Сегменты, подчиненные этим простым функциям, могут быть скомбинированы так, чтобы строить более сложные машины. Химические реакции могут связывать атомы различным образом, а молекулярные машины могут направлять химические реакции в соответствии с программными инструкциями, тем самым реализуя функцию классических ассемблеров.
Такие машины объединят расщепляющие и склеивающие способности ферментов с возможностью программирования рибосом, но в отличие от последних смогут строить не только неплотные складки белка, но и прочные объекты из металла, керамики или алмаза.
Искусственные репликаторы могут работать подобно воспроизводящимся клеткам, используя ассемблеры вместо рибосом, но есть вероятность, что инженеры придумают другие подходы к задаче. В итоге часть репликаторов вообще не будет похожа на клетки, скорее на фабрики, уменьшенные до соответствующего размера и содержащие установленные на молекулярном каркасе наномашины и конвейерные ремни. Снаружи у них будет набор манипуляторов, служащий для сборки копий по отдельному атому или по целой секции атомов за одну операцию. Связывая правильным образом нужные атомы, такие машины практически смогут собрать все что угодно.
Для строительства крупных объектов молекулярные ассемблеры и макроассемблеры будут работать в единой связке. Используя стратегию, позаимствованную у живых организмов с их сложной системой сосудов, снабжающих клетки необходимыми веществами, подобные сборочные комплексы смогут, возводя строительные леса и работая по всему объему, соединять материалы, принесенные по каналам извне. В результате большая часть выделившегося тепла будет рассеиваться достаточно далеко от основного места сборки.
Информационные технологии. Как правило, при производстве микросхем дефекты молекулярного масштаба неизбежны. С молекулярными ассемблерами появится возможность строить схемы с точностью до атома в трех измерениях.
Сейчас самые быстрые компьютеры — электронные, но для сверхплотных процессоров это совершенно не обязательно.
Может показаться странным, но сущность вычисления не имеет никакого отношения к электронике. Цифровой компьютер — сборище переключателей, способных включать и выключать друг друга: начинают работу в одной позиции, далее переключают друг друга в новое положение и т. д. Инженеры строят компьютеры из крошечных электронных переключателей, связанных проводами, просто потому, что механические переключатели, связанные палочками или ниточками, были бы сегодня большими, медленными, ненадежными и дорогими.
Эрик Фрэнк Рассел. «Коллекционер», 1947. Пройдя последний ряд штабелей, он наткнулся на какой-то странный механизм. Сложным и головоломным был этот агрегат, и производил он ту самую кристаллическую растительность. Рядом стояла другая, совершенно иным образом устроенная машинерия, выдававшая на-гора какую-то рогатую ящерицу. <…> Бесконечные машины — и все разные, производящие растения, жуков, птиц, грибы. Все было сделано электропоникой: словно кирпич за кирпичом, атом наращивался на атоме, чтобы в результате построить дом. Это не было синтезом, здесь проходил настоящий монтаж-конвейерная сборка, вроде той, что ведется на производствах точной электроники.
Но с компонентами с характерной длиной в несколько атомов, обычная механическая счетная машина поместилась бы в 1/100 кубического микрона, т. е. оказалась бы в миллиарды раз более компактным, чем сегодняшняя так называемая микроэлектроника. Наномеханический компьютер с гигабайтом памяти мог бы поместиться в коробок размером с бактерию. И он был бы невероятно быстр! Хотя механические сигналы движутся примерно в 100000 раз медленнее, чем электрические, им требовалось бы проходить лишь 1/1000000 расстояния, а потому задержка оказалась бы такой же.
Использование в ДНК в качестве каркаса для размещения проводящих элементов может стать шагом на пути к созданию миниатюрных, простых и дешевых компьютерных чипов. На национальной встрече-выставке Американского химического общества в Сан-Диего в 2016 году представлены результаты исследования, авторы которого создали из ДНК полый цилиндр, который затем вертикально прикрепили к кремниевой подложке, а к центру площадки, ограниченной цилиндром, с помощью коротких цепочек ДНК «пристегнули» наночастицы золота. Исследователи планируют собрать подобные цилиндры в цепь, соединив их полупроводниковыми нанопроводами.