Молекулы имеют значение, потому что вещество состоит из молекул, а все, от воздуха до человеческой плоти и космических кораблей, состоит из вещества. Когда мы узнаем, как управлять молекулами по своему усмотрению, мы сможем создавать новые вещи и делать старые вещи по-новому. Возможно, именно поэтому японская MITI определила «технологии управления для точного расположения молекул» как главную промышленную задачу двадцать первого века. Молекулярная нанотехнология даст полный контроль над веществом в больших масштабах при низких затратах, разрушая множество технологических и экономических барьеров практически одним ударом.
Молекула — это объект, состоящий из набора атомов, удерживаемых вместе сильными связями (одноатомные молекулы являются частным случаем). «Молекулой» обычно называют объекты с числом атомов, достаточно малым, чтобы быть подсчитанным (до нескольких тысяч), но, строго говоря, шина грузовика (например) — это в основном одна большая молекула, содержащая что-то около 1 000 000 000 000 000 000 000 000 атомов. Подсчет этого количества атомов вслух займет около 10 000 000 000 миллиардов лет.
Ученые и инженеры до сих пор не имеют прямого и удобного способа управления молекулами, в основном потому, что человеческие руки примерно в 10 миллионов раз больше их. Сегодня химики и материаловеды создают молекулярные структуры опосредованно, смешивая, нагревая и совершая другие подобные действия. Идея нанотехнологии начинается с создания молекулярного ассемблера, устройства, напоминающего руку промышленного робота, но исполненного в микроскопическом масштабе. Общецелевой молекулярный ассемблер будет механизмом, собранным из твердых молекулярных деталей, управляемым моторами, контролируемым компьютерами, и способным схватить и переместить объекты молекулярного масштаба. Молекулярные ассемблеры могут быть использованы для создания других молекулярных машин — в том числе и других молекулярных ассемблеров. Ассемблеры и другие машины в молекулярных производственных системах смогут сделать почти все, если получат необходимое сырье. По сути, молекулярные ассемблеры — это микроскопические «руки», которых нам сегодня не хватает. (Химиков просят простить это литературное описание; конкретные детали молекулярного взаимодействия и связей не меняют сути дела).
Нанотехнологии позволят лучше контролировать молекулярные строительные блоки, то, как они двигаются и соединяются, чтобы сформировать более сложные объекты. Молекулярное производство будет создавать вещи, строя снизу вверх, начиная с самых маленьких возможных строительных блоков. Нано в нанотехнологии происходит от nanos, в переводе с греческого — карлик. В науке приставка нано означает одну миллиардную часть чего-то. Например, нанометр и наносекунда — типичные единицы измерения расстояния и времени в мире молекулярного производства. Когда вы видите, что «нано» прикреплено к названию объекта, это означает, что объект сделан путем соединения вещества с молекулярным управлением: наномашина, наномотор, нанокомпьютер. Это самые маленькие, самые точные устройства, которые могут быть сделаны на основе современной науки.
