Guest User

Untitled

a guest
Jan 26th, 2014
70
Never
Not a member of Pastebin yet? Sign Up, it unlocks many cool features!
  1. АТОМАРНО-ТОЧНОЕ БУДУЩЕЕ (набросок)
  2.  
  3. >>61625179
  4. >Каким оно будет через 200-300лет?
  5. Далековато, тогда уже вовсю будет освоение Луны и пояса астероидов.
  6. Вот через 50-100 лет будет ещё за что зацепиться и что предсказать.
  7. Можешь почитать "Алмазный Век" Стивенсона [1], прежде чем его писать он прочитал достаточно литературы о молекулярной нанотехнологии (видимо [2], [3], [4]) чтобы доволно реалистично/консервативно описать её и её последствия для жизни людей на Земле.
  8. >Куда пойдёт технический прогресс
  9. Уже довольно давно человек развивает атомарно-точные технологии, от неорганической химии к органической (способности синтеза атомарно-точных структур из сотни атомов), к химии полимеров, супрамолекулярной химии, молекулярной биологии (которая как известно содержит свои молекулярные сборщики - рибосомы которые по программе записанной на молекуле мРНК производят цепь из аминокислот [5] (~21 вид) которую называют "белком"). Все эти технологии позволяют производить всё более масштабные структуры с молекулярной точностью и минимальным количеством ошибок (которое собственно и ограничивает размер). Учёными и инженерами уже спроектированы белки которых нет в природе [6] [7] (на самом деле белковой инженерии уже больше двух десятков лет [8]), молекулярные машины для синтеза коротких пептидов [9], структуры из ДНК которые состоят из сотен тысяч атомов и создаются посредством самосборки (а ещё выполняют функцию ионного канала) [10].
  10. На основе нынешних атомарно-точных технологий будет построено следующее поколение, а за ним ещё и ещё (конечно каждый шаг будет требовать огромного труда и вложений, но спрос толкает компании и институты на исследование и разработку всё более сложных молекулярных технологий) пока мы не придём к развитой технологии молекулярного производства и её воплоощению - мат. сборщику. Мат. сборщик это устройств похожее на завод в котором миллиарды программируемых манипуляторов (замечу что для механосинтетических реакций будут использоваться специальные молекулы-инструменты [30] [31]) будут строить основные блоки устройств молекула за молекулой. Далее эти блоки будут собираться в ещё большие блоки следующим набором манипуляторов, и так иерархическая сборка будет происходить пока на выходе не будет получен продукт с макроскопическими размерами (более подробно процесс convergent assembly описан в [32]). Для работы настольная версия будет требовать несколько десятков киловатт энергии, по расчётам.
  11. Мат. сборщики могут быть выполнены с в различных размерах, от настольных версий до заводских версий для производства тяжёлой техники и деталей для зданий.
  12. Атомарно-точные технологии это будущее. Молекулярное производство, программируемые мат. сборщики позволят создавать атомарно-точные структуры из нескольких видов атомов, скорее всего C,H,Si,N,S,P. Далеко не каждую структуру можно будет создать, также будет некоторая доля ошибок зависящая от конкретного механизма и температуры, порядка 10^-9 ошибок на операцию, тем не менее потенциал этой технологии огромен.
  13. Углерод, особенно алмаз и родственные ему алмазоидные структуры будут выступать в роли основного строительного материала (потому что углерода довольно много и в земле и в атмосфере). Так как углерод содержится в воздухе, причём в избытке - раньше его там было гораздо меньше - специальные мат.сборщики смогут производить алмаз из воздуха, возможно даже что он будет стоить дешевле стекла. С новыми материалами станут возможны здания высотой в десятки километров (цилиндрическая башня из чистого алмаза высотой 100 километров даже без оптимизации геометрии обладает 14-кратным запасом прочности). Скорее всего высокие башни будут использоваться как дешёвая стартовая площадка для запуска грузов на низкую околоземную орбиту посредством линейных электрических ускорителей.
  14. Те же самые углеродные материалы позволят строить гораздо более надёжные и дешёвые одноступенчатые (SSTO) системы для вывода грузов и людей в космос. Топливо стоит дёшево (доли процента от стоимости запуска современой ракеты-носителя [33]) так что стоимость билета на орбиту в надёжном многоразовом SSTO-корабле может быть не выше стоимости билета на самолёт. Уже с технологиями нынешнего поколения есть разработки SSTO-систем, а именно Skylon [29].
  15. Солнечные батареи выступят основным и дешёвым источником энергии (их можно производить очень дёшево на матсборщиках, из кремния и алюминия и они будут обладать высоким КПД порядка 40-50% из-за того что произведены с атомарной точностью. КПД 44% уже достигнут в лаборатории [28]).
  16.  
  17. Вычислительная техника будет построена на молекулярной электронике или на стерженьковой логике (больших квантовых компьютеров скорее всего не будет [11], даже если и будут то лишь в качестве цзкоспециализированных машин, классические компьютеры никуда не уйдут). Типичный образец компьютера будет представлять собой кластер из миллиарда RISC-процессоров работающих на частоте 1Ггц и умещающихся в 1 кубический сантиметр, при энергопотреблении 100Вт (этот расчёт приведён для стерженьковой логики в [3], молекулярная электроника может быть ещё на порядок быстрее и энергоэффективнее).
  18. Компьютеры в таком кластере будут относительно ненадёжными, так что программы и алгоритмы будут проектироваться таким образом чтобы продолжать работу даже при поломки некоторого количества процессоров.
  19. Асимметричная криптография и неломаемые хэш-функции (one way function) никуда не денутся потому что больших квантовых компьютеров не будет, а также потому что есть алгоритмы шифрования [12] который стойки и против гипотетических квантовых компьютеров. Таким образом криптография будет основой всей инфраструктуры для передачи информации и проведения транзакций. Сетевые протоколы будут децентрализованными (P2P) и надёжными потому что будут посеместно использовать шифрование (и, видимо, сети доверия потому что CA ещё хуже). Также большинство транзакций будет происходить с использованием децентрализованных криптовалют [13], а технология цепи блоков (blockchain) [14] будет использоваться повсеместно, и не только для транзакций, а ещё и для хранения записей о владении какими-то активами (например доменами, землёй иил ещё чем-то) и для многих других применений которые ещё не открыты.
  20.  
  21. Анализ генома человека продвинется гораздо дальше, будет известно большинство белок-белковых взимодействий в нашем геноме, будет раскрыта большая часть регуляторных сетей (это потребует десятилетий экспериментов, которые возможно будут автоматизированы и которые будут производиться с помощью атомарно-точных технологий). Будут строиться всё более сложные вычислительные модели влияния генотипа на фенотип (пока что есть только относительно простая неточная модель такого класса для одной клетки [15]).
  22. Проблема свёртки белка будет решена на вычислительных машинах (на самом деле уже в известной степени решена на специальных суперкомпьютерах ANTON (D.E.Shaw Research) [16] для симуляций белок+растворитель до 100000 атомов), проблема обратная проблеме свёртке белка (консутрирование белка с заданной функцией) будет решена приближённо и в достаточной степени для пректирования множества белков с новыми функциями.
  23. Синтетическая биология сможет создавать принципиально новые виды живых существ, но не очень сложные и не с первой попытки (потому что чтобы до конца изучить исходные геномы живых существ на основе которых всё это будет строиться и построить хорошие модели фенотип->генотип потребуется много времени даже с теми инструментами что будут). Будет спроектировано несколько минимальных геномов для прокариот и эукариот, возможно даже многоклеточных (пока что к этому только идёт [17] [18]). Атомарно-точные технологии позволят впрямую синтезировать хромосомы по компьютерному описанию, сейчас это делается также но в сложном иерархическом процессе, и для геномов не длиннее 1Мbp [19]. Будет расти репозиторий стандартных биологических частей [20], сильно улучшится совместимость, появится аналогичный проект для эукариот. Появится стандартный САПР для синтетической биологии.
  24. Также будет развиваться wet artificial life вроде [21], она будет конкурировать с синтетической биологией построенной на природных биомолекулах.
  25.  
  26. В медицине будет распространены новые низкомолекулярные лекарства которые будет гораздо проще находить с помощью вычислительного драг-дизайна (который хорошо параллелится и представляет большой простор для оптимизации компьютеров под себя) используя методы похожие на [22]
  27. Также будет распространена генная терапия для которой будут созданы боле специфичные и безопасные векоры для переноса генного материала (пока что векторы такие [23]). Можно будет добавлять новые гены в известные локусы хромосом и выключать старые с помощью РНК-интерференции [24]. По желанию можно будет перестроить геном так чтобы жить дольше (уже есть база данных по влиянию генов на продолжительность жизни [25], уже достигнуто продление жизни нематоды C.Elegans в 5 раз с помощью модификации двух генов [26]).
  28. Будет вестись разработка медицинских молекулярных машин, например похожих на [27], что тоже сильно повлияет на рост продолжительности жизни.
  29. Так иначе всё это позволит сильно продлить жизнь, а не просто лечить болезни.
  30.  
  31. Конечно высказанные мной предположения ограниченны моими знаниями и моими взглядами, но я старался быть консерватвным (бесплатной хорошей жизни для всех не будет).
  32.  
  33. 1. http://readfree.ru/book/C347/ - так себе перевод, лучше в оригинале читать
  34. 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Engines_of_Creation скачать--> http://rghost.net/51950995
  35. 3. http://e-drexler.com/d/06/00/Nanosystems/toc.html скачать--> http://rghost.net/51951020
  36. 4. http://www.molecularassembler.com/Nanofactory/AnnBibDMS.htm
  37. 5. http://biomolecula.ru/content/563
  38. 6. http://depts.washington.edu/bakerpg/drupal/node/303
  39. 7. http://www.isgtw.org/feature/isgtw-feature-protein-origami-function-follows-form
  40. 8. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0968000489900704
  41. 9. http://www.catenane.net/pdfs/articles/Leigh%20Sequential%20Peptide%20Synthesis%20Science%202013.pdf
  42. 10. http://phys.org/news/2012-11-artificial-ion-channels-dna-origami.html
  43. 11. http://www.cs.bu.edu/fac/lnd/expo/qc.htm
  44. 12. http://en.wikipedia.org/wiki/Lattice-based_cryptography
  45. 13. http://bitcoin.org/bitcoin.pdf
  46. 14. https://en.bitcoin.it/wiki/Block_chain
  47. 15. http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(12)00776-3
  48. 16. http://cacs.usc.edu/education/cs653/Shaw-msMD-SC09.pdf
  49. 17. http://www.pnas.org/content/103/2/425.long
  50. 18. http://mrhalbert.blogspot.ru/2007/10/minimal-bacterial-genome.html
  51. 19. http://www.jcvi.org/cms/research/%20projects/synthetic-bacterial-genome/press-release/
  52. 20. http://parts.igem.org/Main_Page
  53. 21. http://www.engineering.com/DesignerEdge/DesignerEdgeArticles/ArticleID/6975/The-Worlds-First-Plastic-Based-Eukaryotic-Cell.aspx
  54. 22. http://biomolecula.ru/content/15
  55. 23. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK19423/
  56. 24. http://en.wikipedia.org/wiki/RNA_silencing
  57. 25. http://genomics.senescence.info/
  58. 26. http://www.cell.com/cell-reports/retrieve/pii/S2211124713006852
  59. 27. http://www.foresight.org/Nanomedicine/Respirocytes.html
  60. 28. http://phys.org/news/2013-09-world-solar-cell-efficiency.html
  61. 29. http://www.reactionengines.co.uk/space_skylon.html
  62. 30. http://www.google.nl/patents/US7687146
  63. 31. https://www.google.nl/patents/US20130178627
  64. 32. http://www.zyvex.com/nanotech/convergent.html
  65. 33. http://www.zmescience.com/space/spacex-reusable-rocket-100-times-cheaper-0432423/
RAW Paste Data