Майбутній розвиток МЕМС і "сухий" нанотехнології
Віктор Лапай
Україна
Кібержізнь
Будь-яка форма життя неможлива без переносу речовин. Таке перенесення можливий або шляхом дифузії, або шляхом цілеспрямованого механічного переміщення. Кібержізнь - це життя не на хімічній, броунівський основі, а на основі мікророботів.
Першим максимально чітко цю проблему сформулював американський фізик Річард Фейнман майже п'ятдесят років тому: необхідно створити такий робот, який може побудувати свою зменшену копію. Копія зробить ще меншу копію і так далі, до атомного рівня. Шкода, що тоді рішення цієї проблеми так і не було знайдено.
Щоб знайти рішення, треба максимально спростити і розширити вхідні проблему.
перше, аналіз показує, що необхідний нам робот і керуючий ним комп'ютер можна зробити всього їх двох матеріалів - металу і діелектрика, тобто, необхідно всього два види В«атомівВ».
друге, елементарна частинка системи зовсім необов'язково повинна бути дорівнює реальному атому. Це може бути В«атомВ» розміром 10 нм, або навіть мікрон, головне, щоб робот, будуючи свою копію, зберіг або зменшив мінімальний розмір.
Для цього, по-третє, необхідно загострити будівельну голку робота. Існує кілька способів, як це зробити, один з яких був теоретично знайдений і експериментально підтверджений в лабораторії персонально автором. Це дуже важливий момент, тому що саме він дає ключ до вирішення проблеми, адже при будівництві копій використовується тільки кінчик будівельної голки.
Найпростіший робот Фейнмана може мати вигляд м'яких металевої спіральної пружинки з будівельною голкою на кінці, з трьох сторін якої (пружинки) розміщені керуючі електроди. В залежності від різниці потенціалів між пружиною і електродами, вона розтягнеться і зігнеться в необхідному нам напрямку.
Вже сам по собі
мікроробот є прототип електромеханічного транзистора, точніше, кілька спрощена його конструкція. Автоматично виникають у цій схемі дифузійні проблеми цілком вирішуються. Теоретично існують, так само, інші схеми МД - транзисторів без рухомих частин.
Попередні розрахунки показують, що навіть така проста форма кібержізні може існувати в природі. При розігріві мікророботів будівельного матеріалу постійним струмом на катоді виділяється металоїди, на аноді окислювачі і накопичиться діелектрична фаза.
Від такої простої форми до повноцінної кібержізні лежить такий же складний шлях, як від найпростішого вірусу до синьо-зеленої водорості. Якщо добре подумати, то повноцінна кіберклетка, використовуючи сонячну енергію і атоми навколишнього середовища, виявиться дуже схожою на звичайну біологічну, тільки вона зможе успішно функціонувати при дуже низьких температурах і в умовах високого вакууму. Мікророботів стануть схожими на біологічні мікротрубочки, саме компактне зберігання і обробка інформації - на згорнутих лініях-аналогах ДНК і т.д. На мікророботів з'являться спеціальні молекулярні насадки. Електричний ток або тиск може ініціювати необхідні хімічні реакції навіть при дуже низьких температурах.
Між кібернетичної та хімічної формами життя є безпосередній зв'язок, хоча це дві принципово різні форми життя. В умовах високих температур і розчинюючої рідини стають непотрібними мікро роботи, від них залишаються лише змінені молекулярні насадки. Система робить якісний стрибок і стає хімічної. Тим не менш, вона все одно залишається, по суті, електромеханічної, так як будь-яка хімічна взаємодія є взаємодія зміщених зарядів. Тунельний ефект не дозволяє кібержізні досягти такого максимального рівня мініатюризації, яким характеризується біожізнь.
Біологічна життя є вершина досконалості і мініатюризації кібернетичної життя. Удосконалити її, а тим більше миниатюризировать, практично неможливо.
Цілком можливо, що ймовірність зародження кібержізні у Всесвіті набагато більше, ніж у хімічній. Адже, навіть на поверхні Місяця Тобто цілком достатньо діелектричних і металевих частинок (це фактичні дані), які досить активно рухаються - непогані умови для зародження і розвитку кібержізні. Втім, це зовсім не означає, що вона кипить у Всесвіті. Навпаки, вірогідність зародження будь-якої форми життя настільки мала, що шукати її за межами планети Земля - ​​це лише даремно витрачати час і гроші.
Цілком може бути, що з якихось причин кібержізнь не може самостійно існувати в природі. Але це не означає, що вона не може існувати у штучних умовах, створених людиною. Саме така, максимально спрощена, форма кібержізні лежить в основі розробленої автором метал-діелектричної технології. Ця технологія базується виключно на експериментальних даних і є, по суті, логічним розвитком в третій вимір технології Мікро Електро Механічних Систем (МЕМС).
Метал-діелектрична технологія (МД - технологія)
Первісна ідея В«розмножуються мікророботівВ» занадто складна і сиру, щоб бути реалізованою на сучасному рівні технологічного розвитку. Спочатку її треба максимально спростити. Чим простіше система, тим більше шансів її реалізувати.
перше: Треба позбавиться від мікророботів. Вони значно ускладнюють і гальмують весь процес. Вирощування копій буде за рахунок коливальних рухів основи за принципом рядкової розгортки. Це значно прискорює процес.
друге: Треба прискорити подачу будівельного матеріалу та відводу відходів. Найпростіше це зробити для рідких і газоподібних компонентів через систему каналів.
третє: Жодна електромеханічна система не може змагатися у швидкодії з чисто електронною схемою. Керований електричний струм між будівельною голкою та основою дозволяє максимально швидко і точно здійснити масоперенос або осадження необхідних речовин. В цьому випадку автоматично виникає проблема діелектрика, який не проводить струм. Ця проблема має рішення.
В основі МД-технології лежить дуже проста ідея. Припустимо, що нам якимось чином вдалося виростити систему алюміній-золото-вакуумні канали. Ми отримаємо необхідну нам МД-структуру всього після однієї операції хімічного окислення, так як золото не окислюється, а оксид алюмінію прекрасний діелектрик. Цю ідею можливо розвинути далі. Можливо застосувати тільки один метал і полімерний, а НЕ іонний, діелектрик. Мікророботів зникають, залишаються тільки МД-транзистори.
Парадоксально, але спочатку навіть вони не знадобляться. Цілком працездатним може бути навіть неповноцінний варіант МД-технології - без МД-транзисторів. Попередні розрахунки показують, що щільність і швидкодія напівпровідникових транзисторів вже досягли величин, достатніх для ефективного управління вирощування МД-структур навіть при мінімальній ширині лінії, адже цей процес все ще залишається плоским. Базові елементи, вирощені на мікросхемі, можуть, у свою чергу, на інших мікросхемах виростити набагато більш складні об'ємні МЕМС з набагато більш меншою шириною лини, ніж зараз.
Така В«гібриднаВ» схема найбільш близька до сучасної технології МЕМС і буде реалізована на першому етапі. Більш того, така схема може кардинально змінити навіть саму технологію створення напівпровідникових схем. Будівельні голки можуть локально здійснити масоперенос, розігрів і травлення - всі необхідні операції. Технологія МЕМС вже давно створила працездатні електромеханічні транзистори, що дозволяє реалізувати і повноцінний варіант МД-технології.
Очевидно, що МД-технологія неможлива без загострення будівельних голок. Цей процес відіграє тут таку ж ключову роль, як зменшення фотошаблона лінзами або фокусування електронного променя в планарної технології. Потужність МД-технології в тому, що її базові елементи, як і будь-яка інша форма життя, можуть розмножуватися експоненціально. Тому навіть при можливої вЂ‹вЂ‹значної корозії базових елементів і інших проблемах ця схема залишається працездатною. Перші такі В«кліткиВ» мікронних розмірів бу...
