Помните историю про парня, подковавшего блоху?
Мы расскажем вам еще кучу подобных.
Маленькие машины для больших городов
Современный мегаполис – место оживленное. Особенно несладко приходится автомобилистам. Нехватка места для парковки, постоянные пробки – все это побуждает городских жителей отдавать предпочтение юрким компактным машинкам.
Про маленькие автомобили городского типа, рассчитанные на одного человека, вы почитаете в модных журналах о новинках автопрома. Мы же вспомним только про изобретение Перри Уоткинса – самую маленькую машину в мире.
Обзаводиться новинкой мы вам не советуем. Помните анекдот про самый бесшумный «Запорожец»? Когда в нем сидишь, шума двигателя не слышно, потому что колени закрывают уши. Так вот, английский изобретатель воплотил эту шутку в жизнь. Сидеть в его авто можно, только согнувшись в три погибели. Высота транспортного средства – 99 см, ширина – 66 см. Не всякий человек поместится! Кузов автомобиля выполнен из стеклопластика и весит около 150 кг. 150-кубовый двигатель способен разогнать машину до 64 км/ч и потребляет около 4 литров топлива на 112 км. Так что если пару месяцев экономить на еде и все-таки влезть в эту машину – то следом удастся сэкономить и на топливе.
Любителей миниатюрных самолетов тоже есть чем заинтересовать. Малыша зовут BD-5 «Микро». Специально для тех, кто в детстве не наклеился авиамоделей, этот вполне настоящий самолет продается в разобранном состоянии. Собрать его по силам мало-мальски опытным людям – каждая заготовка тщательно размечена, снабжена подробнейшими чертежами в масштабе 1:1 и рекомендациями по обработке и сборке. Времени это занимает не более 500 рабочих часов.
В эксплуатации самолет тоже удобен. Двигатель находится в идеальном для центровки месте. Удачно расположены толкающий винт и шасси. В результате управлять машиной вполне комфортно – больших усилий от пилота не требуется. «Микро» разгоняется до 373 км/ч, правда, нести на борту при этом может не более 322 кг. Зато он оборудован закрытой просторной кабиной, убирающимся трехколесным шасси, закрылками и полным комплектом пилотажно-навигационного оборудования. Расход топлива – всего 26,5 литров в час. Кроме того, малыш не бьет по карману владельца. С учетом всех расходов – на топливо, обслуживание, ремонт – двухчасовой перелет на «Микро» обойдется в 8 долларов. По американским ценам тот же путь на автобусе стоит 34 доллара, на автомобиле – 51, на мотоцикле – 16. Более долгий перелет обойдется в 36 долларов против 201 для автомобиля.
Помните поговорку – «не нужно изобретать велосипед»? Как выяснилось, нужно. Самый маленький велосипед специально для городских условий изобрел в 2004 году Клив Синклер. Новинка, получившая название A-bike, была представлена в Сингапуре. Несмотря на маленькие колеса, на A-bike можно разогнаться до 24 км/час. Он очень компактный – весит 5,5 кг, в сложенном виде занимает объем 0,03 куб. м. А для того чтобы разложить велосипед требуется всего 20 секунд. Но, несмотря на кажущуюся хрупкость, малыш достаточно прочный. Ездить на нем – одно удовольствие.
Нынешняя модель впервые поднялась в воздух 12 сентября 1971 года. Прежде чем создать это чудо техники, его конструктор Джеймс Беде в 1967 году построил одноместный одномоторный самолет для беспосадочного перелета (без дозаправки!) вокруг земного шара. Позже он установил три мировых рекорда по продолжительности полета – машина продержалась в воздухе более 70 часов.
Для ценителей больших скоростей и острых ощущений есть и реактивная модификация машины, BD-5J «Джет». Ее скорость составляет около 450 км/ч, а длина – всего 3,65 м.
Единственная проблема – управлять малюткой может только опытный пилот, «чайник» неминуемо разобьется. Вероятно, по этой причине самолеты серии BD пока не получили широкого распространения.
Создатели вертолетов тоже не спят. Норвежская компания «Prox Dynamics» разработала самый маленький в мире беспилотный вертолет весом всего в 15 граммов. При этом с его помощью планируется решать ряд военных задач – от патрулирования до разведки. Пока модель летает со скоростью 2 м/с, но создатели обещают разогнать ее до 7–8 м/с.
Мы неслучайно заговорили о геликоптерах. Некоторые футурологи считают, что в перенаселенных городах будущего с многокилометровыми автомобильными пробками личные вертолеты могут стать единственным спасением.
Самым маленьким и простым в эксплуатации вертолетом на сегодня является детище японской корпорации «Gene». У него даже нет кабины. Пилот сидит на седле вроде велосипедного, пристегнувшись ремнем к конструкции из нескольких металлических штанг. Два винта, руль (опять же, как у велосипеда), небольшой двигатель – вот и вся машина. Простота не мешает этой конструкции подниматься на высоту до 1000 м и двигаться со скоростью до 90 км/ч. Стоит такая игрушка ненамного дороже новой малолитражки – всего 32 тыс. долларов. Разработчики уверяют, что освоить ее можно всего за 2 часа. Притом для управления таким транспортным средством в Японии не нужно специального разрешения. Так что даже если вы не пилот боевого вертолета, никто не запретит вам каждый день перелетать с крыши собственного дома на крышу офиса.
Микрогорода
Но даже самые крошечные авто не смогли бы припарковаться в японском «микромегаполисе». Да, сочетание странное. Но назвать остров Гункандзима по-другому язык не поворачивается. На самом деле это риф к западу от берегов Японии. В 1810 году на нем случайно открыли уголь и туда хлынули поселенцы. Более 50 тыс. человек жили на скале радиусом в 1 км. В 1974-м шахты иссякли и все жители покинули остров. Самое густонаселенное место на земле превратилось в город-призрак.
Однако самый маленький город в мире – это, пожалуй, Хум. Во всяком случае, так утверждает книга рекордов Гиннеса. Старинный город-крепость населяет целых 23 человека. Две улицы, один ресторан, несколько сувенирных лавок, храм – вот, собственно, и все.
А в 2011 году новый минигород должен появиться в Арабских Эмиратах. Он будет состоять из 23 высотных башен: шесть «пяти-звездочных» отелей, четыре офисных здания и спальный район из восьми жилых небоскребов. Пять башен останутся резервными, говоря языком строителей – смешанного использования. Инфраструктура у нового города будет автономной. Называется этот проект «Capital Centre».
Кстати, одна из башен города будет «падающей» – и это при высоте в 35 этажей. Внутри разместяться супердорогой отель и офисы.
Про наноботов
Сегодня человечество вообще тяготеет к миниатюрности, в том числе в сфере технологий. И неудивительно – очень часто машина размером в пару десятков молекул может оказаться намного полезнее огромного агрегата.
О нанороботах мы писали много раз. В основном это были прогнозы того, как скоро все вокруг нас заполонят невидимые глазу роботы. Их появление со дня на день предсказывают многие солидные ученые мужи. Более того, на основе нанотехнологий уже сегодня создается, например, косметика. Но настоящих управляемых микроскопических роботов в природе пока не существует, хотя человечество вплотную подошло к их созданию.
Вот, скажем, Алекс Зеттл и его товарищи из университета Калифорнии в Беркли разработали самый маленький двигатель в мире. Именно он может послужить для создания миниатюрных помощников человека. Его размер составляет порядка 200 нанометров (в тысячи раз тоньше человеческого волоса).
Принцип его действия крайне оригинален. Ученые приспособили для пользы дела особенность силы поверхностного натяжения. Дело в том, что когда речь заходит о микроскопических масштабах, ее роль значительно увеличивается. Изобретение получило название «Наноэлектромеханический осциллятор релаксации, приводимый в действие силами поверхностного натяжения».
Устройство его таково: две мельчайшие жидкие капли металла индия лежат рядом на подложке, составленной из углеродных нанотрубок. Одна из капель меньше другой, и, когда через них пропускают электричество напряжением порядка 1,5 вольт, атомы из большей капли начинают «перебегать» в меньшую. Из-за того что меньшая капля растет быстрее, чем большая уменьшается, они начинают соприкасаться. Как раз в этот момент сила поверхностного натяжения заставляет «беглецов» вернуться на место. Потом процесс повторяется.
Еще один шаг на пути к созданию наноботов – это разработка английских студентов, представленная на Европейской конференции по искусственной жизни в городе Уинчестер в Великобритании. Учащиеся школы электроники и компьютерных наук Саутгемптонского университета умудрились создать 25 роботов, способных работать в группе. Как они это делают – пока секрет. Известно только, что в качестве двигателя был использован моторчик, применяемый в режиме вибрации мобильных телефонов. Зато изобретатели сообщили стоимость своего детища и возможные сферы его применения.
Будущему владельцу партия из тысячи штук обойдется порядка 30 тыс. долларов. С помощью этих роботов можно отслеживать движение нефтяного пятна на водной поверхности, перекрывать проезжую часть после аварии, исследовать недоступные для людей места, вести работы в космосе, изучать поведение птичьих стай и групп животных в различных ситуациях.
Но настоящий прорыв в деле создания наноботов совершили исследователи из Нью-йоркского Университета. Ученые из лаборатории профессора химии Нэдриан Симана создали устройство, способное стать основой для строительства сложных управляемых машин молекулярного масштаба. Фактически, это двурукий ДНК-наноробот.
Первое детище этой лаборатории – робот-строитель – структура, состоящая из трех молекул ДНК: двух длинных и одной короткой. Они скреплены друг с другом послойно. Материалом для изготовления этого наноробота стал массив, также созданный из молекул ДНК с помощью техники, которую ученые называют ДНК-оригами. Суть ее в следующем. В двумерной основе, составленной из ряда молекул ДНК, присутствуют два незаполненных участка. В них вставляют ДНК-кассеты – как дети собирают конструктор «Лего». В зависимости от того, какими концами вставлять кассету, робот может «ловить» те или иные молекулы и что-либо из них конструировать.
Первоначально микроскопические трудяги «не понимали», какие именно молекулы им следует хватать. Вероятность того, что робот возьмет нужное, составляла 50 на 50. Но позже выяснилось, что при нагревании до 40oС малыши «соображают» гораздо лучше.
Кстати, в Оксфордском университете сумели создать нанобота без рук, но с ножками. Этот парень бодро бегал по участкам молекулы ДНК, что, собственно, от него и требовалось.
Сегодня ученые в один голос говорят – до создания управляемых нанороботов остались считанные годы. Так что скоро у нас с вами появится множество невидимых помощников.
Компьютеры и телефоны
Это еще одна сфера, в которой идет «соревнование на уменьшение». Мобильные телефоны и ноутбуки с каждым годом «мельчают», и скоро их можно будет монтировать в часы.
Например, китайские разработчики создали телефон Xun Chi 138. Аппарат размером с две пальчиковые батарейки весит 57 граммов. При этом он, естественно, напичкан кучей всяких «девайсов». В нем есть 1,3-мегапиксельная камера, MP3-плеер, USB-порт, поддержка GPRS, и даже встроенная память емкостью 121 Мб. Нет только клавиатуры – из-за размера телефона даже человек с миниатюрными пальчиками нажимал бы сразу несколько кнопок. Будущих пользователей ожидает лишь одно неудобство – телефон «не понимает» ни одного языка, кроме китайского. Но если это не проблема – смело обзаводитесь малюткой.
С вычислительной техникой все тоже очень занятно. Производитель микрочипов – компания «Marvell» – наладила выпуск компьютера размером с блок питания для телефона. Причем несмотря на свои скромные размеры он вполне может конкурировать с ноутбуками, при этом потребляя в 10 раз меньше электроэнергии. Название новинки – «SheevaPlug». По своим функциям он почти не уступает «настоящему» компьютеру. И даже может служить сервером, накопителем медиаконтента, системой резервного копирования, точкой совместного и удаленного доступа, мостом для ряда домашних сетевых устройств. В общем, штука многофункциональная.
Но как ни крути, компьютеры на кремниевой основе доживают свой век. Их производители уперлись в потолок возможностей такой техники. Уменьшать рабочие элементы уже почти некуда, а мощностей для решения различных задач нужно все больше. Поэтому уже к 2012 году обещают появление новой техники.
Этим прорывом должны стать молекулярные компьютеры. ДНК-компьютеры используют, как видно из названия, вычислительные возможности молекул ДНК. В 1994 году Леонард Адлеман, профессор университета Южной Калифорнии, продемонстрировал, что с помощью пробирки с ДНК можно очень точно проводить вычисления (а именно это – основная задача ЭВМ). Такой метод позволяет сразу создать все возможные варианты решений с помощью известных биохимических реакций. Следом нужно лишь быстро отфильтровать именно ту молекулу-нить, в которой закодирован нужный ответ.
Естественно, не обошлось без проблем. Во-первых, пока на таком компьютере нельзя решать какие-то сверхглобальные задачи. Во-вторых, нужен очень четкий контроль за реакциями.
Еще один тип молекулярной вычислительной машины – пресловутый квантовый компьютер. Объяснить принцип его работы непосвященному – довольно трудно. Квант – это неделимая порция какой-то величины. Компьютеры на квантах при небольших размерах будут работать в тысячи раз быстрее нынешних. Единица информации в квантовом компьютере может быть не нулем или единицей, как в обычном, а и тем, и другим сразу. Это значит, что одна такая ячейка способна выполнить сразу две операции, две ячейки – 4 и т.д. А если электронов в квантовом компьютере наберется тысяча, во всей Вселенной не останется ни одной нерешаемой задачи.
Вообще, в теории существует несколько разновидностей квантового компьютера, но наиболее вероятными представляются два варианта.
Первый из них – квантовый компьютер на ионных ловушках (кстати, за их создание ученому Боннского университета Паулю была присуждена Нобелевская премия). Разработчикам удалось создать ионный кристалл – «мозг» будущей машины.
Второй тип – квантовый компьютер на твердом теле. Австралийский физик Кейн предлагает брать за основу кремний, на котором работает традиционная микроэлектроника. В нужных местах на расстояниях порядка 100 ангстрем располагают атомы фосфора. Они-то и будут управлять процессом, много-кратно увеличивая быстродействие.
В настоящий момент канадская компания «Ди-Вейв» сумела создать первый в мире квантовый компьютер. Конечно, в нем используется не тысяча частиц, а всего 16. Поэтому мощности пока маловаты. По правде говоря, сейчас он уступает даже кремниевым. И при этом очень массивен: крошечный процессор окружен огромными чанами с охлаждающим газом и мощными лазерами. Так что до квантовых лэптопов еще далеко.
Прототип нового компьютера уже создан – это импульсный ядерный магнитно-резонансный спектрометр высокого разрешения. Фактически, это и есть квантовый компьютер, просто очень примитивный и маломощный. Принцип его работы таков: импульсы магнитного поля изменяют направление движения ядра. Но пока эта система очень громоздкая.
Маленькие убийцы
Кто-то создает, а кто-то разрушает. Новинки в сфере разработки оружия тоже не отстают от мировых тенденций. Карманную ядерную бомбу, к счастью, пока не изобрели. Но среди крохотного оружия тоже есть смертельно опасные «игрушки».
Одна из них – самый маленький в мире пулемет. Он очень похож на обычный станковый: устанавливается на треногу, имеет две рукоятки для стрелка. Вот только калибр у него – 17-й (это что-то порядка 5 мм), а размер – с две ладони. Но это нисколько не делает его менее смертоносным. Причем машинка имеет порядочную скорострельность.
С пистолетами все еще интересней. На сегодняшний день официально самым маленьким из них считается швейцарская модель «SwissMiniGun» – уменьшенная копия знаменитого «Кольт-Питон». Его длина – 5,5 см, вес – 20 граммов, калибр пули – 2,34 мм.
Дамы могут заказать «пушку» из золота, инкрустированную бриллиантами – она отлично смотрится в качестве подвески на шее. Исполнение в золоте этой модели стоит 60 тыс. долларов, в стали – 6 тыс. Несмотря на смешные размеры, подобная «игрушка» – вполне реальное оружие самообороны. Конечно, из него нельзя лихим выстрелом с бедра «завалить» врага на расстоянии 40 шагов, но если стрелять в упор, то убить человека вполне реально.
Подкованная блоха
Естественно, «минимализация» имеет не только практическое значение. Создание крошечных вещей – «микроминиатюра» – это целое искусство. Оно появилось еще в Древней Греции, но самые известные мастера жили в Китае и Японии. Так, если верить легенде, Хокусаи Кацусика (автор известных «Тридцати шести видов Фудзи»), желая продемонстрировать свое умение, взял метлу и ведро туши и начал носиться по площади, прямо на ходу делая мазки. За несколько минут прямо на городской площади в 200 кв. м появился гигантский рисунок божества. Рассмотреть его можно было только с крыши находящегося рядом храма. Затем художник ровно за то же время нарисовал пару воробьев на зерне кукурузы. Только разглядеть их без увеличительного стекла не представлялось возможным.
Современным мастерам хоть и легче, но ненамного. Вот что рассказывает художник Владимир Анискин: «Делается все это под микроскопом. Вручную. Без использования каких-либо манипуляторов. Инструмент держу, зажав пальцами. Если, например, взять иголочку, расположить ее в поле зрения микроскопа и максимально успокоиться, расслабиться, то иголочка начнет «трепыхаться» в такт сердцу. Это одна из бед и трудностей микротворчества. Причем «трепыхания» эти существенны и от них никак не избавишься. Поэтому приходится к ним приспосабливаться – особо тонкую работу выполнять между ударами сердца.
Инструменты я придумываю и изготавливаю сам. Взять, например, работу: восемь верблюдов размещены внутри конского волоса. Диаметр конского волоса 0,12 мм (что чуть больше, чем толщина лезвия). Волос просверлен вдоль своей оси, диаметр отверстия 0,08 мм. Значит, нужно сделать сверло, заточить его и просверлить волосок. Но это еще не все. Волосок затем нужно еще и отполировать (чтобы он был прозрачным). Причем отполировать его нужно и снаружи и изнутри! Но и это еще не все. Разместить восемь верблюдов (я опускаю, что их нужно еще сделать высотой меньше 0,08 мм) внутри волоса не повредив их, и чтобы они находились все в одной плоскости – очень и очень трудно. Сверло, сверление, полировка – на решение этих задач уходят годы».
А вот «коллега» Владимира, художник из Омска, сумел подковать настоящую блоху. Золотыми подковами размером 0,25 на 0,2 мм. Площадь каждой из них в 6 000 000 раз меньше подковы лошади. Разработка технологии и изготовление этой миниатюры продолжались целых 7,5 лет.
Кстати, есть и весы, на которых подкованную блоху можно взвесить. И это не чудо сверхточной электроники, а обычные аптекарские весы размером в 1 см. Их автор – индус Ятиндер Пал Синх родом из города Ханси.
На территории бывшего СССР микроминиатюрой занимается всего десяток человек. Вещи, которые они создают, весьма любопытны: миниатюрные шахматы высотой 2,0 – 3,8 мм; игровое поле – 17 на 17 мм; матрешки, выточенные из кости мамонта, высотой 5, 4 и 3 мм; книга Чехова «Хамелеон» размером 0,9 на 0,9 мм.
Самая маленькая скрипка в мире мала даже для кузнечика. Ее размер 10 микрометров, т.е. приблизительно равен по размеру клетке крови. Сделана она разработчиками нанотехнологий университета Корнелл. У скрипки даже есть 6 струн толщиной 50 нанометров (не более 10 размеров атома).
Самое маленькое фортепиано изготовлено компанией «Sega Toys Co» в 2006 году. Оно содержит 88 клавиш (ширина каждой – 4 мм) и весит всего 2,5 кг. Музицировать на нем, правда, нельзя.
А вот наноарфа вполне может издавать звуки. Только услышать их человеческим ухом невозможно. Весь инструмент вытравлен на одном кристалле кремния, а струны представляют собой кремниевые стержни 50 нанометров в диаметре и 1–8 микрометров в длину.
Самый маленький саксофон – уж точно не менее сложный по изготовлению инструмент, чем наноарфы и наноскрипки, хотя размером он «целых» 30 см. Звучит малыш на октаву выше, чем обычный сопрано-саксофон.
