Я++: Человек, город, сети

Замена механических соединений, оптических систем и движения материалов электронными соединениями (проводными или беспроводными) также позволяет разделить устройства на составные части и воссоздать их в новом качестве. Их функции можно перераспределять между карманными, настольными и стационарными приспособлениями. Таким образом, ради уменьшения размеров и веса определенной вещи ее можно избавить от некоторых функций, перенеся их в другое место. В фотографии, к примеру, съемка производилась при помощи отдельного компактного устройства, проявка и печать происходили в централизованных фотолабораториях, а функции хранения выполняли альбомы и архивы. Технология мгновенных фотоснимков Polaroid совместила съемку, проявку и печать в одной переносной коробке, обеспечив удобство за счет увеличения размера. Цифровая же фотография дает практически ничем не ограниченную свободу перераспределения функций. Экспонирующее устройство сокращается до объектива и матрицы с подсоединением к сети. Его можно носить отдельно, встроить в другое устройство типа сотового телефона или закрепить на стене. Изображения можно хранить на переносном или настольном устройстве, а можно – на сетевом сервере. Печать же может происходить везде, где есть принтер с сетевым подключением.

Случается, что такие перераспределения открывают новые возможности. Мгновенная фотография позволила нам обсуждать и оценивать снимки прямо в момент съемки, а не потом, в другое время и в другом месте. Похожим образом интеграция цифровых камер в сотовые телефоны дает собеседникам возможность просто показывать, а не описывать на словах то, о чем они говорят.

Микропроизводство и МЭМС

Еще одну возможность уменьшить размеры полезных предметов дают высокоточные технологии производства. Заметнее всего это в разработке и производстве электронных схем. Вакуумные трубки, использовавшиеся для построения ранних компьютеров, были громоздкими и сильно нагревались просто по своей природе. Сменившие их вскоре транзисторы были меньше и грелись уже не так сильно, что позволяло размещать их куда компактнее. Появление полупроводниковых технологий задало экспоненциальный рост плотности транзисторных элементов на кристалле кремния, позднее описанный законом Мура. В 50-х переносные радиоприемники с полудюжиной транзисторов казались чудом; к концу века компьютерные чипы размером с марку, вмещавшие 100 миллионов транзисторов, уже никого не удивляли.

Микропроизводство обычно начинается с макроскопического элемента, например – с кремниевой пластины, на которой путем точнейшего снятия или добавления слоев материала создаются сложные структуры вроде интегральных схем. По мере развития технологий минимальные размеры элементов в таких структурах, ранее составлявшие десятки микрометров, снизились до десятков нанометров. Эта прогрессия достигнет предела, когда элементы уменьшатся до пары нанометров, то есть до размеров атома – но это не значит, что развитие микропроизводств в этот момент остановится³. По мере приближения этой гонки к финалу акцент смещается на изобретение новых видов микроскопических структур и систем.

Методы микропроизводства, разработанные для изготовления электронных схем, уже расширены и обобщены для микрожидкостных систем с крохотными каналами, резервуарами, клапанами и форсунками, заменившими колбы и мензурки традиционной химической лаборатории и позволившими проводить анализ проб значительно меньших объемов. Те же методы используются и в производстве волноводов для света и радиосигналов. Название таких структур – микроэлектроме-ханические системы – занимает больше места, чем они сами, но, к счастью, его принято сокращать до МЭМС⁴.

Что еще удивительнее, в МЭМС могут быть встроены подвижные части, такие как переключатели и клапаны, вибрирующие консоли, крошечные приводы и механические соединения. Это позволяет МЭМС функционировать в качестве сенсоров, преобразующих различные сигналы из окружающей среды в электронные данные. Их используют как датчики давления, микрофоны, измерители ускорения, датчики угловой скорости, детекторы видимого и инфракрасного излучения. Они могут превратиться в «лаборатории на чипе», распознающие химические и биологические вещества.

И наоборот, МЭМС способны функционировать как преобразователи информации в полезные физические, химические и биологические реакции. Они, например, могут испускать световые или радиоимпульсы, настраивать микроскопические зеркала, чтобы направлять сигналы в оптоволоконных системах, а также служить двигателями для микроскопических транспортных средств и роботов.