На заре микропроизводства чипы обычно выполняли интеллектуальные функции в устройствах нормального размера. Эту тенденцию определил персональный компьютер 1980–х; микрочип там находился в центре большого ящика, заполненного устройствами, обеспечивающими подачу электричества, прием сигналов и выполнение ответных действий. В течение 80–х и 90–х микрочипы встраивались во все более расширяющийся круг крупногабаритных систем — от домашних электроприборов до автомобилей и самолетов. Сегодня, с развитием технологий МЭМС, резко уменьшиться в размерах оказались способны и многие другие устройства, что открывает новые возможности для проектирования. МЭМС могут работать как автономные системы размером с насекомое внутри человеческого тепа и в прочих местах, требующих предельной миниатюризации. Запущенные в массовое производство недорогие МЭМС можно разбрасывать, как зерна пшеницы, ими можно окрашивать поверхности, их можно замешивать, к примеру, в бетон. Можно делать из них умные покрьп’ия, фиксирующие изменения окружающей среды и реагирующие соответствующим образом. А установив между ними беспроводную связь, можно создавать системы с распределенным интеллектом.

За «микро» идет «нано» — мир, где устройства и системы, размеры которых исчисляются миллиардными долями метра, строятся атом к атому и молекула к молекуле. Идею эту предложил в 1959 году Ричард Фейнман в своем знаменитом выступлении «Внизу еще полно места»5. В конце 1980–х Эрик Дрекспер, собравший свои гипотезы в работе «Двигатели создания», поднял новую волну интереса к наномируб. Немногим более десяти лет спустя в США начала работу щедро финансируемая Национальная программа нанотехнологий; подобные же усилия предпринимались в других странах7. Научные и технические журналы регулярно публиковали обзорные материалы по теме — то восторженные, то критические8. А Майкл Крайтон пугал читателей своего техно–триллера «Рой» мерзкими ордами самовоспроизводящихся наночастицЭ.

Наноштучки не просто мельче своих микробратьев, они и ведут себя иначе. В депо вступает квантовая физика. Здесь преобладает энергия химических связей и межатомных взаимодействий. Огромная площадь поверхности на единицу объема часто ведёт к появлению полезных химических и биологических свойств. Характеристики прочности, удельной мощности, трения, теплопроводности, а также износостойкости и надежности оказываются другими, нежели при больших размерах. Здесь нужно помнить об уязвимости крошечных подвижных частей при столкновении со сравнительно крупными молекулами воздуха. Там, внизу, проектировщикам приходится играть по новым правилам.

Появление сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году позволило увидеть и сдвинуть единичный атом на поверхности образца. С тех пор нанотехнологи разработали целый ряд модификаций сканирующего микроскопа — в частности атомно–силовой микроскоп, — позволяющих передвигать атомы, как кубики Lego. Это дает возможность вручную собирать интереснейшие наноструктуры, но производство таких структур в целесообразных количествах требует эклектичной смеси из методов и техник, используемых в физике, химии, материаловедении, машиностроении, электротехнике и биологии. Многих из устоявшихся границ между этими дисциплинами в наномире просто не существует.

Если микропроизводство основано на контролируемом сверху придании материалу определенной формы, на наноуровне могут происходить определяемые снизу процессы самоорганизации. Как в биологических системах: структуры самопроизвольно выстраиваются из фрагментов атомного и молекулярного уровня, затем объединяются в более крупные и более сложные системы и так далее. Чтобы построить по такому принципу сверхсложные конструкции, нужны механизмы минимизации ошибок и автоматической корректировки на случай, если ошибка все‑таки была допущена.

На наноуровне впервые открываются возможности для молекулярной электроники и квантовых вычислений. Наноэлектронные схемы можно выстраивать из молекулярных «проводов» 10или из квантовых точек — беспроводных структур вроде электромагнитных «ящиков», содержащих определенное количество эпектронов11. Память и дисплеи компьютеров можно конструировать из углеродных нано–трубок12. Целые «вычислительные частицы» — взаимодействующие друг с другом в аморфной компьютерной системе — могут уменьшиться так, что будут летать, как пылинки, держаться на поверхности воды, как пыльца, и впрыскиваться в вену в качестве диагностических устройств13. А химические и биологические сенсоры смогут засекать одну–единственную молекулу.

НЭМС (наноэлектромеханические системы) могут включать в себя подвижные молекулярные фрагменты. Микроскопические двигатели, приводы, цепи, насосы и акселерометры, роботы размером с клопа и турбины с монетку существуют уже сегодня, а сеть пестрит изображениями, схемами и проектами механизмов наноразмеров. Наноустройства могут даже стать частью беспроводного мира. У5ке сегодня к отдельной молекуле ДНК можно прикрепить нанокристаллическую антенну и управлять ею с помощью радиосигналов14. По нашей команде двойная спираль может скручиваться или раскручиваться — работая, скажем, крохотным манипулятором либо переключателем или же меняя уровень экспрессии кодируемого ею гена в рамках биологической системы.

Крайнюю миниатюризацию обычно представляют как путь к повышению быстродействия, эффективности и экономичности использования материалов, а также снижению стоимости. Однако это еще и способ вместить большее количество функций в конструкции меньшего объема, тем самым приближая их к тепу (а то и внедряя в него) и освобождая от привязки к определенным точкам пространства. Сложные функции компьютерной графики, к примеру, впервые были реализованы на терминалах, подсоединенных к компьютерным станциям, затем они стали доступны персональным компьютерам, переносным игровым приставкам, ноутбукам и, наконец, устройствам МЭМС, проецирующим изображение на сетчатку глаза. Первые искусственные сердца были громоздкими больничными установками, но затем они уменьшились до размеров имплантата 15.

В эру нанотехнологий возможности простираются еще дальше. Ричард Фейнман представлял себе, как операционные канут в Лету, когда микроскопического робота–кардиохирурга станут запускать прямо по кровеносным сосудам16. А неудержимый Рей Курцвейл в качестве альтернативы виртуальным очкам предложил запускать в мозг миллионы наноботов: «Пока вам нужно бьпъ в настоящей реальности, наноботы бездействуют, но стоит вам захотеть оказаться в виртуальной реальности, они блокируют сигналы, подаваемые вашими органами чувств, и подменяют их сигналами, которые вы получали бы, пребывая в виртуальном пространстве. В этот момент в вашем мозгу создается полная иллюзия присутствия в этом выдуманном мире» 17. Это как болезнь Альцгеймера, только вместо пассивных болезнетворных бляшек у вас в мозгу активные благонравные наноботы. С точки зрения управления сетью это даже логично: чем заменять сигналы в двух узлах (глазные яблоки) на самом краю нервной сети, лучше использовать множество узлов в самом ее центре.

Такое смещение ближе к тепу изменило общий контекст и формулировку проектировочных задач. К примеру, дизайн настенных и настольных телефонов с давних пор усвоил традиции бытовых механических и электроприборов, таких как часы, тостеры, кофемолки и стереосистемы. Дизайнеров приучают к минималистской наднациональной манере, разработанной классиками «Баухауса» и Ульмской школы, а наиболее элегантные образцы в итоге оказываются в коллекции промышленного дизайна МоМА. А вот сотовый телефон все больше воспринимается как аксессуар, наравне с кошельками, сумками, туфлями, шляпами, шейными платками и очками. Оказывается, что такие признаки, как пол, возраст и статус, имеют тут принципиальное значение; немолодому мужчине–финансисту обычно требуется телефон, подходящий к его костюму, тогда как японская девочка–подросток предпочитает стилистику Hello Kitty. Мигрируя в карманы со стен и столов, телефоны оказываются в сфере влияния модного дизайна и маркетинга — а их форма и стиль, подобно предметам одежды, начинает бесконечно множиться. Когда мы начинаем воспринимать их как символы статуса, а не средства связи, они приобретают новую культурную роль.