Глава 20. Умная пыль

     Многочисленные археологические раскопки свидетельствуют о наличии рукотворных нано объектов еще в античном мире. Так называемые «китайские чернила» (раствор сажи в воде с добавками), например, появились в Древнем Египте более четырех тысяч лет назад, а возраст биологических нанообъектов может исчисляться с момента возникновения жизни на Земле.

     Научные исследования нано объектов начинаются в XIX веке, когда Фарадей (1856–1857 гг.) получает и исследует свойства коллоидных растворов высокодисперсного золота. Отмеченное Фарадеем изменение цвета в зависимости от размера частиц – едва ли не первый пример исследования размерных эффектов в нано объектах.

     Интересные примеры нанотехнологических прозрений XIX в. можно усмотреть также в знаменитом мысленном эксперименте, известном под названием «Демон Максвелла». Великий английский физик Джеймс Максвелл предположил существование некоего фантастического субъекта, «демона», способного разделять молекулы по скоростям.

      Еще один хрестоматийный пример – лесковский Левша, который изготовил «наногвозди» и подковал ими «аглицкую» блоху (своеобразный аналог микро устройства). Устами Левши Н.С.Лесков в 1881 г. (гордись, Россия!) отмечает, что разглядеть надпись на головке этих гвоздей можно только в «мелкоскопе» (то есть в микроскопе) с увеличением в 5 млн. раз.

      Это типичное увеличение современных высокоразрешающих электронных микроскопов, наноскопов, использующихся для изучения наноструктур. Вполне очевидно, что нанотехнология стара как этот мир и нова как устаревший компьютер. Вот где раздолье для соколов "наноконторы Чубайса" и лжеученых типа Петрика выдавать старое за новое, а достижения лукавых жрецов за достижения псевдонауки.

     Нанотехнологии позволяют видоизменить вещества на уровне атомов и молекул и входят в число наиболее перспективных технологий XXI века. Именно нанотехнологии и результаты их применения будут определять прогресс и состояние дел практически во всех областях человеческой деятельности - от сельского хозяйства и медицины до космических исследований.

      Они способны изменить средства связи - новые транзисторы, оборону - новые виды оружия, борьбу с терроризмом - новые приборы слежения, медицину - новые лекарства и приборы, экологию - новые очистные устройства. С помощью таких технологий можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения. Но проблема использования нанороботов постепенно перерастает из чисто технической в этическую.

       Наряду с общеизвестными преимуществами реализации достижений нано технологии практически во всех областях человеческой деятельности (традиционная и новая техника, энергетика, электроника, информационные технологии, медицина, сельское хозяйство, оборона, транспорт и охрана окружающей среды) осознаются и тщательно исследуются и возможные негативные моменты: проникновение нанороботов и нанотехнологий в живой организм и даже в клетку грозит катастрофой.

       Уже установлено, например, вредное влияние некоторых нанопродуктов на человеческое здоровье, возникают дополнительные риски и осложнения, связанные с опасными военными приложениями и необходимостью принятия превентивных мер, в том числе и международных соглашений, регламентирующих контроль нанотехнологических исследований. При всем этом не только в России уже открыто заявили о разработках нано оружия.

        Правительства многих стран выделяет на это большие деньги. В СМИ сообщается о ведущихся в России разработках нанооружия. Главное достоинство этого оружия в том, что против него нет другой защиты кроме нанозащиты. О перспективах нового типа оружия публично рассказывалось на пресс-конференции в Москве. Суть работы над ним российские ученые не стали уточнять, сославшись на секретность разработок.

       Понятно, что для того, чтобы не оказаться (как обычно в нашей истории) застигнутыми врасплох, России для обеспечения национальной безопасности необходимо заниматься разработкой не просто обычных военных нанотехнологий, а технологий двойного назначения. Подобные разработки помогут в охране границ, а также защите от техногенных катастроф. Так называемая "умная пыль" - это полное обследование и контроль территории, но это возможно только при развитии современной микро - и наноэлектроники.

       В этой области у нас также идет работа. В то же время, руководители страны утверждают, что Россия намерена развивать нанотехнологии вовсе не для наращивания гонки вооружений. Но государство не будет жалеть никаких средств на развитие нанотехнологий, - заявил президент, выступая на совещании в научном центре "Курчатовский институт".

       Нанотехнология, безусловно, будет ключевой отраслью для создания сверхсовременного и сверхэффективного как наступательного, так и оборонительного вооружения, а также средств связи.

        Микро робот - это механизм, размер которого исчисляется миллиметрами, а то и микронами. Одиночный микро робот, как и один муравей, практически ни на что не способен. Однако множество их, собранных в одном месте, становится похожим на семью из миллиардов тропических муравьев, уничтожающих все живое на своем пути.

        Объединенная сила множества слабых существ может воплотить в жизнь концепцию "умной пыли", которая, строго говоря, позаимствована из повести Станислава Лема "Непобедимый" и еще недавно рассматривалась как дело далекого будущего. Один из возможных способов ее применения, который придумали американские военные, - поражение танков противника: облако микророботов, несущих заряд, окутывает бронированную машину и взрывается.

        Впрочем, у роботов могут быть и мирные задачи, например исследование околоземного пространства с помощью стаек микро спутников. При этом возникает сложная проблема: как одновременно управлять множеством механизмов. Представим себе, что десятками тысяч роботов нужно управлять из одного центра. Там должен стоять мощный "сверхкомпьютер", способный отследить положение каждого робота и дать ему инструкцию.

        Это требует огромных затрат времени, а кроме того, весьма небезопасно: управляющий центр может выйти из строя. Значительно проще дать возможность каждому роботу принимать самостоятельные решения и координировать свои действия с действиями соседей. В России создается наномодель "умной пыли", позволяющая понять, как следует управлять облаками микро роботов с тем, чтобы они одновременно двигались к разным целям.

        Алгоритм действия, придуманный российскими исследователями, таков. Сначала роботы образуют единое облако. Ему сообщают координаты целей. Каждый робот, зная свои координаты и координаты целей, выбирает ближайшую цель и принимает решение, стоит ли к ней двигаться.

        Для этого он узнает, сколько роботов уже направилось к этой цели. Если их число вполне достаточно, он начинает искать другую цель или остается в резерве. Если - нет, принимает решение об атаке, о чем и оповещает соседей. Так облако весьма быстро распадается на фрагменты, кластеры, которые перемещаются к своим целям. Процесс кластеризации необходимо периодически возобновлять. 

        Это нужно для того, чтобы учесть изменения оперативной обстановки. Например, если какой-то робот выбыл из управляемой системы, облако "умной пыли" должно об этом узнать и быстро заменить его резервным. Точно так же нужно учитывать изменения координат цели - она может слишком сильно удалиться от каких-то роботов кластера. Значит, нужно будет к нему подтянуть "дополнительные силы".

        Компьютерное моделирование показывает, что предложенный подход очень эффективен, а алгоритм принятия решений микро роботами настолько прост, что его легко воплотить в маленьких электронных мозгах этих миниатюрных созданий. Кроме того, вся процедура оказывается чрезвычайно гибкой, способной быстро учитывать и потери микро роботов, и изменения в поведении целей.

        Разработками так называемой "умной пыли" занимаются и в США. Еще в 2002 году в Калифорнийском университете (Беркли) сообщили, что они представляют собой микроскопические устройства-сенсоры с автономным питанием, обладающие функцией беспроводной связи. Таким образом, можно утверждать, что такие устройства уже существуют и более того, проходят интенсивные испытания.

        В будущем тысячи этих дешевых беспроводных сенсоров, размещенных в самых различных местах, будут самостоятельно объединяться в сети и работать от встроенных источников питания в течение нескольких лет. Пока же сенсорные сети могут состоять всего из нескольких сотен "пылинок", поскольку эти устройства остаются слишком дорогими, а длительность их работы исчисляется всего несколькими днями.

        Главным препятствие к массовому распространению сенсорных сетей является дороговизна источников питания, которые обходятся примерно в $150. Американцы разработали несколько сенсорных сетей на принципе "умной пыли". Одна из них уже проходила реальные боевые испытания в Афганистане, где вооруженные силы CША разместили несколько тысяч сенсоров с целью отслеживания передвижений боевой техники.

        Другая сеть используется на острове "Дикой утки" в штате Мэн, где с ее помощью ученые изучают миграцию буревестников, еще одна - в составе системы симулятора землетрясений в Беркли.

      Исследователям из университета Глазго в Шотландии удалось смоделировать процесс возникновения распределенного кибернетического мозга. Пока в состав этого «коллективного» разума входит 50 микро устройств. Они предлагают «умную пыль» использовать для изучения других планет.

      При помощи беспроводных сетей из таких микро устройств радиусом в миллиметр можно будет в случае необходимости формировать рои. Заметим, что в перспективе речь может идти даже о наноустройствах, то есть объектах, характерный размер которых 10 в минус девятой степени метров. Создана модель этого процесса – собирания кибернетических микро устройств в стаи.

       Большинство частиц могут «разговаривать» только с ближайшими соседями, но когда их много, они могут общаться на куда больших расстояниях. Другими словами, удалось инициировать процесс возникновения некоего распределенного кибернетического мозга. Пока в состав этого «коллективного разума» входит 50 микро устройств. Но лиха беда начало. Неизвестно, когда кибернетические рои начнут «опылять» другие планеты, но, понятно, как всегда, первыми положили глаз на научные разработки военные.

       Когда в одном месте и в одно время  собраны миллиарды наноботов и действуют они, как хорошо вымуштрованные солдаты, ситуация в окружающей среде принципиально меняется. Впрочем, в Национальной лаборатории США Сандиа еще в середине 1990-х годов была создана модель автономного робота MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle), объем которого составлял около 1 кубического дюйма.

        К 2000 году его размеры удалось уменьшить более чем в четыре раза. Эта крошечная машина имела процессор с 8 Кбайт памяти, датчик температуры, микрофон, видеокамеру, химический сенсор. В дальнейшем планировалось оборудовать MARV системой беспроводной связи, после чего группа микро ботов сможет объединяться для совместного решения задач под управлением центрального компьютера. По замыслу разработчиков, основной областью применения таких роботов может стать поиск и обезвреживание бомб и мин, опасных биологических и химических материалов.

       Главная и принципиальная проблема – незапланированные ситуации, в которые могут попасть боевые роботы. К примеру, если одна из машин лишится контакта с основной группой, она может превратиться в абсолютно неуправляемый объект. В точности так же, как муравей начинает бегать по кругу, когда находится в изоляции от членов своего сообщества…

        И тут возникает еще одна коллизия, уже не технического, а этического характера. Научный мир сейчас озабочен тем, как превратить роботов поля боя не просто в терминаторов, а в «гуманных» терминаторов. Исследовательский центр ВМФ США (Naval Surface Warfare Center) опубликовал концепцию использования боевых роботов. Кстати, документы такого рода появляются уже с 1960-х годов.

       В нынешнем виде документ называется "Концепция операций вооруженных автономных систем", подчеркивается, что сейчас главная задача армий – не «выигрыш войны», а «выигрыш мира». Не секрет, что США весь мир путем нановойны хочет "принудить к миру". 

       А ведь проблема не выглядит, что называется, "высосанной из пальца". Американская армия уже объявила о своих планах массовой замены солдат роботами. Ожидается, что к 2025 году около трети военной техники США сможет работать в полуавтономном режиме. В этих условиях крайне опасно использовать боевых роботов-автоматов, которые априори опасны для мирного населения. Поэтому авторы концепции предлагают изначально настраивать роботов на борьбу не с носителями оружия, а с самим оружием.

       Если при этом все-таки будет убит или ранен вражеский солдат или инсургент, подобные огрехи можно будет расценивать как извинительную ошибку. Другое дело, захочет ли «коллективный» разум роботов, организованных в мобильные стаи, следовать этой очень гуманной концепции.

       Сегодня интервал времени между созданием теории и ее воплощением в жизнь резко сократился. И возможно, что уже через несколько лет мы узнаем о первых облаках "умной пыли", которые, будем надеяться, станут выполнять не только военные задачи.