Нанотехнологии. Правда и вымысел

Энергетическое воздействие лазерного концентрированного излучения на вещество используется в промышленной технологии и военных целях. Известны многолетние исследования американских военных ученых в рамках программы «звездных войн» (разработки систем противоракетной обороны – ПРО) по созданию высокоэффективного лазерного оружия для поражения космических и наземных объектов. Лазеры также находят широкое и самое разнообразное применение в биологии и медицине.

По прогнозам ученых, с помощью атомного лазера на основе конденсата Бозе-Эйнштейна можно будет вести изготовление микросхем, собирая их из атомов поштучно.

При использовании углеродных нанотрубок компьютер, эквивалентный современному образцу с 1 млн транзисторов, может иметь объем 0,01 мкм3, а компьютер с памятью 1 Тб – объем 1 мкм3. Как и в случае с наноэлектроникой, быстродействие наномеханического компьютера будет определяться возможностью отвода теплоты. Расчеты Дрекслера показывают, что при температуре окружающей среды около 300 К на 1 Вт рассеиваемой мощности такой компьютер будет осуществлять приблизительно 1016 операций в секунду. При мощности 100 нВт (предполагается, что такую мощность сможет без специального охлаждения рассеять упомянутый выше компьютер с объемом 0,01 мкм3) будет обеспечиваться производительность 109 операций в секунду, что примерно эквивалентно мощному современному настольному компьютеру.

В Институте квантовой оптики имени Макса Планка (Max Planck Institute of Quantum Optics) в городе Гархинг (Германия) был создан микрочип величиной с почтовую марку, помещенный в специальный резервуар. Этот чип содержит нанометрическую оптическую ловушку, которая позволяет получать конденсат Бозе-Эйнштейна. Такой микрочип может стать основой электронно-вычислительных машин шестого поколения с невиданным ранее быстродействием, называемых нейрокомпьютерами.

Нейрокомпьютеры состоят из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов (нейронов), совокупность которых образует так называемые нейросети. Теория нейросетей позаимствована из биологии и впервые была высказана в работе американского профессора психиатрии и физиологии из Университета штата Иллинойс Уоррена МакКаллока (Warren Sturgis McCulloch) и его ученика, нейрофизиолога Уолтера Питтса (Walter Н. Pitts), в 1943 году. Ученые утверждали, что любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети, обладающей высоким быстродействием именно за счет огромного количества нейронов. Нервная система человека состоит из отдельных клеток – нейронов, выполняющих простую функцию, но их количество в мозге достигает 1012. Продолжительность срабатывания нейронов составляет всего 3 мс, а их взаимосвязь обеспечивает эффективную работу человеческого мозга.

Однако следует отметить, что проект создания пятого поколения компьютеров на основе новой архитектуры с использованием языков логического программирования так и не был реализован. В то время как первый нейрокомпьютер (Mark I) был построен еще в 1958 году известным американским ученым в области психологии, нейрофизиологии и искусственного интеллекта Фрэнком Розенблаттом (Frank Rosenblatt). В настоящее время более полусотни нейрокомпьютеров уже запущены в промышленную эксплуатацию, а их разработка и совершенствование ведется во всех промышленно развитых странах, в том числе и в России.

Ник Бостром (Nick Bostrom), директор института при факультете философии, логики и научной методологии Лондонской школы экономики, в своей статье «Сколько осталось до суперинтеллекта?» [11] пишет, что человеческий мозг содержит примерно 100 млрд нейронов. При этом у каждого нейрона около 5 тыс. синапсов. Сигналы проходят через эти синапсы с частотой около 100 Гц, а любой сигнал ориентировочно содержит 5 бит.

Реальная величина не должна быть значительно выше этого значения, хотя может оказаться и много ниже. Существует мнение, что мозг обладает высокой (резервной) избыточностью, но при этом часто требуется синхронное возбуждение больших групп нейронов, чтобы сигнал не пропал в фоновых помехах. «Альтернативный способ вычисления общей производительности – рассмотреть некоторую часть коры головного мозга, выполняющую функции, которые мы умеем воспроизводить на цифровых компьютерах. Мы вычисляем среднюю производительность одного нейрона в области коры мозга, эквивалентную вычислениям с помощью компьютера, и умножаем это значение на количество нейронов в мозге», – пишет Н. Бостром.

Американский ученый Г. Моравек, используя данные о структуре сетчатки глаза человека, еще в 1997 году произвел необходимые вычисления и сравнил их с известными требованиями к компьютерным ресурсам в задаче распознавания образов в машинном зрении. Полученное значение для всего человеческого мозга оказалось равным 1014 операций, что на три порядка меньше, чем верхняя граница, вычисленная в предположении, что избыточности нет.

По мнению Бострома, трудно найти основание, заставляющее предположить, что избыточность в сетчатке больше, чем в коре. Если и есть отличие в избыточности, то скорее, наоборот, в сетчатке она меньше: распознавание образов – задача более низкого уровня по сравнению с высшими когнитивными процессами, а значит, более оптимизирована (эволюцией и индивидуальным обучением).

Требуемая вычислительная мощность должна была стать реальностью уже в 2008 году, если принять время удвоения по закону Мура равным 12 или 18 месяцам. Однако может пройти еще до десятка лет, прежде чем обычные ученые, исследующие возможности искусственного интеллекта, смогут получить шанс экспериментировать с машинами подобной производительности.

В своей книге «Дети разума» Г. Моравек, рассуждая о влиянии «закона Мура» на развитие цивилизации, предсказывает будущее робототехники. Он утверждает, что в 2010 году появятся модели роботов, чьи интеллектуальные возможности будут идентичны мозгу ящерицы. Они будут использоваться для уборки помещений без вмешательства людей и некоторых других целей. Так вот, этот порог уже достигнут, так как уже сейчас за рубежом серийно выпускаются роботы-пылесосы.

Моравек утверждает, что еще через 20 лет будут созданы модели с умственными способностями обезьяны. Такие роботы смогут без указаний человека определять простейшие технические и бытовые проблемы и задачи и самостоятельно их решать.

Достижение, позволившее ученому сделать такое заявление, – появление дронов с инновационными нововведениями.

Но самое главное, по мнению Моравека, в 2040 году человек сможет закачивать (подключать) свой мозг в компьютер, а после 2040 года будут изобретены роботы, чьи интеллектуальные возможности достигнут уровня умственных способностей людей, а затем, постепенно совершенствуясь, превзойдут их.

При составлении собственного прогноза известный американский ученый, изобретатель и футуролог 61-летний Рэймонд Курцвейл (Ray Kurzweil) уделил особое внимание генетике, нанотехнологиям, компьютерным и когнитивным технологиям, которые, как он считает, в относительно близком будущем смогут послужить залогом человеческого бессмертия.

Как пишет газета Daily Telegraph, Курцвейл считает, что нанотехнологии расширят умственные и физические способности человека, причем до такой высокой степени, что каждый из нас сможет написать книгу за считанные часы, проплыть под водой на одном вдохе огромное расстояние или пробежать стометровку быстрее мирового рекорда.

Следует отметить, что в 80-х годах прошлого столетия Курцвейл предсказал «взрывоподобный» рост Интернета в 1990-е годы и победу компьютера на чемпионате мира 1998 года по шахматам (ошибка составила один год – компьютер Deep Blue обыграл чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова в 1997 году).

Рей Курцвейл опубликовал две книги со своими футурологическими предсказаниями развития человеческой цивилизации: «Эпоха мыслящих машин» [12] (1992 год) и «Эпоха духовных машин» [13] (1998 год) с выводом о неизбежном наступлении технологической сингулярности ориентировочно в 2045 году.

Как и Моравек, Курцвейл утверждает, что к 2020 году персональные компьютеры достигнут вычислительной мощности человеческого мозга. В медицине начнут применяться нанороботы, которые будут не только выполнять лечебные функции, но и смогут доставлять питание непосредственно к клеткам человека и выводить продукты их жизнедеятельности, что в целом соответствует и нашим ожиданиям.

В 2030-е годы наноустройства будут имплантироваться непосредственно в человеческий мозг и смогут осуществлять ввод и вывод необходимых сигналов из клеток мозга. Реализация такой возможности приведет к виртуальной реальности «полного погружения», которая не потребует какого-либо дополнительного оборудования. В развитие данной концепции следует отметить, что, по нашему мнению, это приведет к отсутствию для человека необходимости предшествующего обучения и получения какого бы то ни было образования, в нашем понимании данного процесса.

Курцвейл считает, что в 2040-е годы человеческое тело сможет принимать любую форму, образуемую большим числом нанотехнологических устройств.

Еще через пять лет вся Земля войдет в эпоху превращения в один гигантский компьютер, который постепенно может распространиться на всю Вселенную. Дальнейшее развитие цивилизации даже Курцвейл предсказать затрудняется.

Позволим не согласиться с выводами американского футуролога. Как уже отмечалось, даже в настоящее время имеются группы людей, которые не только не поддерживают данные прогнозы, но и придерживаются противоположных взглядов. Наука, возможно, достигнет соответствующего развития, однако необязательно все человечество пожелает участвовать в этом процессе. Не случайно уже сейчас набирают популярность движение зеленых, вегетарианство, натуральное земледелие и подобные инициативы, способствующие сохранению аутентичности и неповторимого духовного мира человечества.

Рассуждая о создании искусственного разума (или даже суперинтеллекта), следует вспомнить шутку по этому поводу, что в лучшем случае суперкомпьютер откажется работать и найдет на это миллиарды убедительных причин, на то он и супермозг. В худшем – заставит работать на него окружающий персонал, а потом произойдет «восстание машин» в соответствии с американскими фантастическими боевиками. Такое развитие событий теоретически вполне возможно.

Несомненно только одно – электроника в настоящее время находится в стадии интенсивного развития, именно с ней связаны наибольшие ожидания в создании наиболее эффективных нанотехнологических разработок, появлении новых областей и создании новых направлений (устройств и оборудования) применения нанотехнологий в уже существующих сферах.