Молекулярные машины

Тем, что людей выращивают в пробирках, уже никого не удивить. Но таким же способом можно создать искусственный интеллект, компьютер, который будет не считать, как это происходит теперь, а мыслить образами, как обычный человеческий мозг. Об интеллекте в колбе и молекулярных машинах рассказала член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН Юлия Горбунова.


Оказывается, молекулярные машины похожи на обычные, только очень-очень маленькие: в 100 раз меньше микрона. И хоть сесть в такую машинку не получится, двигаться и перевозить грузы она может не хуже любого авто. В природе таких машин множество.


Живая клетка — совокупность молекулярных машин, которые выполняют различную работу: копируют генетические тексты, преобразуют химическую или тепловую энергию в движение, перемещают субклеточные структуры внутри клетки и т.п. Однако набор функций при этом ограничен определенными природными «лекалами». Ученые сумели создать молекулярные машины со специальными, заданными им функциями для решения поставленных задач.


Какие это задачи? Что человечество может получить от создания молекулярных машин?


Миниатюризация электроники дошла сегодня до своего предела. В нашем телефоне есть все: и компьютер, и фотоаппарат, и сам телефон. Миниатюризировать больше устройство становится сложно, дошло уже до молекулярного и атомарного уровня. Поэтому сейчас стоит задача получения нового качества, принципиально новой возможности управления молекулами.


Молекулярные машины, за которые была дана в 2016 году Нобелевская премия по химии, показывают, как можно с помощью химии, физики управлять молекулой, чтобы она совершала какие-то умные действия. Это, например, создание так называемых самозалечивающихся материалов: вы поцарапали автомобиль, посветили светом, и за счет того, что молекулы под действием света начинают совершать движение, ваша царапина на машине «заживает». Или, например, настраиваемая медицина: вы ввели препарат, который в одной из своих химических форм неактивен, затем посветили светом и активизировали его точечно в нужном месте, и работать он будет только в этом месте, пока горит лазер.


Такие машины уже есть?


— На сегодняшний день мы не можем сказать, что мы это видим. В отличие от молекулярной электроники, которой мы пользуемся каждый день, но которая 100 лет назад никому не была известна.


В отличие от этого, молекулярные машины сейчас находятся на том уровне, на котором развивалась наша сегодняшняя техника лет 60−100 назад. Но перспективы управления веществами на таком уровне — заставить их работать и сделать умными материалами. Управлять, например, смачиваемостью поверхности.


Есть огромное направление получения гидрофобных (несмачиваемых) поверхностей. Это важно, начиная от бытовых вещей, чтобы пятна не оставались на одежде, заканчивая обледенением проводов, что приводит к большим потерям. Такие направления работают, материалы создаются, но с помощью молекулярных устройств можно этими материалами управлять. Например, сделать некое покрытие, которое при облучении или ином воздействии будет регулировать этот процесс — смачиваемость


В нашем сознании машина — это видимый объект, который движется, которым можно управлять, а молекулярная машина реально существует?


— Да, она существует. Это направление стало возможным, когда физики изобрели микроскопы, например, сканирующий туннельный микроскоп, который позволяет видеть на этом мелком уровне и управлять молекулами. В 2011 году АВМ сделал даже такой мультик, который называется «Мальчик и его атом». Когда иглой такого сканирующего микроскопа управляют СО (окисью углерода) на медной поверхности. И из этих атомов сделан целый мультик. 


Одновременное развитие химии, физики, техники привело к тому, что это становится возможным. Молекулярные машины отличаются от молекулярных переключателей, например, сенсоров, которые переключаются при определенном воздействии, тем, что они начинают двигаться. Это действительно машины, там есть механическое движение.


— Большие перспективы этого направления видят в вычислительной электронике, в частности, говорят о таком явлении, как интеллект в колбе. Означает ли это, что компьютер сможет не только считать, но и воспринимать какие-то образы? Насколько это близкая перспектива?


— Это немного другое. Интеллект в колбе — то, к чему применимо слово дизайн. Мы строим молекулу заранее так, чтобы она могла осуществлять какое-то действие. С точки зрения информатики это направление развивается в плане увеличения объема записываемой памяти на сантиметре-миллиметре какого-то устройства. Это приведет к тому, что огромное количество информации, то, что Вы называете образом, будет храниться на молекулярном уровне. Сейчас развивается хемоинформатика (химическая, молекулярная информатика), которая занимается созданием программ, способных обрабатывать большой объем информации и в дальнейшем носить предсказательный характер. Скажем, чтобы получить новое лекарство, надо перепробовать сотни различных соединений. Это очень дорого. Лучше вкладывать деньги в предсказательные программы, чтобы компьютер предсказал молекулу, а химики ее синтезировали и проверили. Это интеллектуальный синтез — синтез веществ с использованием опыта, который был заранее до нас накоплен.


«Молекулярный мускул», «молекулярный турникет» — это не фигура речи. Это, как стало ясно из сообщения Юлии Горбуновой на заседании президиума РАН 14.02.2017, реальные движущиеся механические устройства, имеющие наноразмеры, увидеть которые невооруженным глазом невозможно. Что не означает, что их нет или невозможно создать. 


Перспективы использования таких машин широки — от создания «умных» материалов до адресной доставки лекарств, настраиваемой медицины и молекулярных роботов. В Институте общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН уже создана молекулярная машина — это настоящий наноавтомобиль с четырьмя колесами! По силам, отмечают ученые, создать и тепловой молекулярный двигатель.




источник
+ 0 -

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика