На что похоже будущее? Даже ученые не могут предсказать… или могут?

Благодаря композитам, в которых используется эффект квантового туннелирования, летательные аппараты будут обладать такой же тактильной чувствительностью, как люди. Речь идет об «умных» материалах, которые при сжимании превращаются из изоляторов в проводники. Они заключают в себе мягкую резиновую матрицу, содержащую небольшие частицы никеля. Матрица выступает в качестве электроизолятора: в неактивном состоянии проводящие частицы никеля находятся слишком далеко друг от друга, чтобы композит мог проводить электричество. Но стоит сжать материал, переведя частицы никеля в активное состояние, как они тут же, сближаясь, оказываются на таком расстоянии, что электроны проводимости в никеле могут туннелировать через изолятор, превратив тем самым изолятор в проводник. В квантовой механике местоположение электрона описывается не точными его координатами, а амплитудой вероятности обнаружить электрон в той или иной точке. Когда электрон в частице никеля приближается к барьеру, образуемому изолятором между двумя близко расположенными частицами никеля, амплитуда вероятности обнаружить его с другой стороны барьера, хотя и незначительна, но все же не нулевая. Согласно квантовой механике при достаточно большом количестве электронов, пытающихся оказаться по ту сторону изолирующего барьера, и ненулевой вероятности успешно сделать это некоторым из них действительно везет и они попадают на другую сторону. Эти экзотичные «умные» материалы уже используются в роботах NASA, помогая им определять оптимальное усилие при захватывании объектов. Кроме того, они могут использоваться для разработки нового поколения сенсорных экранов и протезов с возможностью передачи тактильных ощущений для людей с ампутированными конечностями.

Пища для размышления

Эффективность каждого из рассмотренных в данной главе «умных» материалов была подтверждена на тестовых стендах в лабораторных условиях. Однако существует ряд проблем, которые необходимо решить, прежде чем мы сможем использовать их в повседневной жизни. Во многих случаях время отклика материала на воздействие все еще слишком велико. Некоторые материалы слишком хрупкие или нестабильные. Кроме того, их эффективность может со временем снижаться. Да и сама по себе задача включения таких материалов в конструкцию существующих устройств — далеко не самая простая. Часто возникают проблемы с контролем воздействия стимула, заставляющего материал перейти в другое состояние. Некоторые из материалов токсичны и, как это часто случается с новыми технологиями, имеют чрезмерно высокую стоимость. Также в числе факторов, сдерживающих их широкое применение в настоящее время, — сложность производства и недостаток сырья.

Но я настроена оптимистично, так как верю, что многие из этих проблем будут преодолены в ходе дальнейших исследований, и, подобно тому, как интернет полностью изменил то, как мы взаимодействуем с информацией, «умные» материалы вполне могут перевести на совершенно новый уровень наше взаимодействие с материальным миром. Согласно определению, объект — лишенная способности думать вещь, над которой совершают какие-либо действия. Даже «умные» материалы сами по себе — своего рода актеры одной роли, перескакивающие из одного состояния в другое в зависимости от наличия соответствующего стимула. Но если собрать их вместе и построить из них самолет, способный вырабатывать и накапливать энергию, распознавать и ощущать самого себя и окружающую среду, самоорганизовываться и самовосстанавливаться, адаптироваться к текущей среде и взаимодействовать с подобными себе, то объекты сразу превращаются в нечто куда более живое.

Поэтому с появлением и внедрением «умных» материалов перед нами встают новые серьезные вопросы. А действительно ли они изменят нашу жизнь в лучшую сторону? Стоит ли нам усложнять простые объекты ради собственного комфорта и удобства, если для их производства, эксплуатации и утилизации нам придется расходовать больше ценной энергии и дефицитных ресурсов? А что, если благодаря им мы сократим потребление энергии и ресурсов? И в этом случае мы снова сталкиваемся с новыми проблемами: самовосстанавливающиеся «умные» материалы значительно усложнят жизнь производителям и продавцам, так как сроки службы товаров увеличатся. Сможет ли наша экономика адаптироваться к этим изменениям? Будут ли «умные» технологии доступны только элите? Если мы станем использовать «умные» материалы для автоматизации собственной жизни, рискуем ли мы оказаться в зависимости от них и утратить способность мыслить критически и независимо? Через артефакты материалы рассказывают историю человечества. Придет время, когда от нас не остается ничего, кроме музейных экспонатов, состоящих из «умных» материалов, являющихся сегодня последним словом науки и техники. Что они расскажут о нас?