того низкие, но влияние на экосистемы.
Полное изобилие будет способствовать достижению
самых разных целей, включая те, которые многим из нас
представляются несовместимыми друг с другом. Мы
должны анализировать этот феномен не как привычное
всем «больше» или изменения соотношения в знако­
мом всем балансе, а как смещение вверх кривой сбалан­
сированного набора параметров в целом, что означает
получение результатов, лучших с точки зрения цело­
го комплекса перспектив, включая те из них, которые
представляются несовместимыми друг с другом. Дан­
ное обстоятельство способно (и должно) привести к из­
менениям ряда политик.
Восстановление экологии

Материальные проблемы могут сделать экологическое
восстановление слишком дорогим или неэффективным.
Например, для устранения последствий открытых гор­
ных разработок, вероятно, потребуется перемещение
многих миллионов тонн скальных пород и земли. Из­
вестные в наши дни способы удаления из почвы ядови­
тых химических веществ и тяжелых металлов в одина­
ковой степени дороги и неэффективны. Следовательно,
все точки на кривой сбалансированного набора параме­
тров являются неудовлетворительными.
И вновь производство, основывающееся на АТП, сп о ­
собно обеспечить снижение издерж ек и повышение
эксплуатационны х характеристик необходимого обо­
рудования. Помимо этого, технологии АТП-уровня о т­
крывают новые возможности по улавливанию и извле­
чению ядовитых материалов из подземных вод и почвы
и решению более тонких проблем.

356

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

Обращение вспять воздействия
основной движущей силы климатических изменений

С помощью атомарно точного производства и продуктов
открывается возможность проектирования таких источ­
ников энергии и таких способов ее использования, угле­
родные выбросы которых близки к нулю. Например, раз­
личные виды углеводородного жидкого топлива могут
производиться из водорода, извлекаемого из воды, и уг­
лерода, получаемого при переработке углекислого газа.
В то же время обращение вспять воздействий прошлых
выбросов, потребовало бы широкомасштабной переработ­
ки атмосферного углекислого газа в количестве не менее
3 триллионов тонн. Представляется, что решение этой за­
дачи, в силу огромной потребности в энергии, окажется
не под силу промышленной цивилизации, которая и по­
родила проблему выбросов С 0 2 . Даже если углекислый
газ будет улавливаться с высокой эффективностью, объем
необходимой для этого энергии составит приблизительно
десятилетний объем всей мировой выработки1.
В то же время с точки зрения АТП эта проблема не яв­
ляется непреодолимым барьером. Технологии АТП-уров­
ня способны предложить термодинамически эффектив­
ные средства улавливания углекислого газа из воздуха
и его последующего сжатия. Необходимая для этого
энергия может быть произведена в течение десяти лет
на солнечных электростанциях. При этом общая пло­
щадь, занятая фотоэлектрическими батареями состави­
ла бы не более 0,5% земной суши, например, в пустыне
Сахаре (если свести все батареи воедино, они заняли бы
участок 200x200 километров). Тем самым производ­
ство, основывающееся на АТП, будет способно обеспе­
чить существенные мощности по улавливанию углерода,
1. Это обусловлено обязательной с точки зрения термодинамики рабо­
той, необходимой для сжатия всего избытка углекислого газа,
выброшенного в атм осф еру в промы ш ленную эпоху до ж и дко ­
го состояния (составляет примерно ю 21 дж оулей).

357

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

которые позволят в течение десяти лет при относитель­
но невысоких затратах обеспечить такой состав зем­
ной атмосферы, каким он был в доиндустриальную эпо­
ху. Следовательно, проблема избыточного углекислого
газа вполне может быть решена, хотя и не прямо сейчас,
а со временем, после довольно продолжительной и ри­
скованной задержки.
***
В своей совокупности, перспективы предотвращения
столкновения цивилизации и ограниченных ресурсов
Земли дают основания для надежды там, где ее раньше
особенно не наблюдалось.

Преобразование
технологий безопасности
Перспективы применения атомарно точных технологий
с точки зрения безопасности носят двойственный харак­
тер. Технологические достижения всегда находят при­
менение в сфере вооружений, а замещение одного по­
коления вооружений следующим оказывает смешанное
воздействие на человеческую жизнь.
«Технологии безопасности» включают в себя средства
нападения, обороны и разведки, применяемые в самых
разных целях— для ведения войны, защиты соседних
государств и политических репрессий. Попытавшись
заглянуть в их будущее, мы видим, что диапазон по­
тенциальных последствий простирается от неограни­
ченной, смертельно опасной и непостижимой силы
до сбора информации, осуществляемой по тщательно
продуманным правилам, которые не угрожают, а защи­
щают гражданское общество. Сегодня технологии без­
опасности включают в себя и физические, и информа­
ционные системы. В этом разделе мы обсудим только
физические аспекты технологий, отложив вопросы по­
литики и стратегии до следующей главы.

358

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

Платформы и наблюдение

Выше мы отмечали, что атомарно точное производство
способно усилить уже действующие тенденции, нара­
щивая потенциал повсеместно распространенных, сете­
вых, требующих интенсивных вычислений систем сен­
соров, расширяющих уже имеющуюся инфраструктуру
наблюдения. Постоянные наземные сети наблюдения
не нуждаются в новом обновлении, а потенциальное
снижение издержек и повышение эксплуатационных
характеристик механических и воздушно-космических
систем привлекает внимание к возможностям, которые
несут с собой быстро развертываемые на земле, в небе
и на море сети беспилотных летательных аппаратов.
Новые возможности открывают малоразмерные
компоненты и системы. Предположим, что у нас име­
ется платформа весом в один грамм, построенная
на основе передовых технологий. Ее средняя вычис­
лительная мощность составляет несколько терафлоп
(и в пике может быть больше), объем памяти измеря­
ется в миллионах терабайтов, а чувствительность дат­
чиков превосходит человеческие возможности. При
этом объем потребляемой энергии сравним с объемом
энергии, потребляемым мобильным телефоном в ре­
жиме ожидания. Как вы думаете, как могла бы исполь­
зоваться такая платформа, если бы устройства подоб­
ного класса стоили около $1 за килограмм и могли бы
доставляться на небольших беспилотниках? Для того
чтобы разместить такие устройства на каждом квадрат­
ном метре земной суши потребовалось бы всего $юо
миллиардов.
Применение силы

Как показывает история военных беспилотников, при­
менение систем наблюдения может сопровождаться
летальными последствиями. Однако в мире низкоза­
тратного производства и потенциально интенсивной
359

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

разведки, смертоносное оружие может утратить былое
значение.
Мы наблюдаем тенденцию к сокращению смертно­
сти от применения оружия. Например, самое смерто­
носное термоядерное оружие достигло апогея (по по­
казателю количества смертей в расчете на один дол­
лар) в 1960-е гг. В последние десятилетия высокоточные
виды вооружений стали более популярными, чем ков­
ровые бомбардировки. Применение меньшей силы
с большей точностью привело к сокращению количе­
ства смертей, хотя полностью избежать человеческих
жертв удается очень редко.
Отчасти причины использования смертоносного ору­
жия имели экономический характер. В расчете на еди­
ницу издержек несмертельное оружие в большинстве
случаев является менее эффективным —угроза открыть
огонь на поражение может быть более действенной, чем
облако слезоточивого газа; при этом пули обходятся
дешевле. В то же время, при условии невысокой стои­
мости разведки и производства оружия, крупномас­
штабное, высокоэффективное размещение несмертель­
ного оружия будет становиться все более приемлемым
по издержкам, а естественное направление в развитии
несмертельных вооружений позволило бы ужесточить
контроль над применением средств насильственного
принуждения, избегая нанесения физического вреда.
Сила всегда была основой власти, и радикальные из­
менения в средствах ее применения должны вызывать
глубокую озабоченность. В частности, распространение
все более эффективных видов несмертельного оружия
ведет к ослаблению моральных и политических огра­
ничений на насилие. В контексте внутренних дел стра­
ны более свободное обращение к насилию способно рас­
крыть двери к масштабным злоупотреблениям власти,
разрушающим общество. В военном контексте те же са­
мые возможности способны снизить порог, препятство­
вавший действиям, сопряженным с риском расширения
конфликта и его перерастания в войну.

збо

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

Усложнению проблем безопасности, связанной с АТП,
и возрастанию озабоченности по их поводу способству­
ет контекст, в котором они будут зарождаться, контекст,
обещающий бурные изменения. Я еще вернусь к этой
теме в следующей главе.

Преобразование медицины
Технологии АТП -уровня естественным образом н ахо ­
дят применение в медицине, которая непосредственно
связана с биологией, в свою очередь, основывающейся
на атомарно точны х структурах. АТ-устройства ш иро­
ко применяю тся в современны х биомедицинских и с­
следованиях и для получения знаний, и для м едицин­
ских воздействий.
Знания и диагностика

Как это часто происходит в науке, достижения в тех­
нологиях задают темпы прогресса в биологии. Однако
в биологии значительная часть технологий построена
на адаптации биомолекулярных устройств. Важнейшую
роль в исследованиях генома человека сыграли методы
секвенирования ДНК, в которых используются заимство­
ванные у клеток атомарно точные механизмы. Все то же
самое справедливо и в отношении исследований транскриптом, протеом и метаболом, то есть комплексных
исследований транскрибируемых из генома молекул
РНК, белков, кодируемых этими молекулами и метабо­
лических продуктов функций белка. В процессе исследо­
ваний были открыты структуры, чрезвычайно подробно
раскрывающие изменения в состоянии здоровья и при
заболевании. Эти структуры, естественно, варьируются
от ткани к ткани и от молодости к старости.
В наши дни затраты на проведение обширных срав­
нительных исследований такого рода достигаю т м и л­
лионов долларов. Передовой АТ-инструментарий, ко­

361

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

торым были бы оснащены небольшие наладонные
устройства, позволил бы быстрее собирать возможно
полные данные и обходился бы значительно дешевле.
С этого момента использовавшиеся в прошлом дорогие
научные технические приемы превратятся в рутинные
клинические методы наблюдения и диагностики. При­
веденные примеры иллюстрируют естественное соот­
ветствие АТ-технологий и биомедицинских исследова­
ний и позволяют примерно оценить их потенциал.
Борьба с инфекциями и раковыми заболеваниями

Когда человеческий организм борется с инфекциями
и раковыми клетками, направления «ударов» опреде­
ляется благодаря молекулярному распознаванию —спе­
цифическому соответствию между молекулами. И вро­
жденная, и приобретенная иммунная система испол­
няет отведенную ей роль, но далеко не всегда способна
откликнуться на «вторжение» достаточно быстро, доста­
точно глубоко или достаточно точно. Более того, в неко­
торых случаях ей просто не удается дать должный ответ.
Исследования на молекулярном уровне позволяют
установить отличительные черты болезнетворных ми­
кроорганизмов, а достижения в АТ-технологиях спо­
собны ускорить этот процесс, обеспечивая быстрый от­
клик. В соответствии с одним из подходов, следующий
шаг должен заключаться в синтезе соответствующих
антител или их специализированных аналогов —точно
так же, как для экстренной профилактики от гепатита А
или кори для временного повышения иммунитета паци­
енту вводится гамма-глобулин. Способность к быстро­
му развитию подобных реагентов и расширению их ши­
рокомасштабного производства открывает возможность
справиться с новыми патогенными микроорганизмами.
Разновидности раковых клеток незначительно от­
личаются от нормальных, что затрудняет их иммунное
распознавание и обуславливает системную токсичность
химиотерапии. Исследования в области наномедицины
362

П V T О К Р А З о В А Н ИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОКЫ

позволили добиться значительного прогресса в селек­
тивности наноразмерны х частиц, более избирательно
доставляющих химиотерапевтические вещества в клет­
ки. Передовые АТ-технологии открыли бы возможность
производства устройств, способных испытывать клет­
ки по нескольким параметрам до начала доставка уби­
вающих клетки препаратов. После доработки устрой ­
ства, основывающиеся на этом принципе, позволили бы
очень точно выбирать целевые раковые клетки, избегая
значительных побочных эффектов.
Обеспечение коррекции, заживления и регенерации

Экспериментальная биомедицина (опыты обычно про­
водятся на мышах) не ограничивается исследованием
возможностей избавления от болезнетворных микро­
организмов. Она уделяет пристальное внимание ме­
дицинским вмешательствам, направленным на зажив­
ление и регенерацию тканей. Изменение механизмов
активации гена, подавление одних условий и увеличе­
ние других, способно оказывать глубокое воздействие
на клеточный обмен веществ, их рост и дифференци­
рование. В частности, исследователям удалось добить­
ся преобразования клеток рубцовой ткани в сердечную
мышцу.
Обратите внимание, что ни одна из упоминавшихся
выше разработок не предполагает обращения к спорным
методам генной терапии или использования клеток, по­
лученных из человеческой бластоцисты2. Впрочем, нет
ни малейших сомнений в том, что вокруг непрерыв­
но развивающейся медицины будут кипеть нешуточ­
ные страсти. В некоторых случаях дискуссии будут ве­
стись по поводу используемых в ней средств, но чаще
всего в центре внимания будут находиться конечные
результаты.

2. Эмбриональны е стволовые клетки. — Примеч. науч. ред.

363

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Технологии, достигшие АТП-уровня или приближаю­
щиеся к нему, будут способствовать расширению сферы
влияния медицины в самых разных направлениях. По­
следствия этого процесса затронут самые разные обла­
сти — медицинскую этику и практику, расходы на демо­
графию и долгосрочные перспективы государственных
бюджетов.

Ряд неудобоваримых истин
В этой главе изложено мое вйдение ряда технологи­
ческих перспектив, воплощение которых может по­
влечь за собой разнообразные последствия, включая
отрицательные. Рассматривая их с точки зрения фи­
зики и техники, мы видим, что эти перспективы бази­
руются на хорошо известных знаниях о молекулярных
взаимодействиях и на законах механического мас­
штабирования. Поэтому многие последствия внедре­
ния малоразмерной машинерии и точного контроля
над молекулярными перемещениями представляются
едва ли не очевидными — высокая производительность,
более совершенные материалы и продукты по более
низким ценам. Дополнительные изыскания в рамках
консервативной исследовательской инженерии позво­
ляют получить широкий набор более конкретных ре­
зультатов.
Концептуальные проблемы возникают в тех случаях,
когда мы пытаемся проследить сугубо технологические
цепочки результатов до тех точек, когда они начинают
вызывать тревогу у людей и общества. В этот момент,
если мы рассматриваем вопрос с человеческой точки
зрения, факты о физическом потенциале технологий
атомарно точной сборки быстро перерастают в огром­
ную совокупность разнообразных возможных послед­
ствий, представляя собой интеллектуальную пищу, ко­
торую я, например, нахожу непереваримой, хотя бы
из-за ее количества.
364

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

МАТЕРИАЛЬНОЙ

ОСНОВЫ

* * *

В этой главе мы навели мост между инженерным уров­
нем ограничений использования АТ-технологий и воз­
можностями их практического применения, которые
будут иметь большое значение для отдельных людей
и целых государств. При этом мы проанализировали
отдельные аспекты АТ-технологий, а не их комплекс­
ное воздействие. В следующей главе мы расширим угол
зрения и попытаемся оценить воздействие различных
сочетаний новых возможностей и рисков на измене­
ния экономических и социальных проблем, с которыми
сталкиваются отдельные государства и международное
сообщество в целом.
В результате мы получим некоторые ответы, но го­
раздо важнее, что мы сможем более четко сформулиро­
вать вопросы.

ГЛАВА 16

Управление прорывным
успехом

АК изменит мир АТП-революция? Сегодня у нас нет
возможности подробно и уверенно ответить на этот
вопрос. Но некоторые из потенциальных движущих
сил революции уже заметны, что позволяет нам пред­
варительно перечислить вероятные направления даль­
нейшего развития. Несмотря на ограниченность наших
знаний, у нас нет никаких сомнений в отношении неко­
торых аспектов рассматриваемых вопросов, а имеющие­
ся соображения позволяют направить обсуждение в реа­
листическое русло.
Реализм начинается вместе с законами физики и без­
граничным во времени ландшафтом технологического
потенциала и уже в рамках этой структуры —с понима­
нием некоторых возможностей технологий АТП-уров­
ня. Изучение данной темы (а также природы процесса
исследований самого по себе) и было основным пред­
метом этой книги.

К

Реализм включает в себя и неопределенности — та­
кой взгляд на мир, когда мы принимаем во внимание
непознанное. В этом смысле некоторые неопределен­
ности являются вполне надежными, так как мы можем
быть уверенными в отсутствии достоверны х ответов.
Вероятно, вы уже знакомы с этим аспектом планирова­
н и я -п о п ы т к а м и численно оценить «рыночный риск»,
например, отражающий несокращаемую неопределен­
ность, которую необходимо учитывать в рациональном
366

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

планировании. К нему относятся тревоги и обеспокоен­
ность, возникающие в каждой сфере человеческой дея­
тельности, обращенной в будущее.
Что касается технологий, то в число неизвестных
иходит и понимание, как и когда зародится АТП. Мы
не способны предвидеть и природу его возможных
практических применений. Помимо этого существу­
ют неопределенности относительно ответных действий
и результатов, того как (и в какой степени) будут ис­
пользоваться потенциальные возможности АТП, а так­
же кем, с какими целями и с каким результатом.
И наконец, реализм требует усилий, направленных
па формирование последовательных точек зрения на бу­
дущее—не пророческих и не всеохватывающих сцена­
риев, которых не может быть в принципе, но сценари­
ев, которые не являлись бы очевидно противоречивыми
по своей сути. Например, ошибочным являлось бы пред­
положение, согласно которому некая «доза» ATII мо­
жет быть «впрыснута» в традиционный во всех осталь­
ных отношениях мир, так как технологии АТП-уровня
принесут с собой разнообразие возможностей, не своди­
мое к единственному пакету. Допустим, что мы рассма­
триваем будущее, в котором нефть полностью утратила
былую ценность. Тогда предположение, в соответствии
с которым мировые державы, располагающие техноло­
гиями АТП-уровня, продолжат конкурировать за доступ
к нефтяным полям, является бессмысленным. Другой
пример. Предположим, мы изучаем будущее, в котором
технологии полного изобилия оказали разрушительное
воздействие на занятость населения. В этом случае мы
должны оказать от подразумеваемого допущения сохра­
нении в нем текущих уровней дефицита ресурсов и мате­
риальных благ. Непоследовательные сценарии породи­
ли бы несогласованную политику, следствием которой
стали бы ненужные риски и упущенные возможности.
Моя цель заключается в том, чтобы побудить читате­
лей к поискам, размышлениям и участию в обсуждениях,
направленным на выработку более реалистичной после­
367

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

довательной точки зрения на наше будущее. Тем самым
у нас появится возможность сделать в будущем выбор,
благодаря которому чаша весов склонится в сторону бла­
гоприятных исходов. Исходя из этой цели, я хотел бы
поделиться с вами некоторыми своими наблюдениями
о том, как перспективные технологии могли бы способ­
ствовать решению глобальных проблем, обязательно учи­
тывая то, что рассматриваемые процессы будут тесно свя­
заны с различными разрушительными воздействиями.
В следующей главе мы обратимся к вопросам безопас­
ности и национальных интересов, которые возникнут
не только в процессе развития технологий АТП-уровня,
но и в преддверии их появления, в ожидании полного
изобилия. В контексте потенциальных стратегических
ответов, мир, возможно, находится на важной развилке.

Вопросы о темпах
и направлениях развития
Как далеко? И как быстро?

Физика и техника способны задавать прямые вопросы
относительно материального потенциала АТП, включая
те из них, которые относятся к возможным темпам рас­
пространения технологий. Таким образом, изучая от­
веты на инженерный вопрос «Как далеко?», мы можем
получить оценку того, «Как быстро?»
Когда?

Вопрос «Когда?» отличается от вопроса «Насколько бы­
стро?», так как ответ на первый из них зависит от путей
развития (альтернатив, трудностей, возможности пой­
ти кратчайшим путем), масштаба и центра внимания
исследований (в числе иных соображений). Достигну­
тые в прошлом темпы развития АТ-производства име­
ют не более чем косвенное отношение к вероятным тем­
пам прогресса в будущем.
368

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

С какими результатами?

Па этот открытый вопрос невозможно дать четкий уве­
ренный ответ («Произойдет вот это»). Диапазон веро­
ятных ответов может быть ограничен техноцентрическими фактами, не только в силу существования огра­
ничений, определяемых законами физики, но и потому,
что в конкурентном мире в некоторых случаях появле­
ние новых возможностей вызывает ответные действия.
Множество участников
во множестве акселераторов

Что касается темпов технологического развития в ми­
ровом сообществе в целом, многообразие и независи­
мость потенциальных действующих лиц на этой сцене
ограничивает вероятные исходы в связи с увеличением
количества потенциальных акселераторов и отсутстви­
ем единого тормозящего элемента. Относительно самих
технологий, можно сказать, что схожие последствия
влечет за собой многообразие и независимость потенци­
альных путей развития, когда вокруг каждого отдельно­
го «дорожного препятствия» возникает множество по­
тенциально коротких путей и вариантов обхода.
Очень легко представить себе появление сильных ис­
следовательских программ. Но давайте на секунду за­
думаемся о масштабах потенциальных научных изме­
нений, направленных снизу вверх, и о низком пороге
изменений направления.
В наши дни исследования АТ-сборки проводятся
множеством групп в различных странах. На это есть
много причин, включающих научную любознательность
и практическое применение в материаловедении, химии,
биологии и медицине. Очевидно, что эти исследования
приносят участникам определенное вознаграждение.
В то же время подход, в большей степени сосредото­
ченный на разработках атомарно точных инструментов
и систем, сулит быстро расширяющийся диапазон воз­
369

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

награждений в тех же самых областях. К тому же в этом
случае отсутствуют препятствия на пути к дальнейшему
развитию. На начальном уровне требуется всего лишь
изменение фокуса внимания групп в рамках областей
профессиональной специализации — например, про­
должение работы со знакомым классом молекулярных
структур, обладающих свойством самосборки, но при
условии выбора специфических задач с учетом целей
системного уровня.
Где мы можем ожидать принятия исследовательских
программ с сильным фокусом и более скоординирован­
ным подходом? В число кандидатов входят государ­
ства, осуществляющие финансирование исследователь­
ских программ в сфере общих, не относящих к атомарно
точным, технологий, но стремящиеся добиться прогрес­
са на пути к получению результатов АТП-уровня. В со­
ответствии с данным критерием, мы можем отнести
к кандидатам США, Китай, Европу (как отдельные госу­
дарства континента, так и страны ЕС в целом), Россию,
Японию, Индию, Южную Корею, Австралию, Сингапур,
Малайзию, Таиланд и Бразилию (данный список сле­
дует рассматривать как частичный, иллюстративный).
И краткосрочные, и долгосрочные цели указывают
в одном и том же направлении. Перемещение фокуса
исследований в сторону инженерии молекулярных си­
стем (следовательно, направляя их по пути, ведущему
к АТП-технологиям) послужило бы достижению кратко­
срочных целей по всему спектру современных исследо­
ваний, одновременно открывая перспективу получения
добавочного растущего и в конечном счете огромно­
го по своим размерам долгосрочного вознаграждения.
Осознание его возможности захватывает дух. Как мы
уже видели, эффект от технологий АТП-уровня распро­
страняется не только на медицину, материаловедение
и энергетику, но и на решение проблем на уровне гло­
бального экономического развития и климатических
изменений. И наоборот, если мы взглянем на ситуа­
цию через призму национальной конкурентоспособно­
370

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

сти, издержки того, что государство не подготовится
к грядущей АТП-революции, могут оказаться гибельны­
ми для него.

Чтобы дать общую оценку, нам необходимо будет по­
ложить на одну чашу весов открывающиеся возможно­
сти и конкурентное давление, а на другую — потенци­
альные издержки и риски разрушительных изменений.
Некоторые из этих затрат, вероятно, далеко не обяза­
тельны, в то время как другие представляются неиз­
бежными. Рассматривая выгоды, издержки и риски, мы
сталкиваемся с фундаментальной асимметрией между
ускоряющимся прогрессом и попытками его замедлить.
Приложение добавочных усилий служит дальнейше­
му глобальному прогрессу, но их отсутствие отнюдь
не означает, что прогресс повернется вспять. Скорее,
это означает шаг в сторону, превращение в зрителя, об­
ладающего меньшими возможностями присоединиться
к общим усилиям, направленным на реализацию потен­
циальных выгод и смягчение проблем. С конкурентной
точки зрения отступление в сторону ведет к возраста­
нию рисков, связанных с отставанием от других и сни­
жением потенциала влияния на совместные действия,
направленные на ограничение коллективных, систем­
ных, международных рисков.
Исходя из вышесказанного, что можно сказать о ве­
роятном времени появления технологий АТП-уровня?
В общих чертах пути потенциального развития ясны,
а предсказать конкретные рубежи и даты их достижения
невозможно; поэтому наше обсуждение вертится вокруг
движущих сил, последовательностей тех или иных дей­
ствий и относительной скорости без упоминания кон­
кретных дат и цифр. Я убежден, что в настоящее время
основные трудности связаны не с технологией как тако­
вой, но с фокусом внимания и координацией. При этом
условием вынесения обоснованных суждений относи­
тельно потенциальных темпов прогресса является по­
нимание, знание особенностей технологической терри­
тории, по которой нам придется пройти.
371

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Как мы уже видели, поступательное развитие ато­
марно точных технологий производства будет непо­
средственно способствовать дальнейшему прогрессу,
по мере того как новые инструменты будут все шире
применяться для создания еще более новых инструмен­
тов. Эти достижения откроют возможности сокращения
во времени циклов проектирования, фабрикации и ис­
пытаний, что в свою очередь приведет к новым и новым
достижениям и еще большему сокращению длительно­
сти циклов. Мы не способны предсказать точные даты
тех или иных открытий, но сама картина представляет­
ся очевидной. Вероятно, мы станем свидетелями уско­
ряющейся восходящей спирали технологических воз­
можностей, естественным конечным пунктом которой
является АТП-уровень.
Потенциал удивительно быстрого
распространения

На пути от дизайна системного уровня до использова­
ния на деле новый продукт вынужден задерживаться
в таких пунктах, как детальный проект, создание про­
тотипов, испытания и повторное проектирование, по­
сле чего следуют разработка технологии производства,
тестирование, масштабирование и, наконец, распро­
странение и принятие рынком. Ни один из этих шагов
не обладает иммунитетом к изменениям.
Когда в дело вступают технические возможно­
сти АТП-уровня, открывается перспектива сокращения
времени разработки продуктов, усовершенствованных
по сравнению с современными аналогами, при этом ре­
зультат будет выдающимся. Например, поразительные
преимущества могут быть получены даже в случае лишь
частичного обновления уже существующих продуктов,
когда на смену использовавшимся в прошлом струк­
турным компонентам приходят более легкие, прочные
и менее дорогие материалы. Если бы современный биз­
нес мог обеспечить замещение уже используемых про­
372

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

дуктов модернизированными, предлагаемыми по более
низким ценам и обладающими более высокими эксплуа­
тационными характеристиками по нескольким показа­
телям (в два раза более легкие транспортные средства,
электронные системы с мощностью, превосходящей се­
годняшние аналоги в десять тысяч раз), мы, скорее все­
го, стали бы свидетелями быстрого исчезновения с рын­
ков конкурирующих товаров и краха стоящих за ними
цепочек поставок.
Выходя за рамки частичной модернизации, важно
помнить о том, что циклы усовершенствования (и за­
мещения) продукта могут быть сокращены благода­
ря производственной инфраструктуре АТП. Потребно­
сти в прототипировании, разработке производственных
технологий и строительстве заводов будут резко сни­
жены или исчезнут, а производство само по себе будет
быстрым и масштабируемым. В дальнейшем в отноше­
нии распределения продуктов, адаптированных к де­
централизованному атомарно точному производству,
поставка продуктов больше не будет требовать физи­
ческой доставки и будет больше напоминать загрузку
из Интернета.
Значительное сокращение издержек, улучшение про­
изводительности, быстрое удовлетворение спроса и вы­
теснение существующих цепочек поставок —все эти ха­
рактеристики производства, основывающегося на АТП,
могут быть применены к промышленным продуктам
всех видов. На большинстве рынков спонтанная ди­
намика спроса и предложения привела бы к беспреце­
дентно быстрым изменениям. Потенциальные успехи
по целому ряду показателей—радикальное повышение
производительности труда и капитала, снижение се­
бестоимости производства, улучшение характеристик
продукции, сокращение потребления энергии и вы­
бросов углекислого газа, а также уменьшение общего
экологического воздействия — все это способствует по­
вышению вероятности осуществления позитивных про­
рывных изменений.
373

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Прорывные решения
глобальных проблем
Физика и техника указывают на новые технические воз­
можности; история и здравый смысл позволяют нам
предположить, что, по крайней мере, некоторыми из не
ожидавшихся последствий можно будет воспользовать­
ся, некоторые —пережить, а некоторыми удастся управ­
лять или вовсе предотвратить. Перспективы включают
в себя и решения глобальных проблем, тесно связанных
с целым спектром непредвиденных трудностей.
Медленно разворачивающийся кризис
промышленной цивилизации

В отсутствие устойчивости, большее изобилие могло бы
быстрее привести к несостоятельности нашего хрупкого
мира, в котором постоянно углубляется пропасть между
богатыми и бедными. В XXI столетии повышение устой­
чивости означает новую надежду. В предыдущей главе
мы изучали возможность применения технологий АТПуровня для удовлетворения широкого спектра челове­
ческих потребностей, а также последствия этого с точки
зрения ресурсных требований и экономической устой­
чивости. В какой степени рассматриваемый потенциал
соответствует зарождающимся глобальным проблемам?
Мы столкнулись с глубочайшим, медленно развора­
чивающимся кризисом, коллизией между промышлен­
ной цивилизацией и ограниченными возможностями
Земли. Недавно возникшие тенденции и текущие усло­
вия способствовали возникновению чувства необходи­
мости срочных действий. Одним из наиболее явных
признаков обостряющихся проблем с ресурсами являет­
ся динамика цен. В конце XX столетия они были весьма
благоприятными, но в последние годы их знак изменил­
ся на противоположный. После длившегося в течение
многих десятилетий снижения цен, стоимость боль­
374

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫ М

УСПЕХОМ

шинства промышленных сырьевых материалов н ача­
ла возрастать. Некоторые регионы всегда испытывали
недостаток пресной воды, но в последнее время их ста­
новится все больше. Энергетический кризис 1970-х гг.
способствовал расширению свободы поставок углеводо­
родного сырья, но в последние годы добыча нефти ста­
билизировалась, в то время как цены на нее взлетели
на невиданную ранее высоту. На протяжении большей
части XX столетия цены на продовольствие падали, о д ­
нако начиная с 2000 г. произошел перелом тенденции.
В последние годы высокие мировые цены на зерно ста­
ли причиной массовых беспорядков в ряде стран мира.
Поэтому мы и говорим о глубоком медленно развора­
чивающемся кризисе.
Новые четко выраженные тенденции соответствуют
давно известным прогнозам. Например, в книге «П ре­
делы роста» (так встревожившей меня в 1970-е гг.) пред­
сказывался устойчивый экономический рост вплоть
до конца XX столетия и описывалось множество различ­
ных путей, которые могли привести мир к катастрофе
в течение нескольких последующих десятилетий. П о­
ворот важнейших тенденций вспять согласуется с рас­
считанными на столетие проектировками, сделанными
40 лет назад, а последствия чрезмерных выбросов пар­
никовых газов —одной из описывавшихся в «Пределах
роста» моделей.
Что касается современного экономического развития
и благосостояния человечества, то единственной вели­
чайшей положительной тенденцией является быстрый
экономический рост Китая и более медленный, но не­
уклонный подъем Индии. В то же время этот огромный
прогресс человечества в большинстве своем восприни­
мается как неустойчивый, поскольку он в значительной
степени зависит от ограниченности земных ресурсов
и прогнозируемых промышленных технологий. Жест­
кое ограничение поставок ресурсов и проблема выбро­
сов углекислого газа указывают на коллизию не толь­
ко между глобальной цивилизацией и возможностями
375

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Земли, но и между растущими мировыми государства­
ми и державами, поддерживающими status quo. Если бы
Китай и Индия расходовали бы столько же ресурсов
в расчете на душу населения, сколько США, то в мире
в целом потребление возросло бы более чем в два раза.
Значительно ускорился бы и рост содержания углекис­
лого газа в атмосфере. Как и следовало ожидать, в аме­
риканских официальных документах, посвященных во­
енному планированию, выражается озабоченность тем,
что в ближайшие десятилетия ограниченность ресурсов
способна стать одним из важнейших источников между­
народных конфликтов.
Решения, касающиеся материального
экономического развития

Как мы уже видели, в основе материального изобилия,
которое по множеству измерений может оказаться пол­
ным, лежат общие источники сырьевых материалов
и энергии. Одним из таких аспектов является потенци­
ально возможный разрыв связей материального изоби­
лия и традиционных условий его достижения, сложив­
шихся в обществе.
Экономическое ичеловеческое развитие переплетены
между собой и воздействуют друг на друга. Первое по­
зволяет избавить население от голода и нищеты, от жиз­
ни, вращающейся исключительно вокруг самых неот­
ложных потребностей, открывая возможность обучения
детей и поддержки обществом работников образования.
В свою очередь, поступательное человеческое развитие
открывает возможность традиционным обществам при­
соединиться к современному, глобальному промышлен­
ному обществу и продолжить рост.
Производство, основывающееся на АТП, способно
обеспечить материальное изобилие, необходимое для
человеческого развития. Одновременно разрывается
связь между человеческим развитием и материальным
экономическим прогрессом. Так, сотовые телефоны
376

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

гоже способствуют развитию, несмотря на то, что ис­
пользование этих устройств не требует ни специального
обучения, ни высокоуровневой социальной инфраструк­
туры, включающей в себя законодательство, сбереже­
ния капитала, инвестиции или образование. Аналогич­
но характеризуется и производство, основывающееся
на АТП. Завтра к современным файлам изображений
присоединятся файлы материальных продуктов. Сего­
дня человек способен распечатать изображение Моны
Лизы, но не имеет возможности получить кольцо пра­
вильной формы; завтра он сможет получить, в случае
необходимости, экран дисплея, не представляя себе, как
изготавливаются провода.
В наши дни отсутствие и материального, и человече­
ского развития могут подкреплять друг друга, образуя
порочный круг бедности и нищеты. Новый способ изго­
товления вещей способен разорвать его, приводя к не­
предсказуемым результатам.
На развитые страны мира распространяется та же са­
мая картина разрыва с шаблонами прошлого. Достиже­
ния в материальном производстве потребовали созда­
ния комплексной новой технологической инфраструк­
туры. Например, условием производства автомобилей
являются сложные цепочки поставок, необходимые как
для выпуска продукции, так и для строительства заво­
дов. Промышленное развитие ведет к возрастанию сте­
пени сложности и созданию паутины взаимозависи­
мых экономик, которая год от года становится все бо­
лее плотной.
Производство, основывающееся на АТП, приведет
к тому, что сложность будет заключена в специфиче­
скую оболочку; при этом у пользователей не будет ни­
каких резонов, чтобы интересоваться ее устройством.
Внутри сотового телефона находится компьютерная
микросхема огромной сложности, но она самодоста­
точна; степень ее сложности недоступна человеческому
пониманию, но для того, чтобы пользоваться телефо­
ном, не требуется особых умений. Большинству людей
3 77

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

даже не надо знать о существовании этой микросхемы.
И вновь, проведение параллелей между АТП и цифро­
выми системами позволяет нам получить хорошую опи­
сательную модель там, где аналогии с промышленными
системами оказываются неуместными.
Вероятно, оценить потенциал материального уров­
ня ж изни, ф орм и руем ы й техн ологи ям и АТП -уровня,
читатели смогут, обратившись к своему воображению.
По всей видимости, если вообразить, что рынок вдруг
оказался завален всеми видами лучш и х современных
продуктов, мы получим представление лиш ь о низшей
границе этого нового уровня жизни.
Решения, затрагивающие устойчивое развитие
и стойкость к внешним воздействиям

Изучение отчетов различных международных и непра­
вительственных организаций позволяет сформировать
перечень требований, выполнение которых рассматри­
вается как залог устойчивого глобального развития.
Одна из групп этих требований непосредственно отно­
сится к ресурсам и производству:
1. Сбережение материальных ресурсов.
2. Предоставление достаточного количества энергии,
воды и продовольствия.
3. Сокращение бедности и повышение уровня жизни.
Как мы уже увидели, передовая атомарно точная сбор­
ка естественным образом приводит je сдвигу в предъяв­
ляемом спросе на ресурсы (и с точки зрения их объема,
и с точки зрения их состава). Широко распространен­
ных на Земле сырьевых материалов более чем доста­
точно для изготовления продуктов, превосходящих
по своим характеристикам те, что выпускаются сего­
дня с использованием относительно редких материа­
лов, таких как медь или цинк. Падение спроса приведет
к тому, что наиболее редкие материалы уже не будут вы­
378

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

зывать экономической тревоги. В аналогичном направ­
лении действуют перспективные разработки в области
добычи и переработки материалов.
Аналогично снижение затрат на производство ф ото­
электрических элементов поможет сделать общ едоступ­
ной солнечную электрическую энергию; новые АТ-технологии взаимного преобразования электрической
и химической энергии (запасаемой как водород или
углеводороды ) открываю т возмож ность эф ф екти вн о­
го создания запасов энергии и производства топлива,
преодолевая тем самым ночные, погодные и географи­
ческие ограничения солнечной энергетики.

Широко доступная энергия и радикальное сокраще­
ние затрат на приобретение капитальных благ, опрес­
нение и транспортировку воды на дальние расстояния
позволят наладить обеспечение пресной водой в мас­
штабах, позволяющих вести устойчивое крупномасштаб­
ное сельское хозяйство. Схожим образом недорогие
энергия, оборудование и структуры делают возможным
ведение низкозатратного закрытого сельскохозяйствен­
ного производства, позволяющего увеличить урожаи
при одновременном сбережении воды и сохранении пи­
тательных веществ (азота, фосфора), которые сегодня
попадают с открытых полей в ручьи, озера и реки. В не­
которых случаях загрязнение приводит к возникнове­
нию мертвых зон даже в прибрежных морях.
Возможно, еще более важным является естествен­
ный, качественный результат расширения возможно­
стей — невиданная прежде стойкость к внешним воздей­
ствиям. В материальном смысле стойкость представляет
собой устойчивость перед шоковыми воздействиями
со стороны природного и человеческого миров. В усло­
виях закрытого сельского хозяйства засуха становится
невозможной; изобилие энергии и холодильной техни­
ки означает, что волны жары уже не приведут к массо­
вой гибели людей. Даже в буквальном смысле шоковые
воздействия землетрясений приносят с собой смерти
по большей части вызванные обрушением зданий, отно­
379

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

сительная неустойчивость которых является следствием
высокой стоимости более прочных структур, обуслов­
ленной, в свою очередь, текущими издержками произ­
водства. Все то же самое справедливо в отношении уяз­
вимости зданий и сооружений к наводнениям, ураганам
и пожарам.
Прямую материальную форму принимают и многие
другие чрезвычайные воздействия (включая вызван­
ные действиями людей). Жители сельских поселений,
регионов и государств могут страдать от недостатка
продовольствия, воды, электроэнергии или поставок
топлива. К аналогичным последствиям приводит и па­
дение спроса на местные продукты, что ведет к огра­
ничению доступа населения к денежным средствам,
необходимым для приобретения товаров первой необ­
ходимости. Ослабление связей между экономически­
ми и материальными условиями способно смягчить
подобные проблемы, благодаря местному производ­
ству. Короткая цепочка поставок означает отсутствие
необходимости пересечения океанов или континен­
тов, в то время как предпочтения в пользу свежей
пищи, произведенной в данной местности закрытым
способом, позволило бы местным сообществам осво­
бодиться от зависимости от удаленных источников
продовольствия. В сфере энергетики ослабление рас­
сматриваемых нами связей позволило бы ослабить за­
висимость от зарубежной нефти и свободы прохода
танкеров через Ормузский пролив. Поскольку произ­
водство материальных благ может быть таким же рас­
средоточенным, какими являются в наши дни инфор­
мационные технологии, местные поставки этих благ
будут означать исчезновение потребности в экспорте
и импорте.
Безусловно, существование технологий АТП-уровня
само по себе не гарантирует ни стойкости к внешним
воздействиям, ни широкого распространения изобилия.
Тем не менее новые технические возможности позволя­
ют перевести эти цели из разряда дорогостоящ их и, воз­
з8о

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

можно, неосуществимых мечтаний, в практический, не­
дорогой, близкий к естественному вариант действий,
хотя их исход, как всегда, будет зависеть от последова­
тельности принимаемых решений о том или ином вы­
боре и развитии событий.
Решения, затрагивающие состояние
природной среды

Помимо ресурсных требований (сырьевые материалы,
энергия, вода, продовольствие), к устойчивому разви­
тию предъявляются требования относительно природ­
ной среды. Авторы упомянутых выше докладов выделя­
ют три основных требования:
• Сокращение давления на экосистемы.
• Сокращение выбросов ядовитых химических веществ.
• Сокращение выбросов парниковых газов.
В конечном счете распространение сельского хозяйства
привело к усилению давления на экосистемы на боль­
шей части Земли с перспективой их полного уничто­
жения. Плодородная земля является биологически
продуктивной, а биологически продуктивная земля,
служившая в прошлом пристанищем для множества
различных форм жизни, представляет собой землю, эко­
системы которой наиболее быстро исчезают под плу­
гом земледельцев. За последние несколько поколений
на Земле исчезла огромная по площади ткань жизни,
большая по размерам, чем помнит любой из ныне живу­
щих людей. В наши дни разрушается больше экосистем,
чем когда-либо в прошлом.
Возможности преумножения дохода, благодаря ве­
дению сельского хозяйства в закрытых помещениях, ве­
роятно, будут способствовать замедлению этой тенден­
ции или обращению ее вспять. Очевидно, что стимулы
к возделыванию новых земель уменьшатся, а естествен­
ный ход событий приведет к освобождению большей
381

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

части сельскохозяйственных угодий. Более слабые сти­
мулы могли бы способствовать освобождению значи­
тельной части используемых в интересах сельского хо­
зяйства земель —не только окраинных лугов и пастбищ,
но и более плодородных участков, на которых прежде
росли леса. Избавление сельского хозяйства от тради­
ционных ограничений могло бы резко ограничить дав­
ление, оказываемое на природу. Других способов дости­
жения этой цели не просматривается.
Ч то касается ядовиты х выбросов, то АТП позволя­
ет осуществлять точный контроль движения вещества,
что приведет к ограничению спроса на редкие токсич­
ные элементы. АТП-процессы отнюдь не всегда сопрово­
ждаются выбросом ядовитых химических отходов, и из­
менение структуры спроса, возможно, приведет к тому,
что тяжелые металлы навсегда останутся в заброшен­
ных шахтах.

Означает ли это, что производство, основывающееся
на АТП, само по себе решит хотя бы одну из перечислен­
ных выше экологических проблем? Ответ, конечно же,
нет. В то же время оно позволяет принимать более эф­
фективные решения, получая более высокие результаты
с меньшими издержками. Поскольку давление оказыва­
ется эффективнее в тех случаях, когда основания для со­
противления не слишком сильные, изменение баланса
затрат и выгод способно усилить эффекты действий, на­
правленных на защиту окружающей среды.
Решение проблемы углекислого газа

Неправильное представление о роли углекислого газа
в качестве парникового получило широкое распростра­
нение даже среди тех людей, кто воспринимает эту про­
блему как насущную. Несмотря на то, что негативные
последствия роста уровня содержания С 0 2 в атмосфере
общепризнанны, даже существенное сокращение выбро­
сов углекислого газа не привело бы к ожидаемому эф­
фекту, так как он ведет себя совсем не так, как другие,

382

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

загрязняющие атмосферу соединения, будучи постоян­
ной ее составляющей.
В свете непрекращающихся дискуссий, необходимо
напомнить о нескольких простых фактах. Углекислый
газ увеличивает количество тепла, остающегося в кли­
матической машине Земли. Усилению его воздействия
способствует увеличение объема водяного пара. Жите­
ли нашей планеты имеют возможность непосредствен­
но наблюдать наиболее сильные воздействия увеличен­
ного содержания С0 2—таяние арктических льдов, более
ранний приход весны и перемещение в направлении
полюса животных и растений, обитавших и произра­
ставших в умеренных широтах. Что касается эксперт­
ных прогнозов, то численному моделированию климата
свойственны различные недостатки; поскольку ошиб­
ки могут быть сделаны в любых направлениях, неопре­
деленности ничем нас не обнадеживают (темпы таяния
морских льдов, например, значительно превосходят
прогнозы). Аналогично, хотя мы не можем объяснить
происходившие в прошлом климатические флуктуации,
у нас нет оснований чувствовать себя спокойными: при­
знаки спонтанной* необъяснимой неустойчивости кли­
матической системы заставляют опасаться неожидан­
ного удара.
Почему проблема изменения климата является столь
трудной (оставляя в стороне масштабы ее воздействия
и влияние потребления ископаемых видов топлива)?
Потому что углекислый газ сохраняется в атмосфере
очень долго. Так, уровни загрязнения атмосферы уголь­
ной и топливной сажей или сернистым газом весьма
близки к норме выбросов. Если ликвидировать их ис­
точники, атмосфера быстро очистится. Время жизни
даже таких веществ, как фторхлоруглероды и метан, из­
меряется всего несколькими годами.
Углекислый газ ведет себя по-иному. Он остается в ат­
мосфере десятилетиями или даже столетиями. Дожди
не вымывают С0 2 из атмосферы; известно, что углекис­
лый газ медленно поглощается, главным образом Ми-

з«з

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ровым океаном1. В любой отдельно взятый момент вре­
мени уровень углекислого газа лишь немного превыша­
ет объем выбросов прошлого года, поскольку основное
его количество является результатом совокупной эмис­
сии, происходившей на протяжении всей промышлен­
ной эры. Резкое сокращение текущих выбросов приведет
не к пропорциональному снижению уровней углекисло­
го газа, а к замедлению темпов их роста. Поведение си­
стемы напоминает ситуацию с полной ванной, в кото­
рой пробка немного пропускает воду: если водопровод­
ный кран оставить открытым, то через некоторое время
ванна переполнится.
Исследования химического и геофизического циклов
Земли показывают, что температура и уровень содер­
жания углекислого газа в атмосфере могут оставаться
высокими на протяжении столетий, даже если выбро­
сы сокращены до нуля. Все выглядит так, что только
технологии улавливания атмосферного углерода спо­
собы быстро обеспечить существенное снижение уров­
ней С 0 2. В предыдущей главе упоминалось о том, что
для решения этой задачи —улавливания и сжатия трех
триллионов тонн углекислого газа в течение пример­
но десяти лет потребовались бы энергетические ресур­
сы и оборудование, равные или превосходящие по объе­
му мощности всей нашей промышленной цивилизации.
Справиться с ней способно только низкозатратное про­
изводство, основывающееся на АТП.
С ам о собой разум еется, что было бы неразумно,
если бы в наши дни человечество полагалось только
на эту перспективу.

1. Н есм о тр я на поглощ ение углеки слого газа р астен и ям и , чисты й
эф ф ект этого процесса невелик, п о ско льку СОг возвращ ает­
ся в атм осф еру ж ивотны ми, бактериями и грибками в коли­
честве, примерно равном объему ф отосинтеза. Т аки м образом,
мы может р ассм атривать биосферу как в общем нейтральную
по углероду.

38 4

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

Различные измерения прорыва

Ьыстрые глубинные изменения в человеческих делах
способны мобилизовать силы, более предсказуемые, чем
их эффект, реакция или конечный результат. Здесь я
хотел бы указать на несколько общих перспектив. Это
не столько прогнозы, сколько перечисление потенци­
альных эффектов прорывных сил, включая те из них,
которые, возможно, могут быть смягчены посредством
тщательно выбранных ответных действий.
Умение не только задавать правильные вопросы,
но и оставаться в рамках подходящего диапазона, яв­
ляется очень ценным. Представляется, что перед нами
откроются множество новых возможностей одновре­
менно. Каждая из них будет приводить к изменениям
контекста остальных, во многих случаях радикальным.
Следовательно, вопросы, которые будут возникать, сто­
ит рассматривать в комплексе. Мы обсудим некоторые
из взаимосвязей, но я сознательно ограничил их круг,
оставляя другим возможность рассмотреть более широ­
кий спектр вопросов и предпринять попытку более глу­
боко проникнуть в суть потенциальных ответов и в их
соответствие друг другу.
В каждой из обсуждаемых областей возникают во­
просы двух типов. Первый звучит так: Какие разумные
основания имеются у нас для ожидания определенных
последствий от использования новых технологиче­
ских возможностей? Имеются в виду последствия но­
вых, ставших доступными технических возможностей,
в зависимости от того, действительно ли они использу­
ются, остаются невостребованными или предвосхища­
ются. С первым вопросом тесно связан второй: В чем
заключаются вероятные последствия ожиданий самих
по себе? Имеются в виду последствия наших ожиданий
относительно технологических перспектив, независимо
от того, насколько хорошо они обоснованы и вне зави­
симости от практического смысла ответных действий.

385

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Ожидания формируют восприятия и действия, в не­
которых случаях задолго до наступления реальных со­
бытий. По мере продвижения в направлении создания
технологий АТП-уровня, мы можем ожидать роста свя­
занных с ними ожиданий, которые будут оказывать все
большее влияние. Знание истории позволяет предпо­
ложить, что нам отнюдь не гарантированы реалистич­
ные ожидания и оценки неопределенности. В то же вре­
мя ожидания участвуют в формировании тех или иных
конечных результатов. Ожидания играют главную роль
в рассмотрении вопросов, связанных с воздействием
перспективных продуктов, производственными техно­
логиями, изменениями в стоимости активов и экологи­
ческими последствиями, и могут очень рано принимать
ту или иную форму.
Спектр потенциальных продуктов

Потенциал значительного расширения видов продук­
ции вызывает опасения относительно того, что мог­
ло бы производиться. П отенциальные продукты пе­
редового производства включают в себя виды, выпуск
которых является предметом жесткого регулирования,
включая системы вооружений, лекарственные препа­
раты, взрывчатые вещества, ядовитые химикаты и так
далее. Даже без включения в этот перечень неких экзо­
тических продуктов, мы понимаем, что у нас есть все
основания для желания и ожидания введения разум­
ных ограничений на производимую посредством АТП
продукцию.
С инженерной точки зрения необходимо обеспечить
проектирование только таких АТП-систем, которые спо­
собны производить ограниченный набор продуктов.
Еще одной проблемой является установление ограни­
чений на ключевые технологии — машины, используе­
мые для изготовления других и более совершенных ма­
шин. В данном случае необходимо будет обеспечить
прозрачность и осуществлять надзор на заключитель­
38 б

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

ных стадиях разработки. Это, в свою очередь, потребу­
ет осуществления соответствующих программ, политик
и создания институтов, что может быть осложнено на­
личием конкуренции между коммерческими организа­
циями и национальными правительствами.
Т ак и м образом, производственны е технологии, о с ­
новывающиеся на АТП, задолго до своего появления
на свет повлекут за собой немалые политические трудно­
сти. Несмотря на различия в их сути, трудности проис­
текают из материальных основ АТ-производства. Точно
так же проблемы контроля над технологией производ­
ства ядерного оружия определяются такой физической
основой, как способность атомного ядра к делению.
Масштабы и организация производства

Прорывной потенциал АТП обусловлен не только ши­
роким спектром продукции, но и масштабом произ­
водственных мощностей. Мы видели, что благодаря
своим характеристикам производство, основывающее­
ся на АТП, способно значительно сократить длину пути
от проектирования до прототипов и от первых образ­
цов до стремительного завоевания доминирующих ры­
ночных позиций, в основе которых лежат невиданные
ранее преимущества в издержках и эксплуатационных
свойствах. В данном случае стремительность являет­
ся относительной, так как отдельные продукты будут
продвигаться на рынок быстрее, чем отрасли в целом.
Но естественная динамика конкуренции резко уско­
рится. Экономические изменения, которые приведут
к устареванию целых отраслей (не нескольких, а мно­
гих) и созданных в них цепочек поставок, очень быстро
достигнут макроэкономических пропорций. П роисхо­
дящие события потребуют проведения экономического
анализа, в котором учитывалось бы сокращение рабочих
мест в различных секторах, падение реальных цен на са­
мые разные товары и, как следствие, изменение покупа­
тельской способности и спроса.
387

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

С другой стороны, огромный с точки зрения предло­
жения потенциал полного изобилия способен привести
к широкому распространению повышенного спроса. Не­
зависимо от того, рассматриваем ли мы проблему с кор­
поративной или общечеловеческой точки зрения, креа­
тивный экономический прорыв будет полным и в своем
созидательном, и в своем разрушительном измерениях.
Знание истории позволяет предположить, что для
замедления темпов экономических изменений и р о ­
ста издержек людей, вызванных экономической пере­
стройкой, государства будут предпринимать различные
масштабные действия. Для того чтобы вмешательство
государства было эффективным, необходима будет ко­
ординация действий в рамках отдельных стран и в рам­
ках глобальной экономики.
Я оставляю на рассмотрение читателей возможные
исходы в духе «победитель получает все», а также от­
вет на вопрос о том, насколько привлекательна жизнь
в мире, в котором им едва ли суждено оказаться на вер­
шине. Что касается возможных требований непропор­
циональных победителей, по правилам той или иной
игры каждое из них должно рассматриваться в перспек­
тиве. Каждое новое достижение в сфере технологий —
это еще один небольшой кирпичик в башне достижений,
складывавшейся в течение тысячи лет руками и разу­
мом миллионов людей. В соответствии со сложившей­
ся практикой и освященным веками принципом эта
башня является общим наследием человечества. Вклад
в ее строительство вносит каждое поколение. Поэтому
каждый из живущих ныне имеет право только на время
объявить своей собственностью лишь крошечную часть
башни.
Экономическая переоценка

В экономике, в которой прои сходят преобразования,
вызванные внедрением производства, основывающего­
ся на АТП, долж на будет произойти полная переоцен­

388

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

ка (или, вернее сказать, уценка) множества различных
материальных активов, включая месторождения ж е­
леза, нефтяные поля и основные производственные
фонды (например, оборудование тепловых электро­
станций). Эти активы отличаются от потребительских
товаров, так как их чистая приведенная стоимость зави­
сит от разработок, выходящих далеко за пределы обыч­
ных краткосрочных горизонтов. Следовательно, оцен­
ки их стоимости весьма чувствительны к долгосрочным
ожиданиям. Что касается приводившихся выше приме­
ров, то ожидаемое падение спроса на металлы и нефть
означает снижение ожидаемой будущей стоимости ме­
сторождений железа и нефтеносных полей, обуславли­
вающее тенденцию к уменьшению цен на ресурсы и ро­
сту потребления. Схожим образом ожидание полного
устаревания тепловых угольных электростанций озна­
чает прогнозируемое снижение их чистых приведенных
стоимостей, что ведет к отказу от инвестиций в расши­
рение мощностей.
Т ак и м образом, изменение ож иданий относитель­
но темпов внедрения и последствий развития техн оло­
гий АТП-уровня способно привести к переоценке р и с­
ков и чистой приведенной стоимости широкого спектра
различных активов. Кроме того, прогнозы краткосроч­
ных цен на активы являются предметом рассмотрения
второго порядка. Они зависят от ожидаемых измене­
ний в прогнозах третьих лиц и их последствий для оце­
нок активов.
Экологические перспективы

Перспективы огромного увеличения объемов произ­
водства вызывают опасения потому, что массовое вне­
дрение даже самых чистых технологий с низкими вред­
ными выбросами все же может привести к увеличению
отрицательного воздействия на природу. Результат бу­
дет зависеть от культурных ценностей и совместных
действий, основанных на стимулах и регулировании.
38 9

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Как и в случае с переоценкой ресурсов и капитала,
непосредственные воздействия могут оказывать долго­
срочные ожидания. Имеются в виду не просто рыноч­
ные оценки, но и баланс опасений, влияющий на поли­
тические действия. Например, перспектива обращения
вспять в некоем неопределенном будущем тенденции
к увеличению уровня углекислого газа может воздей­
ствовать на мнения относительно предпринимаемых
сегодня мер по сокращению выбросов. В свете неопре­
деленности временного расписания технологического
развития, а также сохранения необратимых экологи­
ческих воздействий, риски нанесения ущерба клима­
тической системе Земли остаются слишком высокими.
Нет и не может быть никаких гарантий ни быстрого,
ни медленного развития, и у нас нет оснований допу­
скать ни первое, ни второе.
Что касается последствий прогнозирования экологи­
ческих решений, то ожидания быстрого эффекта сокра­
щаются в обоих направлениях. Сценарии, основываю­
щиеся на предположениях о быстром восстановлении
природной среды, предусматривают снижение ценно­
сти инвестиций в крупные, длительные деструктивные
проекты. Случаи постепенного сокращения ущерба мо­
гут склонить баланс в пользу попыток изначально избе­
жать отрицательных воздействий.

Согласованные ожидания, интересы
и ответные действия
Повторюсь, здравое рассуждение об ожидающих нас
перспективах требует попытки рассмотрения всего ком­
плекса взаимосвязанных проблем. Поскольку внедрение
технологий производства, основывающегося на АТП,
влечет за собой множество последствий, непротиворе­
чивый подход к оценке потенциала будущего не допу­
скает сосредоточения внимания на некоторых из них
и игнорирования всех остальных, и не стоит представ­
390

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

лять себе этот процесс как накладывание локальных из­
менений на фон традиционных ожиданий.
Например, новые достижения в медицине сулят уве­
личение продолжительности здоровой жизни людей.
Следовательно, современные демографические прогно­
зы утрачивают всю свою ценность. Ч то это означает
для будущих расходов на выплату пенсий? Изменение
всего одного числа в электронной таблице, построен­
ной на основе стандартных прогнозов, означало бы,
что предполагаемые исходы бессмысленны в будущем,
в котором более низкие издержки производства суще­
ственно облегчают бремя поддержки неработающего на­
селения. В свою очередь, перспективы увеличения про­
должительности здоровой жизни людей обесценивают
традиционные ожидания хронических болезней и вы­
соких затрат на здравоохранение. Таким образом, по­
следствия применения технологий АТП-уровня для ме­
дицины, продолжительности жизни людей, их здоровья
и для экономики должны рассматриваться комплекс­
но, что позволит увидеть целостную картину будущего.
Согласованность имеет существенное значение и для
сферы экономики. Рассматривая традиционную карти­
ну будущего, мы можем попытаться дать прогноз влия­
ния на занятость, исходя из опыта отдельных секторов
промышленности (например, металлургии). В то же
время условием реалистичности экономического анали­
за является его осуществление в более широких рамках
системной трансформации. В мире, в котором применя­
ются технологии АТП-уровня, круг проблем и вариантов
выбора не будет иметь почти ничего общего с прошлым
опытом. Чрезмерная опора на аналогии с прошлыми со­
бытиями будет предлагать знакомые, но нереалистич­
ные последствия, отказывая в рассмотрении нового не­
знакомого круга потенциальных реакций.
Мы вновь можем воспользоваться аналогиями, ко­
торые предлагает нам продолжающаяся революция
в информационных технологиях. И информационная
революция, и АТП-революция приносят с собой неви­
391

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

данное ранее расширение диапазона возможностей, ос­
новывающееся на технологии общего назначения. При
этом в каждой из сфер наступает специфическое пол­
ное изобилие. Мы были свидетелями рождения услов­
но-бесплатной экономики в сфере цифровых продуктов,
таких как программное обеспечение, тексты, изображе­
ния и видеозаписи. Вероятно, естественный ход собы­
тий приведет к расширению этого подхода на файлы,
в которых будут содержаться описания АТП-продуктов,
и возникновению (если мы отставим в стороны затра­
ты на приобретение исходных материалов) экономики
дарения в сфере материальных объектов (но в пределах
каких установленных ограничений?). Рассмотрение об­
щих и отличающихся черт двух революций могло бы
способствовать созданию более надежной концептуаль­
ной основы.
Ч то касается отдельных проблем (например, падения
спроса на сталь), то волнение относительно того, что
ими могут пренебречь просто в силу отсутствия до лж ­
ного внимания и инерции, представляется естествен­
ным. Н о в мире, стрем ящ ем ся к согласованны м сце­
нариям, специфические трудности во многих случаях
будут рассматриваться как примеры частных случаев бо­
лее общих проблем — например падение спроса на сталь
не будет уникальным случаем.

Схожим образом обеспокоенность отдельными угро­
зами неограниченного применения АТП —того или ино­
го материала или устройства —будет возникать отнюдь
не обособленно. В мире, стремящемся к реализации
последовательных непротиворечивых сценариев, спе­
цифические тревоги относительно злоупотреблений
технологиями АТП-уровня будут рассматриваться как
различные аспекты более общей проблемы ограниче­
ния применения АТП. При условии, что основное вни­
мание будет сосредоточено на согласованных сценари­
ях и последовательных ответных действиях, наиболее
целесообразно, чтобы важнейшие опасения рассматри­
вались как часть более широкой повестки дня. Если же
392

УПРАВЛЕНИЕ

ПРОРЫВНЫМ

УСПЕХОМ

в обсуждении будут доминировать несогласованные сце­
нарии, вероятность того, что отдельные тревожные ас­
пекты утонут в общем хаосе, существенно повышается.
Соответственно уменьшается и вероятность нахожде­
ния правильных решений. Цивилизационные преобра­
зования заслуживают большего, чем разрозненные дей­
ствия в ответ на новые и новые вызовы.
Рассмотрение несогласованных сценариев будет спо­
собствовать непоследовательным ответным действиям,
что приведет к возникновению или усилению совсем
не обязательных рисков. В частности, правильно пони­
маемая перспектива полного изобилия способна огра­
ничить воздействия некоторых источников конфликта.
Участники соперничества за сохранение рынков, ресур­
сов и власти, в борьбе за которые промышленное про­
изводство противопоставляется необходимости защи­
ты природной среды, обнаруживают себя в ситуации
близкой к игре с нулевой суммой, когда выгоды п о­
лучаемой одной стороной означают нанесение ущерба
другой стороне и где каждая из сторон ожидает выиг­
рыша от ошибок соперников. Перспектива полного из­
обилия в каждой из этих областей предлагает выигрыш
всем сторонам. Но в том случае, если стороны движи­
мы неконтролируемыми импульсами, привычки к борь­
бе, к противостоянию чреваты возникновением далеко
не обязательных конфликтов и издержками упущ ен­
ных возможностей. Так, опаснейшая ситуация может
сложиться в военной сфере. Если стороны принимают
на первый взгляд рациональные решения, но они ос­
новываются на несогласованных сценариях, в погоне
за иллюзорными выгодами возрастает риск катастро­
фических последствий.
★**
Достижение общего реалистичного понимания требует
учета и знаний, и неопределенности. Физика предлага­
ет нам исходный пункт, фактическую основу для знаний
о некоторых аспектах технологического потенциала, ко­
393

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

торый, в свою очередь, представляет комплекс отчасти
предсказуемых возможностей и трудностей.
Поднимаясь над этим порогом (и инженерными рас­
четами), мы может рассматривать перспективы хотя
и на рациональной основе, но без уверенности в отдель­
ных исходах. Что касается времени создания и внедре­
ния будущих технологий, победителей и проигравших,
политики, событий, ответных действий политических
и экономических воздействий, а также социальных ре­
зультатов— во всех этих областях нет и не может быть
сколько-нибудь надежных предсказаний. Однако глубо­
кое понимание всех этих проблем будет способствовать
принятию более правильных решений.
Одна из форм знаний, ориентированных на будущее,
может быть верной: знания о диапазоне самой неопре­
деленности, о спектре вопросов, на которые невозмож­
но получить достоверные ответы. Признание и изуче­
ние неопределенности может иметь важное значение,
поскольку она воздействует на принятие решений о ра­
циональных вариантах выбора, направленных на пред­
отвращение риска. Так что в углублении знаний о не­
определенности нет ничего парадоксального.
В общем случае принятие здравых, не приемлющих
риска решений предполагает опору на консерватив­
ные предположения. Однако неопределенность отно­
сительно сроков разработки АТП привносит в «консер­
вативность» два противоположных значения. Когда мы
обдумываем потенциальные решения проблем (эконо­
мических, медицинских, экологических и так далее),
консерватизм заключается в допущении, согласно кото­
рому на всем пути к полному изобилию мы будем стал­
киваться с длительными задержками. В то же время
в размышлениях о возможных новых проблемах консер­
ватизм состоит в предположении, что, по крайней мере,
один из путей окажется удивительно коротким.

ГЛ А В А 17

Безопасность в условиях
необычного будущего

Т КОВАНОГО железа до циф ровы х м икросхем —
перспективные базовые технологии всегда находи­
ли военное применение. Не будут исключением и тех­
нологии АТП -уровня. Н о в отличие от преды дущ их
прорывов, они сулят нам изменение и основных пра­
вил, и контекста самой игры. Нас ожидает будущее осо­
бого рода, так как АТ-технологии способны в изобилии
обеспечить все страны мира и их жителей как тради ци ­
онными товарами, так и системами безопасности. П о ­
этому любая стратегия управления возможностями АТП
должна принимать во внимание обе стороны возможно­
го взаимодействия материального богатства и техноло­
гий осуществления контроля.

Появление прорывных технологий контроля отнюдь
не обязательно повлечет за собой дестабилизацию во­
енного и общественного порядка. В тех случаях, когда
эти технологии будут применяться достаточно разум­
но, они способны предоставить новые средства сдержи­
вания конфликтов, равно как и средства защиты мягких
форм социального порядка, основывающихся на ответ­
ственности властей, способствующих как расширению
свобод, так и повышению степени безопасности.
Однако эти же самые технологии способны подстег­
нуть гонку вооружений, целью которой является подго­
товка к войне, или расширить возможности секретного
наблюдения, угрожающие даже тем, кто считает себя на395

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

деленными властью. Действия, ведущие к возрастанию
такого рода рисков, чреваты ненужными и не поддаю­
щимися оценке угрозами для государств и отдельных
граждан, поскольку попытки установления бескон­
трольной власти, как показывает история, всегда за­
канчивались плачевно. И наоборот, стабильное и от­
ветственное государственное руководство основывается
на вдумчивом консенсусе, координации и создании ин­
ститутов.
Для того чтобы начать аргументированную ди скус­
сию о рисках и возм ож ностях, мы долж ны изучить
возмож ности, предлагаемы е техн ол оги ям и безопас­
ности АТП -уровня, в контексте более ш ирокой АТПтрансф орм ации. Н есм отря на ограниченность совре­
менны х знаний, сегодня мож но увидеть некоторые
из движ ущ их сил, которые следует принять во внима­
ние при ф ормулировке согласованных вопросов о буду­
щем, выходящем за рамки обычных ожиданий.

Прорывной потенциал:
военные асимметрии
Усилия, направленные на разработку конкурентных
технологий, очень редко осуществляются синхронно.
История технологической конкуренции, будь то ядерное оружие, спутники, компьютерные микросхемы или
самолеты-невидимки, показывает, что в большинстве
случаев различия во времени достижения соперниками
технологических уровней измеряется годами. В случае
с АТП высокая скорость их доведения до поздних эта­
пов производства и масштабирования приведет к уси­
лению диспропорций в военных потенциалах. Поэтому
легко представить себе ситуацию, когда измеряемая ме­
сяцами или днями асинхронность в разработках при­
водит к значительной асимметрии, даж е в ситуации
неполного использования потенциала технологий АТПуровня.
396

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

Рассмотрим относительно традиционные воздушно­
космические системы. Внедрение в этой области ато­
марно точного производства способно привести к более
чем тысячекратному сокращению единичных издержек
и одновременному повышению эксплуатационных ха­
рактеристик продукции (увеличение тяговооруженности и дальности действия, улучш ение датчиков и уве­
личение вычислительной мощности и т.д.). Имея АТП,
$ю миллиардов было бы достаточно для создания произ­
водственной инфраструктуры, способной обеспечить вы­
пуск высокоэффективных летательных аппаратов общим
весом в ю миллионов тонн — в течение всего нескольких
дней. Для сравнения заметим, что летательные аппараты
общим весом ю миллионов тонн сопоставимы с ю мил­
лионами обычных крылатых ракет, что в юоо раз больше,
чем их количество, находящееся сегодня в арсенале США.
П отенц и альны е количественны е и качественные
асимм етрии подобны х масш табов открывают возм ож ­
ность завоевания подавляющего превосходства в сфере
вооружений. Конкуренция без ограничений обязатель­
но приведет к новой гонке вооружений. Это сформирует
контекст разработок технологий АТП-уровня в целом —
восприятие техн ологи й и их значения, соотнош ение
применения АТП в производстве вооружений и в инте­
ресах экономического развития, борьбы с клим атиче­
скими изменениями, медицинских исследований и так
далее. Более того, введение режима секретности приве­
дет к повышению степени неопределенности для всех
участников процесса, поскольку сам характер техн оло­
гий затрудняет отслеживание относительных позиций
сторон в гонке вооружений и прогноз прорывных тех­
нических решений.

Перечисленные выше обстоятельства требуют про­
ведения тщательной переоценки национальных инте­
ресов и политических курсов на международной аре­
не. Информированное суждение может быть вынесено
только на основе внимательного отношения к техноло­
гическому потенциалу и историческим примерам.
397

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Прорывной потенциал: нелетальное оружие
П роизводственны е м ощ ности АТП -уровня могли бы
применяться для создания более крупны х арсеналов
такого см ертоносного оруж ия, как ракеты и бомбы.
Но усоверш енствования в техн ологиях и значитель­
но более низкие издержки открою т возмож ность об­
ращения к принципиально иным вариантам действий.
В частности, сдвиг в относительных преимущ ествах не­
смертельных вооружений создаст основу для глубоких
изменений в практике применения вооруженных сил.

Создание в 1950-х гг. термоядерного оружия стало
триумфом смертоносности над точностью. О бладав­
шие им государства получили возможность вести войну
с наименьшей за всю историю человечества стоимостью
в расчете на одну жертву. В то же время термоядерное
оружие не могло использоваться для поражения не­
больших отдельных целей, так как взрыв водородной
бомбы или боеголовки межконтинентальной ракеты
привел бы к массовой гибели гражданского населения,
оказавшегося в зоне поражения взрыва и последующего
радиоактивного загрязнения местности. Показательно,
что на протяжении более пятидесяти лет ядерное ору­
жие поддерживалось в режиме непрерывной готовно­
сти к применению, но использовалось только в качестве
угрозы в периоды обострения международной напря­
женности. Современныесистемы вооружений развива­
ются в сторону нанесения гораздо более точных ударов,
характеризуются меньшим поражающим воздействием
и легкостью применения.
В наши дни источниками новостей являются миниа­
тюрные летательные аппараты, ракеты и снаряды с ла­
зерным наведением, беспилотные летательные аппа­
раты и системы наблюдения, что указывает на интерес
к дистанционному применению смертоносного оружия
со снайперской точностью.

Однако мы должны помнить, что обычно целью вой­
ны является принуждение, а не убийство. Как писал
398

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

Сунь Цзы: «Верш ина военного искусства заключает­
ся в том, чтобы преодолеть сопротивление противни­
ка, не вступая в сражение». Наибольшей известностью
пользуются слова К. фон Клаузевица о том, что вой­
на есть «продолжение политики другими средствами».
Следовательно, важнейшая цель применения оружия —
принуждение. Пока убийство военных и населения яв­
ляется более экономичным способом ведения боевых
действий, но совсем скоро экономика передовых тех­
нологий и производства с низкими издержками приве­
дет к тому, что вне конкуренции окажется несмертель­
ное оружие.
Представьте себе, что обычным военно-воздушным
силам противника противостоит «рой» недорогих бес­
пилотных летательных аппаратов» Наличие достаточ­
ного количества беспилотников позволяет организовать
действенную противовоздушную оборону. Например,
они могли бы просто принимать на себя вражеский
огонь до тех пор, пока у авиации противника не иссяк­
нут боеприпасы. Достаточное количество находящихся
на боевом дежурстве беспилотников, оснащенных необ­
ходимыми датчиками и высокоточным оружием, мог­
ли бы поражать вражеские самолеты прямо на аэродро­
мах, баллистические ракеты — на разгонных участках
траекторий, крылатые ракеты —сразу после их запуска,
и так далее. При этом показатели смертности будут ми­
нимальными. Аналогичные стратегии могут использо­
ваться для подавления корабельного оружия, а плот­
ная сеть недорогих датчиков не оставит ни малейшего
шанса вражеским подводным лодкам. Войну можно
было бы проиграть или выиграть еще до начала актив­
ных боевых действий. Аналогичным образом, точное
поражение гражданских объектов могло бы использо­
ваться для оказания давления или парализации обще­
ства в целом. В результате всех этих изменений война
стала бы менее дорогой как в денежном измерении, так
и с точки зрения человеческих жертв (полное их отсут­
ствие с одной стороны и небольшие потери —с другой).
399

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

В результате начать войну и одержать в ней победу бу­
дет проще.
В данном случае мы видим логичный результат не­
прерывно растущей зависимости от беспилотных лета­
тельных аппаратов. Виды вооружений, позволяющие
сократить боевые потери, способны подтолкнуть госу­
дарство к более воинственной политике. Иллюстрацией
данного принципа является широкое боевое примене­
ние беспилотников армией США, в том числе для пора­
жения живой силы противника. Разработки различного
доступного, несмертельного, дистанционно управляе­
мого оружия будут продолжаться, все более разрывая
связь между ведением боевых действий и убийством лю­
дей. Чем слабее будут угрызения совести, тем ниже по­
рог, препятствующий действию. Поскольку у против­
ника, столкнувшегося с подобной перспективой, будет
меньше оснований ожидать сдержанности, рассматри­
ваемая нами сторона уравнения усиливает логику упре­
ждающего удара.
Прорывной потенциал:
измерение гражданского общества

Потенциал воздействия производственных возможно­
стей АТП-уровня не ограничивается военной сферой.
Передовые достижения в наноразмерной электрони­
ке уже принесли нам недорогие запись и воспроизве­
дение изображений, а также хранение и передачу дан­
ных в карманные устройства. Благодаря устремившимся
вниз ценам, все большее распространение получает ис­
пользование свойств, которыми обладают компактные
датчики, компьютеры и телекоммуникационные систе­
мы. Граждане различных стран используют эти техно­
логии в своих собственных интересах. Например, в Т у­
нисе и Египте они применялись для усиления давления
на центральные власти посредством публикации сведе­
ний об их реакции на массовые протесты. Эти действия
оппозиции привели к повышению политической цены
400

БЕЗОПАСНОСТЬ

В У СЛ ОВИ ЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

силового подавления народны х выступлений. Д виж у­
щей силой новых технических тенденций были пере­
довые достижения в техн ологи ях производства по­
лупроводников, не относящ ихся к атомарно точным.
Вероятно, прогресс в этой сфере еще более ускорится.
Конечно же, выгоды получаю т не только рядовые
граждане. Чем более компактными и дешевыми стано­
вятся эти технологии, тем ниже расходы государства
на повышение плотности сетей наблюдения. П арал­
лельно улучшается используемое властями оборудова­
ние и программное обеспечение, применяемое для рас­
познавания изображений. Современные технические
возможности позволяют с поразительной точностью
определять объекты, людей и их лица. Здесь, в Велико­
британии, я живу в стране с самой высокой в мире плот­
ностью частных и государственных камер наблюдения.
Все более широкими и плотными становятся сети на­
блюдения в СШ А и Китае.
Даже на современном уровне развития возникают все
более острые вопросы, связанные с распространением
технологий наблюдения и беспилотных летательных ап­
паратов. С точки зрения технического развития сегодня
есть все возможности для разработки и размещения ав­
тономных систем, способных наблюдать, распознавать
и передавать информацию о людях и событиях, а также
выводить из строя, помечать, убивать или домогаться
людей, посредством вмешательства программы или че­
ловека. Одновременно имеется возможность непрерыв­
ного сбора доказательств, которые могли бы использо­
ваться в судебных процессах. Данное соображение имеет
решающее значение для общества, требующего законно­
го, ответственного государственного управления.
Выработка согласованных ожиданий относительно
будущего, движимого АТП, требует принятия во внима­
ние всех этих тенденций до начала и в период перехода
к новым технологиям. Рассматриваемые тенденции вы­
зывают обеспокоенность и создают возможности, кото­
рые заслуживают самого глубокого анализа. Я убежден,
401

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

что деятельность, направленная на защиту и создание
новых институциональных структур для управления
новыми возможностями, является гораздо более про­
дуктивной, чем защита или противостояние базовым
возможностям самим по себе.

Парадокс полной внутренней
безопасности
Технологические достижения, определяющие развитие
в одном направлении, могут привести к прямо проти­
воположным результатам. Я полагаю, что это положе­
ние справедливо в отношении систем безопасности и их
последствий для свободы и государственного управле­
ния. История предлагает нам немало тому примеров.
Выше мы отмечали, что достижения в военных тех­
нологиях сначала привели к повышению показателей
смертности в результате вооруженных конфликтов,
а затем к их снижению. Единичные убийства с помо­
щью топоров и мушкетов уступили дорогу массовым
смертям под пулеметным огнем и взрывами атомных
бомб. В наши дни массовые убийства все чаще замеща­
ются единичными в исполнении скрытных частных лиц
и беспилотников, используемых правительствами раз­
личных стран.
Оглядываясь в прошлое, мы видим, что новые д о ­
стижения в социальных технологиях государственно­
го управления приводили сначала к ограничению сво­
боды личности, а потом к ее росту. Появление первых
институтов власти в аграрных обществах означало вве­
дение еще одного уровня контроля для представителей
их высших слоев, когда жизни подданных передавались
на усмотрение правителя. Эволюция государственных
институтов означала расширение их власти и возра­
стание потенциала смертности. Но в некоторых стра­
нах и в определенное время увеличение власти привело
к созданию обществ, где главенствует закон и есть опре­
402

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

деленная свобода —личная безопасность, свобода выбо­
ра и ограничение на применение насилия в невиданной
никогда в прошлом степени.
Вероятно, той же самой парадоксальной парадиг­
ме могли бы следовать и технологии безопасности. Н о­
вые возможности наблюдения уже продемонстрирова­
ли свой потенциал постепенного ограничения свободы.
Однако их применение может привести и к противопо­
лож ному эффекту — к повышению степени безопасно­
сти и расширению свободы людей. В наши дни в цен­
тре внимания проходящих в СШ А дискуссий о внутрен­
ней безопасности находятся террористические атаки.
Американцы обсуждают вопросы о приемлемых ри с­
ках, а также о эффективности и допустимости секрет­
ных мер безопасности, которые применяются в услови­
ях скрытности и ограниченного общественного контро­
ля. Исход дебатов зависит от ответов на вопросы о том,
в достаточной ли степени ограничения личных свобод
компенсируются более высоким уровнем безопасности
и насколько обоснованным является режим секретности,
установленный в отношении наблюдателей и направлен­
ный на укрепление слабых мест в системах безопасности.
Может ли баланс мнений измениться с большей ин­
тенсивностью и эффективностью наблюдения? Об­
ратимся к одной из крайностей потенциальных воз­
можностей. Представьте себе мир, в котором органы
государственной безопасности действительно способ­
ны выявлять и расстраивать планы террористов. Т ер ­
рористический акт почти невозможно будет ни сплани­
ровать в обстановке должной секретности, ни (в случае
удачной планировки) организовать, ни (в случае удач­
ной организации) осуществить. Возможно, мир и будет
более безопасным. Но, как мне кажется, защитники гра­
жданских свобод боятся наступления такого мира более
всего на свете.
Нужен ли нам такой мир?
В случае решения проблемы национальной обороны,
дополнительный вес неизбежно приобрели бы другие
403

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

тревоги. Например, наличие достаточно эффективных
средств сбора доказательств означало бы, что справед­
ливые судебные решения могли бы выноситься по ре­
зультатам открытых процессов. В процессе движения
к миру, базирующемуся на подобных основаниях, цен­
ность сохранения в тайне доказательств и их источ­
ников должна была бы неизбежно снижаться. О дно­
временно возрастала бы ценность открытых судебных
слушаний, позволяющих проверять случаи злоупотреб­
лений со стороны властей, тем самым обеспечивая за­
щиту свободы в рамках закона.
Способны ли мы одержать победу в «длительной вой­
не» с терроризмом? Тенденции развития технологий
позволяют предположить, что на этот вопрос будет по­
лучен ответ «да». В этом случае долгосрочная проблема,
вероятно, состоит не в том, чтобы защитить население
различных стран от нападений внешних врагов, но в за­
щите от разрушения изнутри структуры гражданских
обществ, избегая чрезмерного укрепления непрозрач­
ных и неподотчетных обществу аппаратов безопасно­
сти. Последние, как свидетельствует история, угрожают
всем и каждому, не только обществу в целом, но и тем,
кто воображает, будто способен контролировать орга­
ны безопасности.
Если свобода, ответственность и эффективная без­
опасность не обязательно должны противоречить друг
другу, то было бы важно изучить возможности их согла­
сования. Я вижу настоятельную потребность в дискусси­
ях, которые отражали бы возможно более общее согла­
сие о том, что было бы хорошо в принципе при условии
относительно низких затрат. Например, большинство
из нас высоко ценят личную безопасность, националь­
ную безопасность и традиционные свободы, несмотря
на непрерывно ведущиеся жаркие споры о том, чем
из них и в какой степени мы должны были бы пожерт­
вовать для того, чтобы выиграть в чем-то одном или дру­
гом. Как правило, ни одна из сторон дискуссии не отвер­
гает наиболее значимые для других ценности, несмотря
404

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

на то, что участники могут придавать различный вес об­
щим ценностям. Однако политика, за которую выступа­
ет одна из сторон, может противоречить устремлениям
других групп. Перспектива полного изобилия позволяет
существенным образом улучшить сложившееся положе­
ние, предлагая варианты выбора, открывающие возмож­
ность улучшения исходов по нескольким критериям од­
новременно. В случае признания перспективы возмож­
ных в будущем лучших вариантов выбора, все стороны
могли бы (и имели бы все основания) ожидать более пол­
ного удовлетворения своих интересов и начать поиски
более полного общего согласия1.
Гражданское общество располагает на удивление
широким спектром различных вариантов управления
информационно насыщенной безопасностью. В то же
время технологии сбора информации, предоставления
доступа к ней, реагирования и ответственности очень
редко оказываются в центре общественных дискуссий,
даже в самых общих чертах. Изучая потенциальные ре­
шения проблем, институтов, законодательства, цифро­
вых технологий и процедурных правил, мы должны
рассматривать их комплексно и творчески в приемле­
мых с точки зрения культуры сочетаниях. В против­
ном случае мы рискуем многое упустить из виду. Я убе­
жден, что все эти средства в совокупности могут быть
применены для упорядочения прозрачности и право­
применения допустимым и удивительно эффективным
способом. Это приведет к увеличению персональной
и национальной безопасности в открытом и динамич­
ном гражданском обществе.

1. А налоги чн о, как отмечалось выше, промы ш ленны е технологии вы­
нудили человечество пойти на ком пр ом и ссы , впоследствии
«столкнувш и е л б ам и * защ итников природы и экон ом и ческо­
го развития, хотя ни та, ни другая сторона не выступала ни за
сохранение бедности, ни за разруш ение окружаю щей среды.
И вновь, загляды вая вперед, мы видим, что новые возм ож н о­
сти способны принести с собой выгоды для обеих групп.

405

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Более тесное соответствие
национальным интересам
Мы рассмотрели несколько направлений изменения
технологий безопасности в случае развития техниче­
ских возможностей АТП -уровня и приш ли к выводу
о необходимости изучения новых компромиссов и ва­
риантов выбора во внутренней сфере. На меж дународ­
ном уровне точно так же необходимо изучение новых
компромиссов и вариантов выбора, связанных с изме­
нениями жизненно важных национальных интересов,
что будет иметь глубокие последствия для безопасности.
В частности, значение доступа к рынкам и ресурсам бу­
дет снижаться, а решающее значение приобретет огра­
ничение доступа к технологиям АТП-уровня.
Ослабление конкуренции за рынки
и природные ресурсы
Ш и р о ко е м еж дун ар одн ое распростран ен и е со о т­
ветствую щ их техн ически х возмож ностей п рои зво д­
ства АТП -уровня привело бы, прежде всего, к ослаб­
лению конкурентного давления на доступ к рынкам
и природным ресурсам. Рынки экспорта утратят былое
значение, так как с точки зрения материального благо­
состояния импорт и торговый баланс будут играть су­
щественно менее важные роли. П риродные ресурсы бо­
лее не будут ни ограниченными, ни важными.

В наши дни страна, не имеющая доступа к поставкам
нефти, является энергозависимой. Доступ к необходи­
мым техническим возможностям производства АТПуровня позволил бы ей быстро и экономично достичь
энергетической независимости. Импорт нефти уже не
имел бы решающего значения.
Все то же самое может быть сказано в отношении
промыш ленных сырьевых материалов, компонентов
и продуктов. Ш ирокий доступ к ключевым технологи­
406

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

ям АТП-уровня означал бы практическую возможность
автаркической экономической политики государства.
Сельское хозяйство в «закрытых помещениях» с его вы­
сочайшей продуктивностью позволило бы полностью
удовлетворить потребности в продовольствии даже та­
ких стран, как Сингапур, с его высочайшей плотностью
населения. Действительно, нам было бы трудно най­
ти любой из внешних ресурсов, который имел бы жиз­
ненно важное значение для той или иной страны. Тем
самым исчезло бы имеющееся основание международ­
ных конфликтов, уходящее корнями в многовековую
историю.
Сильная общая заинтересованность в ограничении
негосударственных акторов

Как нам известно, основывающиеся на атомарно точных
технологиях производственные системы могут проек­
тироваться так, чтобы производить только отдельную
категорию товаров. Это могут быть некоторые или раз­
нообразные потребительские товары, энергетические
системы, медицинские продукты и тому подобное, точ­
но так же как и компоненты, необходимые для расши­
рения производственных мощностей. В общем, все, что
угодно, за исключением продуктов, представляющих
угрозу безопасности. Машины, построенные с исполь­
зованием специализированных возможностей, имеют
внутренние ограничения. Поэтому основания для тре­
вог относительно доступа к невоенным возможностям
носят не стратегический по своей природе, а преимуще­
ственно экономический, экологический и (в широком
смысле) регулятивный характер.
В то же время неограниченный доступ к неограни­
ченному диапазону технологий АТП-уровня означал бы,
что их непредсказуемыми возможностями могут вос­
пользоваться враждебно настроенные частные лица.
Тем самым возникли бы неприемлемые и непредсказуе­
мые риски. Недопущение подобного развития событий
407

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

является жизненно важным национальным интересом
самого высокого порядка, общим для всех государств
мира. Он способен стать движущей силой для расшире­
ния всемирного сотрудничества в вопросах безопасно­
сти, связанных с применением технологий АТП-уровня.
Каждое государство жизненно заинтересовано в обес­
печении внутренней безопасности во всех остальных
странах мира и в установлении эффективных глобаль­
ных рамок, ограничивающих распространение техноло­
гий АТП-уровня на своей территории.
Уменьшение количества фундаментальных причин
для международных конфликтов

В истории отсутствуют сколько-нибудь близкие парал­
лели со сложившейся в наши дни ситуацией. В исто­
рическом и доисторическом прошлом конкуренция
за природные ресурсы определяла процессы ф орм и­
рования обществ, усиление противостояния с сопер­
никами и готовность к войне. От охотничьих угодий
до нефтяных полей, контроль над территорией и д о ­
ступ к ограниченным ресурсам всегда имел решающее
значение с точки зрения силы и выживания. В наши
дни открывается перспектива наступления эры резкого
ослабления конкуренции за ресурсы.
Пока же соперничество за ресурсы остается одной
из важнейших причин международной напряж енно­
сти. Например, в основе конфликта, вызванного стрем­
лением к установлению контроля над Восточно- и Юж­
но-Китайскими морями, лежит допущение, согласно
которому в середине XXI столетия государства будут
по-прежнему заинтересованы во владении морскими
месторождениями нефти. Поскольку развитие техно­
логий АТП-уровня приведет к исчезновению тревог, свя­
занных с обеспеченностью ресурсами, в планах, ориен­
тированных на столь необычное будущее, возможности
доступа к природным ресурсам не должны относиться
к категориям ни первоочередных, ни существенно важ­
408

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

ных национальны х интересов. О ж идать и появления
технологий АТП-уровня, и продолжения борьбы за ре­
сурсы, было бы непоследовательным и противоречивым
по своей сути, побуждая к разработке необоснованно ри­
скованных планов иллюзорного будущего.
Помимо материальных проблем XX век был отмечен

идеологическим, по крайней мере, номинально, про­
тивостоянием. В наши дни на уровне великих держав
идеологическая борьба отошла на второй план и более
не обсуждается как один из вероятных поводов к войне.
Остающиеся внешние угрозы жизненно важным на­
циональным интересам носят циркулярный характер,
когда предпринимаемые ответные действия порождают
ответные угрозы. В тех случаях, когда динамика опреде­
ляется не фундаментальными интересами, а прошлыми
событиями, этот цикл способен приобрести автономный
характер. Например, во время гонки вооружений с уча­
стием США и СССР уровень военных угроз никак не соот­
ветствовал конфликтам материальных интересов— обе
страны почти не конкурировали на рынках природных
ресурсов, но стремились превзойти друг друга по коли­
честву ядерных боеголовок и обеспечить гарантирован­
ное взаимное уничтожение. И наоборот, СШ А и Европа
конкурируют друг с другом едва ли не во всех измере­
ниях экономических отношений. Но ни одна из сторон
не проявляет сколько-нибудь заметной озабоченности
неравновесием в военной мощи: запасы термоядерно­
го оружия СШ А, Англии и Франции значительно раз­
личаются (тысячи против сотен), однако в отсутствие
недавней истории взаимных угроз отсутствие паритета
не воспринимается как важное.
В то же время исторический конфликт и военные
столкновения способствовали сохранению военной кон­
фронтации между СШ А и Китаем, несмотря на тесные
экономические связи двух стран. Вообразить гонку во­
оружений между США и Европой довольно трудно, ме­
жду СШ А и Китаем — легко; более того, она уже идет,
хотя и в высшей степени асимметрично.
409

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Несмотря на непреходящее значение военной силы
и разработки новых вооружений, неограниченная гон­
ка с использованием технологий АТП-уровня сопрово­
ждалась бы серьезными ненужными рисками. В страте­
гическом контексте свойства, присущие технологиям
и возможным направлениям их разработки, означают
неизбежность столкновения с неизвестными в прошлом
трудностями. Для того чтобы избежать грубых ошибок
в трудной ситуации, необходимо будет пересмотреть
риски и альтернативные стратегии, начиная с наиболее
фундаментальных проблем.

Неопределенности, риски
и направления дальнейших шагов
Глубокие изменения в национальных интересах потре­
буют тщательного пересмотра общей стратегии. С р ед­
ства и цели, риски и возмож ности, собственное вос­
приятие своих интересов нынешними стратегическими
конкурентами — мы не должны недооценивать ни один
из этих факторов. Ожидающее нас в высшей степени
необычное будущее никак не согласовывается с плана­
ми, которые были разработаны для применения в со ­
всем другом мире.

Если мы попытаемся заглянуть вперед, становит­
ся очевидным, что некоторые виды знаний мы п о­
лучим почти наверняка, другие — нет. Для изучения
материального потенциала технологий АТП-уровня
могут использоваться средства инженерных методоло­
гий, благодаря которым мы можем достаточно надеж­
но установить нижние границы потенциальных техно­
логических возможностей, в то время как их верхние
рубежи часто остаются умозрительными. С точки зре­
ния оценки временных сроков разработок физические
расчеты оказываются не слишком полезными, в то вре­
мя как статус и перспективы ускоренного развития ато­
марно точных технологий являются сильными довода­
410

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

ми в пользу развития технологий АТП-уровня в таком
масштабе времени, который требует планирования дей­
ствий при различных вариантах обстановки. Необходи­
мо будет ответить и на знания, и на неопределенность.
Учитывая неустранимую неопределенность

В финансовых делах предполагается, что рынки ве­
дут себя неожиданно, что определяет важнейшее зна­
чение оценки рыночных рисков. Да, инвесторы прини­
мают свои решения, опираясь на информацию и знания
в обычном смысле этого слова. Одновременно они учи­
тывают и неустранимую неопределенность.
В ближайшие годы мы можем ожидать зарождения
технологий АТП-уровня и быстрого последующего ши­
рокомасштабного их применения. Однако темпы про­
гресса непредсказуемы. У нас нет и не будет оснований
для уверенных заявлений ни об относительно быстром,
ни об относительно медленном технологическом разви­
тии. Невозможность точно предсказать некий особый
путь поступательного развития обусловлена хотя бы
тем, что перед нами открыты самые разные направле­
ния движения в будущее и обязательно будут найдены
возможности сократить путь к цели. Попытки загля­
нуть вперед во время зарождения тех или иных спе­
цифических технологий неизбежно приведут к откры­
тию никем не ожидавшихся способов их практического
применения. Помимо неопределенностей, связанных
с технологическим развитием, будущие исходы непо­
средственно зависят от не поддающихся предсказани­
ям ожиданий, решений о выборе и следующих каска­
дом событий.
Таким образом, грядущая революция полного изоби­
лия означает, что мы неизбежно окажемся лицом к лицу
с неустранимыми неопределенностями. Как и в финан­
совых делах, этим неопределенностям вместе с досто­
верными знаниями должно быть отведено центральное
место в процессе принятия решений. Знания и неопре­
411

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

деленности взаимодействуют друг с другом. Непред­
сказуемые перспективы во многих случаях требуют ми­
нимизации рисков и подготовки ситуативных планов;
неизвестные факторы способны привести к предсказуе­
мым результатам в тех случаях, когда известные пере­
менные воздействуют на выбор других.

Кооперативные стратегии ухода
от ненужных рисков
Совместные разработки могут позволить добиться сни­
жения уровня неопределенности, в то время как скрыт­
но ведущаяся конкуренция означает намеренное его по­
вышение. Сужение круга противоречащих друг другу
жизненно важных интересов и необходимость преодо­
ления общих трудностей в управлении турбулентными
процессами экономических перемен и изменений в сфе­
ре безопасности создают условия для того, чтобы нача­
лась новая гонка вооружений, которая с неизбежностью
приведет к возникновению ненужных и непредсказуе­
мых рисков.
По целому ряду причин осуществление секретных
разработок привело бы к тому, что ни одна из сторон
не была бы уверена в исходе соперничества и ни одна
из них не могла бы с уверенностью ожидать проясне­
ния ситуации на более поздних стадиях игры. Природа
технологического пути развития проявляется, в част­
ности, в ускорении развития сразу после преодоле­
ния технологического порога. В то же время переход
через него не требует ни использования экзотических
материалов, ни наличия специализированной инфра­
структуры. Знания —ключ к достижению целей, но зна­
ния текучи и могут передаваться незаметно. В контек­
сте скрытно осуществляемой гонки вооружений выход
на новые рубежи был бы слишком непредсказуемым,
его было бы слишком легко утаить и слишком трудно
вовремя заметить. К тому же в данном случае велика
412

НЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

мероятность утечек. В этом контексте секретности для
исех участвующих в гонке государств, и для мира в це­
лом, неустранимая неопределенность значительно воз­
растает.
Как известно, на объективном, материальном уров­
не переход к технологии АТП способен создать усло­
вия для достижения более полного соответствия нацио­
нальных интересов; было бы нелепо, если бы ожидание
такого перехода привело бы к повышению риска войны.
Что может быть сделано в свете подобных перспектив?
Побуждения к секретным военным разработкам оче­
видны и реальны. Несмотря на риски пути, на который
они выводят, односторонняя политика ограничений
не способна опровергнуть его логику. Альтернативный
путь предполагает акцент на открытости как средстве
снижения уровней неопределенности и риска, а также
сосредоточение внимания на общих проблемах и труд­
ностях управления разрушающими переходами внутри
страны и на международной арене. К числу проблем от­
носятся и риски, связанные с обеспечением безопасно­
сти. Благо современные АТ-исследования представляют
собой хорошую отправную точку.
Сегодня во множестве областей научные исследо­
вания носят в значительной степени международный
характер. М еждународное научное сотрудничество
превратилось в общепринятую форму исследований.
Например, как правило, публикуемые в журналах Science
и Nature статьи написаны несколькими авторами из раз­
ных стран. Следовательно, практически во всех областях
науки между СШ А, Европой, Китаем, Японией и Кореей
происходит взаимный обмен данными. Скрытая конку­
ренция существует и в науке, но чаще всего соперника­
ми являются исследовательские группы, стремящиеся
к достижению результатов, которые они могли бы сде­
лать достоянием всего мира посредством открытых пуб­
ликаций в научных журналах. Международная культура
научных исследований образует контекст для самых пе­
редовых работ в сфере АТ-технологий, задавая критерии
413

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

относительныой открытости и прозрачности. Эта куль­
тура и ее институты могут развиваться и расширяться
на уровнях, варьирующихся от личного выбора до ин­
ституциональных решений, государственной политики
и многосторонних соглашений.
Цели исследования формируют его культуру. В наши
дни исследования в определенных атомарно точных
областях— в самом широком их спектре — вносят важ­
ный вклад в практическое применение достижений ме­
дицины, разработок новых материалов, биотехнологий
и технологического проектирования, а также в расши­
рение фундаментальных знаний в таких дисциплинах,
как химия, материаловедение, физика и молекулярная
биология. Как правило, самые передовые исследования
в наибольшей степени удалены от конкурентного при­
менения их результатов, а их движущей силой являет­
ся человеческое любопытство в самом широком смысле.
К их числу относятся и перспективы решения глобаль­
ных проблем, естественным образом способствующие
проведению совместных исследований. Стремление уче­
ных к сотрудничеству может быть углублено и расшире­
но исходя из политических соображений.
Усилия различных стран, изначально направленные
на обеспечение и институционализацию хорошо струк­
турированной прозрачности исследований и разрабо­
ток, связанных с АТ-технологиями, способны создать
внешние условия, благоприятствую щ ие дальнейш им
мерам по установлению доверия к разработкам друг
друга и управлению технологиям и АТП -уровня. Эта
структура упорядоченной прозрачности, в свою оче­
редь, могла бы послужить основой для многосторонних
скоординированных усилий, цель которых состояла бы
в обеспечении должного уровня безопасности, имеюще­
го, как представляется, решающее значение для поддер­
жания международной стабильности.
Для того чтобы встать на этот путь, необходимо чет­
кое вйдение разработок, сосредоточенных на АТП, ре­
зультаты которых послужат основой возникновения не­

414

БЕЗОПАСНОСТЬ

В УСЛОВИЯХ

НЕОБЫЧНОГО

БУДУЩЕГО

обычного будущ его — будущего, выходящего за пределы
современных ожиданий, будущего, принципиально о т­
личного от планируемого в наши дни. В реалистичных
сценариях неординарного будущего должны учитывать­
ся и предсказуемые разрушительные силы, и неустрани­
мые неопределенности, равно как и потенциальные вы­
годы и преимущ ества (а может быть и необходимость)
совместных меж дународны х ответных действий. Неза­
висимо от того, как отнесутся к этим необычным сцена­
риям субъекты, действующие на други х политических
аренах, создание важнейших АТ-технологий с учетом
заранее предусмотренных вариантов развития событий,
представляется разумной стратегией снижения рисков.

Для того чтобы успешно пройти весь этот путь по­
требуется нечто большее, чем просто привычки, пред­
почтения и неформальные соглашения об обмене
информацией. По мере приближения к важнейшим тех­
нологическим порогам, скрытые военные тревоги будут
усиливаться, приобретая все более четкие очертания.
Придет пора проверки всех аспектов нашей предвари­
тельной подготовки к приближающемуся будущему —
степени общего понимания неопределенностей, про­
блем и изменившихся национальных интересов; уровня,
степени и природы общего согласия о потенциально
возможных направлениях действий; личных и органи­
зационных отношений, способнмх в случаях, когда дав­
ление перерастет в требование реальных действий, пре­
образовать согласованные последовательные вйдения
и планы в эффективные политические решения и при­
годные к осуществлению программы.
Открывающиеся перед нами пути будут ограничены
политикой, а политика —это искусство возможного. Воз­
можное будет зависеть от состояния мнений, а мнения
формируются в разговорах, в диалоге, в обсуждениях.
Таким образом, программа действий начинается с
разговоров.

ГЛ А В А 18

Изменение повестки дня
в дискуссиях о будущем

С

ПОСОБНЫ л и м ы изменить ход истории и сделать
наше будущее лучш е?

В переходные периоды, да и в человеческих делах
в целом, те или иные действия влекут за собой предпо­
лагавшиеся и непредвиденные последствия, часть из ко­
торых ожидалась, а другая — нет. Безусловно, действия
осуществляются под влиянием восприятия — не толь­
ко восприятия фактов, решений о выборе и потенци­
альных исходов, но и восприятия интересов, а также
оценки самих результатов. Если копнуть еще глубже,
то восприятие формируется под влиянием общих мне­
ний, рождающ ихся из разговоров и дискуссий дома,
на службе и на конференциях; благодаря чтению ж ур­
налов, книг, редакционных статей и колонок; из обсу­
ждений в блогах и дебатов в Интернете.
Каждая сфера нашей жизни зависит от того, о чем мы
говорим и о чем умалчиваем. Решения о том, что сле­
довало бы обсудить, могут помочь всем нам начать раз­
говоры и дискуссии, формирующие восприятия. Тем
самым определяются действия, в конечном итоге и со­
здающие мир таким, каким мы его знаем.
В течение многих лет мне довелось быть свидетелем
многократно повторявшихся схем дискуссий. Опираясь
на полученный опыт, я хотел бы поделиться с читателя­
ми некоторыми мыслями о разговорах, оценках и дей­
ствиях, а также о том, возможно ли «подтолкнуть» мир
к лучшим исходам.
416

ИЗМЕНЕНИЕ

ПОВЕСТКИ ДНЯ В ДИСК УС СИЯ Х О БУДУЩЕМ

* * *

Перспективы наступления полного изобилия потребуют
радикальных изменений ожиданий, воспринимаемых
национальных интересов и планов. Н о время перемен
еще не наступило. В наши дни основная проблема, свя­
занная с полным изобилием, заключается в том, чтобы
добиться общего более глубокого понимания его пер­
спектив и начать дискуссию о возможных ответных дей­
ствиях, которая в большей степени основывалась бы
на реальности. Вот почему столь важное значение име­
ет правильная формулировка вопросов и первоочеред­
ное внимание к тем из них, на которые имеются четкие
и ясные ответы.

Для того чтобы обсуждение любой темы было про­
дуктивным, необходимо непрерывно следить за тем,
чтобы она оставалась в центре внимания. В отсутствие
общей концептуальной основы, соответствующей рас­
сматриваемой теме, дискуссия может уйти в сторону
обсуждения второстепенных проблем. Этому немало
способствуют путаные вопросы и неправильно понятые
ответы. Если не устранить путаницу, мягко поправляя
заблуждения, разговоры могут легко сойти с пути, при­
водя понимание проблемы в концептуальную ловуш ­
ку. Так и произошло в конце 1990-х гг., и мы до сих пор
разбираем обломки, образовавшиеся после крушения.
Отчасти из-за этой истории сама по себе концеп­
ция АТП до сих пор толком не принята1. Связи со ста­
рыми мифами о нанотехнологиях привели к тому, что
у многих людей понятие АТП отдаленно ассоциируется
с целым рядом странных идей. Поэтому я считаю необ­
ходимым еще раз напомнить о важном положении: в тех
случаях, когда речь идет о физической природе АТП1.

Это справедливо не только в отнош ении АТП в целом, но и значи
мых научных деталей, вплоть до динам ики м олекулярной ре
акции, когда неправильное понимание научных вопросов спо
собно отвлечь внимание от инж енерны х ответов.

417

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

технологий, уместные вопросы на эту тему относятся
к физике и технике компактных производственных ли­
ний, обладающих огромными производственными воз­
можностями. Имеется в виду перспективная производ­
ственная технология, последствия применения которой
способны изменить будущее человечества, а не расплыв­
чатые мечты, экзотические продукты или наножучки.
Разумное действие должно начинаться с обсужде­
ния и определения когнитивной основы. Неправиль­
ное определение этой основы может стать фатальным.
Определение более или менее правильной основы —
лишь половина успеха. Таким образом, первым шагом
в создании программы действий является обсуждение,
которое помогает навести фокус на основные положе­
ния. Ниже мы рассмотрим несколько ключевых тем,
но сначала выскажемся по поводу энтузиазма.

Об энтузиазме...
Мне кажется, что здесь я должен обратиться к неко­
торым из своих читателей. Надеюсь, что вы правиль­
но поймете обращение, на первый взгляд противореча­
щее здравому смыслу, и примете его всем сердцем. Если
вы находите идеи о перспективных технологиях серь­
езными, убедительными и волнующими, если вы спо­
собны представить себе образы будущего, далеко выхо­
дящие за пределы, описываемые автором, или видите
решения неотложных глобальных проблем и чувствуе­
те настоятельную необходимость поделиться с други­
ми охватившим вас волнением,—очень вас прошу, лягте
и полежите до тех пор, пока это ваше побуждение не ис­
чезнет. В реальном мире проявления подобного вол­
нения по понятным причинам становится спусковым
механизмом негативной реакции. Почти все гранди­
озные идеи, на стороне которых выступали множество
взволнованных сторонников, на поверку оказывались
ошибочными, недостойными научного анализа. Чтобы
418

ИЗМЕНЕНИЕ

ПОВЕСТКИ ДНЯ

В ДИСКУССИ ЯХ О БУДУЩЕМ

отличаться от адептов ложных воззрений, будьте доб­
ры, сначала помогите определиться с фундаментальны­
ми положениями, исправить ошибочные идеи и присо­
единяйтесь к обсуждению (только без крика).
К другим моим читателям я обращаюсь с просьбой
помочь энтузиастам спуститься на землю, а также не­
устанно напоминать всем остальным, что повестка дня
не должна определяться взволнованными неправильно
информированными людьми, провоцирующими мощ­
ную отрицательную реакцию или развивающими чув­
ство ассоциативной вины. В противном случае у них
в руках окажется контроль над повесткой дня, но со
знаком минус. Так уже было в прошлом, и мы обязаны
не допустить повторения этой истории.

АТП как один из видов производства
С точки зрения базисной, материальной перспекти­
вы АТП как технология особого рода отделена от по­
следствий ее применения самих по себе, точно так же,
как производство кремниевых микросхем отделено
от дискуссий о беспилотниках или авторском праве
в Интернете.
В 1990-х гг. основные факты о производстве, осно­
вывающемся на АТП, были скрыты завесой пустых раз­
глагольствований об удивительных космических кораб­
лях, микросубмаринах, предназначенных для чистки
артерий, и роботизированных наножучках, обладающих
едва ли не магической мощью. В довершение всего эти
басни каким-то удивительным образом оказались сме­
шанными с материаловедением.
Мы обязаны не допустить повторения этой истории.
В том случае, когда вопросы вращаются вокруг собствен­
но АТП как производственной технологии, тема гипо­
тетических возможностей ее применения, независимо
от степени реалистичности, становится отвлекающим
фактором. Если в процессе обсуждения это различие
419

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

начинает размываться, для того чтобы двигаться впе­
ред, необходимо просто провести разграничительную
линию между АТП самим по себе и его возможным ис­
пользованием.

АТП-системы —это производственные
мощности, хотя и отличающиеся
от современных заводов и фабрик
В прош лом, когда о материальной природе АТП было
на время забыто, образовавшийся пробел начал запол­
няться ложными идеями и технической мифологией.
В центре нашего внимания всегда долж на быть реаль­
ная картина: АТП-система представляет собой помещен­
ный в специальный корпус завод, компактное устрой ­
ство, объединяющее в себе моторы, системы передачи,
конвейерные ленты и специализированные приспособ­
ления различных размеров. В большинстве случаев та­
кое устройство будет подклю чаться к электрической
розетке и, возможно, будет оснащено сенсорным д и с ­
плеем. Д ругим и словами, оно будет во многом напом и­
нать принтер.

Внутри «заводского» корпуса мельчайшие простые
машины перемещают и соединяют молекулы для того,
чтобы строить из них наноразмерные детали. Затем бо­
лее крупные машины собирают микроскопические дета­
ли, чтобы изготовить более крупные компоненты. П ро­
цесс завершается тем, что машины обычного размера
собирают вседетали воедино, в результате чего мы по­
лучаем конечные продукты. Наименьшие по размерам
машины направляют движение и связывание молекул,
в то время как на всех последующих стадиях машины
выполняют практически ту же самую работу, что и машинерия современных фабрик. Нет никакого волшеб­
ства. Есть достаточно крупные комплексные системы,
построенные из огромного количества более простых
машин.
420

ИЗМЕНЕНИЕ

ПО ВЕСТКИ ДНЯ В Д И С К У С С И Я Х О БУДУЩЕМ

Эта предельно конкретная картина способна вернуть
дискуссию к той точке, в которой в 1990-х гг. разговор
о реальных проблемах перешел на обсуждение фанта­
стических предположений. Для этого достаточно отве­
тить на подразумеваемый вопрос «Что это такое?», за­
метив, что, в сущности, система АТП представляет собой
компактный завод в защитном корпусе.

Уменьшение размеров механизмов
позволяет добиться выдающихся
результатов
Необычными чертами АТП являются высокая произво­
дительность и атомарная точность, обусловленные ха­
рактеристиками молекул и мельчайших машин. Эту пря­
мую взаимосвязь продемонстрировать достаточно легко.
Малые и мельчайшие машины способны выполнять
большое количество операций в секунду просто пото­
му, что мелкомасштабные машины, пропорционально
своим размерам, осуществляют движения в более ко­
роткое время. Высокочастотные операции, в свою оче­
редь, открывают наноразмерным машинам возможность
ежесекундно обрабатывать материалы, масса которых
во много раз превышает собственный вес машин. Это
и есть источник чрезвычайно высокой производитель­
ности, достигаемой в процессе создания атомарно точ­
ных строительных блоков.
Ч то касается атомарной точности самой по себе,
то мелкие молекулы сырьевых материалов состоят
из точно расположенных атомов. Размещенные в опре­
деленном порядке мельчайшие простые машины сп о­
собны осуществлять точную сборку молекул, изготавли­
вая более крупные атомарно точные компоненты. П о ­
следние, при условии точной сборки, будут подгоняться
друг к другу, образуя атомарно точные целостные струк­
туры. Данный принцип распространяется и на мелкие
молекулы, и на гораздо более крупные объекты.
421

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Между прочим, когда речь заходит о техническом
контексте, довольно часто возникает необходимость
объяснить, почему операции по атомарно точной обра­
ботке и изготовлению могут осуществляться в условиях
неизбежных тепловых флуктуаций. Ответ прост: жест­
кие машины, то есть сопротивляющиеся изгибу и рас­
тяжению, упруго ограничивают траектории перемеще­
ния. Эти упругие ограничения способны удерживать
амплитуду тепловых флуктуаций в интервале, не д о ­
пускающем нежелательных столкновений между реакционно-способными молекулами. (В приложении I
описываются механические, кинетические и термодина­
мические ограничения надежности, связанные с уравне­
нием Аррениуса. Частота ошибок в АТП может быть д о ­
ведена до более низких уровней, чем те, которые имеют
место в цифровых устройствах).
Атомарная точность была достигнута более ста лет
назад, и все же практика ее использования может быть
расширена в огромной степени. Атомарно точное соеди­
нение реакционно-способных молекулярных компонен­
тов открывает возможность производства необычайно
прочных материалов, высокоэффективных солнечных
батарей, ультраминиатю рных компьютеров и много­
го другого.

Параллели между А Т П
и цифровыми технологиями
Цифровая информационная революция предлагает нам
удивительно подходящ ую модель грядущ их радикаль­
ных преобразований. Изучение сущ ествую щ их парал­
лелей способно помочь в формулировке более точных
вопросов. АТП-системы, подобно цифровым информа­
ционным системам, содержат миллиарды мельчайших
простых устройств, с высокой частотой производящие
структуры, состоящие из неделимых единиц, битов или
атомов, в соответствии с заложенной в компьютер п ро­

422

ИЗМЕНЕНИЕ

ПО ВЕСТКИ ДНЯ

В ДИ СК УС СИЯ Х О БУДУЩЕМ

граммой. Точно так же, как биты сложены в байты, со ­
четания которых используются для создания файлов
данных (аудиоданные для звуков, пиксельные данные
для изображений и так далее), АТП откроет возмож ­
ность создания различных сочетаний сложенных в м о ­
лекулы атомов для производства структур, способных
выполнять полезные функции. Подобно другим систе­
мам, основывающимся на цифровой информации (зву­
ковым систем ам , п ри нтерам ), производственная тех­
нология АТП -уровня позволяет создавать устройства
размером с настольный компьютер, предназначенные
для производства практически бесконечного набора
продуктов. Компью терные файлы , необходимые для
их изготовления, можно будет получать из глобальной
цифровой библиотеки.

***
Все вышесказанное четко и ясно характеризует приро­
ду АТП. Если некая технология не предполагает исполь­
зования компактны х заводов, содерж ащ их производ­
ственное оборудование, или она не позволяет создавать
продукты с атомарной точностью, значит, об АТП не м о­
жет быть и речи. С АТП могут быть связаны другие по­
лезные технологии, но они по определению не явля­
ются тождественными. В тех случаях, когда в процессе
обсуждения важнейшие его пункты начинают утрачи­
вать четкие контуры, должны быть предприняты уси ­
лия, направленные на то, чтобы развеять сгустившийся
туман. Я считаю, что в данном случае весьма полезной
может оказаться цифровая аналогия.

Удивительный прогресс на пути к АТП
Глубокое понимание способностей современных техно­
логий соответствовать и дополнять друг друга открыва­
ет перед нами удивительную картину прогресса, дости г­
нутого на пути к технологиям АТП-уровня. Без этого

423

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

понимания мы рискуем прийти к выводу о том, что на­
ука и техника топчутся на месте.
Не так давно довольно широкое распространение по­
лучила ошибочная идея, согласно которой атомарная
точность является чем-то экзотическим и для ее дости­
жения необходимо дождаться неких прорывов в неиз­
вестных областях. В действительности, поступательное
развитие происходит удивительно быстро. Мы доста­
точно далеко продвинулись к главной цели и не ви­
дим сколько-нибудь трудных препятствий на остав­
шемся пути. Исследователи уже умеют проектировать
и создавать миллиарды образцов структур, состоящих
из миллионов атомов, то есть структур, определяе­
мых на атомарном уровне. Сегодня основная пробле­
ма заключается не в достижении атомарной точности,
но в увеличении типов таких структур и расширении
масштабов выпуска.

«Нанотехнологии» превратились в бренд,
используемый для обозначения
совсем других направлений
исследований
Важнейшей целью нанотехнологий является создание
атомарно точного производства. Вдохновленный гром­
кими обещаниями, американский конгресс принял спе­
циальную программу, направленную на достижение
этой цели. Но результаты осуществления нанотехноло­
гической программы оказались в высшей степени от­
личными от ожидавшихся. Ее руководители дали новое
определение «нанотехнологиям », сосредоточившись
на разработке исключительно наноразмерных материа­
лов и устройств, то есть на технологиях, столь же дале­
ких от АТП, насколько одежда, цемент и провода отли­
чаются от программируемого цифрового компьютера.
Таким образом, большинство исследований, которые ре­
4 24

ИЗМЕНЕНИЕ

ПО ВЕС ТК И ДНЯ В Д И С К У С С И Я Х О БУДУЩЕМ

кламировались как «нанотехнологические», никоим об­
разом не соответствовали широко распространивш им­
ся ожиданиям. Одновременно атомарно точная сборка
бурно развивалась в молекулярных науках. В результате
те, кто интересовался достижениями в области техноло­
гий АТП-уровня, были вынуждены искать их не в обла­
сти так называемых нанотехнологий, а совсем в других
сферах.

Ближайшие достижения будут иметь
мало общего с передовым АТП
Н есм отря на огромны й прогресс, нам все еще пред­
стоит долгий путь к АТП. Оценивая дистанцию , важ­
но хорошо ориентироваться на местности, отделяющей
нас от главной цели. Безусловно, одна из важнейших
причин неправильного восприятия степени прогресса
в развитии технологий АТП-уровня, заключается в том,
что результаты отдельных шагов по избранному пути
совсем не похожи на конечную цель.
Технологиям АТП-уровня потребуются технологиипредшественницы, у которых, в свою очередь, должны
быть свои предтечи. Имеется в виду цепочка техноло­
гий атомарно точного производства, в которой каждое
из звеньев помогает в создании инструментов, исполь­
зуемых в следующем звене. Самые короткие пути к цели
предлагают нам технологии, не имеющие почти ничего
общего с классическим представлением об АТП, так как
первоначально в них будут использоваться мягкие м а­
териалы, маленькие и простые машины, иные операции,
иные продукты и иные применения. Чтобы достичь ре­
зультатов АТП -уровня: макроскопических, недорогих
продуктов с высокими эксплуатационными характери­
сти кам и, потребуется использовать технические воз­
можности АТП-уровня, которые будут открыты только
тогда, когда мы приблизимся к созданию технологий,
пригодны х для масштабирования.

425

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

У нас есть все основания полагать, что первоначально
скорость поступательного развития будет относительно
небольшой. Постепенно она будет увеличиваться, а бли­
же к результату станет очень высокой. Очень важно по­
нимать, где именно мы находимся и чего мы ожидаем.

АТП опирается на хорошо известные
физические и инженерные принципы
На первый взгляд предположение, в соответствии с ко­
торы м основные эффекты от применения те хн о л о ­
гий АТП-уровня должны основываться на неких новых
принципах, что по неким, не очень понятным, причи­
нам они должны олицетворять собой научный прорыв,
является естественным. Но это ошибочное представле­
ние способствует занятию многими пассивной выжи­
дательной позиции относительно того, что могло бы
предложить нам АТП.

Чтобы задавать правильные вопросы, важно всегда
учитывать текущее состояние знаний. Современное по­
нимание передового атомарно точного производства
основывается на данных исследовательской инженерии
и на подробно документированном физическом базисе.
Методы консервативной поисковой инженерии требуют,
чтобы каждый аспект конструкции опирался на извест­
ные принципы хорошо известных физических систем,
и (что имеет решающее значение) чтобы каждое необ­
ходимое инженерное условие соблюдалось с достаточ­
но большим допуском, соответствующим остаточным
количественным неопределенностям.
Возникает законный вопрос: позволяет ли подоб­
ный подход заполнить все функциональные роли в а р ­
хитектуре АТП -систем? Я уверен, что если мы будет за­
давать правильные вопросы — базирующиеся на знании
законов ф изики и относящ иеся к тщ ательно выбран­
ным консервативным вариантам конструкций,— то о т­
веты будут четкими и положительными. При знаком­

426

ИЗМЕНЕНИЕ

ПОВЕСТКИ ДНЯ В ДИ СКУССИЯХ О БУДУЩЕМ

стве с любым техническим обзором такого рода идей,
мы должны всегда держать в уме следующее предполо­
жение: на ключевые технические вопросы уже имеются от­
веты, которые, в сущности, могут быть и пересмотрены.
Само собой разумеется, что в случае, когда нам уже
известно достаточно хорошее решение, предложение
неработоспособного подхода (и отказ от него без ка­
ких-либо новых предложений) не просто бесполезно,
но вредно. Вопрос о том, как была решена (или обойде­
на) очевидная проблема является естественной частью
процесса исследований, равно как и поиск пока не про­
явивших себя проблем, ошибок в предложенных реше­
ниях или предложение более лучших решений. Но в на­
стоящее время в рассматриваемой нами области будет
неразумно предположить, что мы упустили из внима­
ния какое-либо очевидное опасение.

Передовые технологии приведут
к возникновению различных
исследовательских проблем
На разных этапах разработок будут возникать различ­
ные научные и инженерные вопросы, понимание при­
роды которых играет ключевую роль с точки зрения
оценки направлений исследований и суждений относи­
тельно вероятных результатов. Атомарно точная сбор­
ка приведет к изменениям центров приложения усилий
по целому ряду направлений:
• Растущее разнообразие применяемых на практике
молекулярных строительных блоков расширит ко­
личество направлений проектирования с тем, чтобы
использовать более мелкомодульные и тесно связан­
ные структуры.
• Ключевые разработки в конструировании и модели­
ровании в рамках молекулярной инженерии при­
ведут к смещению фокуса внимания от биомолеку427

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

лярны х материалов к новым более управляемым
структурам.
• Управляемое молекулярное движение позволит по­
степенно избавиться от проблемы нежелательных хи­
мических реакций, расширяя круг возможных опера­
ций в сфере синтеза.
• Эффективный прогресс во все большей степени будет
требовать применения инженерного подхода, а так­
же новых институциональных структур и источни­
ков финансирования.

Мы не способны достоверно предсказать
сроки создания технологий, пути движения
к ним и способы применения
Вопрос об оценке сроков создания технологий вызыва­
ет широкие и обоснованные разногласия. Никто не спо­
собен достоверно предсказать сроки достижения целей,
если в них участвуют люди, тем более что коллектив­
ное усилие (о чем свидетельствует и история самих на­
нотехнологий) способно развернуться в самых неожи­
данных направлениях.
Не имеют смысла и детальные предсказания потен­
циальных путей технологического развития. На доро­
гах, ведущих в будущее, то и дело возникают разно­
образные препятствия. Столь же неожиданно могут
открываться новые, более короткие, маршруты (напри­
мер, никто из специалистов и не мечтал о недавнем ог­
ромном скачке вперед в сфере структурных ДНК-нанотехнологий). Кроме того, из истории нам очень хорошо
известно, насколько легко можно упустить из виду воз­
можные применения технологий. Вспомним как ком­
пьютерные мощности, для обеспечения которых ко­
гда-то требовались огромные машинные залы, нашли
свой собственный путь развития, умещ аясь сегодня
в корпусах таких портативных устройств, как мобиль­
ные телефоны.
428

ИЗМЕНЕНИЕ

ПОВ ЕС ТКИ ДНЯ

В ДИ СКУССИЯХ О БУДУЩЕМ

В этих областях было бы нелепо притязать на точные
знания. Сроки, пути и истинный потенциал всегда бу­
дут оставаться неизвестными величинами.

Там, где «местность» становится
труднопроходимой
Перечисленные выше пункты имеют большое значение
с точки зрения характера обсуж дения рассматривае­
мых нами проблем. Сами по себе, они довольно просты,
но способны на нечто большее, чем помощь в определе­
нии сущ ности АТП и описание природы путей его раз­
вития. Но там, где физика и инженерия встречаются
с глобальными проблемами, местность становится тр уд­
нопроходимой. Технологии АТП-уровня обещают ш и­
рочайший круг технических возможностей, часть из ко­
торых, вероятно, останется неиспользованной. Для того
чтобы обсуждение оставалось продуктивным, мы д о л ­
жны воспринимать эти возможности как тесно связан­
ные друг с другом , поскольку они происходят из о дн о ­
го и того же источника.
В том случае, когда в центре внимания участников
обсуждения находятся глобальные проблемы, краткое
описание круга проблем может быть представлено сле­
дую щ им образом:
приведет к резкому расширению спектра возмож­
ных продуктов, повышению их эксплуатационных ха­
рактеристик и огромному снижению издержек про­
изводства. К том у же высокая производительность
и атомарно точный контроль над продуктами и про­
цессами позволят добиться весьма значительного со ­
кращения отходов производства и потребления ре­
сурсов. О тчасти это будет обусловлено снижением
стоимости производства электроэнергии и различных
видов топлива посредством преобразования солнеч­
ной энергии ниже затрат на добычу нефти и угля. Все

АТП

429

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

эти факторы послужат основой устойчивого матери­
ального изобилия в глобальном масштабе.

Однако даже при кратком перечислении важнейших по­
следствий создания технологий АТП-уровня возникают
вопросы, ответы на которые выходят далеко за рамки
наших ожиданий или возможностей полного осмысле­
ния. Потенциальные перспективы включают в себя па­
дение спроса на традиционные труд и ресурсы, а также
капитал, используемый в материальном производстве.
В результате резко повысится вероятность каскадных
разрушительных воздействий на глобальную экономику.
Всего лиш ь одна грань АТП — перспектива легкого заме­
щения ископаемых видов топлива — сама по себе явля­
ется огромной силой, достаточной для того, чтобы из­
менить структуру торговли, геополитики, безопасности
и привести к исчезновению конфликтов из-за ресурсов.

Будущие результаты, безусловно, зависят от техно­
логий. Но, возможно, еще в большей степени они будут
определяться ожиданиями, восприятием и политикой.
Постепенный переход к АТП начнется с уровня идеи, ко­
торую было бы полезно рассмотреть, приведет к возник­
новению потребности в зависимом от развития событий
планировании, и далее — к зарождению реальности, ко­
торая требует действий на самых высоких уровнях че­
ловеческого внимания.
В преды дущ их главах читатель узнал о том, как воз­
можные разработки связаны с личной безопасностью,
идет ли речь об исследованиях, карьере или ответствен­
ности руководителей. Нет никакой необходимости в пе­
речислении всех направлений, по которым перспекти­
вы АТП-революции могут быть связаны с исследованями,
образованием, деловыми решениями, предложениями
грантов и консультациями студентов, равно как и с ре­
шениями о выборе того, что следует читать, что и как
комментировать и что говорить. В то же время в каж­
дой из этих областей личные тревоги и сферы действий
связаны с общим ходом истории.
430

ИЗМЕНЕНИЕ

П ОВЕС ТК И ДНЯ В Д И С К У С С И Я Х О БУДУЩЕМ

Большие и малые реальные дела
Многие уверены в том, что действительно великие цели
могут быть достигнуты только благодаря отважным,
пусть и непрактичным, поступкам, то есть действиям,
совершение которых планируется не на этот вечер или
на следующую неделю, а естественным образом откла­
дывается или переносится из повседневной жизни в не­
определенное будущее. На самом деле великие цели уси­
ливают важность меньших по значению, но в большей
степени практических шагов. Во многих случаях эхо ма­
лых дел слышится даже на краю света.
Сегодня мы испытываем наибольшую потребность
в шагах, которые подталкивали бы участников дискуссий
к разговорам об ожидающем нас будущем, без отрыва от
реальности. Во многом схожие потребности в подталки­
вании возникнут и завтра, независимо от того, будет ли
идти речь о дальнейшем развитии тем или об исполне­
нии решений на постоянно возрастающем уровне ин­
теллектуального или институционального вовлечения.
Практические действия отличаются широчайшим
разнообразием. Например, одобрение вами замечания
одного из участников дискуссии может иметь сильный
эффект, так как первый ответ в процессе группового об­
суждения нередко задает направление последующего.
Язык тела также имеет большое значение. Задумчивый
взгляд или одобрительный кивок, когда кто-то из участ­
ников группы поднимает новую тему, или скептическая
улыбка в ответ на возражения — ваши «высказывания»
на языке тела едва ли кто-то запомнит (к тому же про­
фессиональный риск совсем невелик), в то время как вы
получите возможность изменить направление разгово­
ра. Каждое новое направление начинается с малых дел,
позволяющих открыть дверь достаточно широко, что­
бы увидеть, что за ней скрывается.
Конечно, гораздо больший эффект может иметь вне­
сение предложения или выступление в поддержку идеи.
431

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

В одном контексте ключевой шаг мог бы состоять в вы­
сказывании идеи о том, что некто (где-то, когда-то)
действительно должен изучить вопрос. В других об­
стоятельствах он мог бы заключаться в предложении
осознанно отказаться от упоминания темы в докладе, так
как в данный момент она выходит за рамки повестки
дня. Наконец, соответствующие шаги могли бы состо­
ять в поддержке предложения об изменении критерия
оценки исследовательских предложений, или измене­
нии направления проекта, или выступлении с инициа­
тивой относительно государственной политики.
Высший уровень личных обязательств и риска опре­
деляют направление жизни, идет ли речь о выборе обла­
стей исследований, сфер деятельности (научные иссле­
дования, бизнес, адвокатура и так далее), или принятии
руководящей роли, когда лидер мобилизует личный
вклад нескольких других, тысяч или миллионов людей.
Что будет считаться практическим, эффективным дей­
ствием зависит от времени, места и личной роли. И как
всегда, перспективы огромных изменений не умаляют,
а увеличивают ценность индивидуальных действий.

Оглядываясь назад и заглядывая вперед
Неизменные законы физики определяю т очертания
ландшафта, более постоянного, чем земные моря и горы,
безграничного во времени ландшафта, задающего потен­
циал физических технологий, определяющего, в свою
очередь, потенциал человеческого будущего. Человече­
ство начало свой путь по этой «местности» много веков
назад, что привело к трансформации жизни людей.
Достижения в биомолекулярном производстве (ко­
торое мы называем земледелием) привели к появлению
оседлых поселений и цивилизации; достижения в про­
изводстве, основывавшемся на использовании машин,
стали основой развития промышленной цивилизации;
достижения в создании наноразмерных цифровых це­
432

ИЗМЕНЕНИЕ

ПО ВЕСТКИ ДНЯ

В ДИ СКУССИ ЯХ О БУДУЩЕМ

пей инициировали происходящую в наши дни инфор­
мационную революцию.
Заглядывая в будущее, мы видим в нем молекуляр­
ную, механическую, наноразмерную технологию, спо­
собную изменить материальный мир так же глубоко, как
цифровые технологии преобразовали инф ормацион­
ный мир, в масштабах сравнимых с сельскохозяйствен­
ной и промышленной революциями. На фоне этих ис­
торических перемен мы можем рассмотреть, по крайней
мере, некоторые из последствий грядущей революции:
возможные решения мировых проблем, таких как гло­
бальное развитие, изменения климата и ограниченность
ресурсов — возможный колоссальный успех, сопрово­
ждающийся прорывными изменениями, движимыми
вперед очевидными гуманитарными выгодами и (воз­
можно с меньшей силой) очевидными конкурентными
преимуществами.
К числу этих конкурентных преимуществ относятся
принципиально новые военные потенциалы, угрожаю­
щие началом нестабильной и непредсказуемой гонки
вооружений в тот самый момент, когда объективные на­
циональные интересы государств мира приходят во все
более близкое соответствие. Возникнет уникальная в ис­
тории человечества ситуация, которая потребует пере­
оценки национальных интересов и творческого иссле­
дования новых стратегий совместного многостороннего
управления революцией в экономических, социальных
и международных делах. Следование инерционному
сценарию сопровождалось бы ненужными, не поддаю­
щимися оценке рисками.
Эти возможности и проблемы порождаются различ­
ными применениями атомарно точного производства
и его продуктами. По крайней мере, так выглядят пер­
спективы, открывающиеся перед нами где-то вдалеке
на вневременном ландшафте технологического потен­
циала. Л андш аф т сам по себе гарантирует существо­
вание относящихся к делу фактов (некоторые из них
могут быть установлены, другие нет), в то время как ис­
433

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

следовательская инженерия предоставляет методоло­
гию получения ответов, по крайней мере, на некоторые
из тщательно выбранных вопросов об этих фактах. Сама
конструкция этих вопросов предопределила возмож­
ность ответов на них посредством инженерного анали­
за системного уровня и консервативных расчетов, осно­
вывающихся на научных знаниях из учебников.
Между тем в процессе обсуждения концептуальных
оснований, культурных различий и институциональ­
ных структур инженерии и науки, а также в ходе изуче­
ния истории массовой культуры, научной специализа­
ции и государственной политики США, мы увидели, что
важнейшие и устанавливаемые факты об атомарно точ­
ном производстве могли быть и были на протяжении
десятилетия скрыты под завесой неправильного пони­
мания и путаницы.
Краткое описание происходивших событий привле­
кает внимание к решающей роли прогресса в атомарно
точном производстве — непрерывного поступательно­
го развития, движимого, прежде всего, исследования­
ми в молекулярных науках. Оно объясняет, как это
важнейшее направление оказалось исключено из ново­
го определения нанотехнологий, в результате чего мы
оказалось в ситуации, когда огромные, но не получив­
шие должного признания возможности, готовы поддер­
жать удивительно быстрый прогресс (по направлениям,
рассматриваемым в приложении II). Упущенное ранее
из виду становится предметом основного внимания.
Начальный обзор производственных технологий за­
дал рамку и заложил основу для картины АТП и его ф и ­
зического базиса. Мы определили место этой техн оло­
гии среди други х используемых в наши дни способов
изготовления вещей (изучив и их общие черты, и прин­
ципиальные различия), а также представили интуитив­
ный, но количественно корректный взгляд на мир на­
номаш ин АТП -уровня — как они могли бы выглядеть
и восприниматься тактильно в случае их увеличения
во времени и пространстве в ю миллионов раз.
434

ИЗМЕНЕНИЕ

ПОВЕСТКИ ДНЯ

В ДИСК УС СИЯХ О БУДУЩЕМ

Перед тем как отправиться на изучение наномира, я
глубоко погрузился в историю идей (сформировавшую
эту книгу более, чем что-либо еще), описывая пробужде­
ние во мне чувства собственного предназначения, ука­
завшего направление исследований технологического
потенциала, чувство предназначения, благодаря кото­
рому я сегодня пишу эти слова. Когда я учился в стар­
ших классах школы, то узнал об угрозах стабильно­
сти нашей промышленной цивилизации. Я принял их
близко к сердцу и попытался найти ответ о возможно­
сти светлого будущего человечества, отличавшегося бы
от ожидавшихся всеми мрачных картин. Промышлен­
ность сама по себе, независимо от того, насколько устой­
чивой она является, существует для обработки веществ,
используемых для изготовления полезных людям ве­
щей, а сами вещества состоят из соединений, образо­
ванных атомами.
it -к it

Что если бы мы умели действительно хорошо произво­
дить материальные вещи? В этом случае наши отноше­
ния с материальным миром изменились бы так сильно,
что трудно представить, и все же в некоторых случаях
предсказуемо. Мы видели, что на протяжении жизни
одного поколения во многом аналогичным образом из­
менился мир информации. То, что в прошлом постав­
лялось в ограниченном количестве, сегодня предлага­
ется в изобилии.
В наши дни мы наслаждаемся полным изобилием
симфонической и популярной музыки, а также слов,
изображений и многого другого. В прошлом для об­
ладания ими необходимо было королевское богатство.
Сегодня они доступны глазам и ушам обычных людей
в миллиардах домашних хозяйств. Похоже, что наше
будущее зависит от преобразований, движущей силой
которых будут сравнимые технологии, основывающиеся
на использовании наноразмерных устройств, где на ме­
сто битов придут атомы. Грядущая революция способ­
435

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

на принести изобилие, не снившееся ни царям, ни ко­
ролям, ни султанам, постиндустриальное материальное
изобилие, доступное в самых отдаленных уголках Земли
и способное облегчить бремя нашей планеты.
★ * ★

Действительно ли АТП-революция позволит достичь ре­
зультатов, подобных тем, которые описывались выше?
Пониманию, путанице, выбору, времени и ш ан су— все­
му этому найдется место в будущ ем, и в том случае, если
мы проявим мудрость, грядущ ее в определенной сте­
пени станет отражением наш их намерений. Образ бу­
дущ его — не каменный истукан, отчасти из-за непред­
сказуемости человеческого видения и выбора, который
делают люди. Изменение восприятий влечет за собой
перемены в возможностях и политике, в то время как
новые СМИ трансформирую т дискурс, ф ормирующ ий
сами восприятия. Неожиданные новые образы будущего
вновь и вновь ведут общество в неожиданных направле­
ниях к удивительным возможностям, проблемам, а ино­
гда и к решениям. Мы несемся вперед в бурном истори­
ческом потоке. Удастся ли нам найти безопасный курс
к миру, достойному надежд прош лы х поколений? У нас
нет гарантий ни успеха, ни неудачи. Но я уверен, что
значение будет иметь выбор каждого из нас.
Первый такой выбор — решение о том, что мы скажем
сегодня и кому. У вас есть план?

Приложения

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Физические принципы
молекулярного уровня
в атомарно точном производстве

ЭТОМ приложении рассматриваются идеи и прин­
ципы, знание которых играет важнейшую роль для
понимания механически направляемой, атомарно точ­
ной сборки в техническом контексте. Его предназначе­
ние в том, чтобы помочь склонным к технике читателям
совместить потенциально незнакомые идеи с имеющи­
мися у них знаниями, относящ имися к различным науч­
ным дисциплинам, а также с физическими принципами.

В

Читателям, знакомым с основами молекулярных
наук, было бы полезно вспомнить или еще раз просмо­
треть базирующееся на молекулярной динамике опи­
сание наномеханических систем, содержащееся в гла­
ве 5. В ней представлены основы применения законов
масштабирования классической механики в целом ряде
наноразмерных механических устройств, а также про­
водятся сравнения и противопоставления поведения
класса систем, базирующихся на жестких устройствах
с системами, знакомыми нам по жидкофазной химии
и биомолекулярным механизмам. Несмотря на иден­
тичную физику, мы наблюдали глубокие различия ме­
жду системами. Хотелось бы отметить следующее. П ро­
фессиональные знания в сфере молекулярных наук,
безусловно, имеют существенное значение для понима­
ния АТП, особенно в части химических взаимодействий
и химической реакционной способности. Тем не ме439

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

нее, как показывает опыт, легкомысленное, интуитив­
ное применение этих профессиональных знаний неред­
ко приводит к глубоким заблуждениям. Как и во многих
других случаях, данная тема предъявляет ряд предвари­
тельных условий и в ней имеется комплекс интеллекту­
альных ловушек, рассчитанных на плохо ориентирую­
щихся в этой области людей. Впрочем, избежать этих
капканов не слишком трудно.
В следую щ их разделах описываются основные требо­
вания к надежным механически направляемым процес­
сам химического синтеза. В приложении II рассматри­
ваются потенциальные физические условия технологий
механически направляемой, атомарно точной фабрика­
ции, а также градиент промежуточных технологий, за­
полняющих пробел между современными лабораторны­
ми техническими приемами и передовым АТП.

Стереотактический синтез как инструмент
достижения атомарной точности
Возможность обычных жидкофазных химических реак­
ций определяется локальными структурными свойства­
ми молекул (от которых зависит их реакционная спо­
собность) и направлена на получение более или менее
определенных результатов, обусловленных теми же са­
мыми структурными свойствами, но варьирующими­
ся в зависимости от различных реакционных способно­
стей, зависящих от места протекания реакции. По мере
усложнения целей синтеза становится все труднее на­
правлять реакции для получения строго определенных
результатов. Оставляя в стороне интрамолекулярные
(и аналогичные супрамолекулярные) реакции, жидко­
фазная химия не позволяет осуществлять контроль над
процессом, основывающийся на относительной пози­
ции per se.
Стереотактические химические реакции могут рас­
сматриваться как интрамолекулярные или супрамоле440

ФИЗИЧЕСКИЕ

ПРИНЦИПЫ

В ATM

кулярные реакции в том смысле, что они связывают
структуры прямых реакций, ограничивая столкновения
потенциально способных к реакциям групп, посред­
ством разделения некоторых пар и увеличения часто­
ты столкновений других. Отличие стереотактических
методов заключается в том, что геометрии связываемых
структур являются объектами более общего, динамиче­
ского дискреционного контроля, в то время как с точки
зрения реакционной зоны самой по себе процессы оста­
ются, в сущности, теми же самыми. Различия являют­
ся нелокальными. Тем самым на место специфической
структуры, обусловленной общей ковалентной или супрамолекулярной структурой, приходит мобильная, ме­
ханически артикулированная основа.
Например, стереотактический синтез был продемон­
стрирован на плоских кристаллических поверхностях,
посредством использования наконечников сканирую ­
щих туннельных микроскопов для соединения специ­
фических реакционно-способных молекул, для пере­
мещения специфических атомов водорода и создания
реакционных зон на водородно-пассивируемых крем­
ниевых (ш ) поверхностях. Если взглянуть на рассма­
триваемую проблему шире, то, вероятно, у нас есть ос­
нования датировать появление стереотактического
синтеза временем возникновения первых рибосом.

Физические требования
к стереотактическому синтезу
Как и стереотактическая хирургия, стереотактический
синтез позволяет осуществлять воздействия на струк­
турные изменения в зонах, выбранных с использовани­
ем средств позиционного контроля над активным ком­
понентом в рамках общей системы координат. Условием
надежного стереотактического синтеза (его разновидно­
стей, которые в наибольшей степени соответствуют АТП
и предшествующим технологиям) является наличие
441

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

структур и операций, удовлетворяющих нескольким д о ­
статочно строгим проектным ограничениям:
1 . Структурная стабильность. Необходимы структуры,
не поддающиеся разрушению под воздействиями теп­
ловых флуктуаций (отсюда требование о существен­
но высоких барьерах мономолекулярной реакции).
2. Контроль перемещений. Перемещения должны осу­
ществляться так, чтобы избегать непредусмотрен­
ных реакционно-способных столкновений (отсюда
требования о (а) соответствующих кинематических
характеристиках машин и (б) существенно высокой
механической жесткости, то есть упругой восстанав­
ливающей силе).
3. Скорость реакции. Реакции должны осуществляться
достаточно надежно (отсюда требования о (а) суще­
ственно низких реакционных барьерах и (б) значи­
тельных по продолжительности реакционно-способных к столкновениям периодах времени выдержки).
4. Необратимая прямая реакция. Получение продуктов
из реагентов должно быть необратимым (отсюда тре­
бование о существенно высокой отрицательной сво­
бодной энергии реакции).
5. Единственный путь реакции. Реакционно-способные
столкновения должны приводить к получению един­
ственного продукта (отсюда требование о существен­
но высоких барьерах для переходов между состоя­
ниями на реакционных путях, способных привести
к получению ненужных продуктов).
Другими словами, для успешного надежного прохожде­
ния всех этапов реакции необходимо, чтобы реакционно-способные структуры (1) оставались неизменными,
(2) следовали соответствующими путями перемещений,
(3) вступали в реакции в отведенное время, (4) реакции
носили необратимый характер и (5) обеспечивали по­
лучение единственного результата. Формально все эти
ограничения, за исключением (2), эквивалентны огра442

ФИЗИЧЕСКИЕ

ПРИНЦИПЫ

В ATM

ничениям (или целям) обычного химического синтеза.
Однако выполнение ограничения (2) приводит к огром­
ным изменениям значений других ограничений.
Если каждое из проектных ограничений выполня­
ется с достаточно значительным запасом относительно
уместных параметров, реакции могут осуществляться
с более высокой степенью надежности, так как по мере
увеличения запаса происходит экспоненциальное сни­
жение частоты неудачных реакций. Ограничения (1),
(26), (3а) и (5) относятся к скорости протекания реак­
ций, который определяются уравнениями Аррениуса
(в соответствии с которыми частота неудачных реак­
ций варьируется экспоненциально в зависимости от от­
ношения высоты реакционного барьера к характери­
стической тепловой энергии кТ)\ высота барьера в (26)
определяется энергией упругости, увеличиваю щ ей­
ся пропорционально механической жесткости и (что
принципиально для машин с низкой степенью жест­
кости) квадрату допуска смещения. Ограничение (4)
относится к термодинамически контролируемым со­
отношениям количеств вещества, экспонентой в выра­
жении свободной энергии и с учетом условия (4), время
выдержки (36) определяет кинетически контролируе­
мый переход (в котором частота неудачных реакций
уменьшается экспоненциально одновременно с време­
нем и высотой барьера)1.
Остающееся ограничение (2а) заключается в требова­
нии, чтобы равновесные позиции вдоль номинального
пути перемещения соответствовали желаемому состоя­
нию перехода; избежать других нежелательных воздей­
1 . Д ля того чтобы наполнить смы слом используемые величины, за­
метим , что наиболее благоприятны м является диф ф еренциал
свободной энергии G = ю о кД ж /м оль (около четверти эн ер ­
гии типичной углерод-углеродной связи), а фактор Б о льц м а­
на, определяемы й как exp ( - Е/кТ) равен ~ ю - 18 при комнатной
тем пературе; заметьте также, что использование п условных
повторны х попыток может привести к сокращению требуемых
ди ф ф ерен ци алов свободной энергии на \/п.

443

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ствий позволяет установление допусков (по тепловым
флуктуациям, силам упругости и возможному смеще­
нию), соответствующих ограничению 2 (б).
Степень трудности выполнения этих довольно об­
щих условий зависит от характеристик предполагаемых
операций и зависимых от контекста требований надеж­
ности системного уровня. В некоторых контекстах (см.
обсуждение в приложении II) эти ограничения являют­
ся строгими в количественном выражении, в других —
ослабленными.

Широкий спектр потенциальных систем
и методов
Важно помнить, что стереотактический контроль над
химическими реакциями является общей идеей, распро­
страняющейся на различные классы продуктов, реак­
ций, реакционно-способных внешних сред и типы меха­
низмов. Решение наиболее трудных задач по получению
продукции с высокими эксплуатационными характе­
ристиками предполагает использование продуктов, со­
стоящих из тесно связанных ковалентных твердых тел,
полученных благодаря использованию обладающих вы­
сокой энергией реакционно-способных частиц, когда
соответствующие операции осуществляются в инертных
внешних средах (например, в вакууме) и направляются
комплексом машин, состоящих из тесно связанных ко­
валентных твердых компонент. Для систем подобных
классов желаемое и вполне достижимое значение сред­
неквадратичного теплового смещения составляет ме­
нее 0,02 нанометра. Наиболее достижимыми являются
самые близкие к нам цели, такие как, например, созда­
ние структур, состоящих из полимерных блоков; при
этом сами структуры сшиваются посредством обычных
химических реакций, когда все стереотактические опе­
рации осуществляются в водных средах и направляют­
ся относительно простыми устройствами, состоящими
444

ФИЗИЧЕСКИЕ

ПРИНЦИПЫ

В ATM

в основном из самособранных фолдамеров. Системы
этого класса включают в себя стереотактические устрой­
ства, допускающие среднеквадратичные тепловые сме­
щения, превышающие 2 нанометра (что означает ослаб­
ление жесткости ограничений в ю ооо раз, по сравнению
с рассмотренным выше более трудным случаем).
Чистая самосборка олицетворяет собой конечную
точку спектра стереотактических методов в пределе,
когда механические ограничения стремятся к нулю.
Она требует кодирования структуры каждого продук­
та в строение всех его частей, полностью перекладывая
бремя специфичности на проектирование компонен­
тов строительных блоков; первый шаг в направлении
спектра стереотактических методов приподнимает это
бремя посредством применения менее жестких механи­
ческих ограничений прямой самосборки (или самосовмещения) компонентов в отношении отдельных участ­
ков структуры. Осуществление этого шага означает, что
сложные продукты более не требуют сложных компо­
нентов.
Крупные, самосовмещающиеся строительные блоки,
мягкие допуски на смещение, менее жесткие материалы,
простые машины и ограничения на простые перемеще­
ния — все это составляющие последовательной доступ­
ной технологической базы, создание которой может от­
крыть возможность осуществления дальнейших шагов
в соответствии с технологическим градиентом, основы­
вающемся на последовательной, но пока недоступной
технологической базе передового производства АТПуровня. Ее образуют мельчайшие строительные блоки,
узкие допуски на смещение,чрезвычайно жесткие ма­
териалы, комплексные машины и комплексные ограни­
чения на перемещения. Этот градиент и направления
дальнейшего поступательного развития рассматрива­
ются в приложении II.

П Р И Л О Ж Е Н И Е II

И нкрементальны й путь к АТП

РОЙТИ путь от современных технологий к АТП воз­
можно посредством постепенного внедрения нов­
шеств. Основными вехами на этом пути будут создание
атомарно точных механических систем и внедрение си­
стем следующего поколения, используемых для осуще­
ствления АТ-производства. Ключевые достижения будут
непосредственно связаны со стереотактической сборкой.
Последняя представляет собой проверенный временем
метод создания различных вещей посредством переме­
щения деталей на отведенные им позиции, но приме­
няемый для сборки наноразмерных деталей с атомарной
точностью. В приложении I мы рассмотрели общие ф и ­
зические ограничения, которые необходимо учитывать
на каждом из этапов. В данном разделе мы переходим
к описанию согласованных наборов промежуточных тех­
нологий, способных, по мере продвижения вперед, соот­
ветствовать упомянутым выше ограничениям.

П

Применявшиеся в прошлом
и современные метрики прогресса
На протяжении веков машинные технологии развива­
лись по пути наращивания производительности, для из­
мерения которой использовались несколько видов ме­
трик. Они включают в себя:
• Повышение качества материалов.

446

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

• Повышение степени контроля над формой компо­
нентов.
• Повышение степени сложности физически осуще­
ствимых систем.
Промышленная революция привела к значительному
повышению требований относительно точности, слож­
ности и уровня производительности машинного обору­
дования, что нашло отражение в следующих метриках:
• Что касается материалов, то показатели качества
включали в себя единообразие, прочность и жест­
кость; соответствовать им могло машинное оборудо­
вание, изготовлявшееся из стали.
• Что касается контроля над формой, то требования
относительно более высокой точности обусловили
прецизионную машинную обработку стальных ком­
понентов, использовавшихся для сборки высокоточ­
ного машинного оборудования.
• Что касается сложности, то создание машин, имев­
ших множество точно изготовленных движущихся
частей, открыло возможность автоматизации высо­
копроизводительного оборудования.
Благодаря сталецентричной технологии, развивались
и распространялись другие производственные реш е­
ния, используя которые промышленность выпускала все
лучшие автомобильные шины, кремниевые микросхе­
мы и тому подобную продукцию — технологии произ­
водства которых так же определялись прогрессом в ма­
териалах и средствах их обработки.
Потенциальные достижения в атомарно точных про­
изводственных технологиях будут идти по этому же
пути. Неудивительно, что примерно такими же будут
и ключевые метрики, необходимые для улучшения на­
норазмерных производственных механизмов:
• Что касается мäтepиaлoв, то их жесткость и едино­
образие будут играть важнейшие роли с точки зре­
447

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ния создания высокопроизводительного маш инно­
го оборудования.
• Что касается контроля над формой, то здесь центр
внимания смещается с точности на свободу выбора
желательных форм.
• Что касается сложности, то существенно важное зна­
чение для автоматизации высокопроизводительно­
го оборудования вновь будут иметь точные сложные
машины.
Все эти метрики взаимосвязаны и развитие АТ-технологий будет вести за собой все остальные совокупности ме­
тодов, процессов и материалов, определяющ их возмож­
ности изготовления продуктов.

Исследование способов повышения
доли АТ-технологий
Технологии каждого определенного уровня опирается
на технологическую базу — комплекс базовых высоко­
эффективных методов, процессов и материалов, приме­
няемых в процессе производства. Технологическая база
находит различные применения (например, машинная
технология открывает возможность эффективного вы­
пуска автомобилей). Что еще более важно, базовые тех­
нологии открывают возможность производства своих
собственных технологических компонентов — машин,
применяемых для изготовления автомобилей, машин,
применяемых для выпуска машин для производства
автомобилей и так далее. Движущей силой фундамен­
тального прогресса является использование базовых
технологий для внедрения компонентов усоверш ен­
ствованной технологической базы, что означает шаг
вперед и вверх, в направлении, в котором возможны
дальнейшие поступательные шаги.
В случае если малые шаги являются достаточно важ­
ными, но при этом возможны более крупные шаги впе­
448

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

ред, перед нами открывается перспективны й путь;
длина реальных шагов будет зависеть от степени соот­
ветствия друг другу образа будущего, практических ас­
пектов, изобретений и инвестиций. Ч то касается ф и ­
зической осущ ествим ости, то в случае непрерывного
развития в определенном направлении, малые шаги,
безусловно, будут иметь существенно важное значение.
При этом сохранит силу обычный критерий надежной
исследовательской инженерии со стандартными оговор­
ками относительно консервативных оценок (в частно­
сти, на практике будут более вероятны крупные шаги).
Для того чтобы лучш е понять вектор развития тех­
нологий из наш их дней в направлении АТП, полезно
было бы рассмотреть несколько измерений технических
возможностей и из взаимосвязи.
Развитие качества материалов и компонентов
Наиболее сложные АТ-структуры , которые исследовате­
ли уже научились проектировать, состоят из уложенных
макромолекул (см. главу 12). В число последних входят
изготавливаемые промыш ленным способом полимеры,
такие как полипептиды (белковые молекулы, из кото­
рых состоят рога, шелк и множество биомолекулярных
маш ин) и некоторые из их небиологических «родствен­
ников» (пептоиды и другие фолдамеры). Эти молеку­
лы используются как компоненты со сложными ф орм а­
ми, в свою очередь, способные направлять самосборку
и схож их с ними, и значительно отличных от них м о­
лекул. Нуклеиновые кислоты и их аналоги используют­
ся как материалы для создания другого класса улож ен­
ных макромолекулярных структур. О дним из примеров
является структурная ДНК-нанотехнология, позволяю­
щая строить доставляемые в строго определенное ме­
сто АТ-каркасы, состоящие из миллионов атомов.
Полученные п ол и м ер ы — укладываемые с целью со ­
здания АТ-объектов, применяемых в качестве строитель­
ных блоков,— могут использоваться для строительства
449

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

посредством методов, принадлежащих к одной части
спектра, рассматривавшегося в приложении I. Имеется
в виду чистая ненаправляемая самосборка, когда каж­
дый из совокупности строительных блоков способен
сталкиваться со всеми другими, образуя специфическую
структуру тогда и только тогда, когда все блоки являют­
ся достаточно крупными и сложными для того, чтобы
объединиться единственным способом, подобно состав­
ной картинке-загадке.
Применение доступных сегодня самособирающихся
структур ограничивает контроль над формой и связан­
ными с ней свойствами поверхности, такими как заряд
и полярность. Они собираются из относительно круп­
ных строительных блоков (размерами, например, в де­
сятки кубических нанометров и более), в то время как
полимерные материалы строятся из единичных объек­
тов — мономеров — значительно превышающих по сво­
им размерам атомы. К тому же требования дальнейшей
укладки затрудняют выбор форм, наилучшим образом
соответствующих исполнению тех или иных отдель­
ных функций. И наконец, самосборные структуры рас­
сматриваемого типа не обладают должной жесткостью;
они во многом напоминают типичные промышленные
полимеры (то есть характеризуются слабыми связями).
В верхней части вектора находятся материалы, вклю­
чающие в себя оксиды (с локальными группами ато­
мов и связей, как в стекле или керамике) и ковалент­
ные твердые частицы (с локальными группами атомов
и связей, похожими на те, что характерны для крем­
ния, алмаза или графена). Высокая жесткость этих ма­
териалов обусловлена плотностью сетей, образуемых
связями; они относятся к мелкозернистым, так как со­
стоят из мономеров (их часто называют «частицами ро­
ста»), содержащих в себе один или несколько атомов
или ионов. Мелкозернистость, в свою очередь, означает
расширение возможностей дизайна (конечно, в тех слу­
чаях, если имеется возможность направлять сборку точ­
ных, комплексных, наноразмерных структур, ведь эти
45 °

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

строительные блоки отличаются небольшими размера­
ми, идентичностью и не требуют особого выбора спосо­
бов связей между ними).
Ключевое наблюдение относительно вектора разви­
тия заключается в том, что строительные блоки не дол­
жны принадлежать ни к одной из крайностей метрик
(слабо связанные, грубые, сложные макромолекулярные объекты), ни к другой (тесно связанные, мелкозер­
нистые, простые, близкие к атомарным размерам мо­
номеры). В пределах названного диапазона они могут
достигать любого размера и обладать промежуточными
характеристиками в рамках данных метрик.
В частности, в средней части спектра находятся
строительные блоки размерами в десятки атомов: сред­
незернистые (достаточно крупные для избирательного
ориентирования и установления связи, но не настоль­
ко сложные, чтобы занимать уникальное место в струк­
туре); средней жесткости (в сравнении с типичными
фолдамерами, более тесно связанные внутри и с сосе­
дями); и открывающие широкую конструкторскую сво­
боду (в силу относительной мелкозернистости и отсут­
ствия строгого ограничения на проектирование для
самосборки).
К строительным блокам, принадлежащим к середи­
не спектра относятся полициклические, ковалентные
молекулы нанометровых размеров с тремя или более
функциональными группами, способные образовывать
перекрестные связи с соседями. Перекрестное сшивание
включает в себя не только типичные ковалентные свя­
зи, но и координацию для общих металлических ионов.
В данном случае одним из интересных примеров явля­
ются металл-органические каркасные структуры, дру­
гим —белки, связывающиеся с металлами.
Наша дискуссия позволяет предположить, что улуч­
шение показателей жесткости, зернистости и свободы
проектирования тесно связаны с повышением качества
материалов и более строгим контролем над формой.
В своей совокупности эти свойства позволяют добиться
45 1

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

улучшения метрик, включающих в себя такие показа­
тели, как эксплуатационные характеристики и просто­
та проектирования, что, в свою очередь, воздействует
на физически достижимый уровень системной сложно­
сти. Представляется, что в середине каждой системной
метрики находятся блоки средних размеров.
Вектор развития уровней
стереотактического контроля

Обычная самосборка не требует стереотактическо­
го контроля, так как блоки соответствуют друг другу
единственным образом. Сборка из простейших мелко­
зернистых блоков предполагает строгий контроль, так
как они могут связываться едва ли не самым случай­
ным образом. Сборка средних по размерам блоков тре­
бует лишь слабого стереотактического контроля, когда
объекты направляются в предназначенные им зоны, так
как выбор специфических целей может осуществляться
посредством локализованной самосборки (или самосоответствия). Таким образом, величина расстояния ме­
жду альтернативными зонами связывания — допусти­
мой погрешностью в положении —может варьироваться
от диаметра самого продукта (в направлении предела
чистой самосборки) до диаметра строительного блока
(там, где маленький размер блока приводит к близкому
расположению реакционных зон)1. И вновь мы устано­
вили вектор развития, играющий важную роль с точки
зрения определения требований к машинам.
В стереотактических системах позиционирования
частота вызываемых теплотой ошибок в местоположе­
нии зависит и от приемлемой допустимой погрешности
(с изменением квадрата расстояния между альтернатив1. И еще меньш е: в тесно связанны х ковалентны х тверды х частицах
расстояние меж ду альтернативны ми целями связывания м о ­
жет быть меньш им, чем ди ам етр атома (тем не менее, оно с о ­
вместимо с надежным выбором целей).

452

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

ными целями происходит экспоненциальное снижение
частоты), и от жесткости структуры, сопротивляющейся
ошибкам. В данном случае действует закон масштабиро­
вания, в соответствии с которым увеличение приемле­
мой допустимой погрешности в ю раз приводит к со­
кращению уровня требуемой жесткости в ю о раз.
Попытавшись заглянуть вперед с нижнего конца
вектора, мы увидим, что в соответствии с инженерны­
ми проектировками самособираемые устройства, изго­
товленные из относительно мягких блоков полимер­
ных материалов, могут быть достаточно жесткими, что
открывает возможность надежной стереотактической
сборки меньших по размерам блоков из более твердых
материалов. Изготовленные из них устройства, в свою
очередь, способны обеспечить более строгий контроль
над перемещениями, необходимый для сборки из более
жестких материалов.
И наоборот, если мы оглянемся назад, то увидим,
что, согласно инженерным проектировкам, требовани­
ям относительной надежности стереотактической сбор­
ки мелкозернистых, в высшей степени жестких кова­
лентных структур могут соответствовать существенно
менее жесткие машины, изготовляемые при значитель­
но менее строгом стереотактическом контроле.
Таким образом, там, где беспокойство вызывают ма­
териалы и стереотактический контроль, развитие воз­
можно в обеих точках вектора: из возвышающейся его
части путь ведет назад и вниз к более доступным систе­
мам, а из нижней —вперед и вверх. Встречаясь ровно по­
середине, эти пути подводят нас к блокам промежуточ­
ных размеров, жесткости и плотности связей.
Вектор развития внешней среды
и средств транспортировки

Виды потенциально возможной внешней среды, в ко­
торой осуществлялась бы стереотактическая сборка,
варьируются от органических растворов до предельно
453

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

низковязкой химически инертной среды —пустого про­
странства, в котором полностью отсутствуют жидкости.
Ж идкости обладают двумя взаимосвязанными, по­
лезными с точки зрения достижения наших целей, свой­
ствами. Находящиеся в них наноразмерные объекты
приобретают локальную мобильность, необходимую для
самосборки, и долгосрочную мобильность, открываю­
щую возможность перемещения молекул посредством
диффузии из источника к месту назначения, в отсут­
ствие конвейеров или труб. В настоящее время наибо­
лее привлекательной средой является вода, так как она
представляет собой хорошо изученную среду-посредника для молекулярной укладки и самосборки.
Полный сквозной контроль над перемещениями об­
ладает рядом преимуществ (как в случае передовых АТПсистем, рассматривавшихся в главе ю). Но они относят­
ся либо к вторичным соображениям (таким как скорость
или энергоэффективность), либо к тем случаям, когда
мы раздвигаем границы физически осуществимых хи­
мических процессов (что может потребовать, например,
бесконтактного перемещения необычайно реакционно­
способных веществ).
Впрочем, стереотактический контроль над сборкой
может осуществляться и без того, что воспринимается как
его предварительные условия, то есть при полном отсут­
ствии управления строительными блоками. В этом слу­
чае основная цель состоит в контроле над тем, где проис­
ходит соединение блоков, а не над тем, как они достигнут
намеченного места. Жидкости открывают возможности,
которые отсутствуют в макроразмерном производстве:
достаточно отдать перемещение блоков на волю диф ф у­
зии и использовать стереотактический контроль для ак­
тивации и снятия защиты с места сборки. Согласно дан­
ному подходу, каталитическая структура может служить
инструментом стереотактически направляемых модифи­
каций в направлении определенной цели.
Данный подход должен быть хорошо знаком специалистам-химикам, ведь он положен в основу использова­
454

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫ Й

ПУТЬ

К АТП

ния защитных групп, блокирующих потенциальные ре­
акционно-способные зоны во время серий шагов, после
чего эти защитные группы перемещаются для активации
одной или нескольких таких зон. Рассматриваемый ме­
тод может использоваться в отношении широкого спек­
тра блоков, размеры которых варьируются от крупно­
зернистых фракций до атомов; наименьшие по разме­
рам блоки могут транспортироваться в форме газов,
в то время как защитные группы, блокирующие доступ
к зонам, могут быть простыми, как атомы водорода. Хи­
мические процессы, основанные на использовании реакционно-способных газов и применении водородной
защиты, являются основными элементами разработан­
ного в компании Zyvex метода строительства точных мо­
дифицированных кристаллов кремния (для подготовки
активных зон посредством перемещения атомов водоро­
да используется сканирующий туннельный микроскоп).
Даже в тех случаях, когда конечный отбор и пози­
ционирование блоков осуществляются АТ-механизмами,
посредством диф ф узии жидкости способны обеспечить
транспортировку на относительно большие расстоя­
ния, в то время как конечные перемещения могут о с­
новываться на тепловом движении и самосоответствии
(и вновь в жидкой среде). Использование данного ме­
тода транспортирования в жидкости позволяет приме­
нять машины более простой архитектуры, способные
ф ункционировать в условиях термального движения
большой амплитуды.

И вновь работа с жесткими, мелкозернистыми, ко­
валентными материалами может потребовать соответ­
ствия более строгим условиям. Не так давно, исследо­
ватели пришли к выводу, что необходимые химические
операции потребуют инертных внешних сред (напри­
мер, вакуума) и механической транспортировки в вы­
сокой степени реакционно-способных молекулярных
веществ.
Другие подходы предлагают более легкий доступ
к относительно жестким, мелкозернистым материа455

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

лам. Например, железный колчедан (FeS2) и многие
другие силикаты превосходят по жесткости материа­
лы, основывающиеся на фолдамерах, в ю раз; к тому же
они могут спонтанно собираться в водных растворах.
Преимущества создания структур посредством сборки
из материалов, образуемых в мягких водных условиях,
включают в себя жидкофазную транспортировку строи­
тельных блоков и совместимость (например) с хорошо
известными классами фолдамеров.
Развитие сложности

Рассматривавшиеся выше системы относительно низко­
го технического уровня способны создавать различные
компоненты. Но для сборки компонентов и создания
сложных систем необходимы средства стереотактического контроля. В то же время улучшенный стереотактический контроль открывает возможность усовершен­
ствований, определяемых с помощью различных метрик,
а также тех из них, которые позволяют проектировать
и изготавливать дополняющие друг друга поверхности.
Расширяя диапазон физически возможных структур,
мелкозернистый стереотактический синтез способен
предоставить новые преимущества в самосборке на уров­
не компонентов, тем самым расширяя применимость
каждого из конкурирующих методов такой самосборки.
Градиент сложности связывает самосборку с передо­
вой стереотактической сборкой. В результате устрой­
ства, которые первоначально были мелкими просты­
ми машинами, начинают обеспечивать движение вверх
по градиенту размера и сложности систем.
Усовершенствования в производстве компонентов
позволят расширить диапазон и эксплуатационные ха­
рактеристики функциональны х устройств. Имеются
в виду преобразователи (химические, оптические, элек­
трические и так далее) с большим количеством отдель­
ных входных каналов, способные контролировать вы­
сокочастотные перемещения, устройства для обработки
456

ИНКРЕМ ЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

материалов, способные связывать и высвобождать из­
бранные строительные блоки из растворов, и механиз­
мы позиционирования жестких структурных ком по­
нентов, применение которых открывает возможности
более точных и надежных перемещений и использова­
ния более мелкозернистых и строительных блоков боль­
шей валентности.
Увеличение диапазона производимых продуктов бу­
дет способствовать расширению спектра их практи­
ческого применения. В этом и заключается история
достижений в сфере атомарно точного производства,
начавшейся более ста лет назад, происходящей в наши
дни и устремленной в будущее.
Диапазон применения мелких атомарно точны х
структур необычайно широк. Потенциально самые
первые продукты могли бы включать в себя индивиду­
альные высокопроизводительные катализаторы, спе­
циальные молекулярные производственные линии
(по образцу модульной поликетидсинтазы) и програм­
мируемые механизмы синтеза олигомеров (по образцу
рибосом). При создании этих мелких специализирован­
ных высокопроизводительных продукционных машин
в качестве образцов используются устройства, полез­
ность которых хорошо известна в самых разных обла­
стях (от фундаментальных наук до тонкого химическо­
го и фармацевтического синтеза). Кроме того, мелкие
структуры могут служить компонентами и строитель­
ными блоками для крупных систем, в которых нано­
размерные компоненты организованы посредством
самосборки, образуя, помимо других потенциальных
примеров, активные структуры для экранов мониторов,
освещения, фотоэлектрических элементов и компьютер­
ных устройств памяти.
Поскольку химические и биохимические методы по­
зволяют производить продукцию в значительных ко­
личествах, а первые поколения производственного обо­
рудования могут быть похожи друг на друга, и каждый
шаг вперед в направлении развития производствен457

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ных технологий дает возможность улучшить результат
(если измерять в массе). Сегодня объем продукции, про­
изводимой с использованием аналогичных процессов,
варьируется по шкале от микрограммов до тонн. При
этом даже один микрограмм вещества может содержать
триллионы наноразмерных объектов.
Наиболее эффективные системы являются специали­
зированными; то же самое справедливо и в отношении
масштаба. Естественный подход основывается на ис­
пользовании меньших по размерам специализирован­
ных продукционных машин для изготовления отлич­
ных друг от друга строительных блоков в количестве,
в котором большие по размеру машины (возможно, ме­
нее специализированные) изготовляют продукты еще
более широкого диапазона, представляющие собой со­
четания деталей.
На постепенно проясняющейся картине мы ви­
дим сеть производственных систем, не отличающуюся
от сети специализированных фабрик, поставляющих
детали, которые используются на других заводах для
строительства автомобилей различных моделей, или
сети химических заводов, поставляющих промежуточ­
ные химические продукты, применяемые на других за­
водах для синтезирование разнообразных фармацевти­
ческих препаратов. Мономерные строительные блоки
применяются для синтезирования фолдамерных цепо­
чек; наноразмерные строительные блоки используют­
ся для слабо направляемой стереотактической сборки;
микроблоки необходимы для высокопроизводительной
сборки конечного продукта посредством АТП-систем.
Все перечисленное выше следует одному и тому же ба­
зовому п одход у— специализированному производству
компонентов для обеспечения более гибкого производ­
ства конечных продуктов. Следование этому подходу
обусловлено теми же самыми базовыми причинами.
Заметим, что ни одна из этих систем не требует ма­
шин, способных выпускать все детали, необходимые
для изготовления аналогичных машин. Соответствую45 8

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

щие мощ ности может иметь атомарно точная техн о ­
логическая база в целом (подобно современной гл о ­
бальной промышленной технологической базе), но не
ее более простые системы производства компонентов.
В числе други х преимуществ организация такого рода
обеспечивает последовательную пошаговую модерниза­
цию по мере поступательного развития агрегированной
технологической базы в соответствии с градиентом тех­
нических возможностей.

Оглядываясь назад
В некоторых случаях для того, чтобы быстрее достичь
цели, полезно оглянуться назад и попы таться отве­
тить на вопросы: «Ч то долж но было бы предш ество­
вать то м у?» и « Ч то долж но было бы предшествовать
этом у?» В главе ю мы познакомились с архитектурны ­
ми набросками крупноразм ерны х вы сокопроизводи­
тельных АТП-систем. Однако и сами эти системы, и их
компоненты пока находятся в грядущ ем. Системы ка­
ких типов могли бы стать их предшественницами, и что
требуется для их создания?
В частности, можно было бы попытаться построить
компоненты крупноразмерных АТП-систем с помощью
систем в два раза меньш их по размерам. П оследние,
в свою очередь, могли бы быть построены с помощью
еще в два раза меньших по размерам систем и так д а ­
лее вплоть до самого маленького размера. Где находит­
ся точка остановки этого обращенного назад концеп­
туального процесса — материальный исходный пункт
движения вперед, в направлении масштабируемой тех­
нологии АТП-уровня?
Н аилучш ий п одход к поискам ответа заключается
в следующем. Мы должны задаться вопросом о том, что
нам следовало бы исклю чить из рассмотрения, о ста­
ваясь, тем не менее, на АТП-уровне производственных
возможностей — измеряемых не масш табом, выработ­
459

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

кой или эффективностью, но качеством, видом компо­
нентов и систем, которые мы способны были бы произ­
водить. Этот вопрос мог бы звучать так: «Что требуется
минимальной ключевой системе, способной изготавли­
вать и собирать различные компоненты, требуемые для
создания наименьшей по размерам и простейшей про­
изводственной системы АТП-качества?»
Один из очевидных способов уменьшения размеров
ключевой системы и снижения уровня ее сложности
состоит в передаче на сторону или отказе от осущест­
вления ряда операций с целью сведения к минимуму
количества осуществляемых ею функций. Например,
функция производства высококачественных строитель­
ных блоков молекулярного размера может быть переда­
на в другие звенья производственной сети, тем самым
избавляя ключевую систему от необходимости осуще­
ствления химической очистки и большинства других
стадий химической обработки. Аналогично в случае ис­
пользования в качестве посредника жидкой среды, спо­
собной доставлять строительные блоки молекулярного
размера в зоны их использования, мы могли бы отка­
заться от сложных транспортных систем. Схожим об­
разом обращение к медленным и неспециализирован­
ным машинам, способным собирать блоки в структуры,
применяемые для изготовления различных компонен­
тов, избавляет от необходимости применения специа­
лизированных, эффективных, высокопроизводитель­
ных систем (подобных тем, которые рассматривались
в главе ю). И наконец, управление неспециализирован­
ными машинами, задача которых состоит в строитель­
стве различных компонентов, требует передачи им осо­
бых серий сигналов —последовательности инструкций,
которые служат программой. Если для их передачи ис­
пользуется внешний источник, то ключевая система мо­
жет быть избавлена от функций хранения данных и ци­
фровых систем контроля.
Данный комплекс упрощ ений подводит нас к архи­
тектуре производства АТП-уровня, имеющей значитель­

460

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

ные отличия от передовых АТП-систем. Внешняя подго­
товка входных ресурсов, транспортировка с использова­
нием жидкостей и использование машин, направляемых
внеш ними програм мами, означают, что любое устрой­
ство системы в целом может быть довольно простым. М а­
лые и промежуточные строительные блоки, а также ком­
плексные продукты изготавливались бы на различных
стадиях и в разных местах сети производственных систем.
Эти упрощения вынуждают нас пожертвовать разме­
рами, производительностью, стоимостью и эффектив­
ностью. В то же время уровни операций синтеза и сбор­
ки не слиш ком отличаются от возможностей полной
системы АТП. Аналогичные молекулярные преобразо­
вания и сборочные операции позволяют строить струк­
туры аналогичного качества. Таким образом, системы,
спроектированные в соответствии с рассматривавш и­
мися выше направлениями, могли бы использоваться
для создания компонентов и систем таких видов, кото­
рые определяют и позволяют масштабировать техноло­
гии АТП-уровня. Создание систем такого уровня м ог­
ло бы рассматриваться как порог, преодоление которого
означало бы возможность описывавшегося выше непре­
рывного процесса увеличения масштабов2.

Выход на данный уровень технологии требует, чтобы
размеры ни одной из отдельных машин, объединенных
в систему, не превышали кубического микрона; в то же
время на агрегированном уровне могли бы создаваться
сети производственных систем в промышленном мас­
штабе. Используя наноразмерные устройства в макро­
скопических количествах, они могли бы поставлять
тонны наноразмерных продуктов, которые пользова­
лись бы спросом в производстве материалов, электро­
нике и медицине. Да где угодно.
2. О чевидно, что к д ан н о м у порогу ведут и други е пути; наше обсу­
ждение представляет собой упраж нение в исследовательской
инженерии систем ного уровня, а не в предсказаниях, о п ти м и ­
зации или п р ограм м н ом менеджменте.

461

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Встреча посередине маршрута

Для внедрения систем рассматривавшегося выше уров­
ня нам необходимо было бы атомарно точное производ­
ство. К сожалению, современные технологии еще не д о ­
стигли соответствующего уровня. Впрочем, для решения
этой задачи не требуются ни экзотические материалы,
ни ультрачистая внешняя среда. Необходимые компо­
ненты (движущиеся детали, силовые приводы, зоны свя­
зывания и т.д.) не требуют экстраординарных эксплуа­
тационных характеристик и могут быть изготовлены
из материалов, совместимых с жидкофазным синтезом
различных видов (хотя некоторые из них действительно
являются экстраординарными). Например, для произ­
водства атомарно точных графеновых наноструктур ис­
пользовался жидкофазный химический синтез, а целый
ряд жестких мелкозернистых материалов может быть
синтезирован в мягких водных средах. (Подобные мате­
риалы часто характеризуются смешанными ионно/кова­
лентными связями.) Построенные из этих относительно
доступных материалов системы впоследствии могут при­
меняться для изготовления компонентов, требующих бо­
лее строгих условий с точки зрения химической стабиль­
ности и контроля над движением. Оглядываясь назад:
• Компоненты, изготовленные из самых жестких, кова­
лентных материалов могут производиться машина­
ми, изготовленными из более доступных материалов.
• Компоненты, произведенные из этих более доступ­
ных материалов, могут выпускаться машинами, ра­
ботающими в растворах.
• Машины, способные работать в растворах, способны
строить машины, предназначенные для работы в су­
хой среде.
• Машины, изготовленные из жестких компонентов,
могут собираться с использованием мягкого стереотактического контроля, дополненного самосоответствием.
462

И И К [' F. М Е И Т А Л Ь Н Ы Й

ПУТЬ

К АТП

Короче говоря, производственны е систем ы , появле­
ние которых означало бы начало разработки техн оло­
гий АТП -уровня, м огут быть построены посредством
производственных систем, основывающихся на техн о­
логиях, находящ ихся на несколько ступеней ниже п о­
рогового уровня.
Таким образом, мы можем рассматривать и пути, ве­
дущ ие назад от передового АТП, и пути, ведущие впе­
ред от самосборки. Они встречаются ровно посередине
маршрута. На всем его протяжении мы не обнаружива­
ем ни некоей единственной в своем роде экстраординар­
ной машины, ни некоей технологии, которая имела бы
ключевое значение. Вм есто них нас ож идаю т р асту­
щая технологическая база атомарно точного производ­
ства, расширяющ ийся диапазон компонентов со все бо­
лее высокими эксплуатационны ми характеристиками
и удлиняющ аяся последовательность систем для сбор­
ки из АТ-деталей все более крупных и более сложных
продуктов.
Кроме того, в рассматриваемых нами технологиях
нет никакого обязательного ограничения масш табов
производства на любой стадии развития. Н апротив, мы
находим технологическую базу, непрерывно расш иряю ­
щуюся благодаря все новым достижениям в химическом
и биохимическом синтезе — процессах, которые во м но­
гих случаях могут масштабироваться до выпуска АТ-продуктов, измеряемого в миллиграммах, граммах или тон­
нах. П оскольку на каждой стадии производства может
открыться возможность крупномасш табного выпуска
инструментов, используемых на следующем этапе про­
изводственной технологии, здесь же, скорее всего, вновь
возникнут условия для организации массового выпуска.
В центре нашего обсуждения находились вопросы
использования инструментов для создания еще более
л уч ш и х оруди й производства. П роблемам непосред­
ственного применения АТ-продуктов мы уделяли значи­
тельно меньшее внимание. Как подсказывает обращение

4^3

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

к истории, масштабируемое производство АТ-продуктов
новых классов обязательно найдет применение в сферах,
которые мы пока не способны себе вообразить.

Поскольку мы идем по довольно гладким путям, ве­
дущим к достижению важнейших целей, в условиях уве­
личивающегося вознаграждения в мире, в котором мно­
жество центров технологических компетенций заняты
решением разнообразных задач, я убежден, что мы ста­
нем свидетелями непрерывного поступательного дви­
жения вдоль прочерченных нами выше генеральных
направлений. Кроме того, у нас есть все основания ожи­
дать повышения темпов прогресса.

Ускорение движения по спирали прогресса
Что задает темпы прогресса? Решающими факторами
являются инвестиции и созидательное начало. Однако
не менее важное значение имеет характер разрабатывае­
мой технологии. На путях, ведущих к передовым АТП,
изменятся не только технологии, но и природа, а также
темпы процесса разработок.
Более быстрое производство и испытания

Отчасти темпы разработок зависят от времени, необхо­
димого для изготовления и испытаний нового продук­
та. В соответствии со стандартами крупных инженер­
ных проектов, затраты денег и времени, необходимых
для изготовления новой макромолекулярной структу­
ры, являются относительно небольшими. Это никак
не миллионы и не миллиарды долларов, которые рас­
ходуются в течение нескольких лет, но тысячи долла­
ров и несколько дней или месяцев. У нас есть все основа­
ния ожидать, что новые производственные технологии
вкупе со стандартизированными строительными бло­
ками позволят сократить время, которое занимает пе­
риод от проектирования до создания работоспособно­
464

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

го артефакта. Для производственных систем, в которых
операции осуществляются в диапазоне от сотен до мил­
лионов циклов в секунду (в диапазоне от биомолекулярных до систем высоких уровней), один час —это весьма
продолжительное время.
Те же самые соображения применимы и к испытани­
ям продуктов, так как скорость молекулярных процес­
сов во многих случаях позволяет быстро осуществлять
испытания эксплуатационных свойств продукта. (Для
сравнения, вспомните, сколько месяцев может потребо­
ваться для индивидуальных испытаний ракеты в рамках
сложного макроразмерного инженерного проекта, а так­
же попробуйте оценить затраты, необходимые для пере­
смотра ее конструкции и проведения новых испытаний.)
Более быстрое проектирование

С точки зрения темпов прогресса усовершенствования,
вносимые в процесс проектирования, играют тройную
роль. Сокращение времени конструирования означает
уменьшение длительности периода между появлени­
ем концепции и ее воплощением. Более высокая пред­
сказуемость проектирования сокращает количество
необходимых для достижения успеха циклов конструи­
рования и тестирования. И, наконец, уровень проекти­
ровочных возможностей помогает определить, насколь­
ко широким может быть каждый предпринимаемый
в разработках шаг — возможность надежного конструи­
рования модификаций уже выпускавшихся продуктов
означает сокращение количества шагов, необходимых
для достижения амбициозной цели.
Решающее значение имеет то обстоятельство, что но­
вые достижения в производстве способствуют повыше­
нию предсказуемости результатов, что, в свою очередь,
означает более важную роль проектирования. В наши
дни, несмотря на достигнутый прогресс, проектирова­
ние и производство молекулярных объектов на основе
фолдамеров остаются весьма трудным делом. Исполь­
465

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

зование эффективных стереотактических методов будет
способствовать качественным изменениям в конструи­
ровании, производстве и предсказуемости. И спользо­
вание в конструировании мелкозернистых, более регу­
лярных структур стандартизированных строительных
блоков упрощает задачу проектировщиков; применение
для сборки сложных деталей устройств прямого пози­
ционного контроля в значительный степени разъеди­
няет проектирование и производство; использование
в строительстве более жестких устойчивых материалов
способствует повышению предсказуемости результатов
производства.
Все более действенную поддержку в отношении все
более широко доступных материалов будут оказывать
инженерии вычислительные инструменты. В частно­
сти, применение инженерами-механиками инструмен­
тов компьютерного дизайна, созданных по сегодняш­
ним образцам, приведет к тому, что многие аспекты
конструирования наноразмерных механических си­
стем будут не более сложными, чем проектирование
обычных механических систем в наши дни. Обраща­
ясь к области мелкозернистых структур, построенных
из ковалентных жестких материалов, я могу, опираясь
на личный опыт, утверждать, что проектирование ком­
понентов и устройств, пригодных для использования
в механических системах АТП-уровня, является доста­
точно простой задачей (даже с использованием стан­
дартного программного обеспечения для компьютерно­
го моделирования). Не более сложным будет и обучение
стандартным методам ее решения.

Открытое исследовательское
проектирование
Я могу с уверенностью предсказать, что некоторые ин­
струменты проектирования (а также, вероятно, мно­
гие отдельные конструкции) будут принадлежать к чис­
466

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

лу общедоступных. Часть из них, наверняка, будут
использоваться для проектирования систем, которые
пока невозможно воплотить в реальность. До начала
финансового кризиса 2007 г. мне довелось поработать
с компанией Nanorex, разрабатывавшей общедоступное
приложение для АТ-инженерии NanoEngineer-i. С о ­
зданная в сотрудничестве с учеными-экспериментаторами альфа-версия этой прикладной программы ис­
пользовалась в рамках структурной ДНК-инженерии
и получила хорошие отзывы. Кроме того, инструменты
NanoEngineer-i могли применяться для проектирования
механических устройств из ковалентных материалов.
При этом использовались принципы стандартной моле­
кулярной механики и молекулярной динамики (по при­
чинам, обсуждавшимся в главе 5, они являются в выс­
шей степени эффективными для испытаний такого рода
устройств). Не вызывает сомнений, что аналогичные
проекты по разработке программного обеспечения бу­
дут осуществляться и в будущем, во благо эксперимен­
тальных исследований и устремленных в будущее инже­
нерных изысканий.
Наличие общедоступного программного обеспече­
ния для проектирования будет способствовать развитию
краудсорсингового (силами привлеченных в Интерне­
те добровольцев) конструирования, организованного
как соревнования. Опыт участия в проектировании мо­
жет оказаться весьма забавным (исходя из моего соб­
ственного опыта и наблюдений за действиями других
людей), а полученные результаты — весьма привлека­
тельными продуктами (имеются в виду и изображения,
и видеозаписи). Кроме того, проекты могут оцениваться
в соответствии с количественными инженерными кри­
териями и метриками. Участники соревнования могут
использовать эти метрики в качестве оценки проделан­
ной работы3.
3. Группа Бейкера из Ваш ингтонского университета превратила ра­
боту по предсказанию укладки белков в компью терную игру

467

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Короче говоря, в недалеком будущем мы, вероят­
но, станем свидетелями появления и общедоступных
инструментов проектирования, и общедоступных кон­
структорских разработок, результаты которых будут
способствовать развитию наукоемких технологий. Эти
инструменты проектирования и результаты их приме­
ненияобеспечат ускорения прогресса после того, как
новые инструменты производства позволят воплощать
в жизнь уже созданные «в чертежах» конструкции.
Никто не способен предсказать степень, в которой
общедоступные инструменты и конструкции ускорят
передовые разработки; в данном случае мы имеем дело
с еще одним фактором неустранимых неопределенно­
стей относительно темпов прогресса.
Об оценке темпов прогресса

Допустим, мы хотели бы предложить консервативную
оценку времени, необходимого для разработки техно­
логий АТП-уровня. Единого мнения о том, на чем дол­
жна была бы основываться такая осторожная оценка,
пока не сложилось. Вероятно, при рассмотрении потен­
циальных выгод, мы должны были бы уделить особое
внимание возможным препятствиям, которые замед­
лили бы осуществление программ и достижение на­
меченных результатов. При анализе потенциальных
рисков, основной акцент был бы сделан на потенциале
быстрого прогресса в неизвестных местах, события в ко­
торых трудно отслеживать, или на неотложной между­
народной программе, инициированной, отчасти для

Foldit. Она пользовалась огром ны м успехом не только с точки
зрения количества участников (м ногие из них не имели необ­
ходим ой научной подготовки), но и полученны х результатов,
а также количества публикаций в научны х изданиях. Foldit п о ­
зволила превратить укладку белков в забаву, головолом ку осо ­
бого рода, а предлагавш иеся участни кам и решения оценива­
лись в рамках м еж дународного соревнования.

468

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

того, чтобы воспрепятствовать катастрофическим из­
менениям климата.
Рассматривая возможные последствия неопределен­
ностей, мы обязаны помнить о двух сторонах консерва­
тивной идеи. На более рефлексивном уровне, было бы
полезно попытаться внести коррективы в хорошо д о ­
кументированные тенденции к излишней самоуверен­
ности в вынесении суждений, нежелании принять не­
определенность и инерции в пересмотре допущений.
Было бы полезно пересмотреть некоторые из соображе­
ний, не пытаясь привязать обсуждение к определенным
годам или датам.
Отсрочки с принятием решений в планировании
и координации

В течение многих лет по историческим причинам
и в силу особенностей научной культуры (обсуждав­
шихся в главе 8 и главе 13) достижения в сфере атомар­
но точного молекулярного производства (см. главу 12)
использовались в ограниченной степени. И в наши дни
их потенциал с точки зрения инженерии АТ-систем рас­
крыт далеко не полностью. Причины этого отставания
не могут исчезнуть в одно мгновение.
Разработка эф фективны х исследовательских про­
грамм требует времени, а также приложения интел­
лектуальных и организационных усилий. «П еревод»
перспективных возможностей на «язык» конкретных
планов требует вдохновения, оценок, дискуссий, а так­
же достижения согласия, предшествующих подписанию
закупочных ордеров на оборудование, найму научноисследовательского персонала, структурированию но­
вых соглашений о сотрудничестве или разработке про­
грамм.
Прогресс будет зависеть от состояния мнений в сооб­
ществах, которые, возможно, еще не полностью сформи­
ровались. Общие видение и энергия способны ускорить
прохождение неизбежных этапов; неправильное пони­
469

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

мание целей и слабая мотивация могут на неопреде­
ленно долгое время задержать поступательное развитие.
В этой связи, размышления, основывающиеся на об­
ращениях к средним или типичным случаям, могут ока­
заться ошибочными в силу асимметрии между силами,
движущими прогрессом, и силами, обуславливающи­
ми его торможение. Темпы развития устанавливаются
действиями, а не бездействием, не общим состоянием
знаний или мнений, но формированием критической
массы ресурсов — компетенций, координации и финан­
сирования — независимо от того, где она будет достиг­
нута. В осуществляемые по всему миру нанотехноло­
гические программы притекают миллиарды долларов.
Но если они по-прежнему будут направляться на ис­
следования, никак не связанные с однажды деклариро­
вавшимся видением А Т П , 4 не будет ничего удивитель­
ного, если вскоре обнаружится, что лучшее понимание
средств и целей позволит мобилизовать существенные
ресурсы в поддерж ку исследовательских программ,
структурированных для достижения результатов.
Неожиданные трудности (и прорывы)
в лабораторных исследованиях

Как известно любому практику или внимательному на­
блюдателю за лабораторными упражнениями, прогресс
в сфере исследований может быть болезненно медлен­
ным по сравнению с наивными ожиданиями. Во мно­
гих случаях исследователи сталкиваются в своей работе
с неожиданными трудностями, требующими использо­
вания нового подхода или изменения целей.

4. Н ап о м н и м , что в главе 13 мы до кум ен тальн о обосновали зн ачи ­
тельное расхож дение между обещ аниями (о создании пер едо­
вых атомарно точны х технологи й ), данны ми исследователями
американском у конгрессу, и направлением принятой впослед­
ствии национальной нанотехнологической програм мы .

470

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЙ

ПУТЬ

К АТП

Поэтому нам необходимо вновь учитывать асим­
метрию, выражающуюся в том, что индивидуальный
лабораторный опыт потенциально может рассматри­
ваться как образец для показателей темпов прогресса
в мире в целом или для хорошо финансируемых и хо ­
рошо управляемых исследовательских программ. В том
случае, когда множество групп придерживаются раз­
личных подходов к удовлетворению комплекса требо­
ваний к инженерии системного уровня, они будут стал­
киваться с разными по своему характеру трудностями.
Маловероятно, что все они окажутся лицом к лицу с од­
ной и той же труднопреодолимой проблемой. Други­
ми словами, избыточность обуславливает повышение
надежности. И наоборот, если множество групп при­
держиваются различных подходов, вероятность нахо­
ждения одной из них более лучшего или более раннего
решения, чем этого можно было бы ожидать от един­
ственной исследовательской группы, существенно повы­
шается. Таким образом, в контексте инженерии систем­
ного уровня, ожидания, выверенные по исследованию
лабораторного уровня, будут демонстрировать тенден­
цию к ошибочной переоценке вероятности возникнове­
ния препятствий и недооценку вероятности открытия
различных более коротких путей к достижению цели5.
Важно помнить, что каждое функциональное требо­
вание к современным технологиям и технологиям А Т П -

5. В частности, в этом и заклю чается основная причина того, что за­
кон М ура продолж ает дей ствовать дл я полупроводни ковой
отрасли. К каж дому новому поколению технологий производ­
ства предъявляется новый набор абстрактны х требований (бо­
лее точные установки последовательного шагового м ульти п ли ­
цирования и экспонирования, источники света, характеризую ­
щиеся все более короткой дли н ой волны, совместимая с ними
оптика, маски, фоторезисты и все остальное). И на каждой ста­
дии множ ество групп (сначала исследователи, а затем ко рп о ­
ративны е лаборатори и , в которы х ведутся разработки) пр и ­
держ иваю тся различны х подходов к удовлетворению каж до­
го из них.

471

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

уровня имеет множество потенциальных воплощений,
которые, если рассматривать их в контексте, не предъ­
являют строгих физических требований. Наиболее су­
щественные трудности относятся к сфере проектиро­
вания, а наиболее сложные актуальные задачи состоят
в преодолении сложностей, связанных с макромолекулярной укладкой и самосборкой. В дальнейшем, по мере
продвижения по технологическому градиенту, высота
этих препятствий снижается.
Трудности с системами и сложностью,
возникающими при детализации

Когда нужно детализировать разработки на более низ­
ком уровне, важно абстрагироваться от опыта молеку­
лярных наук и сосредоточить внимание на опыте обыч­
ных форм инженерии, на практике разработки ком­
плексных систем, основывающихся на систематической
сборке хорошо понятных компонентов в соответствии
с принципами модульного проектирования.
Продвижение вперед вдоль вектора технологическо­
го развития открывает возможность упрощения проек­
тирования, которое будет становится все более пред­
сказуемым, и использования обычных инженерных
методологий. Во время движения трудности проекти­
рования систем будут возрастать вместе с повышением
их сложности, но ровно в той степени, в которой бу­
дут позволять высокоэффективные технологии. С ла­
бораторной точки зрения наших дней, когда для полу­
чения небольших выгод нередко приходится затрачи­
вать огромные усилия, все еще трудно представить себе
сборку многочисленных деталей с предсказуемым ре­
зультатом. Здравое суждение требует соотнесения бу­
дущ их трудностей с соответствующими технологиче­
скими контекстами.
Стереотактический контроль над химическим син­
тезом принципиально изменит основные правила игры,
так как он будет означать огромное расширение свободы
472

ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫ Й

ПУТЬ

К АТП

проектирования, осуществления самосборки, диапазо­
на доступных материалов, повышение эксплуатацион­
ных характеристик устройств и увеличение количества
их функций. Кроме того, откроются новые возможно­
сти совершенствования самого стереотактического кон­
троля. Дорога от современных лабораторных возмож­
ностей ведет нас к простым устройствам, а затем, через
несколько промежуточных стадий, и к передовому АТП.
На этом прямом пути нет ни одного сколько-нибудь
серьезного препятствия.

В заключение
Темпы движения в направлении приобретения возмож­
ностей АТП будут зависеть и от неизбежных задержек
и проволочек с осуществлением программ исследова­
ний, и от ускорения, которое придадут ему большое ко­
личество научных групп, параллельно работающих над
задачами, которые как нам известно, могут быть успеш­
но решены. На каждом этапе будет устанавливаться
своя собственная скорость развития, в зависимости не от
средних, типичных или наихудших результатов, но ис­
ключительно по кратчайшим из найденных путей (если
решения проблем будут общим достоянием).
Сущ ествование множества культур, государств и по­
литиков означает наличие в мире большого количества
потенциальных центров компетенций, способных к пе­
редовым разработками, независимо от действий осталь­
ных. Может показаться, что выйти на АТП-уровень тех­
нологий неимоверно трудно, хотя в другом смысле еще
труднее будет избежать их появления.

Объединение усилий в разработках способно уско­
рить прогресс, поскольку тем самым мы продвинем­
ся вперед в поиске решений проблем в здравоохране­
нии, защите природной среды и глобальном развитии.
Пожалуй, наиболее важной новой возможностью будет
восстановление состава атмосферы Земли доиндустри473

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

альной эпохи и обращение вспять движущих сил изме­
нения климата планеты.
Обсуждая потенциальные прорывы, мы пришли
к выводу, что совместные разработки могут оказать­
ся основным способом недопущения ненужных рисков
конфликта. Тщательно структурированные совместные
разработки способны помочь избежать нарастающих
по спирали неопределенностей и создать базу для осу­
ществления скоординированной политики, которая
служила бы общим, сочетающимся друг с другом и бо­
лее полно соответствующим друг другу интересам раз­
личных государств.
В зависимости от того, идет ли речь о рисках или
о возможностях, в соответствии с консервативным под­
ходом, темпы прогресса могут оцениваться как относи­
тельно высокие или относительно низкие; но ни одно
из допущений не может приниматься как само собой
разумеющееся. Несмотря на то, что законы физики об­
разуют надежную основу перспектив АТП, а также по­
зволяют рассмотреть ведущие к нему пути, многие дру­
гие аспекты грядущего зависят от присущих человеку
свойств, таких как способность к созиданию, удача и вы­
бор. Альтернативные направления исследований, ве­
роятные темпы прогресса, а также наилучшие спосо­
бы управления разработками и неизбежным в будущем
переходом — нам необходимо будет взвесить и обсудить
все эти и многие другие вопросы.

Примечания

т

Примечания

Необходимая прелюдия
С . 16. В i g 8 6 г. я предложил миру понятие « нанотехнологии»: И зн ачаль­
но слово «н ан о техн о ло ги и » использовалось для обозначения
крупномасш табной, атомарно точной сборки, основы вавш ей­
ся на принципе механически направляемого размещ ения м о ­
лекул атомарны х размеров. Впоследствии в него вкладывались
и другие значения. И само слово «н ан о техн о ло ги и », и п р и н ­
цип изготовления возникли не на пустом месте, а имели п р ед­
шественников.
Ч то касается физического принципа, положенного в основу
концепции нанотехнологий, то идея о физической возм ож н о­
сти создания очень небольших по размерам маш ин, способных
осущ ествлять те или иные операции и пригодны х для и споль­
зования в атомарно точной сборке, была высказана лауреатом
Н обелевской премии по физике Ричардом Ф ейнм аном . В п ер ­
вые он упом ян ул об этой возмож ности в 1959 г. в одном из вы­
ступлений, но в течение последую щ их почти 20 лет идея м ель­
чайш их м аш ин оставалась невостребованной.
С а м о слово «н ан о техн о ло ги и » было очевидной, хотя и д о ­
вольно противоречивой калькой со слова «м и кротехнологи и »;
впоследствии я узнал, что однаж ды очень похож ий термин
(«н а н о -т е х н о л о ги и ») использовал Н орио Т ан и гуч и . Его р а­
бота была опубликована в сборнике докладов одной из кон­
ференций, посвящ енны х сверхточной механической обработ­
ке и то м у подобн ом у (то есть слово «н ан о -техн о ло ги и » п р и ­
менялось в отнош ении технологий, принадлеж авш их к совсем
др уго м у спектру).
(Richard Feynman, «There *s Plenty o f Room at the Bottom », E n ­
gineering and Science 23, no. 5 [196 0 ]; Norio Taniguchi, «O n the B a­
sic Concept o f „N an o-T ech n o lo gy“ », Proceedings of the International
Conference of Production Engineeringy Vol. 2. [Tokyo: Jap an Society of
Precision Engineering, 1 974]-)
C. 17. Наноразмерные детали и атомарная точность их изготовления от­
крывают возможность атомарно точного производства: С м . главу
ю и прилож ение I. М етодический обзор на эту тему был опуб-

477

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ликован в ж урнале И н сти тута физики (K . Eric Drexler, « P ro ­
ductive Nanosystems: The Physics of M olecular Fabrication», Phys­
ics Education 40 [2 0 0 5 ]: 339).
C . 18. В отношении значительной части важнейших исследований наиме­
нование « нанотехнологии» просто не употребляется'. В главе 12
рассм атривается текущ ее состояние и быстрый прогресс в р аз­
витии технологий атомарной точности, а в главе 13 вы мож е­
те познакомиться с историей расхож дения атомарной то ч н о ­
сти и нанотехнологий (ф и нан си руем ы х из федерального бю д­
жета С Ш А ) .

Глава 1 . Атомы, биты и всеобщее благоденствие
С. 28. ...устройство для получения постраничных изображений докумен­
тов, хранящихся на микрофильмах: В то же время предложенная
В. Буш ем систем а «м ем ек с» долж на была вы полнять и другие
ф ункц и и ; в сущ н о сти , она представляла собой систем у ги пер­
текста, предш ествовавш ую ее циф ровому воплощению.
С. 3 1. В механически направляемых химических процессах: Со о тветствую ­
щие физические принципы и требования обсуж даю тся в п р и ­
ложении I.

Глава 2. Путешествие к истокам идей
С . 33. ...впервые была представлена в моей научной статье, опубликован­
ной в ig8i г. \ Ц и ти руется в основном тексте и доступн а по адре­
су w w w .pnas.org/content/78/9/5275.full.pdf+htm l. Н есмотря на то,
что статья был опубликована в Proceedings o f the National Academy
o f Sciences (« Т р у д а х Н ациональной академии н аук») она напи­
сана с инж енерны х, а не с научны х позиций (о р азличиях м е­
ж ду наукой и инженерией см. главу 8).
С . 34. ...в техническом анализе (по объему сравнимом с книгой), по резуль­
татам моей диссертационной работы в Массачусетском техноло­
гическом институте: Он назывался «M olecu lar M achinery And
M anufacturing W ith Applications To Com putation» (1991) ( « М о ­
лекулярная маш инерия и изготовление с применениями для
вы числени й ») и был завершен в рам ках меж ведомственной
докторской програм м ы в области м олекулярной н ан о техн о ­
логии. Я начал этот проект (как книгу), работая ведущ им се­
минара в С тэн ф о р д ско м университете (1988 г.). Ещ е через год
я вновь вернулся к это м у проекту. Расш иренная и пер есм о ­
тренная ди ссертаци я легла в основу книги Nanosystems: Molecu­
lar Machinery, Manufacturing, and Computation («Н ан оси стем ы : м а­
ш инерия, изготовления и вы числения») (H oboken, NJ: W iley/
Interscience, 1992). Д иссертация доступн а в И нтернете по ад ­
ресу: http://dspace.m it.edU /handle/1721.1/27999 и на моем сайте

478

ПРИМЕЧАНИЯ

по адресу: e-d rexler.c0m /d /09/00/D rexler MlT__dissertation.pdf.
П одробное оглавление и избранные главы «Н ан о си стем » д о ­
ступны на моем сайте по адресу: e-d rexler.co m /d /o 6/o o /N an osystems/toc.htm l.
C. 36. ...книги, посвященные наукам о космосе, а также проектированию
и использованию космических систем'. П реж де всего, труды таких
провидцев, как Ф рим ен Д айсон, Д ж ерард О ’ Н ейл, Д ан др и дж
К оул, Д ж . Бернал и отца теоретической косм онавти ки К о н ­
стантина Ц и олковского.
С. 4 1. ...полеты на астероиды вошли в планы НАСА: С м ., например: http://
ww w .nasa.gov/about/obam aspeechfeature.htm l.
С . 42. ...ведь Т. Мальтус был прав: В своем Essay on the Principle of Popu­
lation («О п ы те закона о народонаселении») преподобный Т о ­
мас М альтус обосновал тенденцию к экспоненциальному р о ­
сту численности населения, который неизбежно натолкнется
на огран и чен и я, наклады ваем ы е пр ои зводством пр о дов о л ь­
ствия даж е в услови ях непреры вного его увеличения. В ы дви ­
гаемый М альтусом общий довод относительно экспоненциаль­
ного роста сохраняет силу в отнош ении любой м ы слимой п р о ­
изводственной технологии в границах физической Вселенной.
С . 46. Дерзновенность Мышления была присуща Артуру с юности'. В на­
ш их разговорах о будущ ем А р тур не слиш ком охотн о уп о м и ­
нал о своих успехах в прош лом. П риводим ы й мною перечень
основывается на докум ен те, обнаруж енном во время написа­
ния этой главы («O ral History Transcript — Dr. A rthur Kantrowitz», Center for History of Physics o f the American Institute of Phys­
ics, http://w w w .aip.org/history/ohilist/31816.htm l).
C .5 0 . ...знакомство со статьями, публиковавшимися в журналах Science
и Nature: Н аилучш ий способ постижения структуры и со дер ­
жания современной науки заклю чается в последовательном,
год за годом чтении этих журналов и подобных им изданий,
до тех пор, пока все, с чем вы встречаетесь, не начнет уклады ­
ваться в стр ук тур у знаний, полученны х подобно том у, как мы
естественным образом обучаемся языку, через контекст и и с­
пользование. Н еобходимы м дополнением в дан ном случае яв ­
ляется формальное, целенаправленное изучение основ науки,
начинающееся с математики и физики.

Глава jj. От молекул к напосистемам
С . 54. ...Р. Фейнман предложил идею механически направляемых перемеще­
ний для сборки молекулярных структур с атомарной точностью'.
«И звестны е нам принципы физики не запрещ аю т создавать
объекты „атом за ато м о м “ ... М не представляется особенно и н­
тересны м то, что физики, в принципе, действительно м огут

479

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

научиться синтезировать любое вещество, исходя из запи сан­
ной химической ф ормулы . Хи м и ки будут заказывать синтез,
а ф изики — просто „уклады вать“ атомы в пр едлагаем ом п о ­
рядке». (Richard Feynman, «There’s Plenty o f Room at the B ot­
tom», Engineering and Science 23, no. 5 [i960 ], http://w ww .its.caltech.
edu/~feynm an/plenty.htm l).
Слова о том, что «Х и м и ки будут заказывать синтез, а ф и ­
з и к и — просто „уклады вать“ атомы в предлагаемом порядке»,
представляю тся не совсем верными, так как химики мы слят
с точки зрения взаимодействий м еж ду м олекулярн ы м и стр ук ­
турам и, направленны ми на установления связей; достиж ение
атомарной точности отню дь не предполагает строительства
«атом за ато м о м ».
С. 58. ...широко цитировались в научной литературе, так как в ней описы­
вались основные идеи белковой инженерии и передовых нанотехно­
логий'. Карл Пабо продублировал ключевую идею «инверсной
ук ладк и » (C .P a b o , «M olecular Techn ology: D esigning Proteins
and Peptides», Mature 301 [1983]: 20 0 ), а Дж ей П ондер и Ф р еде­
рик Ричардс развили ее, предлож ив ключевую с точки зрения
осущ ествления на практике идею (J.W . Ponder and F. M. R ich ­
ards, «Tertiary Templates for Proteins: Use o f Packing Criteria in the
Enum eration of Allowed Sequences for Different Structural C lass­
es», Journal o f Molecular Biology 193 [1987]: 7 7 5 -7 9 1) . Ч астью и сто ­
рии является и обзор данной области исследований на более
поздней стадии развития (O .A lvizo , В. D. Allen, and S. L. M ayo,
«Com putational Protein Design Promises to Revolutionize Protein
Engineering», BioTechniques 42, no. 1 [20 0 7]: 3 1 - 3 7 ) .
П роведенны е много десятилетий назад научные и сследова­
ния позволили откры ть ф ундам ентальны е принципы м олеку­
лярной физики: E. Schrödinger, «Q uantisierung als Eigenw ertpro­
blem », Annalen der Physik 385, no. 13 (19 2 6 ): 4 3 7 -4 9 0 .
C. 63. ...подхлестнувшая исследования, позволившие углубить наше пони­
мание перспектив: На первых этапах наиболее заметный вклад
внес Ральф М еркле, с которы м мне до вело сь со тр удн и чать
в Н аучно исследовательском центре корпорации Xerox в П а ­
л о -А льто , во время работы над книгой «Н ан о си стем ы ». В п о ­
следствии Р. М еркле помогал мне в руко во дстве науч н о -и сследовательской програм мой по м олекул ярн о м у синтезу, о су­
щ ествлявш ейся в Н ауч н о -и ссл ед о в ате л ьск о м центре Э й м са
(ф инансировавш ейся Н А СА ). П ро гр ам м а был прекращена п о ­
сле потрясений, произош едш их на ф едеральном уровне, ко то ­
рые описываю тся в главе 13.
С . 63. ...казалось, что энтузиазм сыграет преимущественно положитель­
ную роль: В 1986 г. я стал одним из основателей И н сти тута Ф о р ­
сайта (впоследстви и переименованного в И н сти тут нанотех
Ф орсайта). И н сти тут стал местом сосредоточения энтузиастов

480

ПРИМЕЧАНИЯ

нанотехнологий. Кроме того, в течение примерно десяти лет
он оказывал финансовую поддерж ку ведущ им научны м кон­
ференциям в сфере нанотехнологий. В начале 2 0 0 0 г. я о ста­
вил пост не участвовавш его в управлении председателя совета
директоров и нститута, а через несколько лет полностью р азо ­
рвал отнош ения с этой организацией.
С . 63. ...ученые в Калифорнийском, технологическом институте и других
университетах применяли вычислительные методы: И ссл едо ва­
тельская деятельность, как об этом уже упоминалось, ф и нан­
сировалась НАСА .
С . 65. ...различных сканирующих инструментов для получения изображе­
ний и перемещения отдельных атомов: С м ., например, Y. Sugim oto et al., «C om plex Patterning by Vertical Interchange Atom M a­
nipulation U sin g Atom ic Force M icroscopy», Science 3 2 2 , no. 59 0 0
(17 O ctober 20 0 8): 4 13 -4 17 .
C. 65. .. .манипуляции отдельными молекулами и установления связей между
ними: Э тот уровень контроля и ллю стрирует принцип механи­
чески направляемой атомарно точной сборки (см ., например,
S.W . Hla and K. H. Rieder, « S T M Control of Chemical Reactions:
„Single-M olecule Synthesis“ » , Annual Review o f Physical Chemistry 54

( 2003): 307- 330).
C .6 5 . Инжиниринг белков процветает благодаря программному обеспече­
нию систем автоматизированного проектирования: П оворотны м
пунктом стала статья Д ж . П ондера и Ф. Ричардса (J. W. Ponder
and F. М. Richards, «Tertiary templates for proteins. Use o f packing
criteria in the enumeration o f allowed sequences for different struc­
tural classes», Journ al of Molecular Biology 193, no. 4 (1987): 7 7 5 -7 9 1;
d x .d o i.o rg /io .1 0 16 / 0 0 2 2 -2 8 3 6 (87) 9 0 3 5 8 -5 ) .
C . 66. Рука об руку с развитием квантовых методов... мощных инструмен­
тов физического расчета: С м ., например, обзор Trygve Helgakera,
Wim Klopper, and David P. Tew , «Q uantitative Quantum Chem is­
try Preview», Molecular Physics, 106, issues 1 6 - 8 (2 0 0 8 ): 2 10 7 -2 14 3 .
C. 66. ...методы молекулярной механики, все более широко применяемые в хи­
мии: Они могут использоваться в различных сочетаниях с м ето ­
дам и квантовой хи м и и , включая интеграцию в непосредствен­
но применяемые расчеты. Особенно сложный спектр примене­
ний (вклю чаю щий расчеты небольших различий в свободной
энергии, которые отчасти зависят от энтропии) описывается
в статье «Free Energies o f Chem ical Reactions in Solution and in
Enzym es with A b Initio Quantum M echanics/M olecular Mechanics
M ethods», Annual Review o f Physical Chemistry 59 (M ay 2 0 0 8 ): 5 7 3 —
601. First published online as a Review in Advance on December 11,
20 07 (d x.doi.0rg/10 .1146/an n u rev.p h ysch em .59.0 3260 7.0 93618) by
H ao H u and Weitao Yang.

481

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

С . 67. ...производственная революция, основывающаяся на АТП: П о д р о б ­
нее о технологическом базисе см. в главе ю , главе и и п р и ло ­
жении I.

Глава 4. Три прошедшие революции и грядущая
четвертая
С . 76. Генетические и почвенные маркеры свидетельствуют о расселении
земледельцев: P. Skoglund, et al. «O rigins and Genetic Legacy of
Neolithic Farmers and H unter-Gatherers in Europe», Science 336,
no. 6 0 80 (2 0 12 ): 4 6 6 -4 6 9 .
C. 85. ...идеи, благодаря которым был изобретен первый в мире транзистор:
В соврем енны х циф ровы х логи чески х си стем ах и спо льзую т­
ся полевые транзисторы (J. Bardeen and W. Н. Brattain, «Three
Electrode C ircu it Element U tilizin g Sem iconductive M aterials»,
U .S . Patent 2 ,5 2 4 ,0 3 5 [1950 ]), принцип действия которы х был
описан, исходя из законов ф изики, за двадцать лет до изобре­
тения эти х устройств (J. E. Lilienfeld, «M ethod and Apparatus for
Controlling Electric Currents», U .S . Patent 1,745*175 [1930 ]).
C .8 7 . ...законом Мура: непрерывная м иниатю ризация обеспечивает в
течение каж ды х двух лет удвоение количества размещ аемы х
на м икросхем е транзисторов. С течением времени смысл этого
закона несколько изменился и расш ирился. Аналогичны й экс­
поненциальны й рост мы видим в самы х разны х областях (так­
же растет скорость передачи данны х посредством волоконнооптических линий, плотность записи в м агнитны х носителях).
В молекулярной области эфф ективность технологий секвенирования генов увеличивается еще более высокими тем пами.

Глава j . Как можно увидеть и почувствовать
наноразмерный мир?
С . 98. ...твердыеустойчивые молекулярные объекты: В контексте наномсханических компонентов АТП -уровня нас интересуют, в первую
очередь, стабильные ковалентные структуры , состоящ ие из с о ­
члененны х колец; в числе углеводородов малоразмерны е п р и ­
меры включают адам антины , а также в какой-то степени более
гибкие поли циклические аром атические м олекулы . В о т су т ­
ствие конф орм аци онн ы х степеней свободы эти структуры с о ­
храняю т строго определенные ф ормы , поэтом у при изгибе их
потенциальная энергия в связи с деф ормаци ей растет; сл едо ­
вательно, в этих соединениях возникаю т механические силы
упругости.
И наоборот, многие другие молекулы обладаю т большой
гибкостью. Н ап р и м ер , довол ьно часто полимеры м о де л и р у­
ются в виде сочлененны х вращ аю щ ихся цепочек. С точки зре­

482

ПРИМЕЧАНИЯ

ния современной наномеханической инженерии наибольший
интерес представляю т полимерные цепочки, которые, уклады ­
ваясь, образуют компактны е структуры ; они имеют определен­
ные формы , в то время как жидкофаэный синтез более жестких
молекул является более сложной задачей.
С . 99. ...жесткими молекулярными структурами: Д р у ги м и сло вам и ,
квантовые ф луктуаци и , связанные с атомарны ми позициям и,
являю тся сущ ественно меньш им и, по сравнению с тепловыми
колебаниями при комнатной температуре. В свою очередь теп ­
ловые ф луктуации меньш е, чем дли н а связей и атомные д и а ­
метры. Д ом и ни рован ие тепловы х ф луктуаци й над квантовы ­
ми является одной из причин того, что классическая механи­
ка успеш но описывает м олекулярную динамику.
С . 99. ...не только визуального, но и кинестетического понимания: Т акти л ь­
ный интерфейс математической модели позволяет в букваль­
ном смы сле получить кинестетическое ощущение.
С . ю 8. ...в наноразмерной структуре бензинового двигателя: Д ля того ч т о ­
бы получить представление о точности механической обработ­
ки в наноразмерной перспективе, представьте себе ш ар и ко ­
подш ипник при нашем стандартном увеличении. В этом с л у ­
чае ш арик ди м етр ом в 1 м иллим етр увеличивается в размерах
д о ю километров, а на его тщ ательно отш лифованной поверх­
ности мы видим впадины глубиной не менее метра.
С. 115 . ...экспериментаторы наглядно продемонстрировали работу каждого
из этих принципов: Ведущ ие позиции в этой области занимает
лаборатория Алекса Зеттла. Обзор вычислительны х и экспер и ­
ментальны х работ в области наномеханических подш ипников
такого рода см. в работе: A . Kis and A . Zettle, «N anom echanics of
Carbon N anotubes», Philosophical Transactions of the Royal Society A
366, no. 1870 (2 0 0 8 ): 159 1-16 11 ( http://rsta.royalsocietypublishing.
o rg/co n ten t/366/i87o /i59i.fu ll).
C . 11 5 . Это тормозящая сила, подобная сопротивлению: Т о р м о зя щ и е
силы являю тся результатом рассеивания и излучения ф о т о ­
нов на границе полосы скольжения. П оскольку в больш инстве
случаев их воздействие пропорционально скорости, энергия,
рассеиваемая скользящ ей поверхностью на дан ном р асст о я ­
нии пропорциональна частоте движ ения и обратно п р о п ор ­
циональна его расстоянию . Д ля наноразмерны х движений п о ­
тери энергии м огут быть достаточн о низкими даже в тех с л у ­
чаях, когда частоты варьируются в диапазоне ю о мегагерц.
С . 122. ...наиболее предпочтительным методом молекулярной сборки: С а ­
мосборка отличается практичностью и эфф ективностью , а аль­
тернативные методы представляю т собой большую редкость.

483

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Глава 6. Способы изготовления вещей
С . 133. ...дискретность внутренне присуща атомам в силу природы обычных
ковалентных связей: Э то положение справедливо в отнош ении
больш инства, но не всех структур ; некоторые из них (которы х
лучш е избегать) имеют не столь четко выраженное строение
связей и могут быть субъектами быстрых тепловых флуктуаций.
Вообще говоря, ключевым критерием является не связанность
per se, а величины энергетических барьеров м еж ду разли чн ы ­
ми конф игурациями.
С. 134. ...тщательно выбранные и направляемые хорошо сконструирован­
ными механизмами операции АТП: Н екоторы е из эти х требова­
ний описываю тся в прилож ении I. О ни включают в себя бла­
гоприятные кинетику и тер м о ди н ам и ку реакции, адекватную
механическую жесткость и сущ ественны е геометрические р ас­
стояния меж ду переходны ми со стоян и ям и , ведущ ими к аль­
тернативны м результатам реакции. Все эти требования выте­
кают из необходимости ограничения тепловых ф луктуаци й .
С . 138. Методы органической химии не очень хорошо понятны неспециали­
стам: В своем выступлении (1959 г.) Ричард Фейнман пош утил,
что «К о гд а химик пытается произвести на свет м олекулу, он
проделы вает удивительны е вещи. Он видит перед собой коль­
цо, затем смеш ивает то и это, встряхивает полученную смесь
и поворачивает сосуд. В больш инстве случаев этот процесс за­
канчивается синтезом того* что планировалось». (Richard Feyn­
man, «T h eres Plenty o f Room at the Bottom », Engineering and Sci­
ence 23, no. 5 [i9 60 ].)

Глава 7. Наука и бесконечный технологический
ландшафт
С . 149. ...вневременной аспект законов физики, латентную структуру:
С о временем научное понимание законов физики может из­
меняться, но сами они остаю тся одним и и теми же. Н есмотря
на повышение точности лабораторны х измерений и ко см о л о ­
гических наблюдений «ф изические константы » дей ствитель­
но остаю тся постоянны ми.
С. 157. За последние четыреста с лишним лет: Sean Carroll, «C osm ic Vari­
ance» blog at Discover M agazine, 16 Ju n e 2010 (http://blogs.discoverm agazine.com /c0sm icvariance/2010/06/16/reluctance-t0-let-g0/).

Глава 8. Противоречия между наукой и техникой
С. 173. Вот что последовало дальше, в пересказе последователей джайниз­
ма: Fabien Schang, « А Plea for Epistemic Truth: Jain a Logic from a

484

ПРИМЕЧАНИЯ

Many-Valued Perspective», in Logic in Religious Discourse, edited by
Andrews Schum ann (Piscataway, NJ: Transaction Books, 20 10 ), 5 4 -

83 .
C. 18 1. На самом, глубоком эпистемологическом уровне научное исследование:
П роблемам философ ии науки и (в меньшей степени) инж енер­
ного дела посвящен обширный круг научной литературы . Моя
точка зрения на эти вопросы не является ни абсолю тно новой,
ни совсем уж старой. П оиски новизны в ней я оставляю спе­
ц иалистам , лучш е знакомы м с этой темой.
С. 182. ...на практике они нередко переплетаются друг с другом: С т р у к т у р ­
ные различия меж ду наукой и инженерией м огут быть п р ед­
ставлены следую щ им образом:

О бласть:

Н аучное
исследование

Инженерное
проектирование

О сновное
предназначение:

предоставляет
знания

предоставляет
продукты

И нф ормационны й
поток:

от мира к модели

от модели к миру

И деальны е модели:

точные описания

надежные границы

Ж елаемые
результаты:

удивительны е
открытия

предсказуемое
поведение

Ч етко определен­
ные знания:

исключают всех
альтернативы

включают м нож е­
ство альтернатив

Э ффективная
организация:

независимые
группы

скоор ди н и р ован ­
ные команды

С . 189. ...репортер ВВС сообщил: «N orth Korea „installs long-range rock­
et at launch site“ », 3 December 2012 ( http://w w w .bbc.co.uk/new s/
w o rld -asia-20 577340 ).

Глава g . Исследование потенциала технологии
С . 2io . ...мечты о полетах людей в космос. Ими грезил никому в то время
не известный Константин Эдуардович Циолковский: A . deCham beau, «Stru ggles o f the „Father“ » , Ad Astra (Septem ber/O ctober
2 0 0 2 ): 4 1 - 4 4 (http://dspace.sunyconnect.suny.edu/bitstream /hand le/1951/36567/d eC h am beau-A d A stra.p df); Государственны й м у­
зей истории космонавтики имени К. Э. Ц иолковского (h ttp ://
w w w .gm ik.ru/index_en.htm l).
Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky, Beyond the Planet Earth
(19 20 ), page 13. From the foreword by B. N. Vorobyev. Translated by
Kenneth Syers. Pergamon Press, i960. На надгробном п ам ятн и ­

485

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ке, установленном на могиле К. Э. Ц иолковского, выбиты слова
великого ученого: «Ч еловечество не останется вечно на Земле,
но в погоне за светом и пространством сначала робко прони к­
нет за пределы атмосферы , а затем завоюет себе все околосол­
нечное п ространство».
С . 219 . Инженерные разработки с исследовательским уклоном: С т р у к т у р ­
ные отличия м еж ду обычной и исследовательской инженери­
ей могут быть представлены следую щ им образом:

Виды инженерии

О риентированная
на производство

О сновное
предназначение:

предоставление
продуктов

получение знаний

Базисное
ограничение:

доступная сборка

правильное
м оделирование

Уровень
проектирования:

подробная
спецификация

параметрическая
модель

Основные и сточ­
ники издержек:

производство,
операции

проектирование,
анализ

Расчетные
допуски:

обеспечивающие на­
деж ность продуктов

обеспечивающие
достоверны й анализ

Увеличенные
допуски:

увеличение
издержек

сокращение
издержек

И сследовательская

Глава 10. Механизмы полного изобилия
С . 235. ...мы можем представить ширину следующих друг за другом слоев
как 1, И, И, И и так далее: Эта четкая и ясная самоподобная ар ­
хитектура была предложена Ральфом М еркле; ее улучш енны й,
функционально схожий вариант был описан в «Н ан оси стем ах».
С . 239. ...В процессе получения и очистки исходного материала нужно довольно глубоко переработать изначальное природное сырье: В п р о ­
цессе преобразования сырья в очищ енны е исходные м атериа­
лы путь атомарной точности лежит в направлении сокращения
молекулярной слож ности, что представляет собой естествен­
ную задачу обычных химических процессов, подобных исполь­
зуемым в промы ш ленны х процессах растворению минералов
и преобразованию веществ, из которы х они состоят, в м олеку­
лярные и ионные частицы . Затем они м огут быть разделены
с помощ ью каскадны х процессов сортировки, полностью со от­
ветствующ их атомарно точным м еханизмам (см. обсуждение
в «Н а н о си стем ах »).

486

ПРИМЕЧАНИЯ

C. 240. ...множество контейнеров, присоединяющих молекулы, поступаю­
щие по трубе в виде чистого раствора в нужные места в строго опре­
деленной ориентации: И спользуем ы й «н и ж е по течению » ме­
ханизм позволяет зондировать каждое место на предмет на­
хож дения в нем м олекул, подталки вая свободны е к местам
встречи. В со ответстви и с особенн остям и этого п о следо ва­
тельного процесса требование свободной энергии, необходи­
мой для связы вания, снижается до уровня, необходимого для
сокращ ения эн тропии, которую мы можем рассм атри вать как
работу, требуемую для сжатия в пространстве данной конф и ­
гурации и с позиционны х, и с угловы х координат.
С пеци алисты по вы числительной химии заметят, что р ас­
четы необходимые для оценки свободной энергии с участием
ориентированны х, нерастворенны х молекул в жестко связан­
ном соединении являю тся гораздо более легкими, чем расче­
ты, которые необходимо осущ ествить в процессе зондирова­
ния мобильны х, растворенны х и конф орм аци онн о нежестких
молекул. П ервы е во м ногих случаях имеют исклю чительно ко ­
лебательные степени свободы, что иногда позволяет и спользо­
вать аналитические приближения в расчете значений энтропии
и свободной энергии.
С . 2 4 1. ...весь диапазон материалов, применяемых в современных техно­
логиях'. Вероятно, любые исключения будут представлять со ­
бой только научный интерес. Подобны е материалы могли бы
п о -п р еж н ем у и зготавливаться тр ади ц и о н н ы м и средствам и .
Добавление АТП в набор и нструм ентов инженера отню дь не
п р еп я тств ует и спо льзо ван и ю д р у ги х , более эф ф екти вн ы х
средств.
С. 2 4 1. Находящиеся на последующих стадиях производственного процес­
са механизмы направляют молекулы посредством серий столкнове­
ний с другими молекулами-. В современной промы ш ленной прак­
тике машины непреры вного движения ш ироко использую тся
в организации потоков продуктов, собираемы х из поступаю ­
щих потоками деталей; потоки обоих видов не встречают пре­
пятствий, поскольку детали самостоятельн о сцепляю тся друг
с другом без необходим ости вычислений или использования
м оторов, способны х дв и гать взад и вперед м ан и п улято ры .
В зять хотя бы ручной бытовой р асп ы ли тель. Сборка п л аст­
массовых деталей и пруж ин не нуждается ни в человеческих,
ни в м еханических руках. Д етали просто передаю тся от м аш и ­
ны к маш ине, с вращ аю щ имися, скользящ и м и и кулачковы ­
ми ком пон ентам и , ори ен ти рую щ и м и части распы лителя о т ­
носительно др уг друга со скоростью до ю еди н иц в секунду.
(В Интернете вы можете найти видеозаписи, иллюстрирующ ие
принципы м аш инной сборки в процессе непреры вного дви ж е­
ния деталей.)

487

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

Аналогичны е механизмы являю тся естественным выбором
при сборке м ономер и м ельчайш их частиц в процессе изготов­
ления микроблоков. П ри масш табировании с коэф ф ициентом
десяти м иллионов к одн о м у (глава 5), производительность макроразмерны х механизм ов равная ю операциям в секунду с о ­
ответствует производительности 1 миллион операций в секун ­
д у для наноразмерны х м еханизмов. Даже при значительном
снижении скорости, по сравнению с базой (для уменьш ения,
например, ф ононного торм ож ения в подш и пн иках), показа­
тели выработки продукта остаю тся огромны ми.
С . 2 4 1. ...химическими шагами по подготовке реактивных частей молеку­
лярной структуры: Условием надежной работы с малыми реак­
тивны ми группами и м елкозернисты ми структурам и являет­
ся достаточно жесткое размещ ение м еханизмов, что позволяет
ограничить тепловые ф луктуаци и . (В прилож ении I и п р и л о ­
жении II это требование рассматривается в перспективе).
С . 2 4 1. ...весь диапазон материалов, применяемых в современных техно­
логиях: Вероятно, любые исключения будут представлять со ­
бой только научный интерес. П одобны е материалы могли бы
п о -п р еж н е м у изготавливаться т р ади ц и о н н ы м и ср едствам и .
Добавление в инженерный инструм ентальны й набор АТП о т­
нюдь не препятствует использованию др уги х, более эф ф ектив­
ных средств.
С. 244. ...в большинстве случаев условием необратимости изменений стано­
вятся существенные затраты химической энергии: Как и в случае
со связы ванием, в некоторых случаях избежать этого ограниче­
ния позволяет итеративны й процесс с условны м повторением.
С. 245. ...с применением квантово-химического метода функционала плот­
ности, использованного с осторожностью: В процессе выбора ме­
тодов и оценки степени доверия к ним необходимо учитывать,
что методы квантовой химии характеризую тся ограниченной
точностью и диапазоном при м ен и м ости . М етоды ф ун кц и о н а­
ла плотности, например, в больш инстве случаев недооценива­
ют энергии реакций переходны х состояний, что, в зави си м о­
сти от целей их применения, может быть как приемлемы м, так
и недопустимы м.

Глава и. Продукты полного изобилия
С. 253. ...продукты из более прочных и легких материалов обладают мень­
шей массой: Н есм отря на то, что наиболее прочные материалы
отличаю тся хрупкостью (вследствие сильны х направленны х
связей), они могут быть включены в твердые материалы , ко ­
торые находятся в волокнистой форме, подобно стеклу в стек­
ловолокн и сты х ком позиционны х м атериалах. О п ти м и зац и я

488

ПРИМЕЧАНИЯ

атомарно точны х материалов, образованны х из волокон, по ­
зволяет добиться предельного сопротивления на излом. Д ля
реш ения этой задачи используется свойственный ком позици ­
онным материалам механизм сопротивления волокон выдерги­
ванию, а такж е упрочнение, обеспечивающее увеличение зоны
деф ор м ац и и , а не развитие трещин.
С . 253. Легкий материал, более жесткий, чем авиационный алюминий:
В ы со ко м о дульн ы е углеродны е материалы зн ачи тельн о п р е­
в о схо дят обычные металлы по т ак о м у показателю , как м о ­
дуль Юнга (норм альной упругости) (напри м ер, алю миний —
в 15 раз), но уступаю т им по коэф ф ициенту прочности. Во м н о ­
гих случаях в конструкци ях, которые подвергаются нагрузкам
на изгиб и сжатие, модули упругости имеют более важное зна­
чение, чем прочность, но передовые атомарно точные м атериа­
лы и структуры предлагаю т два компенсационны х пр еи м ущ е­
ства: высокие пределы упругой деф орм аци и (например, ю % )
означаю т возм ож н ость более значительны х отклонений без
ущерба для прочности конструкции, в то время как простота
производства структурны х компонентов с м аксим ально плот­
ными покры ти ями и относительно ры хлы м ядром позволяет
использовать более легкие утолщ енны е(следовательно, более
устойчивы е к изгибанию) конструкции. К он струкции , и споль­
зуемые в разли чн ы х тран спортны х средствах, специально п р о ­
ектирую тся с учетом этих свойств, так как значительное пре­
и мущ ество углеродны х материалов с точки зрения к о эф ф и ц и ­
ента прочности позволяет добиться аналогичного выигрыша
с точки зрения массы.
С . 255. ...усовершенствованные фотоэлектронные элементы, позволяющие
преобразовывать солнечную энергию: Требования к ф отоэлектрон­
ным эл ем ен там , создаваем ы м на основе использования ш и ­
роко р асп ростран енн ы х материалов, хорош о известны ; п р о ­
блема заклю чается в снижении издержек и показателя уровня
деф ектов при их изготовлении. (C .W ad ia, А . P. Alivisatos, and
D. М . Kämmen, «M aterials Availability Expands the O pportunity
for Large-Scale Photovoltaics D eploym ent», Environmental Science
and Technology 43, no. 6 [20 0 9 ]: 2 0 7 2 -2 0 7 7 . http://pubs.acs.org/doi/
a b s/io .io 2i/es8 o i9 534).
C .2 5 6 . ...электромагниты не подчиняются механическим правилам мас­
штабирования: П р и н и м ая пло тн о сть эл ектр и ч еско го тока
за к о н станту, плотность энергии м агнитостатического поля
в соседнем электрическом проводнике (следовательно, сила
на единицу площ ади) изменяется прямо пропорционально его
ди ам етру, в то время как при механическом масш табировании
значение силы в расчете на еди н ицу площ ади является п осто­
янным. Т ак и м образом, при уменьш ении размеров в ю м и л ­

489

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

лионов раз, отнош ение магнитной и механической сил также
уменьш ится в ю м иллионов раз.
Н ап р оти в, при постоянн ом напряж ении напряж енность
электрического поля в расчете на еди н и ц у площ ади возраста­
ет пропорционально квадрату этого соотнош ения (при разде­
лении площ ади поля пополам , плотность энергии возрастает
в четыре раза). П ринимая напряженность электрического поля
за константу (требование, предъявляемре к полям, приближаю ­
щ имся к электрической прочности на пробой), электрические
силы м асш таби р ую тся пр о п ор ц и о н ал ьн о м ехан и чески м с и ­
лам. Низковольтные устройства, функционирую щ ие в сильных
электрических полях, оказываются не менее привлекательны ­
ми, чем наноразмерны е моторы (более подробное обсуждение
содержится в «Н ан оси стем ах»). И х эффективность может быть
очень высокой, а законы масш табирования открывают возмож ­
ность достиж ения очень высокой удельной м ощ ности.
С . 257- По показателю удельной мощности это дает огромное преимущество
перед лучшими современными электромагнитными двигателями:
В наноразмерны х си стем ах длина тепловы х путей становится
короче, и малые температурны е различия приводят к более вы­
соким характеристикам потока тепловой энергии (соотн ош е­
ние совпадает с коэф ф ициентом масш табирования, например,
в ю м иллионов раз выше). В то же время в м акромасш табны х
составляю щ их наноразмерны х устройств длины тепловых п у ­
тей остаю тся обычными, что ограничивает возмож ности о х л а­
ждения.
С . 257. ...законы механического масштабирования позволяют создавать
системы: И сточникам и высокой продуктивности обработки
м атериалов, основывающейся на АТП, и высокой эф фектив­
ности АТ-систем преобразования энергии, являются свойства
крупны х совокупностей малы х высокочастотных устройств.
Высокая эф фективность зависит (о т ч а с т и ) от и сп о ль зо в а­
ния низкоэнтропийны х, нетепловых процессов и механизмов
с низким внутренним трением.

С. 257. ...серии последовательных шагов... тесно связанных с механически­
ми перемещениями: Условием близости такого рода процессов
к термодинам ической обратим ости является сочетание м еха­
нических систем высокой жесткости (в особенности, относи ­
тельно координат их движ ения) и низкой отрицательной кри ­
визне ф ункции потенциальной энергии (в м еханических кате­
го р и я х — в низкой отрицательной ж есткости) вдоль координат
переходного состояния реакции. Эти условия являются строги ­
ми, но они, как представляется, могут быть выполнены в сл у­
чае использования катализа переходны х металлов и ж естких

4 90

ПРИМЕЧАНИЯ

ковалентны х ком пон ентов, поддерж и ваем ы х ж есткими в о с­
принимаемы ми интерфейсами.
С. 258. ...наномеханические компьютеры могли конкурировать с электрон­
ными устройствами: П одробный анализ содерж ится в « Н а н о ­
систем ах». Обратите внимание, что скорость распространения
механического сигнала в жестких углеродны х м атериалах с о ­
ставляет порядка ю км/с, в то время как ди ам етр в разумной
степени работоспособного ядра компьютерного процессора м о ­
жет достигать порядка одного м икрона, что означает задерж ­
ку распространения сигнала примерно на 0,1 наносекунды.
С . 260. ...приближения эффективности устройств к термодинамическим
пределам: И вновь подробный анализ содерж ится в « Н а н о си ­
стем ах».
С . 260. ...в диапазоне миллиард гигабайт в расчете па кубический санти­
метр: Осторожная оценка плотности размещения информации
в устрой ствах, построенны х по при нци пу статической памяти.
По сравнению с ними, устройства с более высокими показате­
лями времени ожидания инф орм аци и , занимаю щ ие более низ­
кие позиции в иерархии памяти (построенны е на основе по ­
лимеров, занимаю щ их меньше места, чем Д Н К ), способны хр а­
нить в ты сячу раз больш ий объем и нф ормации.
С . 264. Что касается более редких элементов, таких как цинк, олово и сви­
нец: Ч т о касается замены м атери алов, то к основны м обла­
стям , в которы х редкие вещества м огут непрерывно удер ж и ­
вать свое преимущ ество, относятся их электронные, м агни т­
ные и химические свойства. Н априм ер, занимаю щ ие сегодня
ли ди рую щ и е позиции высокотемпературны е сверхпр оводн и ­
ки изготавливаю тся не только из меди, но и из иттрия, бария,
висмута и стронци я. В то же время в наши дни их ком м ерче­
ское использование ограничено.
Рассм отри м другой пример. Запасы неодима и др уги х ред­
коземельны х металлов, применяем ы х сегодня для изготовле­
ния м агнитов, устанавливаем ы х в вы сокопроизводительны х
электри чески х дви гателях, используем ы х в электром оби лях
и ветротурбинах, весьма невелики. В си лу ф ундам ентальны х
причин, обусловленны х электронной структурой (количество
неспаренны х спинов в расчете на атом ), редкоземельны е эле­
менты, вероятнее всего, будут оставаться наилучш им выбором
из тверды х м агнитны х материалов. Но, по упом ян уты м выше
причинам, на смену магнитны м электром оторам , скорее все­
го, пр и дут др уги е двигатели.
Ещ е один пример. П латина и другие редкие переходные
металлы обладаю т уникальны ми свойствам и, которые делаю т
их незаменимыми компонентами катализаторов. В то же вре­
мя механически направляемые химические процессы будут все

491

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

более востребованными. К атализаторы , включенные в высоко­
частотны е атомарно точные м еханизмы , будут иметь п р о дол­
жительные сроки службы, в то время как частота их и споль­
зования будет достигать, по меньшей мере, одного миллиона
раз в секунду (при этом сохраняется возмож ность переработ­
ки). В этом случае потребность в редких переходны х м еталлах
будет относительно небольшой.
И так, возмож ности сокращ ения издерж ек состоят в сле­
дую щ ем:
И сточники со ­
ставляю щ их
издержек

Ти пи чны й
коэф ф и­
циент

О снования
для сокращ ения
издержек

Сырьевые
материалы

< 1: ю

П родукты с меньшей м ас­
сой, недорогие сырьевые
материалы

Входящ ие энерге­
тические ресурсы

~1

М еньш ая масса пр о дук­
тов компенсирует незначи­
тельное увеличение затрат
энергии в расчете на еди н и ­
цу массы

П отребность
в площ адях

< 1 : IOO

К ом пактное вы сокопро­
изводительное производ­
ственное оборудование

П отребность
в трудовы х
ресурсах

< 1 : loo

О тсутстви е потребности
в непосредственном у ч а­
стии в производстве

Удаление отходов
производства

< 1 : loo

Уменьш ение массы обраба­
тываемого сырья, жесткий
контроль над процессом,
нулевой «углеродны й след»

Н есчастны е с л у ­
чаи на производ­
стве и аварии

< 1 : loo

О тсутстви е опасных мате­
риалов или непосредствен­
ного воздействия на людей

Основной
капитал

9 9 0 : 6 3 1 -6 3 3 .
C. 284. ...получившего название «ДИК-оригами»: И ли , если быть более
точным, поддерживающего Д Н К -ори гам и : Р. W. K . Rothem und,
«Fo ld in g D N A to Create Nanoscale Shapes and Patterns», Nature
440 (2 0 0 6 ): 2 9 7 -3 0 2 .
C . 286. ...перемещая 3 5 атомов ксенона: Donald M . Eigler and Erhard
K . Schweizer, «Positioning single atoms with a scanning tunnelling
m icroscope», Nature 344, no. 6 266 (1990): 5 2 4 - 5 2 6 .

493

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

С - 289. Совмещение отдельных фрагментов — составные молекулярные си­
стемы: К ним относятся продукты , производимы е на ранних
стади ях, в соответствии с направлениями, рассм атриваемы ми
в прилож ении П.
С 290. ... у Д Н К есть недостатки: Аптамеры — это молекулы, уклады ­
вающиеся и связывающиеся со структурами, не принадлеж ащ и­
ми к ДНК. ДНК-маш ины включают в себя, например, механиз­
мы, оснащенные комплексами поворотны х рук: (Baoquan Ding
and Nadrian C .Seem an , «O peration o f a DNA Robot Arm Inserted
into a 2D D NA Crystalline Substrate», Science 314, no. 58 0 5 [20 0 6 ]:
1.583—1585.), а также «д в и ж и т е л я м и » и другими устройствами
(Jonathan Bath and Andrew J.Tu rberfield, « D N A Nanom achines»,
Nature Nanotechnology 2, no. 5 [20 0 7]: 2 7 5 -2 8 4 ) .

2 93- ..будет создано соответствующее программное обеспечение для пептоидов: Об этом мне рассказал Кент Кирш енбаум.
293- • •технологии сборки уже доступны... в то время как дизайн остает­
ся главной проблемой: Ч т о касается инженерии и ограниченны х
прогнозн ы х возмож ностей соврем енны х компью терны х м о ­
делей, необходимо учиты вать два мом ента. Во-первы х, (п р и ­
близительная) аддитивность энергий взаимодействия способна
привести к снижению чувствительности более крупны х стр ук ­
тур к ош ибкам в количественных оценках; во-вторы х, пробы
и ошибки всегда были частью инженерного проектирования.

Глава 13. На пути в будущее произошло нечто
странное...
п

'•Зоо. ...доктор Абдул Калам... выступил с серий посланий к нации: Н а ­
пр и м ер , вы ступлен ие на встрече с учен ы м и и технологам и
в Дели в апреле 20 0 4 г. (адаптировано для Hindustan Tim es,
2 5 / 11/ 2 0 0 4 : G U E S T C O L U M N , President A .P .J .A b d u l K alam ,
h ttp ://w w w .h in d u stan tim es.c0 m /N e w s-F ee d /N M 3/P re sid en t-K alam -s-T ake/A rticlei-2iioi.aspx), а также его недавнее (30 ноября
20 12 г.) выступление на праздновании ю о-л ети я со дня рож де­
ния доктора Брахм а П ракаш а в Хайдарабаде.
Более десяти лет назад, президент СШ А Билл Клинтон объ­
явил о намерении принять первую в мире национальную на­
нотехнологическую программу. В выступлении в К алиф орни й ­
ском технологическом институте 21 января 2000 г., посвящ ен­
ном научной политике СШ А, президент заявил: «М о й бюджет
пр едусм атри вает выделение $500 м иллион ов на ф и н ан си р о ­
вание важнейшей новой пр ограм м ы — Н аци он альн ой н ан о ­
техн ологи ческой ини ци ативы . Д ля со тр удн и к о в и нсти тута
в идее н ан отехн ологи й — способности манипулировать м атери ­
ей на атомарном и молекулярном уровнях — нет ничего стр ан ­

4 94

ПРИМЕЧАНИЯ

о

ного. Ещ е сорок лет назад здесь же в Калтехе Ри чард Ф ейнман
задался вопросом: „П редп о ло ж и м , мы научимся выстраивать
атом за атомом в угодном нам порядке. Какие последствия это
будет иметь?*4».
•Зоо. ...аналогичная общегосударственная программа Китая имеет более крупный бюджет: «P ublic Funding o f Nanotechnologies 20 12 » ,
Report into G lobal Public Funding o f N anotechnologies, Observ ato rY N A N O project (7th Framework program m e), www.observato ry n a n o .eu /p ro je ct/file system /files/P u b licF u n d in g o fN an o tech n 0I0 gies_M a rch 20 12.p d f. «China Triples Spending on Nanotech­
nology over Past Five Y e ars» , Xinhua G lobal Edition (En glish ),
Jan u ary 20 10 (http ://new s.xinhu an et.c0m /english2010/china/20110 1 / 1 1 / ^ 1 3 6 8 6 0 5 4 .htm ).

^ •3 0 0 . ...государственные расходы на исследования в области нанотех­
нологий в США, Европе и Китае измеряются миллиардами долла­
ров: «G lo bal Furiding o f Nanotechnologies and Its Im pact, Ju ly
20 11» Cientifica (http://cientifica.com /w p-content/uploads/dow nlo ad s/20 ii/o 7/G lo b al-N an o tech n olo gy-F u n d in g-R ep o rt-20 ii.p d f).
£ •3 0 4 . ...«.нанотехнологии» были просто названием, словом, которое я пред­
ложил: В прелю дии к книге упоми налось о том , что впослед­
ствии я узнал об использовании термина «н ан о -техн о ло ги я»
в 1974 г. в публикации м атериалов одной из проводивш ихся
в Японии конференций, посвященной технологиям иного рода.
С . 304. ... публикации в популярной прессе донесли изложенные в ней идеи
до миллионов читателей: Как отмечалось в главе 3, они начались
со статьи в ж урнале O M N I в конце 1986 г.
С . 306. В названии статьи содержались слова « наночастицы оксида же­
леза»: Science 4 (M ay 20 12): A jay Kum ar G upta, and Mona Gupta.
«Synthesis and Surface Engineering o f Iron Oxide Nanoparticles for
Biomedical A pplications», Biomaterials 26, no. 18 (20 0 5 ): 3 9 9 5 -4 0 2 1.
C .3 0 8 . «...будут использоваться для очистки человеческих артерий?»:
Впервые популярное изображение м икроскопических п одвод­
ны х ло до к , лави рую щ и х м еж ду красны м и кровяны м и т ел ь­
цами и уни чтож аю щ их жировые отлож ения, использовалось
в разделе «К о м п ью тер н ы е места о т д ы х а» ж урнала Scientific
American в качестве иллю страции одного из развлекательных
материалов (А. К. Dewdney, «Nanotechnology: Wherein Molecular
Com puters Control T in y Circulatory Subm arines», Scientific Ameri­
can 258 [January 1988]: 10 0 -10 3 [101]).
C . 3 1 3 . ...восприняло риторику « строительства атом за атомом»: С ам а
по себе идея буквального стро и тельства «ат о м за а т о м о м »
представляет собой технически неточный «перево д» на обще­
доступн ы й язык идеи атомарно точной сборки — химических
процессов, которые позволяю т регулярно получать атомарно

495

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

точные результаты . П ри этом не п р о и схо ди т никакого «ж о н ­
гли рован ия» отдельны м и атомам и. Как ни странно, в н ауч­
ных кругах популярная идея о том, что АТП потребовало бы
невозмож ного ж онглирования ато м ам и , превратилась в ш и­
роко используемы й критический довод. В озникает впечатле­
ние, что использую щ ие его ученые не знакомы с литературой
на эту тему и не имеют представления о возмож ности п р акти ­
ческого осущ ествления АТП.
С . 3 1 5 . ...глянцевую « брошюру для населения», под названием: Nanotechnol­
ogy: Shaping the World Atom by Atom, Interagency W orking G roup on
Nanoscience, Engineering and Technology (December 1999) (http://
w w w .w tec.org/loyola/nano/IW G N .Public.Brochure/).
C . 3 1 5 . ...и HCHT выпустили более официальный документ: National N an­
otechnology Initiative: The Initiative and Its Implementation Plan, N a ­
tional Science and Techn ology Council Com m ittee on Techn ology
Subcom m ittee on Nanoscale Science, Engineering and Technology
(Ju ly 20 00 ) (http://nano.gov/sites/default/files/pub_resource/nni_
im p lem en tati0 n _p lan _20 0 0 .p d f).
C .3 1 6 . В разделе закона, озаглавленного «.Определения'»: Sec. 8., Definitions,
21st Century Nanotechnology Research and Development Act, 107th
Congress, 2 0 0 1 -2 0 0 2 (аналогичное определение использовалось
и в ряде последую щ их законодательны х актов).
С . 3 1 7 . ...был внесен законопроект, в котором понятия « атомарный, моле­
кулярный и надмолекулярный уровни» были заменены « наноразмерным»: Sec. 13., Amendments to Definitions, National Nanotechnol­
ogy Initiative Amendments Act o f 2 0 0 8 ,110th Congress, 2 0 0 7 -2 0 0 9 .
C .3 1 8 . ...принятом в 2004 г. « Стратегическом плане Национальной нано­
технологической инициативы»: National Science and Techn ology
Council Com m ittee on Techn ology Subcom m ittee on Nanoscale
Science, Engineering and Technology (Decem ber 20 0 4 ) (www.nsf.
gov/crssprgm /nano/reports/sp__report_nset_final.pdf).
C . 3 1 9 . ...опубликовал в журнале Wired статью о технологиях будущего: Bill
Jo y, «W hy the Future Doesn’t Need U s» , Issue 8.0 4 (April 20 00 ):
2 38 -26 2 .
C . 3 2 1 . Основные страхи связаны с возможностью создания: R. Е. Smalley,
«Nanotechnology, Education, and the Fear o f N anobots», in Societal
Implications o f Nanoscience and Nanotechnology, a report from a N ation­
al Science Foundation workshop on Septem ber 2 8 - 2 9 , 20 0 0 (www.
wtec.org/nanoreports/nanosi.pdf). Здесь, как и в журнале Scientific
American, Р. См олли повторил, развил и придал новый импульс
заблуж дениям, почерпнуты м из популярной фантастики.
С. 3 2 1. ...приравнял АТП в самом общем смысле к полчищам опасных наноро­
ботов: R. Е. Smalley, « O f Chemistry, Love and N anobots», Scientific

496

ПРИМЕЧАНИЯ

American 285, no. 3 (Septem ber 2001): 7 6 - 7 7 (cohesion.rice.edu/naturalsciences/sm alley/em plibrary/sa285-76.pdf). Особое внимание
к заявлениям Р. См о лли (и приводивш имся выше, и те которые
будут упоминаться ниже), обусловлено тем, что его воззрения,
как лауреата Нобелевской премии и наиболее известного науч­
ного представителя, отстаивавш его интересы Н НИ, имели ог­
ромный вес в проходи вш и х в то время ди скусси ях. Кроме того,
по общ ему мнению, он был ведущ им критиком ош ибочно п р и ­
писывавш ихся мне воззрений.
В своей статье, опубликованной в том же номере Scientific
American, я писал: « ...х о р о ш о известны й хи м и к опровергает
утверж дение о том , что для осущ ествления операций ассемблеру [устр ой ству для стереотактического синтеза] м огут п о ­
требоваться десять роботизированны х „пальцев“ ; более того,
для них не остается пр остр анства». Д алее, я отм ечал, что п о ­
добное требование «н и когда не выдвигалось и никогда не об­
суж далось всерьез» (K . E. Drexler, «M achine-Phase N anotechno­
lo gy», Scientific American 285, no. 3 [Septem ber 20 01]: 7 4 - 7 5 ) . Т ем
не менее уже через несколько стран и ц ж урнала С м о л л и снова
провозглаш ает, что атом арно точное изготовление потребова­
ло бы крош ечных, но невозмож ны х, пальчиков. Впоследствии
эти его замечания ш ироко ци тировались как при объяснении
принципов АТП, так и в целях его критики.
С . 3 2 1 . ...выступая на слушаниях в конгрессе и в других своих заявлениях:
П редлагаю позн аком и ться с периодически изм енявш и м и ся
п о зи ц и я м и Р .С м о л л и о тн о си те л ьн о ато м ар н о й т о ч н о сти :
«М ы близки к то м у, чтобы создавать вещи, способны е к р а­
боте в наименьш их по своей величине масш табах, атом за а т о ­
м о м » (из вы ступления на заседании ком и тета по науке п а­
латы представителей конгресса СШ А 22 июня 1999 г.), «Д л я
того чтобы п о м ести ть каж ды й атом на отведенное ем у м е­
сто — в со о тв етстви и с в и ден и ем н еко то р ы х сп ец и ал и сто в
в н ан отехн ологи ях — потребовались бы волшебные пальцы »
(из ц и тировавш егося выше номера Scientific American за сен ­
тябрь 20 0 1 г.); «О к о н ч ател ьн ая н ан о техн о ло ги я откры вает
возмож ность строи тельства с искусны м и спользованием о д ­
ного ато м а за о ди н раз, когда оп ер ац и и о сущ еств л я ю тся
с м олекулярн ы м соверш ен ство м » (из вы ступления на п рези ­
ден тском совете советников по науке и технологи ям 3 марта
2 0 0 3 г.). В течение н ескольки х лет второе, о тр и ц ател ьн о е
мнение С м о л л и ш ироко ци тировалось как выражение п ози ­
ции авторитетного ученого, но только в связи (с тем, что, как
п олагали , д о лж н о было быть) с п р едлагавш и м и ся те х н о л о ­
гиями АТП.
С . 3 2 1 . ...познакомившим его с нанотехнологиями и заразившим его своим
энтузиазмом: «Ч тен и е [«М аш и н со здан и я »] стало событием,

497

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

под влиянием которого я отправился в самостоятельное путе­
шествие по н ан отехн ологи ям » («N anotechnology: Drexler and
Smalley make the case for and against molccular assemblers», Part
Two: «Sm alley R esponds», Chemical and Engineering News, 81 (20 0 3):
3 9 -4 0 ).
C . 3 2 1 . Впоследствии Смолли выступил с критикой и учения Ч. Дарвина:
« С м о л л и упо м ян ул об идейном противостоянии теории эво­
люции и креационизма, Дарвина и библейской Книги Бытия.
По его словам , бремя доказательств леж ит на тех, кто не верит
в правоту Книги Бытия, в сотворение мира и в присутствие
Т ворца в нашей ж изни» («Scholarship Convocation Speaker C h al­
lenges Scholars to Serve the G reater G o o d » , Tuskegee University,
October 3, 20 0 4 , News Release).
C .3 2 4 . ...законопроект, в соответствии с которым на Национальную
академию наук была возложена ответственность за руководство:
H .R . 766 (108th) Nanotechnology Research and Development Act
o f 20 0 3, 108th Congress, 2 0 0 3 -2 0 0 4 . Text as o f M ay 8, 2 0 0 3 (R e ­
ferred to Senate Com m ittee).
C . 3 2 5. ...удалосьубедить сенатора... в необходимости исключения соответ­
ствующего пункта из закона: «Н а самом же деле другой о ф и ц и ­
альный представитель NanoBusiness Alliance признался репорте­
ру, что альянс обратился к сотрудни кам сенатора Д ж она М ак­
кейна (республиканца из Аризоны ) с предложением исключить
положение об исследованиях из проекта закона [на заседании
согласительного комитета палаты представителей и сен ата]»
(The editors o f The N ew Atlantis, «The Nanotech Schism », The New
Atlantis, Num ber 4 [Winter 20 04]: 10 1-10 3 [http://www.thenewatlantis.com /publications/the-nanotech-schism ]).
C .3 2 5 . ...была организована разработка « дорожной карты»: Productive
Nanosystems: A Technology Roadmap, K . E. Drexler, J . Randall, and
A .K a w cza k , editors, Battelle Memorial Institute, 20 07 (http://prod u c tiv e n a n 0 s y s te m s.c 0 m /p g s/N a n 0 te c h _ _ R 0 a d m a p _ 2 0 0 7 _ T 0 c .
html).

Глава 14. Как ускорить прогресс
C. 329. «,Дорожная карта» для закона М ура: The International Technology
Roadmap for Semiconductors (h ttp ://w w w .itrs.n et/Lin ks/201llTR S/
H om e2011.htm ).
C . 3 3 0 .Дорож ная карта для квантовых информационных систем: The
Quantum Information Science and T echn o logy Roadm ap (h ttp ://
q ist.lanl.gov/qcom p_m ap.shtm l).
C . 3 3 1 . Разработка дорожной карты для АТП: Productive Nanosystems:
A Techn ology Roadm ap, K. E. Drexler, J . Randall, and A. Kawczak,

498

ПРИМЕЧАНИЯ

editors, Battelle Memorial Institute, 20 0 7 ( http://productivenanosystem s.co m /p gs/N an o te ch _R o ad m ap _20 0 7_T O C . html).

Глава /5. Преобразование материальной основы
цивилизации
С. 345. ...и предел современных технологий производства полупроводниковых
микросхем уже виден: Явны м признаком нарушения закона Мура,
основывавшегося на уменьш ении размеров устрой ств, являет­
ся ф леш -пам ять. Д л я повышения ее объема изготовители п о ­
пы тались увеличить количество слоев, но это привело к посте­
пенному возрастанию издержек обработки для каждого из них.
В отличие от сжатия сам и х устрой ств, увеличение количества
слоев не сопровож дается экспоненциальны м и улучш ен и ям и .
С . 346. ...с милливатт до нановатт: П о ср ед ств о м т ех н о л о ги й , п о ­
зволяю щ их осущ ествлять операции на уровне, значительно
(но все еще недости ж и м ом ) более близком к конечным т ер м о ­
динам ическим пределам цифровы х вычислений (С . Н. Bennett,
«N otes on the History o f Reversible Com putation», IBM Journal of
Research and Development 32 [1988]: 16 -2 3 ) .
C .3 5 0 . ...десятикратноеуменьшение массы транспортных средств: В ре­
зультате повышения прочности конструкционны х материалов
(см. обсуж дение в главе 11).
С . 350 . ...удвоение средней эффективности двигателя: С м . о б суж де­
ние процесса преобразования химической энергии в главе 11
и в примечаниях к ней; коэф ф ициент полезного действия д в и ­
гателей современны х легковых и грузовых автомобилей н ахо ­
дится на уровне, значительно меньш ем, чем 50% .
С. 350. ...тепловые электростанции, работающие на угле (в США их коли­
чество достигает 230 0 ): International Energy A gen cy Clean Coal
C entre, h ttp ://w w w .iea-co al.o rg .u k /site/2o io /d atab ase-sectio n /
coal-power (retrieved December 2012).
C .3 5 2 . Создавая возможность применения широко распространенных эле­
ментов... для замены редких материалов: Некоторы е из основных
аспектов возмож ности замены редких материалов р ассм атр и ­
вались в главе 11 (и примечаниях к ней).
С . 3 5 3 . Атомарно точная сборка позволяет производить специальные мем­
браны: К примерам разделения потоков посредством мембран
с низким сопротивлением относятся короткие углеродны е на­
нотрубки и нанопористы й графен (напри мер, D .Cohen-Tknugi
and J . С . Grossm an, «W ater Desalination across Nanoporous G ra ­
phene», Nano Letters 12, no. 7 [20 12]: 3 6 0 2 -3 6 0 8 ) .
C -3 5 3 * •••цены на продукты питания начали расти, и в последнее время —
стремительно: Т ен д ен ц и я к повышению цен, в соответствии

499

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

с индексом продовольственны х цен ФАО, отмечается, начиная
с 20 0 0 г. В настоящ ее время уровень цен на продовольствие
пр и м ер но в 2 раза превыш ает соответствую щ ий показатель
19 9 ° ‘ х гг* Как обычно, относительно развития событий в б уду­
щем высказываются самые разные мнения.
С . 363. ...преобразования клеток рубцовой ткани в сердечную мышцу: L. Qian
et al., «In vivo Reprogram m ing of Murine Cardiac Fibroblasts into
Induced Cardiom yocytes», Nature 485 (2 0 12 ): 5 9 3 -6 0 0 .

Глава 16. Управление прорывным успехом
C . 374. ...стоимость большинства промышленных сырьевых материалов на­
чала возрастать: Н априм ер, за последние ю лет на Л ондонской
бирже металлов цены на различные промы ш ленны е металлы
(включая медь, никель, цинк и сталь) увеличились в 2 - 4 раза.
С. 375* •••* последние годы добыча нефти стабилизировалась: Как обы ч­
но, появление и расп ростран ени е новых технологи й п р и во ­
ди т к тому, что тенденции становятся не слиш ком надежным
«р уково д ство м » относительно будущ его. Соответствен но раз­
личаю тся и взгляды относительно перспектив. Н априм ер, со ­
гласно недавнему до к л аду М еж дун ародн ого энергетического
агентства (2 0 12 г.), посвящ енн ому новым технологиям , п р ед­
полагается, что еще до 20 2 0 г. СШ А выйдет на ведущие в мире
позиции по добыче нефти, а к 20 30 г. превратится в ее эк сп о р ­
тера. Д анная точка зрения полностью противоречит широко
распространенны м воззрениям. В этом же докладе МЭА пр ед­
упреж дает о таком ограничении на добы чу углеводородов, как
выбросы углеки слого газа («W orld En ergy O utlook 20 12 Factsheet», International Energy A gency).
C .3 8 4 . ...температура и уровень содержания углекислого газа в атмосфе­
ре могут оставаться высокими на протяжении столетий: S. Solomona et al., «Irreversible Clim ate Change Due to Carbon Dioxide
Em issions», Proceedings of the National Academy of Sciences 106, no. 6
(20 0 9 ): 17 0 4 -17 0 9 (h ttp ://w w w .p nas.0rg/c0n tent/106/6/1704.l0ng).
C .3 8 4 . .. .быстро обеспечить существенное снижение уровней С02: Н о даже
этого, самого по себе, может быть недостаточно: «Д аж е после
прекращ ения выбросов изменение климата, вызванное увели ­
чением концентрации углекислого газа, на протяжении п р и ­
мерно ю о о лет будет оставаться необратимы м. Вслед за о ста­
новкой эм и сси и удален и е угл ек и сл о го газа из атм о сф ер ы
приведет к снижению радиационного воздействия, что в зна­
чительной степени компенсируется более медленной потерей
тепла М ировы м океаном. П о это м у на протяж ении ю о о лет
уменьш ение атмосф ерны х тем ператур будет оставаться незна­
чительны м (из S. Solom ona et al.).

5°о

ПРИМЕЧАНИЯ

C . 384. ...улавливания и сжатия трех триллионов тонн углекислого газа:
О сновной проблемой является улавливание и сжатие углеки с­
лого газа до плотности ж идкости. Н о не менее трудной зада­
чей является его хранение per se. Количество сжатого С 0 2 соста­
вил бы при м ерно треть объема воды в озере Байкал, или одну
десяти ты сячную объема антарктических льдов. Это крупные
в абсолю тных значениях величины, однако в глобальном м ас­
штабе они не столь уж велики. Возмож ность хранения сж ато ­
го углеки слого газа в столь значительном объеме в геологиче­
ских образованиях представляется сомнительной. Более целе­
сообразным представляется его хранение в гранулированной
твердой ф орм е, при условии приемлемой стои м ости с учетом
потребности в дополни тельны х м атериалах, энергии и перера­
ботке.

Глава ij. Безопасность в условиях
необычного будущего
С. 397. ...воздушно-космическиесистемы... атомарно точного производства:
Более подробно этот сценарий рассм атривается в «The Stealth
Threat: An Interview with K. Eric Drexler», Bulletin of the Atomic Sci­
entists 63, no. 1 (2 0 0 7): 5 5 - 5 8 .
C .4 0 4 . ...не только обществу в целом, но и тем, кто воображает, будто
способен контролировать органы безопасности: Во м ногих сл уч а­
ях наибольш ему риску в борьбе за власть подвергаются те, кто
находится вблизи вершины ее пирамиды .
С . 406. ...конкурентного давления на доступ к рынкам и природным ре­
сурсам: Н а п р и м е р , в д о к у м ен т ах ф едерал ьн о го п р ави тел ь­
ства СШ А конкуренци я за при родн ы е ресурсы описы вается
как ключевая проблема стратегии национальной безопасности.
Из «Н ац и он альн ой стратегии безопасности», подготовлен­
ной исполнительны м управлением президента СШ А и опубли ­
кованной в 2010 г.: «Ам ерика, как и другие государства, зависит
от зарубежных рынков как с точки зрения продажи эксп о р ти ­
руемы х товаров, так и с точки зрения доступа к ограниченным
сырьевым продуктам и ресурсам. ...Д о тех пор, пока мы зави­
сим от ископаемы х видов топлива, мы нуж даемся в обеспече­
нии безопасности и свободны х потоках глобальных энергети­
ческих ресурсов».
Из «Н ац и ональной военной стратеги и », подготовленной
в аппарате председателя Объединенного комитета начальни­
ков ш табов С Ш А ( 2 0 11 г.): «Х р о н и ч е ск ая проблем а о гр ан и ­
ченности ресурсов может накладываться на территориальны е
споры ».
И з доклада «Вооруж енны е силы Китайской Н ародной Рес­
публи к и », подготовленн ого секретариатом м ин и стра о боро­

501

ВСЕОБЩЕЕ

БЛАГОДЕНСТВИЕ

ны С Ш А (A nnual Report to C ongress, 2008): « П о мере роста
китайской экон ом и ки, ее зависим ость от безопасного д о с т у ­
па к рынкам и природны м ресурсам, прежде всего металлам
и ископаемы м топливам , оказывает все более сильное влияние
на стратегическое поведение Китая».
Из до к лада «О бщ ее оперативное про стр ан ство » О бъеди­
ненного командования едины х сил С Ш А ( 2 0 1 0 г .): «В о тсу т ­
ствие крупного расш ирения производства и перерабаты ваю ­
щих мощ ностей глубокий энергетический кризис неизбежен...
замедление темпов экономического роста приведет к обостре­
нию др уги х пока не наш едш их решения проблем, подталкивая
неокрепшие и несостоятельные государства к краху и оказывая,
вероятно, значительное экономическое воздействие на Китай
и И н ди ю ... Н е следует забывать, что Великая депрессия п р и ­
вела к установлению в ряде стран тоталитарны х режимов, п о ­
пы тавш ихся обеспечить экономическое процветание своим на­
родам посредством бесчеловечной войны».
С. 410. ...непреходящее значение военной силы и разработки новых воору­
жений : О н о обусловлен о несколькими при чи нам и. Загляды ­
вая в будущее, мы понимаем, что перспективы создания АТП
не способны быстро изменить потребность в сильны х военных
позициях. В еще более отдаленном будущем, рассуждая о п р о ­
блем ах управления в переходном периоде, изменения в н ац и о ­
нальны х интересах потребуют таких стратегий и сил, которые
соответствовали бы проблем ам , обсуждавш ихся в основном
тексте. И наконец, п ри ход технологий АТП-уровня повлечет
за собой новую революцию в военном деле. В данном контексте
требования к вооруженным силам будут формироваться под
влиянием кооперативной структуры коллективной безопасно­
сти. Н о эти требования, вне всяких сомнений, будут включать
в себя сильные системы безопасности, основывающиеся на пе­
редовых технологиях.

С . 4 12 . Кооперативные стратегии ухода от ненужных рисков: В общ их
чертах, совместны е стратегии недопущ ения ненужных рисков
в отнош ении безопасности уже включены в повестку дня. Н а ­
пример, в соответствии с «Н аци ональной стратегией безопас­
но сти », подготовленной исполнительны м управлением пре­
зидента С Ш А (20 10 г.): «Разногласия не долж ны пр еп ятство ­
вать сотр удни честву в вопросах, представляю щ их взаимный
интерес, так как прагм ати чн ы е и эф ф ективн ы е отнош ения
м еж ду С Ш А и Китаем имеют сущ ественно важное значение
с точки зрения решения важнейших проблем X X I столетия».
И з «Н аци ональной военной стратеги и », разработанной в аппа­
рате председателя Объединенного комитета начальников ш та­
бов С Ш А (2011 г.): «Н едоп ущ ен и е войн имеет столь же важное
значение, как и победы в них, тем более что для этого требую т­

502

ПРИМЕЧАНИЯ

ся гораздо меньшие по объему средства». Д анная точка зрения
полностью совпадает с мнениями, высказы вавш имися на п р о ­
тяж ении большей части всемирной истории.

Глава 18. Изменение повестки дня
в дискуссиях о будущем
С. 4 3 1. .. .первый ответ в процессе группового обсуждения нередко задает на­
правление и последующего: Это пример «соци альн ого каскада»,
который (нар яду с др уги м и сильны ми сторонам и и пато ло ­
гиями группового принятия реш ений) обсуж дается в корот­
кой и хорош о написанной книге Касса Санстейна (Cass Sunstein, Infotopia: How Many Minds Produce Knowledge, O xford, UK: O x ­
ford University Press, 20 06).

Н ау ч н о е издание

Э рик

Д рекслер

ВСЕО БЩ ЕЕ БЛАГО ДЕН СТВИ Е

Как нанотехнологическая революция
изменит цивилизацию
Главный редактор издательства В а л е р и й А н а ш в и л и
Научны й редактор издательства А р т е м С м и р н о в
Выпускающ ий редактор Е л е н а П о п о в а
Корректор Н а т а л и я С е л и н а
Худож ни к серии В а л е р и й К о р ш у н о в
Верстка С е р г е я З и н о в ь е в а
И здательство И нститута Гайдара
125993, М осква, Газетный пер., д. 3 - 5 , ст р .1

*
П одписано в печать 01.10 .20 14.
Т и раж 2 о оо экз. Формат 6 0 * 90 / 16 .

Отпечатано способом ролевой струйной печати
в ОАО «Первая Образцовая типография»
Филиал «Чеховский Печатный Двор»
142300, Московская область, г. Чехов, ул. Полиграфистов, д. 1
Сайт: www.chpd.ru, E-mail: sales@chpd.ru, т/ф. 8(496)726-54-10