Дон Эйглер: “Мы построим наномир”

В конце ноября в Москве впервые прошел IBM Innovators Tour (см. PC Week/RE, № 45/2005, с. 1). Среди его участников был сотрудник исследовательского подразделения Almaden Research Center Дон Эйглер. В IBM он известен прежде всего как человек, впервые показавший возможность создания структур на атомарном уровне: в конце 1989 г., используя созданный им сканирующий туннельный микроскоп, доктор Эйглер выложил из 35 отдельных атомов ксенона слово “IBM”. (Кстати, во время московского инновационного тура он продемонстрировал подобные манипуляции молекулярными структурами в дистанционном режиме с использованием Web-интерфейса.) Дон Эйглер носит звание почетного сотрудника IBM (IBM Fellow; это самый высокий знак отличия для технических специалистов корпорации; в настоящее время его удостоены 56 работающих в ней специалистов).

Доктор Эйглер согласился ответить на некоторые вопросы, касающиеся его работы в IBM и научно-исследовательской деятельности корпорации в целом.

Дон Эйглер

PC Week: Как обозначить ту область исследований, которой вы занимаетесь?

Дон Эйглер: Возглавляемая мною группа специалистов проводит серию экспериментов, направленных на расширение базовых знаний о физике атомных структур, а также исследует возможность применения наноструктур для создания компонентов вычислительных систем.

Работать на наноуровне ученые начали уже довольно давно, но 15-20 лет назад произошли существенные изменения в области построения сверхмалых структур и управления ими. Так уж случилось, что соответствующее направление получило название нанотехнологий, поскольку этот термин отвечал реальному линейному размеру исследуемых сверхмалых структур.

Правда, большая часть того, что я делаю, - это скорее “нанонаука”, нежели нанотехнологии. Но в то же время не чистая, а прикладная наука, с прицелом на перспективу. Мы считаем, что в будущем сверхмалые структуры станут играть огромную роль в области вычислительной техники, и поэтому нам очень важно понять их физические свойства. Но занимаясь фундаментальными исследованиями в области сверхмалых структур, мы тем самым закладываем основу для дальнейших прикладных исследований. Причем уже сейчас мы стараемся найти новые способы практического применения результатов наших теоретических изысканий.

Приведу один пример. В свое время мы начали проводить физические эксперименты с тем, чтобы разобраться, каким образом молекулы перемещаются на поверхности из одной точки в другую. И в процессе этой исследовательской работы вдруг осознали, что перед нами открывается возможность создания новой сверхмалой структуры, позволяющей передавать информацию и выполнять логические операции. Затем эта возможность была реализована в молекулярной каскадной микросхеме. Мы опубликовали в одном из научных журналов большую статью, которая, с одной стороны, содержала положения теоретической физики, касающиеся движения молекул, а с другой - включала описание логических микросхем.

Так что то, чем я занимаюсь, это наука, но она очень близко стоит к реальным технологиям.

PC Week: Как вы оцениваете потенциал нанотехнологий? Существуют ли физические пределы для их развития?

Д. Э.: Наноструктуры - это сверхмалые структуры, обладающие новыми свойствами, которых не имеют более масштабные структуры, т. е. мы можем делать с этими сверхмалыми структурами то, чего не можем реализовать с помощью больших. Приведу конкретный пример. Как мы используем электроны в полупроводниковых микросхемах? Мы просто передаем их через соединение подобно тому, как при включении крана пускаем воду по трубе. Однако мы знаем, что чем более тонкой становится структура вещества, тем большее значение приобретает уже волновая природа электрона. И если мы попытаемся явным образом использовать в сверхмалых структурах соответствующие волновой природе физические свойства, это позволит нам решать задачи совершенно новыми способами.

Если посмотреть на современную микросхему, то в ней можно насчитать дюжину непересекающихся соединительных слоев, в каждом из которых информация передается независимо друг от друга. А мы недавно продемонстрировали абсолютно новую возможность: используя волновые качества электрона, создали в фиксированном объеме сверхмалой структуры два взаимопересекающихся разнонаправленных канала передачи информации, не оказывающих при этом влияние друг на друга (фактически заменив два проводящих слоя одним). Важно отметить, что речь может идти не только о двух, но и о нескольких подобных каналах. Мы еще не знаем, каким образом станет использоваться такая структура на практике, однако сейчас работаем над этим.

Если говорить о пределах, то, я полагаю, нам никогда не удастся построить структуру, по размерам меньшую одного атома. Причем предстоит еще очень долгий путь, прежде чем мы достигнем порога в один атом.

PC Week: Ограничиваются ли интересы IBM областью наноэлектроники, или корпорация проводит исследования также в сфере наномеханики? Ведь до сих пор многие ключевые компоненты компьютерных систем являются механическими - взять, к примеру, жесткий диск, на котором хранится цифровая информация.

Д. Э.: Сейчас мы как раз пытаемся оценить, насколько важно для нас наномеханическое направление. Между прочим, у нас уже есть наномеханические проекты, например, уже упомянутая мною молекулярная каскадная микросхема или Millipede. С исследовательской точки зрения наномеханика выглядит весьма заманчиво, поскольку сверхмалые структуры иногда демонстрируют способность двигаться с очень высокими скоростями, и в настоящее время мы думаем, нельзя ли каким-то образом использовать это свойство в механизмах будущего. Бесспорно, наномеханика представляет для нас большой интерес, однако пока мы сами не можем представить, как будем ее применять. Единственное, о чем можно сказать с определенностью, так это о том, что мы - вместе со своими коллегами и партнерами по всему миру - хотим овладеть полным спектром нанотехнологий: и в наноэлектронике, и в наномагнетизме, и в наномеханике, и в нанофотонике, и в других “нанообластях”.

PC Week: Существует ли в IBM такое понятие, как план исследовательской работы? Есть ли конкретные цели, которых корпорация должна достигнуть в области нанотехнологий, скажем, через пять или десять лет? Или вы как руководитель лаборатории полностью свободны в своих исследованиях?

Д. Э.: Безусловно, у IBM имеются планы и на год, и на пятилетие, в которых четко выделены конкретные вехи. Однако чем в более далекую перспективу мы заглядываем, тем эти вехи, что совершенно естественно, становятся менее определенными, и потому они меньше ограничивают нашу инициативу. Мои исследовательские проекты (а речь идет о поиске новых способов выполнения вычислительных операций) - самые долгосрочные в корпорации и поэтому имеют весьма слабо очерченные цели, что дает огромную свободу действий. Перед большинством исследователей в IBM все-таки стоят четко очерченные цели на год, на два или три. Гораздо меньшее их количество работает над среднесрочными проектами, и совсем немногие выполняют проекты долгосрочного характера. Здесь существует своего рода закономерность: чем длительней срок исследовательской работы, тем меньше специалистов ею занимается.

PC Week: Были ли в вашей научной жизни такие ситуации, когда в силу тех или иных причин приходилось отказываться от дальнейших исследований?

Д. Э.: Со мной такого, к счастью, не случалось, хотя я знаю множество подобных примеров. Конечно, бывает так: кто-нибудь изобрел что-то новое, и ты видишь, что всё, над чем ты до сих пор работал, уже никому не нужно. Причем не всегда право на жизнь получают наилучшие продукты и технологии, нередко на рынке выигрывает гораздо менее совершенный, но либо более дешевый, либо более эффективно продвигаемый продукт или технология.

PC Week: Могут ли составить вам конкуренцию в области нанотехнологий, скажем, исследователи из Индии, Китая или Южной Кореи - стран, которые в последнее время вкладывают немалые инвестиции в развитие данного направления?

Д. Э.: В данной области существуют самые широкие возможности не только для перечисленных, но и для многих других стран, поскольку для разработки нанотехнологий вовсе не требуется какая-то развитая исследовательская инфраструктура. Достаточно лишь разумных инвестиций, а талантливые ученые и инноваторы сейчас есть повсюду. Недавно я посетил Таиланд, который сейчас тоже активно продвигает нанотехнологии. Премьер-министр и министр по науке задавали мне очень интересные и серьезные вопросы. Они спрашивали, например, о том, какое влияние могут оказать нанотехнологии на экономику их страны, на решение конкретных специфических для Таиланда проблем. Выделив приоритетные направления, тайское правительство вкладывает в развитие нанотехнологий такие средства, что мы вполне можем ожидать от них какой то отдачи.

PC Week: Возможен ли аутсорсинг в сфере инновационной деятельности?

Д. Э.: Мы готовы к сотрудничеству с самыми разными партнерами по всему миру. В корпорации уже сейчас есть подразделение On-Demand Innovation Services, которое способно поделиться своими научно-исследовательскими возможностями с клиентами IBM. Это - почти аутсорсинг научных исследований. “Почти” - потому что мы тщательно отбираем партнеров и проекты и предоставляем свои научные и исследовательские возможности только тогда, когда видим от них какую-то отдачу. В таких случаях выполняемые нами исследования, естественно, сослужат неплохую службу заказчику, решив его конкретную проблему, но они также окажутся полезными и для IBM: в перспективе они помогут создать нам новый продукт, породить новую идею, новое решение, которые мы затем сможем использовать повторно.

Но если, скажем, какая-то коммерческая фирма обратится в IBM и попросит создать наночастицы для косметических средств, то исследовательская лаборатория, которая смогла бы это сделать, скорее всего отвергнет подобное предложение, если только не обнаружит, что эти частицы могут пригодиться для каких-либо компьютерных приложений, допустим, для источников питания.

PC Week: Чего больше, на ваш взгляд, приносят людям технологии - пользы или вреда? Порой создается впечатление, что с развитием ИТ человечество не становится более счастливым. Применяемые в различных ведомствах базы данных делают человека уязвимым с точки зрения его частной жизни, системы GPS облегчают слежку за людьми, RFID-метки позволяют управлять пристрастиями покупателей; можно привести множество примеров негативного влияния ИТ…

Д. Э.: В принципе очевидно, что каждое открытие в любой сфере человеческой деятельности несет в себе как что-то положительное, так и нечто негативное. Человечество все время борется с проблемой добра и зла. Как ее решать? Это зависит не от технологии, а от того, насколько мы являемся людьми или не являемся таковыми. Тем не менее я верю, что в конечном итоге развитие технологий несет в себе больше пользы, чем вреда. Технология объединяет человеческое общество - стирая границы, она облегчает перемещение людей, помогает людям лучше узнать друг друга, интегрирует национальные экономики в единую мировую. И, что очень важно, национальные экономики при этом становятся взаимозависимыми. Всё это, как я считаю, дает больше оснований для того, чтобы люди решали свои проблемы, не убивая друг друга.

В общем, технология помогает нам решать реальные проблемы нашей жизни, скажем, выращивать продуктов питания, сколько нужно, чтобы прокормить все население планеты. Если ее правильно применять, то технология делает нашу жизнь более безопасной, здоровой и приятной. Мы можем использовать технологии как орудие мира. И именно об этом нам надо думать в первую очередь.

Реальные проблемы представляет не сама технология как таковая, а природа человека. Как сделать, чтобы человек отказался от деструктивных подходов? Как преодолеть человеческую жадность? Как добиться того, чтобы люди перестали ненавидеть друг друга? К сожалению, на эти вопросы нет однозначных ответов…

PC Week: Однако, на мой взгляд, налицо еще и недостаточная проработка специалистами сценариев применения вновь создаваемых продуктов и технологий. Не должно ли стать изучение возможных последствий - как позитивных, так и негативных - использования ИТ столь же важным предметом исследования, как и разработка самих технологий? Занимаются ли в IBM подобными вопросами?

Д. Э.: В IBM всегда думают о том, как будут использоваться технологии, которые создаются нашей корпорацией. Мы очень много времени проводим со своими клиентами, пытаясь понять, имеет ли какую-то пользу для них то, что мы разрабатываем. Как заказчики будут использовать ту или иную технологию? Поможет ли конкретная технология решить какие-нибудь их проблемы? В этом смысле мы действительно думаем о возможных сценариях применения технологий. Правда, если говорить о каких-то деструктивных сценариях, то мы их просто не прорабатываем. Мы не занимаемся, скажем, никакими аспектами военного применения наших технологий, а создаем их исключительно для решения реальных проблем и для созидательных целей. Если кто-то и думает об иных сценариях, то это не мы.

PC Week: Подчас фантасты весьма точно предсказывают будущее, предвосхищая в том числе и появление новых технологий. Вспомним хотя бы Айзека Азимова и его предвидения в области робототехники. Не оказала ли научная фантастика влияние и на вас?

Д. Э.: Научную фантастику я очень люблю - естественно, хорошую, потому что, к сожалению, в этом жанре есть много плохой литературы. Но на мою текущую работу научная фантастика реального влияния не оказывает. То, чем я занимаюсь в своей лаборатории, настолько превосходит любые самые фантастические прогнозы…

PC Week: Может быть, тогда вы сами опишете возможные сценарии того, что принесут, скажем, нанотехнологии в будущем?

Д. Э.: Давайте представим себе автомобиль, изготовленный с использованием наноматериалов. Прежде всего он будет гораздо легче машин, которые выпускаются сегодня. Но если уменьшится масса автомобиля, то существенно снизится и его энергопотребление. А когда две такие машины столкнутся, то каждая из них сожмется как гармошка, абсорбируя удар и защищая водителя и пассажиров от травм, после чего они “разожмутся” в обратную сторону и как ни в чем не бывало смогут двигаться дальше, увозя целыми и невредимыми своих пассажиров. Не верите? Поживем - увидим: этот сценарий не так уж далек от реальности, как можно сейчас предположить.

Появятся и другие возможности. Вам, например, перестала нравиться ваша синяя машина, вы щелкнули переключателем, и завтра ее цвет станет красным. Или стекла, которые автоматически темнеют либо светлеют в зависимости от наружной освещенности. Поверхность автомобиля будет поглощать солнечные лучи и вырабатывать электроэнергию. А в кресло водителя будут вмонтированы “нанопальцы”, которые во время движения смогут делать ему массаж спины.

Вот вам несколько кажущихся фантастическими идей. Хотя, конечно, я не Айзек Азимов…

PC Week: Спасибо за беседу.

PCWeek/RE, №47/2005