От рубил до нанороботов. Мир на пути к эпохе самоуправляемых систем (История технологий и описание их будущего).

самоочистка сосудов от бактерий или механизм самоочищения стекла автомобиля, обработанного специальными нанополиролями. Нанопокрытия модифицируют поверхность таким образом, что капля воды катится по ней, собирая всю грязь, тогда как на гладкой поверхности, наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте. Это называется «лотос-эффект». Идея позаимствована у природы: у растения лотос листья покрыты мельчайшими восковыми выпуклостями и впадинами, так что вода стекает по ним, полностью смывая грязь.

Миниатюризация – явление, которое характерно для многих отраслей современного прогресса. Мы видим, что большинство приборов, гаджетов, профессиональных инструментов и т. д. становится компактнее и удобнее. По оценкам Р. Курцвейля, каждое десятилетие мы уменьшаем предметы на 5,6 % линейного размера (Курцвейль 2003). Для нанотехнологий миниатюризация – наиболее очевидная характеристика. Современные процессоры состоят более чем из миллиарда транзисторов, но наноустройства смогут увеличить это число еще в 1000 раз. В настоящее время идет гонка в отношении уменьшения размерности технологического процесса для производства полупроводников и чипов, измеряемого в нанометрах. Некоторые изготовители перешли уже к техпроцессу в 45, 32, 28 нанометров. Компания Intel использует для планшетов и смартфонов 32 нм техпроцесс, а компания Qualcomm для производства чипов – 28 нм техпроцесс. Компания Intel начинает осваивать уже 22 нм техпроцесс. За последние десять лет размерность технологических процессов снизилась примерно втрое (с 90 нм до 32 нм). Появилась информация, что компания Samsung освоила техпроцесс в 14 нм и даже представила первую в мире технологию производства полупроводников по 10 нм техпроцессу. Объявляются планы о достижении в течение ближайших лет размерности до 7 или даже 5 нм.[3] Удастся ли это и можно ли благодаря такому снижению размерности добиться создания принципиально нового поколения компьютеров, пока неясно. Пока узкое «бутылочное горлышко», в которое пытаются «протиснуться» данные, снующие между накопителем и центральным процессором, потребляет большое количество энергии и вырабатывает много тепла, ограничивает дальнейшие усовершенствования (Хель 2015).

Нанотехнологии, энергоэффективность и экономия. Многие нанотехнологии направлены на сокращение затрачиваемой энергии, а также на создание альтернативных источников энергии. Так, снижение размерности техпроцесса в процессорах не только увеличивает быстродейственность электронных устройств и плотность размещения элементов на чипе, но и уменьшает потребление ими энергии. А, например, «умное остекление» помещений способно реагировать на изменение в освещенности и температуре окружающей среды соответствующим изменением прозрачности и теплопроводности. Использование нанотехнологий способно придавать совершенно уникальные свойства предметам и веществам. Например, мы уже упоминали в Главе 6, что изобретено противобликовое водоотталкивающее (супергидрофобное) стеклянное покрытие, которое никогда не запотевает и остается кристально ясным даже в туман.

Есть много различных проектов в области нанотехнологии, которые сулят существенную экономию ресурсов и энергии. Так, широкое применение электронной бумаги многоразового пользования могло бы сократить уничтожение лесов. Возможно даже получать энергию при экологической очистке сточных вод с помощью нанотехнологий[4]. Нанотехнологии уже активно применяют в сельском хозяйстве, в частности в изготовлении кормов, что позволяет значительно снизить их расход и обеспечить лучшую усвояемость. В растениеводстве применение нанопорошков, совмещенных с антибактериальными компонентами, обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и приводит к повышению урожайности многих продовольственных культур, например картофеля, зерновых, овощных и плодово-ягодных (доля нанотехнологий в применении в различных отраслях Рис. 10.4 - 10.5).

[3] Прошла также информация, что Intel и Micron разработали абсолютно новую архитектуру для хранения данных, 3D XPoin, которая работает в тысячу раз быстрее традиционных систем на базе NAND.

[4] Китайские ученые создали систему, которая может вырабатывать электричество, разлагая органические вещества, одновременно с этим очищая от органических соединений сточные воды. Янбяо Лю (Yanbiao Liu) с коллегами разработал фотокаталитическую топливную ячейку на основе нанотрубок, которая, используя энергию солнечного света, разрушает содержащиеся в сточных водах органические соединения и конвертирует химическую энергию в электрическую.