Радость познания

Рассмотрим любую машину, например автомобиль, и зададимся вопросом о проблеме изготовления аналогичной крошечной машинки. Предположим, что в конкретном дизайне автомобиля нам нужна определенная точность деталей, скажем, нам нужна точность 4/10000 дюйма. Если детали не требуют большой точности, например, для цилиндра и тому подобных простых форм, работать с ними одно удовольствие. Но если я делаю слишком маленькую вещь, меня должны заботить атомные размеры; я не могу составить круг из «мячиков», если круг слишком мал. Если я допущу ошибку, соответствующую 4/10000 Дюйма, что соответствует ошибке в 10 атомов, выходит, я смогу уменьшить размеры автомобиля в 4000 раз, приблизительно до 1 мм в поперечнике. Очевидно, что если вы переконструируете автомобиль так, чтобы он работал со значительно большими допусками — что не так уж невозможно, — то сможете сделать устройство гораздо меньшего размера.

Интересно понять, какие особенности связаны с такими маленькими машинками. Во-первых, детали испытывают примерно одинаковые напряжения, силы эффективно проходят в области, которые вы уменьшаете, так что веси силы инерции относительно не важны. Иначе говоря, сопротивление материала становится гораздо больше, пропорционально уменьшению масштаба. Например, напряжение и растяжение махового колеса от центробежной силы будут одинаково пропорциональны уменьшению размера, если только скорость вращения возрастает в той же пропорции. С другой стороны, металлы, которые мы используем, имеют зернистую структуру; это особенно усложняет ситуацию на малых расстояниях из-за неоднородности материала. Пластик, стекло и другие материалы, имеющие аморфную природу, значительно более однородны, так что следует строить наши машинки из этих материалов.

Существуют проблемы, связанные с электрической частью системы — с медными проводами и магнитными деталями. Магнитные свойства на очень малых масштабах не такие, как на больших: на малых размерах затрагивается образование доменов. Большой магнит состоит из миллионов доменов, на малых масштабах магнит может включать только один домен. Электрическое оборудование не просто уменьшается до определенного масштаба; его необходимо переконструировать. Я не вижу никаких препятствий к тому, чтобы его переконструировать и заставить работать.

Проблемы со смазкой

Смазка обладает некоторыми интересными особенностями. Эффективная вязкость масел будет повышаться пропорционально уменьшению размера (если увеличить скорость до максимально возможного значения). Если мы не слишком сильно увеличим скорость и заменим масло керосином или некоторой другой жидкостью, проблема перестанет быть безнадежной. На самом деле мы можем и вовсе отказаться от смазки! У нас много дополнительных сил. Пусть подшипники работают сухими; они не нагреваются в процессе работы, поскольку из такого маленького устройства тепло уходит очень-очень быстро. Такая быстрая потеря тепла будет препятствовать взрыву бензина, поэтому невозможно внутреннее возгорание машины. При охлаждении можно использовать другие химические реакции, идущие с высвобождением энергии. Внешняя подача электроэнергии будет, вероятно, более удобной для таких маленьких машинок.

В чем состоит практическая польза таких машин? Кто знает? Конечно, маленький автомобильчик был бы полезен для миниатюрных существ, например, клещей — но я полагаю, что наше христианское милосердие не простирается столь далеко. Однако можно отметить возможность изготовления миниатюрных элементов для компьютеров на полностью автоматизированных фабриках с токарными станками и другими приборами, предназначенными для изготовления малых форм. Маленький токарный станок не может точно соответствовать такому же большому. Апеллирую к вашему воображению — найдите усовершенствования в дизайне, позволяющие получить преимущества для создания вещей малого масштаба, причем полностью автоматизированный процесс лучше всего отвечает управлению производством такого уровня.

Мой друг Альберт Р. Хиббс[21] предлагает очень интересную возможность применения приборов относительно малого масштаба. Он утверждает, что, хотя это и дикая идея, интересно было бы попробовать аппараты малых размеров в хирургии, если вы готовы проглотить хирурга. Вы помещаете механического хирурга в кровеносный сосуд, он проходит прямо в сердце и «осматривается» вокруг. (Информация должна отслеживаться.) Он обнаруживает, какой клапан поврежден, берет маленький нож и надрезает его. Другие маленькие машинки можно перманентно встраивать в тело человека, чтобы помочь правильно функционирующему органу.