Stroje, které lidské oko nikdy nespatří

Jednou nadejde doba, ve které budou diamanty levnější než sklo, takže budou používány jako okenní tabule. Alespoň p...


Jednou nadejde doba, ve které budou diamanty levnější než sklo, takže budou
používány jako okenní tabule. Alespoň podle románu Neala Stephensona nazvaného
Diamantový věk. Svět se bude hemžit stroji tak malými, že je lidské oko
nespatří. Budou se starat o lidské zdraví i o výrobu všeho potřebného, včetně
výše zmiňovaných diamantových oken. Prozatím se jedná o sci-fi, podle odhadů
odborníků však můžeme první vlaštovky v oblasti molekulární nanotechnologie
(MNT) očekávat už za necelých 10 let.
Základy nanotechnologie
Název tohoto oboru pochází od měřítka, ve kterém se pracuje. Tím jsou prozatím
stovky až tisíce nanometrů, tedy miliardtin metru. Do 1 nm se přitom vejdou
zhruba 3-4 atomy. Pro představu o stupni miniaturizace: virus je velký zhruba
100 nm, lidský vlas má průměr plných 200 mikrometrů.
Základním stavebním prvkem MNT je atom. Různým uspořádáním atomů se mohou měnit
vlastnosti výsledného produktu. Tak přerovnáním atomů v uhlí lze stvořit
diamant. Úpravou a přerovnáním atomů písku zase křemíkovou destičku základní
polotovar pro výrobu polovodičových součástek.
Je ovšem otázkou, nakolik bude křemík v dalším vývoji důležitý. Prozatím vše
nasvědčuje tomu, že tím nejpodstatnějším prvkem bude uhlík, na jehož bázi je
ostatně stvořen i život na Zemi. Diamant se totiž osvědčil nejen pro svou
odolnost a pevnost, ale i proto, že uhlíku je v našem světě opravdu dostatek.
Utopie?
Vhodným uspořádáním atomů tak může vzniknout stroj velikostí srovnatelný s
molekulou. Jakmile se to podaří, svět, tak jak jej známe dnes, se dramaticky
změní. Spotřební zboží se bude "samo" vyrábět, opravovat nebo modernizovat.
Původci nemocí budou ničeni nanoroboty vpuštěnými do organismu, polámané kosti
budou přerovnávány, potrhaná kůže zacelena. Lidé tedy přestanou stárnout a
dokážou si poradit s jakoukoli nemocí či zraněním.
Ve vzduchu budou poletovat roje čističů, kteří budou z ovzduší odstraňovat
škodlivé látky. Potraviny budou sestavovány v podstatě z čehokoli, takže nikdo
již nikdy nepozná hlad. Znovu oživnou vyhynulí živočichové a znovu porostou
zaniklé rostliny. Ostatní planety ve sluneční soustavě bude možno připravit na
lidskou kolonizaci.
Každá mince má ovšem dvě strany. Kromě užitečných věcí tak mohou vzniknout
různé "neviditelné" inteligentní zbraně nebo sledovací přístroje. Teoretici se
samozřejmě zaobírali i otázkou, zda se nanoroboty nevymknou kontrole. Ať už
kvůli příliš jednoduchému programu autoreprodukce, nebo kvůli postupnému
zvyšování inteligence, které povede až k uvědomění si vlastní identity, a tím i
získání vlastního rozumu. První problém by byl řešitelný omezeným počtem
generací (např. postupným zkracováním délky života jedince).
Jak se dokážou s takovou situací vyrovnat současné mocenské struktury? Těžko
odhadnout. Lze však předpokládat, že v době plné soběstačnosti každého jedince
by ztratily státy svůj současný význam, stejně tak jako vzájemná spolupráce
lidí při udržování života.
Průkopníci oboru
Za prvního věrozvěsta principů, na kterých staví MNT, lze považovat Johna von
Neumanna. Ten se totiž zabýval možností autoreprodukce strojů, i když pouze z
teoretické stránky. Jeho autonomní stroj se skládal ze dvou základních modulů
univerzálního počítače a univerzálního stavitele. Univerzální stavitel byl v
podstatě manipulátorem, který si bral z okolí potřebné stavební prvky a skládal
z nich výsledný stroj. Počítač obsahoval mimo jiné i program, který popisoval
postup výroby identického stroje. Jakmile byl stroj vyroben, byly do jeho
počítače zkopírovány všechny programy. Tím mohl počet strojů růst geometrickou
řadou.
Prvním, kdo poukázal na možnosti využití nanotechnologie, byl Richard P.
Feynman, který nastínil možnost působení na molekuly nebo dokonce jejich atomy
a sestavování strojů z těchto stavebních prvků.
K. Eric Drexler navázal na von Neumannovy myšlenky, posunul je ovšem na
molekulární úroveň (o velikosti kolem 100 nm). Princip však zůstal zachován. I
Drexlerovy teoretické stroje se skládají z inteligentního a výkonného modulu,
základními stavebními prvky jsou však atomy. Nově také zavedl myšlenku
specializace. Jeho stroje se liší podle funkce, k jaké jsou určeny. Vzájemnou
spoluprací a spojováním tak mohou vznikat různé struktury, které se co nejlépe
hodí ke splnění konkrétního úkolu. V Drexlerově hlavě se mj. zrodily i všechny
ty fantastické vize zmíněné výše. A zřejmě na jeho podnět vznikl i literární
směr zvaný "nanopunk".
Praktickými otázkami MNT se zabývá Ralph C. Merkle, který nedávno přestoupil z
výzkumných laboratoří Xeroxu v Palo Alto (PARC) do Zyvexu první komerční firmy
zabývající se vývojem MNT. V současnosti se věnuje zejména vývoji manipulátoru,
prvního stupně na cestě k autonomnímu staviteli.
Za zmínku stojí také výzkumná laboratoř IBM v Curychu. Tamní vědci totiž
vyvinuli skenovací tunelový mikroskop (STM), který umožňuje sledovat atomy a
dokonce jimi i pohybovat. Díky jejich vynálezu si také mohou vývojáři MNT
prohlédnout, co vlastně tvoří. V curyšké laboratoři vzniklo jakési atomární
sochařství, vytváření konkrétních obrazců a tvarů sestavováním atomů různých
prvků.
Základní prvky
Mozkem nanorobotů je molekulární počítač. Spíše než stroji na bázi polovodičů,
jak známe počítače dnes, se podobá viktoriánskému Babbagovu diferenciálnímu
stroji. Pracuje na mechanickém principu za pomoci táhel, pák, vahadel a
ozubených soukolí. Mechanický počítač má totiž menší nároky na prostor
(ekvivalent tranzistoru je velký jen 5 krychlových nanometrů), a protože se
nezahřívá tokem elektronů, nepotřebuje chlazení. Má také nižší spotřebu energie
a je dostatečně rychlý (změna stavu trvá zhruba 50 ps).
Protože první roboty budou disponovat ještě velmi omezenou inteligencí, je
vhodné zajistit, aby mohly jejich počítače přijímat instrukce zvenčí. Ty budou
dávat podněty ke změně činnosti, funkce nebo tvaru. Merkle počítá s
jednosměrnou akustickou komunikací v megahertzových frekvencích. Za tím účelem
by měl být každý stroj vybaven tlakovým snímačem, který by zastával funkci
přijímače. Vzhledem k určité specializaci robotů v pracovní skupině by každý
reagoval jen na svou část plošně vysílaných signálů. Počítač by se
naprogramoval na jednoduchou činnost a vykonával by ji tak dlouho, dokud by
nedostal další podnět nebo dokud by nesplnil zadaný úkol. V záložní paměti by
měl uloženy pouze dva programy vrozenou specializaci a možnost autoreprodukce.
Tento přístup by mu umožňoval pracovat ve dvou základních režimech. V
reprodukčním režimu by každý stroj vyráběl své kopie tak dlouho, dokud by
nedostal povel k jiné aktivitě. Pak by přešel do aktivního režimu, ve kterém by
setrval buď do splnění úkolu, nebo do dalšího povelu.
Základním prvkem molekulárního stavitele je manipulátor, přičemž jeden robot
jich může mít i několik. Manipulátor slouží nejen k práci, ale i ke komunikaci
a ke spojování s ostatními stroji. Tak mohou z miniaturních stavebních prvků
vznikat struktury, které dokážou v čase měnit svůj tvar i funkci. Spojením své
výpočetní kapacity zároveň získávají vyšší inteligenci, takže mohou plnit
složitější úkoly.
V současnosti jsou vyvíjeny manipulátory podobající se lidské ruce. Tak může
robot při stavbě své kopie nebo při jiné požadované činnosti "přerovnávat"
atomy tak, jak právě potřebuje. Aby se atomy zase nerozbíhaly a aby na ně
nepůsobilo neznámé okolní prostředí, je potřeba po vzoru přírodních molekul
vytvořit kolem nich obal. Protože je ovšem třeba přenášet materiál mezi
vnitřkem molekuly a jejím okolím, navrhují vědci tři v sobě vložené válce nebo
koule vybavené otvory. S tím, jak by se pohyboval prostřední plášť, otvíral by
propusti mezi vnější a střední nebo mezi vnitřní a střední vrstvou. Vznikaly by
tak jakési přechodové komory.
Zásobování a reprodukce
Nanoroboty budou ke své činnosti potřebovat dva základní prostředky stavební
materiál a energii. Nabízejí se přirozeně dvě základní cesty. Menší závislost
na podpoře zvenčí zaručí adaptace stroje na okolní prostředí. V tom případě by
za stavební materiál používal vše, co se nachází bezprostředně kolem něj. To
samozřejmě vyžaduje větší "znalosti", protože robot bude muset umět rozebírat
molekuly a vybírat si z nich jen ty atomy, které potřebuje. Zároveň ovšem musí
dbát na to, aby "odpad" nijak neškodil. V nejlepším případě by jej měl umět
využít jako zdroj energie pro svou práci.
Jednodušší přístup z hlediska návrhu robota je dodání potřebných látek zvenčí.
Tak by byl například nemocnému do žil kromě nanostrojů vpraven i výživný roztok
a další látky obsahující potřebné stavební prvky, které se v danou chvíli v
lidském organismu nenacházejí.
Přirozenou vlastností všech těchto strojů by měla být i možnost vlastní
reprodukce. A to nejen z důvodu rychlejšího plnění úkolů a záruky přežití v
nehostinném prostředí, ale i kvůli dalšímu vývoji. MNT totiž v současnosti
uvažuje spíše o vývoji shora dolů. To znamená, že první generace robotů
(vyrobená člověkem) by byla podstatně větší než požadovaný cílový stav. Každá
další generace by pak vytvářela svou kopii o něco menší. Po několika generacích
by vznikl stroj, který je již pro lidské nástroje ovládané člověkem příliš
titěrný.
Nejbližší vývoj
Jak je vidět, nápadů je kolem MNT dost. Teď záleží jen na lidských možnostech a
schopnostech, kdy je bude možno uvést do praxe. Prozatím se můžeme setkat
hlavně s počítačovými modely, i když první předvoj je již na světě.
V poslední době se objevily hned dva molekulární motory. Nejsou však prozatím
dostatečně účinné na to, aby se daly využít k pohonu něčeho jiného než
vlastního rotoru. K vidění jsou také molekulární přepínače, které však dokážou
změnit stav pouze jednou. Funkční příklady z mikrosvěta ovšem už existují,
takže teď zbývá jen sestoupit v měřítku o pár řádů níž.
0 0187 / pah









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.