Атомарный 3D принтер

[vasanov]

 Я неоднократно писал, что для дальних космических полётов нужен атомарный 3D принтер, чтоб мы могли из отходов жизнедеятельности экипажа, вновь поатомно создавать новые продукты питания витамины, кислород и всякие другие полезные вещи. Да, и вообще, такой атомарный 3D принтер значительно упростит нашу жизнь.
 В принципе, сканирующий туннельный микроскоп уже давно может переносить отдельные атомы и устанавливать их в нужном порядке на специальной подложке. Это уже больше 30 лет умеют делать и удивительно, почему за это время никто так и не создал атомарный 3D принтер. Везде только и говорится о медленной скорости поатомной сборки, на этом все и успокаиваются. Но ведь скорость сборки можно значительно увеличить. Я попытаюсь представить как это можно сделать.
 Минимальный размер элемента поатомной сборки ограничен минимальным размером иглы-щупа туннельного микроскопа из этого и будем исходить. Поэтому делаем на кристалле  (по технологии изготовления микросхем) матрицу из иголок с отдельным управлением для каждой иглы. Допустим мы добились расстояния между соседними иглами в 100 атомов. Все иглы жестко закреплены на кристалле и все одной высоты. Пусть для начала мы смогли сделать кристалл 1000х1000 игл, теперь мы можем одновременно переместить и осадить на специальной подложке одновременно 1 млн. атомов за раз. Затем перемещаем матрицу с иглами к специальному бункеру, тоже кристаллу и захватываем новую порцию 1 млн. атомов переносим и осаждаем их рядом с теми атомами, которые уже раньше отложили на подложке, сначала,допустим, слева направо и потом сверху вниз и так до тех пор пока не соберём на подложке слой толщиной в один атом и количеством 100 000х100 000 атомов. Затем точно так же будем наносить второй слой, третий и так далее . Каждой иглой мы электрически управляем отдельно с помощью компьютера. Также с помощью этой матрицы с иглами контролируем качество сборки и исправляем дефекты если они появились. К каждой игле будем цеплять нужный атом, чтоб создать правильный поатомный слой, например кусочка мяса, со всеми нужными компонентами.  В результате, после многих манипуляций, получим такой себе кубик из мяса размерами 100 000х100 000х100 000 атомов.
 Для такой сборки нам понадобятся специальные поатомные сортировщики устроенные наподобие матрицы с иглами, но они будут из мусора и отходов выбирать нужные атомы и осаждать их на подложки картриджи  атомами одного типа, допустим только атомы водорода или атомы кислорода или только атомы железа и т.д. Затем с подложек будем брать нужные атомы одного типа в слое.
 По такому же принципу будем послойно разбирать нужные образцы, например мяса и создавать электронные эталоны нужных веществ в памяти компьютера. Чтоб по этим эталонам мы потом могли создавать нужные вещества: мясо, пшеницу, прцессор компьютера, шестерню трактора и т.п.
 Для создания более быстродействующих компьютеров и атомарных 3D принтеров будем использовать такие же поатомные сборки на атомарных 3D принтерах.
 Для ещё большего быстродействия будем увеличивать кристаллы с иглами до большего количества игл на кристалле и применять конвейерный способ. Пока один кристалл с иглами осаждает атомы на подложке, другой рядом приготовлен осадить свою порцию атомов, третий и четвёртый набирают с картриджей нужные атомы, пятый и шестой готовятся набрать свою порцию атомов, седьмой ремонтирует свои повреждённые иглы и так далее.
 Скорее всего все процессы сборки и разборки придется делать почти при абсолютном нуле, когда все химические процессы замедлены, чтоб не возникали побочные химические соединения. Но может удастся за счёт большой скорости сборки и быстрого исправления ненужных дефектов работать и при комнатной температуре.
 Вот, примерно так, я себе представляю работу атомарного 3D принтера. Надеюсь китайцы это прочтут и быстро наладят массовое производство атомарных 3D принтеров. В принципе, сначала сделав простенький атомарный 3D принтер, с его помощью сделать более сложный и так далее, а уж навороченные атомарные 3D принтеры будут поатомно штамповать всё, что нужно и очень быстро.

[Anatoly]

... атомарный 3D принтер значительно упростит нашу жизнь.
 В принципе, сканирующий туннельный микроскоп уже давно может переносить отдельные атомы и устанавливать их в нужном порядке на специальной подложке. Это уже больше 30 лет умеют делать и удивительно, почему за это время никто так и не создал атомарный 3D принтер. Везде только и говорится о медленной скорости поатомной сборки, на этом все и успокаиваются....

... сначала сделав простенький атомарный 3D принтер, с его помощью сделать более сложный и так далее, а уж навороченные атомарные 3D принтеры будут поатомно штамповать всё, что нужно и очень быстро.

ИМХО, кроме идеи - хорошо бы еще и посчитать - тогда будет понятнее, насколько эта идея вообще может быть реализуема... А потом уже и практически проверить рассчитанное - правильно ли вообще посчитали? и какие дополнительные возможности и ограничения вносит в расчеты практическое воплощение?
А потом суммируем сюда же и производительность компьютера, что управляет процессом поканально для каждой иглы - и смотрим, кто - сам физический процесс или компьютер, им управляющий - будет критическим элементом для производительности...
ИМХО реализовать эту идею "очень быстро" вряд ли получится, если вообще получится...
И надежда на китайцев без физического наличия прототипа, который можно скопировать (в чем китайцы и сильны) - необоснованно оптимистична

[mbrane]

Я неоднократно писал, что для дальних космических полётов нужен атомарный 3D принтер

я тебе даю добро - делай его

[Rattus]

Это уже больше 30 лет умеют делать и удивительно, почему за это время никто так и не создал атомарный 3D принтер.

Давно создали и даже уже проводят гоночные соревнования молекулярных "повозок".
К указанной цели это, разумеется, не приближает ни на йоту. Ввиду давно понятных физических ограничений, делающих невозможным её достичь таким способом.

Все иглы жестко закреплены на кристалле и все одной высоты.

Вот когда добъётесь хотя бы этого - вот тогда и можно будет продолжить. А для начала озакомьтесь с такими явлениями как квантовые флуктуации и выход годных в литографическом производстве.

Но может удастся за счёт большой скорости сборки и быстрого исправления ненужных дефектов работать и при комнатной температуре.

Однозначно нет. Как Вы собираетесь печатать какой-нибудь биообъект при комнатной температуре, если основу его составляет при ней жидкая вода?

все процессы сборки и разборки придется делать почти при абсолютном нуле

Ознакомьтесь с тем какова сложность таких криоустановок и потребление ими энергии и изотопов гелия.

Вот, примерно так, я себе представляю работу атомарного 3D принтера.

Так его себе может представить любой, кто не дал себе труда ознакомиться с физической химией глубже среднешкольного уровня. Уровень образования означенных китайцев, ответственных за реализацию сложных технических проектов в области литографического производства и MEMS, ныне, к счастью, существенно выше.

[-Юрий-]

почему за это время никто так и не создал атомарный 3D принтер.

Оставили вам идею и шанс прославиться. Создавайте.

[vasanov]

 Так в том, то и дело, что и сверх быстрые процессоры (где транзистор из 3-х атомов ) и большие объёмы памяти на атомарных 3D принтерах и будем печатать, там точность изготовления в 1 атом. Никакие литографии с этим не сравнятся. Иглы тоже на принтерах и кристаллы с иглами будем печатать, тогда никаких проблем с точностью изготовления не будет.
 О постоянных движениях в биообъектах я и подумал, поэтому и говорил об почти абсолютном нуле, там практически никаких миграций атомов. В принципе замораживать весь объем не надо, а только несколько слоёв атомов, где идёт процесс сборки, так, что особо больших морозильных камер не надо.
 Для начала, можно вручную поатомно собрать небольшую матрицу хотя бы 5х5 иголок и потом с её помощью делать более объёмные матрицы и более мощные компьютеры, да и сам механизм более быстрого принтера, тоже печатать поатомно. Ничего лишнего, всё на точности в один атом. Так, что для начала с атомарным построением справится и обычный компьютер с видеокартами.
 Конечно поначалу, печатать, корову никто не будет, а просто небольшой кусочек мяса , буквально несколько клеток, а дальше просто штамповать такие маленькие кусочки по одному шаблону. На природное мясо это мало будет похоже, но для еды вполне сгодится. Так, что особо мощных компьютеров не понадобится, справятся и современные.

[николай теллалов]

Васанов,
вот тут по теме - https://royallib.com/book/dreksler_erik/mashini_sozdaniya.html
где, кстати, выясняется, что "принтером" получится только теоретически, ибо ООООчень ДОЛГО "печатать" прийдется

[vasanov]

ибо ООООчень ДОЛГО "печатать" прийдется

Я же и говорю, что процесс поатомной печати можно значительно ускорить за счёт параллельности и конвеерного способа. Сейчас размеры транзисторов на кристалле процессора уже приближаются к нескольким дясяткам и единицам атомов. А размеры кристаллов увеличиваются. Так, что вполне возможно сделать размер иглы в пару десятков атомов, а количество игл на кристалле довести до 1000000х1000000. При поатомном изготовлении количество игл и размеры кристаллов можно делать ещё больше. Это не литография, где всегда есть дефекты, а при поатомной сборке мы эти дефекты всегда выявим и исправим.
 Книга большая, по свободе может и почитаю.

[николай теллалов]

количество игл на кристалле довести до 1000000х1000000

а поломки?

прочтите книгу

[-Юрий-]

где транзистор из 3-х атомов

Нереально. Размеры полупроводниковых электронных приборов имеют предел по минимальному количеству переносимых зарядов. Для транзисторов это несколько десятков штук (электронов и дырок). При меньшем количестве сильно снижается их надёжность и безошибочность состояния "включен-выключен".

[vasanov]

а поломки?

Так поломки будем сразу же выявлять и исправлять, поатомно. Я же про это выше писал ,седьмой кристалл матрица ремонтируется. Это образно, на самом деле кристаллов будет больше и минимум с 4-х сторон к зоне построения они будут подходить, чтоб друг другу не мешали.

[vasanov]

Нереально.

На сколько я помню, экспериментальный транзистор из трёх атомов уже сделали несколько лет назад.И в атоме несколько электронов, которые можно использовать. 

[mbrane]

Так в том, то и дело, что и сверх быстрые процессоры (где транзистор из 3-х атомов ) и большие объёмы памяти на атомарных 3D принтерах и будем печатать, там точность изготовления в 1 атом.

печатайте - но сначла как вым рекомендовали ознакомьтесь сфизисчсой химией, или лучше со статистической механикой, что бы занать какие по пути к ошеломительному успеху вам будут попадаться батхерты ... ЗЫ вы кстати идете по давно протренному  -есть такой фантазер Эри Дрекслер , коий лет эдак 30 все ваши изобретения уже изобрем на бумаге и пару книжек изжал...Правда с тех пор таквсе в практическом плане и осталось на том же месте - ибо квантовый мир дивет по совершенно другим во многом неочевидным с большого расстояния законам

В принципе замораживать весь объем не надо, а только несколько слоёв атомов, г

ыыыыы...  вы начлный курс физики то вообще учили ...что такое тепло и передача его от горячего тела к холодному знаете?

так, что особо больших морозильных камер не надо.

вы это задите в кслородный цех азовстали (или ильича - забыл я где вы работаете)- посиотрите какого размера у них детандеры

Ничего лишнего, всё на точности в один атом. Так, что для начала с атомарным построением справится и обычный компьютер с видеокартами.

как у вас все просто - завидую... а дураки технологи - комьютегых чипов и не згают о том що так можно... Вы кстати оцените производительность  вашего девайсай - ситайте что игла ну скажем  100 микрон... о скорости работы девайса можете просветится здесь https://nplus1.ru/material/2017/05/24/atomspotting (там правда ничего не сказано л себестоимосити самого процесса  перемещения атома).... Суп из топора

[mbrane]

Васанов,
вот тут по теме - https://royallib.com/book/dreksler_erik/mashini_sozdaniya.html
где, кстати, выясняется, что "принтером" получится только теоретически, ибо ООООчень ДОЛГО "печатать" прийдется

дада - это имеено она. но в популярном изложении. у него есть дисер где он рпытался своими кривыми пальцами тоже изложить на физическом уровне, его отпинали за этот дисер кто только смог,
https://en.wikipedia.org/wiki/Drexler%E2%80%93Smalley_debate_on_molecular_nanotechnology

[mbrane]

При меньшем количестве сильно снижается их надёжность и безошибочность состояния "включен-выключен".

надежность в принципе достигается избыточностью... для переключения каждого такогой "транзитора" нужно  элетрическое полк которе булет создавться для какждого такого тпрзистора миллиардов других электронов, расположенныс в сотнях ангстремов от девайса - проблеа толстых пальцев...

Так поломки будем сразу же выявлять и исправлять, поатомно.

а схемы конитроля рлломок кто будет исправлять? произощла нещтатная ситуация - проравдся мюон, он возбудил какойе-то колебание в решетке, что вызвало временное увеличения силы связи игла-атом и игла не впустила атом - а вместо этого выпустила его в банк с другими атомами - что делать-то

[mbrane]

Зачем сегодня изобретать велосипед если можно почитать новости пятилетней давности?

таки не поверишь = но у дапры фаервол не хуже китайского и блокирует запросы из рф.. тор тоже кстати не помогает - не зря его пендосы из вмф  делали для распостранения "демократии"


ваапче чюдесато - подумал что проблемы с разрешением имен - сменил днс на гугловский 8.8.8.8 - те же яйца что и на родном провайдерском днс сервере



whois darpa.mil
[Querying whois.internic.net]
[whois.internic.net]
No match for domain "DARPA.MIL".
>>> Last update of whois database: 2020-08-22T21:50:33Z <<<

какой у этого сайта айпишник?

[Anatoly]

Зачем сегодня изобретать велосипед если можно почитать новости пятилетней давности?

таки не поверишь = но у дапры фаервол не хуже китайского и блокирует запросы из рф.. тор тоже кстати не помогает - не зря его пендосы из вмф  делали для распостранения "демократии"


ваапче чюдесато - подумал что проблемы с разрешением имен - сменил днс на гугловский 8.8.8.8 - те же яйца что и на родном провайдерском днс сервере



whois darpa.mil
[Querying whois.internic.net]
[whois.internic.net]
No match for domain "DARPA.MIL".
>>> Last update of whois database: 2020-08-22T21:50:33Z <<<

какой у этого сайта айпишник?

стандартными средствами показывает 192.5.18.231 но, похоже, там стоит drop на пинговые запросы...
удивился по поводу Тор - решил посмотреть что там такое - вы не поверите, но открывается совершенно нормально даже без Тора - см. вложение - т.ч. ИМХО, это не они, а это где-то у вас "что-то не то" в настройках - попробуйте для начала посмотреть через pathping и tracert...
Хотя, кроме того, что на приведенных скриншотах - там особо больше ничего и нет

[mbrane]

192.5.18.231

у меня даже по адресу не открывается...только через гугле кеш могну посмотреть первую страницу...отключение блокиратора рекламы тоже ничего не дало...походу дарпа давит по диапазонам адресв - у меня провайдер ростелеком...во чо вспомнил ща ipv6  принудительно отключу... не ...не помагает где-ир в америке глушет

traceroute 192.5.18.231
traceroute to 192.5.18.231 (192.5.18.231), 30 hops max, 60 byte packets
 1  homerouter (192.168.18.93)  2.690 ms  2.512 ms  2.320 ms
 2  * * *
 3  77.37.250.198 (77.37.250.198)  1.647 ms  3.002 ms  2.836 ms
 4  87.226.221.70 (87.226.221.70)  2.672 ms  2.509 ms  2.345 ms
 5  ae45.stkm-cr4.intl.ip.rostelecom.ru (87.226.133.133)  19.565 ms ae40.stkm-cr4.intl.ip.rostelecom.ru (217.107.67.31)  25.405 ms  24.665 ms
 6  s-b5-link.telia.net (62.115.168.242)  20.448 ms ae15-xcr1.skt.cw.net (195.89.96.189)  20.506 ms s-b5-link.telia.net (62.115.168.242)  21.725 ms
 7  ae10-pcr1.adr.cw.net (195.2.9.241)  44.406 ms be3257.ccr21.sto01.atlas.cogentco.com (130.117.15.137)  33.373 ms  30.572 ms
 8  * kbn-bb4-link.telia.net (62.115.139.173)  31.044 ms kbn-bb3-link.telia.net (62.115.139.169)  29.678 ms
 9  be3500.ccr42.ams03.atlas.cogentco.com (154.54.60.25)  73.576 ms kbn-b3-link.telia.net (62.115.119.138)  27.792 ms be2281.ccr41.ham01.atlas.cogentco.com (154.54.63.1)  37.896 ms
10  hu0-5-0-0.rcr21.cph01.atlas.cogentco.com (130.117.14.33)  29.378 ms be12266.ccr42.par01.atlas.cogentco.com (154.54.56.174)  123.876 ms be2816.ccr42.ams03.atlas.cogentco.com (154.54.38.209)  46.360 ms
11  be2306.ccr42.ham01.atlas.cogentco.com (130.117.3.237)  36.148 ms be2303.ccr41.ham01.atlas.cogentco.com (130.117.3.161)  36.168 ms be12194.ccr41.lon13.atlas.cogentco.com (154.54.56.93)  136.998 ms
12  be2816.ccr42.ams03.atlas.cogentco.com (154.54.38.209)  47.102 ms be2318.ccr32.bio02.atlas.cogentco.com (154.54.61.117)  131.578 ms be2332.ccr42.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.85.245)  123.892 ms
13  be12266.ccr42.par01.atlas.cogentco.com (154.54.56.174)  125.806 ms be3311.agr22.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.81.222)  129.804 ms be3310.agr21.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.81.218)  132.081 ms
14  be2331.ccr41.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.85.241)  134.471 ms be3311.agr22.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.81.222)  135.681 ms be3309.agr22.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.81.174)  131.472 ms
15  be2315.ccr31.bio02.atlas.cogentco.com (154.54.61.113)  137.253 ms 38.104.238.66 (38.104.238.66)  130.574 ms be3308.agr21.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.81.142)  141.080 ms
16  38.104.238.66 (38.104.238.66)  130.394 ms be2331.ccr41.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.85.241)  133.633 ms be3310.agr21.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.81.218)  137.018 ms
17  be3308.agr21.dca01.atlas.cogentco.com (154.54.81.142)  137.738 ms  138.654 ms 38.104.238.66 (38.104.238.66)  137.877 ms
18  * * te0-0-2-1.nr11.b003328-0.dca01.atlas.cogentco.com (154.24.12.2)  139.008 ms
19  * * *
20  * * *
21  * * *
22  * * *
23  * * *
24  * * *
25  * * *
26  * * *
27  * * *
28  * * *
29  * * *
30  * * *


traceroute -n 192.5.18.231
traceroute to 192.5.18.231 (192.5.18.231), 30 hops max, 60 byte packets
 1  192.168.18.93  2.534 ms  2.357 ms  2.195 ms
 2  90.154.77.211  2.036 ms  1.875 ms  1.981 ms
 3  77.37.250.198  1.816 ms  1.774 ms  1.954 ms
 4  87.226.221.70  2.140 ms  2.483 ms  2.312 ms
 5  87.226.133.75  23.235 ms 217.107.67.31  24.703 ms  25.500 ms
 6  195.89.96.189  20.679 ms  23.837 ms  23.783 ms
 7  195.2.9.241  40.070 ms 130.117.15.137  32.357 ms  33.218 ms
 8  130.117.50.225  33.143 ms *  33.188 ms
 9  62.115.123.3  34.624 ms 154.54.72.105  37.747 ms  37.597 ms
10  130.117.14.33  29.491 ms * *
11  130.117.3.161  37.590 ms * *
12  154.54.56.130  135.285 ms 154.54.85.245  127.399 ms 154.54.38.209  45.123 ms
13  154.54.85.241  132.951 ms 154.54.85.245  130.274 ms 154.54.85.241  131.589 ms
14  154.54.81.218  138.243 ms 154.24.12.6  124.431 ms 154.54.61.117  132.372 ms
15  154.54.85.245  129.097 ms 38.104.238.66  129.689 ms 154.54.85.245  132.374 ms
16  * * 38.104.238.66  130.997 ms
17  * 154.24.12.6  127.321 ms 154.54.81.142  139.580 ms
18  38.104.238.66  132.317 ms * 154.24.12.6  135.209 ms
19  * * *
20  * * *
21  * * *
22  * * *
23  * * *
24  * * *
25  * * *
26  * * *
27  * * *
28  * * *
29  * * *
30  * * *





Те же яйца и по tcp пингам - где-то режет на 17 или 18 хопе - походу уже в самой дарпе. а увас по кааому маршруту идет ...дайие его...попытаюсб обойти ...

[vasanov]

Понятно, что рассмотренный мной вариант атомарного 3D принтера будет быстро печатать только плёночные структуры. Попробую оценить скорость печати такого принтера.
 Итак, вполне реально вместить иглу в размер 10 атомов по диаметру, 3 атома диаметр иглы,2 атома слой металла катушки и 3 атома на изолляцию между иглами. Буду исходить из этого. Берём матрицу с иглами 10 000х10 000 (чисто условно, примерный размер бактерий на уровне 10^14 атомов, реально матрицы и больших размеров делать). Итого, за один раз мы сможем на подложку нанести 100 млн. атомов. Чтоб заполнить слой нам надо сделать ещё 10 перемещений по ширине и 10 перемещений по длине, итого 100 движений и первый слой в 10 000х10 000 атомов готов. Средняя скорость обычных 3D принтеров в районе 300-500 точек за секунду. Для атомарного 3D принтера это значит , что с одной головкой матрицей мы сможем за секунду нанести 3 слоя атомов. Используя конвейерный способ, реально довести это до 20 слоёв атомов за секунду. Значит за час принтер сможет напечатать объём продукции 10 000х10 000х72000 атомов или примерно распечатать 0,072 бактерии или, примерно, 0,000001 клетки мяса. Так как в принтере будет не одна такая печатная система, в размеры 500х500х500 мм ,вполне реально, вместить 10 000 таких атомарных 3D принтеров.
Значит, установка, размером с микроволновую печь, за час будет делать 0.01 клетки мяса.
 Конечно расчёт отфонарный, но даже для обычных 3D принтеров ещё есть перспективы повышения быстродействия, за счёт программных компенсаций паразитных вибраций механизмов.

[mbrane]

Попробую оценить скорость печати такого принтера.

вон вам дали данные по наногонкам... 200 нм должен бот проехать за 30 часов (это по линии в 2 нм толщиной)