Прежде чем перейти к описанию возможности применения подобных устройств, позволим себе своего рода лирическое отступление. Когда лес рубят, щепки, как известно, летят во все стороны. Потом бревно привозят на лесопильный комбинат и распиливают его на доски. И тут отходов немало. Затем доски попадают на мебельный комбинат, где из них делают, например, стол. Или стул.

Если сравнить готовое изделие с горой щепок, опилок, стружек и прочих отходов, оставшихся после его производства, то сравнение будет не из приятных. «Гора родила мышь», — говорят порой в таких случаях.

Подобные технологии господствуют, увы, и в других отраслях промышленности. Скажем, металл сначала добывают из руды. Потом металлическую заготовку обтачивают, фрезеруют и сверлят… В общем, уходит немало времени, энергии и труда, пока из выточенных деталей соберут готовую машину.

Но разве так работает природа? Взять то же дерево. Когда-то в землю попало семечко. По весне оно проросло и незаметно принялось за работу. Из почвы брало влагу и питательные вещества, из воздуха — углекислый газ, а в качестве источника энергии использовало солнечный свет. И из крошечного ростка со временем превратилось в гигантскую сосну, которую затем безжалостно свалили лесорубы, чтобы пустить на мебель и дрова. Разве такую технологию можно назвать рачительной?

Словом, нам еще очень многому учиться у природы. Так полагают и нынешние нанотехнологи. Они призывают своих коллег — инженеров и технологов сполна использовать последние достижения биологии и генной инженерии. «Мы тоже можем выращивать нужные нам устройства, — утверждают ученые. — И по своим размерам они могут быть сравнимы с живыми клетками. Однако такое будет возможно лишь в том случае, если мы будем рачительно использовать каждую молекулу и атом»…

А это, в свою очередь, требует от исследователей досконального знания предмета, то есть рационального использования информации — той суммы знаний о природе и ее законах, которые уже накоплены наукой и будут получены завтра.

Молекулярные сенсоры обещают быть очень чувствительными.

Главным источником вдохновения для создателей будущих механизмов должна стать биология. Ведь живые системы способны сами восстанавливаться, совершенствоваться, приспосабливаться к изменяющимся условиям. Таким свойствам регенерации и адаптации неплохо бы научить и создаваемые инженерами машины и устройства.

Вот уже несколько десятилетий копированием патентов живого занимается бионика. Но если честно, похвастаться тут нам пока еще нечем. Скажем, локаторы летучих мышей и дельфинов намного чувствительнее, компактнее и надежнее, чем ультразвуковые сонары подводных лодок. Нет у нас пока и фотоэлементов, солнечных батарей, способных соперничать, например, с зеленым листом, способным улавливать и использовать даже одиночные фотоны света. Нет еще и обшивки, которая была бы способна, подобно коже, сама регенерировать, заживлять мелкие царапины и даже повреждения средней тяжести. Да о чем еще говорить, когда обыкновенный земляной червь даст сто очков вперед любому экскаватору или буру по части прохождения толщи земных пород!

Все эти и множество других примеров и заставляют специалистов сегодня сформулировать по крайней мере пять задач, которые они хотят решить в ближайшее время. Во-первых, сенсоры и исполнительные устройства должны стать возможно более компактными — ведь в живых аналогах сплошь и рядом они состоят всего из нескольких атомов. Во-вторых, надо наделить все устройства системами самоконтроля, чтобы они имели возможность проверять собственную работоспособность, сразу же исправлять допущенные ошибки. В-третьих, машины будущего должны быстро адаптироваться, приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды. В-четвертых, уметь кооперироваться, то есть создавать некие сообщества и иерархические системы с целью совместного решения особо трудных проблем. И, наконец, в-пятых, было бы неплохо, если бы наши машины и механизмы умели бы расти и развиваться подобно тому, как это делают, скажем, те же деревья и другие живые организмы.

Хотя ученые и говорят, что правильно сформулировать задачу — это уже наполовину ее решить, ошеломительных успехов у них пока еще немного. Тем не менее, как уже сказано выше, они есть.

Упрощенная схема молекулярного микромотора. Цифрами обозначено (на статоре):

1 — подшипник, 2 — источник протонов, 3 — эластичный проводник; (на роторе): 4 — ось, 5 — вращающийся диск, 6 — обмотка, принимающая протоны.

Молекулярные моторы по простоте устройства пока еще далеки от митохондрий — энергетических станций живой клетки. Цифрами на схеме обозначены:

1 — пространство между мембранами; 2 — внешняя мембрана; 3 — термохимический преобразователь энергии; 4 — своеобразный шлюз в мембране, через который митохондрия ведет обмен веществ с окружающей средой; 5 — внутренняя мембрана; 6 — внутриклеточная жидкость.