Юрий Берков
Наука и техника будущего
7. Конструктор
(Отрывок из романа «Новые кроманьонцы»)
Андрей – студент пятого курса медицинского института, генетик.
Зоя – его подруга, инженер-конструктор.
Катя – дочь Зои от первого брака.
Сибирь, Найск (прототип г. Ленск), ноябрь.
В Найске зима окончательно вступила в свои права. В тайге было уже довольно много снега. Оттепели прекратились, и температура установилась на уровне минус 5 – 15 градусов.
Андрей вернулся домой из лаборатории около десяти вечера. Он вошёл слегка запыхавшийся, раскрасневшийся от мороза.
– Привет, – небрежно бросил он заглянувшей в прихожую Зое.
Следом за ней появилась и 5-ти летняя дочь Катя.
– Здравствуй, котёнок, – приветствовал её Андрей. – Как дела? Девочка смущённо заулыбалась и пожала плечами.
– А мы сегодня в садике в конструктор играли. Я дом строила.
– И как же ты его строила?
– Из деталей. Только этот конструктор не настоящий. Он в компьютере сидит. Там разные детальки, их много, много! Из них нужно выбирать такие, чтоб подходили, и тогда на экране получается дом. Я его первая построила. Меня воспитательница похвалила. Он пятиэтажный, с арками и колонами.
– А другие ребята тоже дома строили?
– Нет. Мальчики разные машинки собирали, а потом ездили на них. Там такой джойстик есть, им можно управлять машинкой. А можно и кораблём и самолётом. Хоть трактором! – и Катя засмеялась своей шутке.
– Ты будешь, наверное, как мама – инженером-конструктором?
– Не знаю. Но вообще-то мне это нравится. Захочу – дом соберу, захочу – машину или самолёт. Они там прямо как настоящие!
– А вот твоя мама настоящие машины проектирует, – заметил Андрей.
Он уже разделся, надел домашние шлёпанцы и прошёл в гостиную.
– И вовсе не настоящие, – возразила Катя. – Она тоже на компьютере их собирает.
Андрей сел на диван, и Катюша сразу забралась к нему на колени. Зоя устроилась в кресле напротив.
– Сперва – на компьютере, а потом они становятся настоящими, – возразила она.
– Как это? – не поняла Катя.
– Это долго объяснять. Ты ещё маленькая. Вот вырастешь и узнаешь.
– Расскажи, – попросил Андрей. – Мне это интересно. Ты же знаешь, чем я занимаюсь в лаборатории, а на твоей работе я ещё не был.
– У меня на работе всё проще. Там нет таких хитрых приборов, как у тебя. У меня одни компьютеры, да видео-шлемы.
– Ну и как же ты проектируешь машины?
– А очень просто. Существует каталог деталей машин и функциональных узлов: редукторов, клапанов, приводов, подвесок и т. д. В зависимости от задания я подбираю различные узлы и детали, соединяю их вместе и получаю нужный механизм.
– Но ведь эти детали и узлы должны точно подходить друг к другу, сопрягаться.
– Правильно. Сначала я указываю куда, в какое место надо поставить ту или иную деталь, потом меняю её размеры – масштабирую, и, наконец, вставляю куда нужно. А более точную подгонку делает сам компьютер. Я могу, как угодно вращать механизм, делать вырезы, разрезы, убирать детали.
– Понятно. Значит, в видео-шлеме ты видишь трёхмерное изображение проектируемой машины?
– Конечно. Изображение цветное, объёмное. Кроме того, я могу увидеть механизм в работе. Могу моделировать разные нагрузки. Если нагрузка превышает допустимую, то перегруженные узлы начинают краснеть, как бы раскаляются и возле них появляются мигающие стрелки.
– А откуда компьютер знает, какие узлы перегружены?
– Так в него же заложены все характеристики деталей: прочность, упругость, марка металла или пластмассы и даже стоимость. Пока я конструирую, соединяю детали, компьютер подсчитывает допустимые нагрузки, скорости вращения, трение, массу.
– Так тебе и делать нечего. Всё делает за тебя компьютер!
– Если бы! – усмехнулась Зоя. – Собрать механизм несложно. Но потом приходится долго возиться с его отладкой, доводкой. Бывает, не идёт какой-нибудь узел и всё! То он перегревается, то ломается, то не влезает в размер. Главная наша забота – это обеспечить нормальную работу механизма при минимальных его габаритах и стоимости. Если бы нас не зажимали заказчики по габаритам и стоимости, то конструировать было бы совсем просто. А так приходится ломать голову, переделывать всё раз, другой, третий, пока не получится то, что надо. Заказ на проектирование выдаётся двум, трём, а то и пяти КБ одновременно, а в металл воплощается только один – самый лучший проект.
– И тебе удаётся конкурировать с другими фирмами?
– Удаётся, как видишь. Иначе бы нас давно разогнали. У нас в группе пять инженеров-конструкторов. Талантливые ребята. Мы проектируем манипуляторы для роботов и разных технологических линий. Манипуляторы самые разные, от простейших, до очень сложных, копирующих руку человека. Её пальцы имеют чувствительность не хуже пальцев хирурга и могут выполнять очень тонкую, буквально ювелирную работу.
– Ну и как же потом воплотить ваш компьютерный виртуальный манипулятор в реальный, из металла и пластика?
– Очень просто. Компьютер выдаёт полный каталог деталей и все их размеры. Чип-флэшку с цифровыми данными можно сразу закладывать в универсальный 3D-принтер – станок с числовым программным управлением. Обычно он использует метод послойной печати детали. Распечатает любую деталь с точностью до микрона.
– Значит, так можно спроектировать любой станок, любую машину?
– Конечно. Но для компьютера нужны программы. А современные программы очень сложны и дороги. Есть программы, по которым проектируют автомобили, корабли, самолёты. Они моделируют нагрузки, вибрации, удары. Сначала компьютерную модель самолёта подвергают компьютерным испытаниям. Модель ломается, разрушается, но всё это не настоящий самолёт, а его виртуальный образ. Такие испытания не требуют затрат. И только потом виртуальный самолёт воплощается в реальный.
– Теперь мне ясно, почему авиация, кораблестроение и автомобилестроение так далеко шагнули вперёд. Да и роботы великолепные! Всё что хочешь сделают, и костюм сошьют, и телевизор соберут, – заметил Андрей. – Значит, манипуляторы универсальных строительных роботов это твоё детище?
– Не только моё. У нас коллектив, и все мы в той или иной степени участники разработки. А вообще-то, у нас Гена Фёдоров всему голова. Он обычно выдаёт новые идеи, а мы претворяем их в жизнь. У нас его зовут «Генератор Гена» или «ГГ».
– А я его знаю, – вдруг заявила притихшая Катя. – Он заходил к нам два раза. Ты ему варенье давала.
– Верно. Он болел, и я давала ему малиновое и брусничное варенье.
– А нам в садике говорили про робота-хирурга. Он сам все операции делает.
– Это не совсем так, – пояснил Андрей. – Врач-хирург есть, но он находится далеко. В какой-нибудь клинике. Ему передают по интернету изображение операционного поля, а он делает операцию как бы понарошку. Надевает на руку специальный экзоскелетон, берёт в руку хирургический инструмент, на голову надевает видео-шлем и выполняет операцию. При этом он видит объемное цветное изображение своего пациента. Больной лежит в какой-нибудь захудалой районной больнице, где есть робот-хирург, а настоящий хирург управляет этим роботом за сотни и тысячи километров. Благодаря роботам-хирургам теперь крупнейшие специалисты могут выполнять сложнейшие операции, не выходя из дома. Они могут выполнять операции на космических станциях, на кораблях в океане, высоко в горах, в Арктике и Антарктике, и даже в подводных камерах. Робот-хирург не укачивается в море, не боится невесомости, не устаёт и не болеет. Он может трудиться и день и ночь, лишь бы на другом конце им управляли специалисты. Настоящему хирургу теперь не куда спешить, не надо срочно куда-то ехать, лететь.
Например, человек попал в аварию и ему оторвало руку или ногу. Тут важно не упустить время, важно сделать операцию быстро. Пострадавшего привозят в ближайшую больницу, устанавливают связь с крупным медицинским учреждением, где есть специалисты по сшиванию сосудов, нервов и робот-хирург приступает к работе.
– Разве можно пришить оторванную руку? – усомнилась Катя. – Человек же не кукла!
– Можно, – если не терять зря время. Есть специальные манипуляторы для микрохирургии. Они копируют кисть человека, уменьшенную в 15 раз. А изображение операционного поля увеличивают в 15 раз и более. Таким образом, микро-хирург видит в шлем всё очень хорошо. Каждый сосудик, каждый нерв и делает буквально ювелирную работу.
А ещё есть универсальный строительный робот – гигант. Он выполняет все строительные работы. Оператор в нём сидит в экзоскелетоне, а робот повторяет все его движения.
– А у оператора тоже есть видеошлем?
– Конечно. Все роботы управляются через видеошлем. Даже робот – водолаз. Он может работать на любых глубинах, а оператор сидит в кабине надводного корабля. Ему тепло и уютно. А робот – космонавт может работать в открытом космосе не подвергая риску настоящих космонавтов.
– Мама, а ты купишь мне видео-шлем? Я хочу смотреть стереокино и играть в компьютерные игры.
– Но у нас дома есть стереовизор.
– А я хочу смотреть одна, чтобы мне не мешали.
– Нет, Катюша. Смотреть слишком много тебе вредно. Ты станешь телеманкой.
– А у нас девочки смотрят много.
– Значит, родители неправильно их воспитывают. Эти девочки будут жить в своём компьютерном виртуальном мире, не зная настоящей жизни, не умея играть и общаться со сверстниками. У них будет слабое здоровье, поскольку они мало двигаются, переутомляются, и им будет трудно в жизни.
– Я с тобой согласен, – кивнул Андрей. – Когда все вместе смотрят телевизор, то есть общие эмоции, общие впечатления. Можно комментировать, обсуждать увиденное. Так создаётся общее мнение, воспитываются дети. А если каждый уткнётся в свой видео-шлем и будет смотреть своё кино, то людям просто станет не о чем разговаривать. Каждый будет сам по себе. Кроме того, родители не знают, что смотрит их ребёнок. А он может смотреть совсем не детские фильмы. Это могут быть и порнофильмы, и фильмы ужасов, которые перевозбуждают, травмируют неокрепшую психику детей. Это могут быть и какие-нибудь сектантские фильмы, уводящие детей из реальной жизни в мир духов, призраков, ложных идеалов. Поэтому, я думаю, видео-шлем детям противопоказан.
– Ууу… – недовольно протянула Катя и пошла спать.
8. Ключ генетики
(Отрывок из романа «Новые кроманьонцы»)
Андрей – студент пятого курса медицинского института, генетик,
Сергей – студент пятого курса медицинского института, генетик, друг Андрея.
Профессор Лебедев – преподаватель медицинского института.
Заканчивался ноябрь. За окном мела позёмка, а в лаборатории института было тепло и тихо. Андрей сидел за компьютером, завершая оформление заявки на своё открытие. Сергей работал с компьютерной моделью 23-ей X-хромосомы.
В лабораторию вошёл профессор Лебедев.
– Добрый вечер, друзья. Как успехи?
– Нормально, – ответил Андрей.
– Это хорошо. А у меня к вам просьба. Небольшая. Надо считать геном одного пациента клиники. Проверить его клетки на наличие мутаций. Хотел поручить это начальнику лаборатории Кондееву, да он сильно загружен. Пишет итоговый отчёт по теме «Детектор». В декабре у него защита.
– Что за необходимость? Чьи клетки? – спросил Сергей.
– Да парнишки одного, который долгое время болел после облучения.
– А в чём дело? Зачем ему понадобился генный анализ? До сих пор делали только хромосомный. Этого достаточно, чтобы судить о степени поражения генома.
– Хромосомный анализ уже сделали. Все хромосомы на месте. Мейоз нормальный. Полный гаплойдный набор. Но когда лаборантка показала фотографии профессору Звереву, тот заметил некоторые утолщения в локусах 6-ой и 7-ой хромосом. Диски как бы слегка пуфированы. Это его заинтересовало. Вот Зверев и попросил меня сделать анализ генома. Разобраться в чём дело. Ты сможешь это устроить?
– Когда надо?
– Желательно сегодня.
– Но уже семь часов… Это займёт часа два, если исследовать только две эти хромосомы… Попробуем, конечно… И Сергей стал готовить к работе многоканальный секвенатор.
– Что нового в генетической науке? – задал он профессору дежурный вопрос, чтобы поддержать разговор.
– Что новенького? Да как тебе сказать? Всё новенькое ты знаешь не хуже меня. Каждый день открытия в науке не делаются… Вот Институт генетики в Москве берёт на следующий год тему: «Моделирование саморазвития зародыша человека по заданному генетическому коду». Теперь у них есть полная модель генома человека со всевозможными мутациями. Раньше институт вёл подобную тему по геному мыши. Получалось неплохо. Компьютер моделировал процесс саморазвития зародыша от единичной оплодотворённой яйцеклетки до зрелого плода, готового к рождению. Все дефекты генома чётко прослеживались в дефектах плода. Они совпадали с набранной статистикой по мутациям генома мыши. Компьютер чётко показал, какие уродства возникают при тех или иных хромосомных мутациях, какие дефекты формируются при генных мутациях. Когда плод жизнеспособен, а когда нет. Они также имитировали влияние внешних условий на развитие плода. Меняли температуру, рН крови, вводили разные химические соединения в плазму, геномы вирусов и всё это условно, на генетической модели. Но модель саморазвития зародыша абсолютно адекватно реагировала на все эти изменения. На дисплее можно было видеть контуры мышонка, его внутренние органы, как будто там был настоящий зародыш.
– Здорово, – отозвался прислушивавшийся к разговору Андрей. – Значит, теперь решили сразу перейти к геному человека?
– Да. А чего тянуть? Ведь генетическая модель – это не сам человек. Здесь не надо делать эксперименты на людях. А с моделью можно экспериментировать сколько угодно. Я не думаю, что у них всё сразу получится, но попытка – не пытка.
Тем временем Сергей уже заканчивал подготовку секвенатора.
– Всё, – заявил он, – давайте, Леонид Иванович, пробирку.
Через несколько минут секвенатор был запущен и компьютер начал анализ генома.
– Ну вот, теперь остаётся только ждать, – сказал Сергей. – А пока давайте попьём чайку! Андрей, хватит тебе корпеть над наукой, отдохни.
Андрей оторвался от своего занятия.
– Я слышал про эксперименты на растениях. Там генетики действительно добились больших успехов. Ещё лет десять назад у них из модели генетического кода пшеницы появлялся какой-то «лопух», а теперь компьютерную модель растения не отличишь от настоящего.
– Ну, на счёт лопуха ты малость загнул, – сказал профессор, – однако действительно сложности были. Но проблема-то какова?! Всё необходимо смоделировать абсолютно точно, и всё это на генетическом, на молекулярном, на и на клеточном! Кроме того, необходимо смоделировать условия саморазвития зародыша, в среде его обитания. Малейшая неточность и картина искажена. Эти десять лет не прошли даром. Теперь генетики научились точно воспроизводить весь онтогенез.
– Это прекрасно, только какова практическая ценность этих моделей? – спросил Андрей.
– А ты знаешь пословицу: «Нет ничего практичней хорошей теории» – ответил Леонид Иванович. – Практическая ценность заключается в возможности прокрутить весь процесс развития зародыша во взрослое растение за несколько часов, вместо нескольких месяцев или нескольких лет естественного развития. На экране компьютера всё протекает как в ускоренном кино. Не успел посадить семечко, а уже появился росток, затем цветок, а вскоре и плод. Представляешь насколько быстро теперь можно исследовать влияние тех или иных мутаций генома на развитие организма!?
Мутации можно вводить искусственно, перестраивая геном по своему усмотрению. Это же генная инженерия на высшем уровне! Это высший пилотаж в генетике. И, ты не представляешь, каких химер можно получить на экране! Но среди химер могут попасться и очень ценные формы жизни. Не нужны ни растения, ни животные, ни человек, нужна только информация – модель саморазвития генома. И мы сможем на компьютерах конструировать новые виды растений, животных и, наконец, человека! Мы сможем приспосабливать их к самым невиданным условиям обитания, к жизни на других планетах, в далёких космических поселениях, везде, где в принципе возможна жизнь.
– Это хорошо, но это весьма далёкие перспективы. А что мы имеем сегодня? – спросил Сергей, наливая чай в стаканы.
– А сегодня мы имеем возможность быстрой селекции земных растений и животных. Ты знаком с сельским хозяйством?
– Слегка. В основном как потребитель сельхозпродуктов.
– Ну, я примерно так же. Однако я знаю, например, что современные огурцы выращивают на кабачковой основе. То есть, мы имеем ствол и листья огурца, а корни кабачка.
– И зачем это нужно?
– А затем, что кабачки менее теплолюбивы, менее требовательны к воде, и более высокоурожайны. И в то же время, они из семейства огуречных. Так что генетически они близки с огурцом. Все изменения генома кабачка сперва были проиграны на компьютере, а затем осуществлены на практике методами генной инженерии. В результате были получены новые ценные растения. Или возьми тыкву – нашу северную культуру. Она дальняя родственница дыням. Сейчас уже получены северные дыни, выращенные на генетической основе тыквы. А сколько ещё замечательных возможностей сулит нам генная инженерия в сочетании с компьютерным моделированием?! Я верю, что появится северный ананас, северный виноград, северный арбуз, да и вообще неизвестные ранее фрукты и овощи. А животные! Ты видел современных коров? Это же не коровы, а фабрики молока! Ноги у них короче, но мощнее, особенно задние, вымя – в полживота, а тело покрыто густой шерстью, как у мамонтов. Так, что им не страшны сибирские морозы. Животные годятся для бесстойлового содержания и летом и зимой. Только корм давай! И они отдадут тебе и молоко, и мясо, и шерсть. Мы часто не обращаем внимания на современных животных. Они для нас привычны. Но лет 20 – 30 назад их ещё не было! Это новые породы.
– Вы хотите сказать, что уже недалеко и до конструирования нового человека? – спросил Андрей.
– Конечно, – ответил Леонид Иванович. – Лет через сто мы будем казаться нашим потомкам неандертальцами каменного века. Родятся новые люди, новые кроманьонцы, с более совершенным телом, более совершенным мозгом, с большей продолжительностью жизни, красивые, умные и здоровые.
– А что будет через 200 – 300 лет? – спросил Сергей.
– А через 300 лет вы вряд ли встретите человека в современном его обличии. Человечество выйдет за пределы Земли и расползётся по всей Солнечной системе! Жить ему придётся в самых разнообразных условиях: и на далёких планетах и на их спутниках, и в космосе и под водой, и на поверхности планет и под поверхностью. Человек с помощью генной инженерии изменит себя до неузнаваемости. Мы стоим на пороге генетической революции. Через 300 лет люди смогут жить в воде как дельфины, летать по небу как птицы и выдерживать перегрузки в сотни G, перемещаясь в космосе на гигантские расстояния. Конечно, это будут совершенно разные организмы, но всех их объединит высокий интеллект. Люди будущего будут жить долго, победят все болезни, будут программировать свой мозг и младенцы станут умны как старцы, а старцы будут на порядок умнее нас с вами.
– Прекрасно. Похоже, что моделирование саморазвития генома – это ключ генетики, ключ в будущее! – воскликнул Сергей. – Приятно, чёрт побери, что и мы приложили к этому руку. Что хоть одна бороздка, одна загогулинка в этом сложнейшем ключе – наша! А вы, Леонид Иванович, будете участвовать в этой теме?
– Конечно. Наш институт будет анализировать насколько совпадают последствия мутаций 23-ей хромосомы, выявленные на основании статистики, с данными компьютерной модели. Нам предстоит очень непростая и кропотливая работа. Задача состоит в том, чтобы добиться полной адекватности искусственной и естественной генетических систем.
– А мы сможем участвовать в этой работе? – спросил Андрей.
– Если хотите, сможете. Я заключу с вами договор, и вы будете в составе временного творческого коллектива. Заодно напишете диссертации.
– Но у меня уже есть степень магистра, – напомнил Сергей.
– Пиши кандидатскую. Года через три станешь кандидатом биологических наук. А там и доктором. Это прямой путь в академики!
– Ну, скажете тоже… Какой из меня академик?!
– А ты думаешь академики все очень старые и очень серьёзные?
Сергей пожал плечами. – Не знаю… Я как-то об этом не думал… Но, кажется, нам пора посмотреть, что получается с анализом генома.
– Выведи, пожалуйста, на дисплей данные анализа 6-ой хромосомы, – попросил Лебедев?
– Сейчас.
На экране появились результаты анализа генома. Из 14400 молекул ДНК 6502 оказались в пределах нормы, а 6793 – мутантными. Мутация почти везде одна и та же. В район 19-го локуса попала лишняя цепочка нуклеотидов.
– Что же это может быть? – недоумевал Сергей. – Вирусная ДНК? Не похоже. Слишком большая… И потом, мутация стойкая.
Андрей и Леонид Иванович тоже стояли, почёсывая затылок, и терялись в догадках.
– Странно… Везде закодирована одна и та же полипептидная цепь, – произнёс профессор. – А что мы имеем по 7-ой хромосоме?
Сергей быстро нашёл нужный отрезок информации.
– Смотрите! И здесь она!
– А диски-то пуфированы, – отметил Андрей.
– Да, чёрт возьми, эта цепочка генов активна. Её не заблокируешь. Аллель доминантен! Значит, будут изменения на клеточном уровне. Но к чему они приведут? У нас есть в картотеке что-нибудь подобное?
Леонид Иванович пожал плечами. – Вроде бы нет. Пойду, посоветуюсь со Зверевым, – сказал он и вышел.
Друзья закрыли лабораторию и отправились по домам.
