Advertisement
Not a member of Pastebin yet?
Sign Up,
it unlocks many cool features!
- АТОМАРНО-ТОЧНОЕ БУДУЩЕЕ (набросок)
- >>61625179
- >Каким оно будет через 200-300лет?
- Далековато, тогда уже вовсю будет освоение Луны и пояса астероидов.
- Вот через 50-100 лет будет ещё за что зацепиться и что предсказать.
- 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.
- >Куда пойдёт технический прогресс
- 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 дефектов (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].
- 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 устройство 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.
- Мат. сборщики могут быть выполнены с в различных размерах, от настольных версий до заводских версий для производства тяжёлой техники и деталей для зданий.
- Атомарно-точные технологии это будущее. Молекулярное производство, программируемые мат. сборщики позволят создавать атомарно-точные структуры из нескольких видов атомов, скорее всего C,H,O,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.
- 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.
- 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].
- 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]).
- 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 узкоспециализированных 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).
- Компьютеры в таком кластере будут относительно ненадёжными, так что программы и алгоритмы будут проектироваться таким образом чтобы продолжать работу даже при выходе из строя некоторого количества процессоров.
- 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] которые 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). Способствовать децентрализации будет полный переход на IPV6, это позволит каждому устройству иметь свой адрес и напрямую соединяться в другими устройствами. 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.
- 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]).
- 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.
- 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.
- Также будет развиваться wet artificial life вроде [21], она будет конкурировать с синтетической биологией построенной на природных биомолекулах.
- 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]
- Также будет распространена генная терапия для которой будут созданы боле специфичные и безопасные векторы 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]).
- Будет вестись разработка медицинских молекулярных машин, например похожих на [27], что тоже сильно повлияет на рост продолжительности жизни.
- Так иначе всё это позволит сильно продлить жизнь, а не просто лечить болезни.
- Конечно высказанные мной предположения ограничены моими знаниями и моими взглядами, но я старался быть консервативным (бесплатной хорошей жизни для всех не будет, еслми мы сами её не сделаем).
- 1. http://readfree.ru/book/C347/ - так себе перевод, лучше в оригинале читать
- 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Engines_of_Creation скачать--> http://rghost.net/51950995
- 3. http://e-drexler.com/d/06/00/Nanosystems/toc.html скачать--> http://rghost.net/51951020
- 4. http://www.molecularassembler.com/Nanofactory/AnnBibDMS.htm
- 5. http://biomolecula.ru/content/563
- 6. http://depts.washington.edu/bakerpg/drupal/node/303
- 7. http://www.isgtw.org/feature/isgtw-feature-protein-origami-function-follows-form
- 8. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0968000489900704
- 9. http://www.catenane.net/pdfs/articles/Leigh%20Sequential%20Peptide%20Synthesis%20Science%202013.pdf
- 10. http://phys.org/news/2012-11-artificial-ion-channels-dna-origami.html
- 11. http://www.cs.bu.edu/fac/lnd/expo/qc.htm
- 12. http://en.wikipedia.org/wiki/Lattice-based_cryptography
- 13. http://bitcoin.org/bitcoin.pdf
- 14. https://en.bitcoin.it/wiki/Block_chain
- 15. http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(12)00776-3
- 16. http://cacs.usc.edu/education/cs653/Shaw-msMD-SC09.pdf
- 17. http://www.pnas.org/content/103/2/425.long
- 18. http://mrhalbert.blogspot.ru/2007/10/minimal-bacterial-genome.html
- 19. http://www.jcvi.org/cms/research/%20projects/synthetic-bacterial-genome/press-release/
- 20. http://parts.igem.org/Main_Page
- 21. http://www.engineering.com/DesignerEdge/DesignerEdgeArticles/ArticleID/6975/The-Worlds-First-Plastic-Based-Eukaryotic-Cell.aspx
- 22. http://biomolecula.ru/content/15
- 23. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK19423/
- 24. http://en.wikipedia.org/wiki/RNA_silencing
- 25. http://genomics.senescence.info/
- 26. http://www.cell.com/cell-reports/retrieve/pii/S2211124713006852
- 27. http://www.foresight.org/Nanomedicine/Respirocytes.html
- 28. http://phys.org/news/2013-09-world-solar-cell-efficiency.html
- 29. http://www.reactionengines.co.uk/space_skylon.html
- 30. http://www.google.nl/patents/US7687146
- 31. https://www.google.nl/patents/US20130178627
- 32. http://www.zyvex.com/nanotech/convergent.html
- 33. http://www.zmescience.com/space/spacex-reusable-rocket-100-times-cheaper-0432423/
Advertisement
Add Comment
Please, Sign In to add comment
Advertisement