Юный техник, 2004 № 08

Таких превращений технологи добиваются при облучении нанотрубок лазером или электронным пучком, в присутствии металлических катализаторов (например, калия). При этом, как выяснилось, слипание фуллеренов происходит только внутри трубки-стручка, которая служит своего рода нанореактором. А это, в свою очередь, наводит на мысль, что подобным образом можно изготовлять, скажем, нанокабели — тончайшие проводники, расположенные внутри изолирующей оболочки.

Словом, пиподы на сегодняшний день — весьма перспективные структуры для наноэлектроники, производства нанодиодов, транзисторов, логических схем…

И список этот еще далеко не закрыт…

В.ЧЕТВЕРГОВ

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Виртуальная эволюция

Мы уже рассказывали, как исследователи пытаются понять механизмы, в результате действия которых из неорганических соединений зародилась органическая жизнь, как она затем развивалась и эволюционировала. Не так давно к химикам, биологам присоединились еще и компьютерщики, решив воссоздать своими средствами процесс сотворения жизни.

По аналогии с биологическим термином in vitro, что в переводе с латыни означает «в стекле», опыты с новой жизнью получили название in silico, то есть «в силициуме», в кремнии, который, как известно, является основой многих элементов микроэлектроники. Основателем нового научного направления считают Кристофера Гейла Лэнгстона, который начиная с 80-х годов XX века вел опыты по компьютерному моделированию в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

Прежде чем Лэнгстона приняли в столь престижное научное учреждение, ему пришлось пережить немало приключений. В детстве и юности он производил на окружающих впечатление человека, как говорится, не от мира сего. Обычному времяпрепровождению он предпочитал сидение у компьютера.

Поступив в университет Аризоны, Лэнгстон продолжал свои занятия и вскоре нащупал тему, которая стала делом всей его жизни. Тут стоит сказать доброе слово об известном кибернетике Джоне фон Неймане. Когда молодой компьютерщик пришел к нему, великий ученый не только нашел время выслушать молодого энтузиаста, но и благословил на продолжение исследований по воссозданию в недрах компьютера жизни. Со временем примитивные картинки на экране дисплея, с которыми начинал работать Лэнгстон, превратились в неких псевдосуществ, которые помогают понять, не только как работают законы эволюции, но и как зародилась жизнь на нашей планете.

Подобно богам, ученые порождают новые, на сей раз виртуальные миры — населяют их искусственными организмами и наблюдают за тем, с какой изобретательностью их творения борются за выживание, пресекая любые происки конкурентов.

Именно таким образом Эндрю Парджеллис, исследователь из лаборатории Белла, сделал новый шаг в моделировании эволюционных процессов. Он доказал, что искусственная жизнь может, в принципе, зародиться сама собой — без участия творца.

Все опять-таки началось с «безумной идеи»: Эндрю вбил себе в голову, что программа, которая путем копирования транслирует себя с одного участка памяти компьютера на другой, отвечает важнейшему критерию, по какому мы отличаем живую материю от неживой — она размножается. И Парджеллису захотелось узнать, не может ли подобная, то есть наделенная репродуктивной способностью, программа возникнуть совершенно спонтанно?

Тогда он решил смоделировать процесс зарождения жизни на Земле. Ведь, как полагают, жизнь на нашей планете возникла около 4 млрд. лет назад из так называемого «первородного бульона» — смеси аминокислот.

Свой цифровой «бульон» Парджеллис создал собственноручно. Но когда смесь из двух десятков команд, которые как бы соответствовали 20 аминокислотам, содержащимся в «первородном бульоне», были заложены в компьютер, процесс пошел как бы сам собой. Теперь над составлением программы трудился Его Величество Случай. По всему объему памяти ЭВМ беспрестанно пробегали цепочки команд. Время от времени операционная система «освежала память»: выбраковывала старые программы и заменяла их новыми. Кроме того, операционная система моделировала мутации, то есть случайные изменения кода программы.

Хитрости эволюции и впрямь принесли свои плоды. Из безжизненного программного кода зародилась цепочка команд, которая размножалась словно живой организм и очень быстро заполняла своими отпрысками все свободные участки памяти. Следующий шаг в познании законов компьютерной жизни сделал не столь давно Томас Рэй, работающий над подобной проблемой в Гарвардском университете. Подобно своим коллегам, он заинтересовался «искусственной жизнью» еще во время учебы в университете.

Теперь он создал некую экосистему Tiierra (Тьерра), что в переводе с испанского означает «земля», «территория».

«Тьерра находится в «виртуальном компьютере», который как бы вложен в реально существующий, — поясняет Рэй суть работы своей программы. — Только таким образом можно безопасно «проигрывать» сценарии эволюции. А то ведь, не ровен час, электронные создания, подобно компьютерным вирусам, могут разбежаться по информационной сети и отловить их будет делом весьма нелегким»…

Блок памяти своего «виртуального компьютера» Рэй назвал Soup — в честь «первородного бульона», из которого, как уже сказано, возможно, и зародилась жизнь на Земле. В этот «бульон» Рэй время от времени запускает цифровые программы — «организмы Тьерры».

Кстати, чтобы компактно смоделировать самопродуцирующиеся программы, Рэю пришлось разработать специальный машинный код, который во многом напоминает генетический код человека. Так по существу родился элементарный «алфавит жизни»!

Кроме того, в программу заложена возможность изменений, то есть мутаций. А именно они, как полагают биологи, являются движущей силой эволюционного развития исходного организма. Причем мутации на Тьерре двух сортов: одни имитируют воздействие космического излучения, другие — ошибки при самовоспроизведении организмов.

Эквивалентом энергии на Тьерре служит компьютерное время. Оно выделяется каждой программе дозатором «по справедливости» — в зависимости от числа инструкций, которые ей надо выполнить для репликации. Если организм не укладывается в отпущенное время, его шансы на дальнейшее существование уменьшаются. Он может даже погибнуть.

Впрочем, некоторым тьеррианцам может и повезти — они набредают на источник «живой воды» в виде двух усложненных инструкций. Однако если организму удается выполнить их, он «омолаживается», продлевая себе жизнь. Но бессмертия на Тьерре все же нет. Присматривая за своим творением с помощью дисплея, Рэй с удивлением видел, как на Тьерре появляются все новые организмы, которых не было при запуске всей системы. Одни из организмов принялись наращивать свои размеры. Но их, как и динозавров на Земле, ждал печальный конец — достигнув предельных размеров, они вымерли, будучи не в силах бороться с компактными, быстро размножающимися конкурентами. Зато другие принялись откровенно паразитировать, подменяя своими кодами коды «хозяина». Нашлись и такие, которые воруют энергию у соседей и за счет этого размножаются быстрее…

Подводя итоги выполненной работы, Рэй считает, что сделанное на Тьерре можно сравнить с экспериментом, некогда воспроизведенным природой. «Я утверждаю, что Тьерра — не имитация жизни, как обычно делается в аналогичных системах, — это синтез жизни», — говорит он.

В дальнейшем Рэй, наверное, попытается ввести на территорию Тьерры многоклеточные организмы, потом хищников… Со временем, возможно, встанет вопрос о создании столь сложных разумных организмов, какими являемся мы сами.

И все-таки виртуального Адама в ближайшем будущем не предвидится. Пока исследователи ограничиваются созданием невиданных в действительности компьютерных монстров. Однако польза от научных исследований уже есть. На основе подпрограммы «Стая», к примеру, калифорнийский компьютерщик Крейг Рейнольдс разработал бихейвиоральную анимацию. За этим причудливым термином скрывается возможность создания компьютерных мультиков, каждый персонаж которых обладает такой степенью свободы, что даже может сам определять свои будущие действия. С помощью этой программы уже делались фильмы «Бэтмен возвращается», «Скалолаз» и другие. Но это только пока.

А.ВИКТОРОВ

СЕКРЕТЫ НАШИХ УДОБСТВ

«Вечная» батарейка

Исследователи-ядерщики вот уже пол века обещают, что вот-вот непременно появится источник почти даровой энергии. На его доведение нужно потратить еще десяток, другой миллиардов долларов, и все будет в порядке.

Тем временем, тихо и незаметно произошла энергетическая революция. Американские исследователи создали микроскопическую батарейку, которая способна десятилетиями снабжать энергией такие устройства, как датчики дистанционного управления, наручные часы или, скажем, имплантируемые в тело человека кардиостимуляторы.

«Источник питания нового типа способен преобразовывать энергию радиоактивного вещества непосредственно в движение, — утверждает Амиль Лал, ассистент профессора в области электрических и компьютерных технологий при университете Корнелла в городе Итака (штат Нью-Йорк). — Он может также генерировать электричество или выдавать энергию в какой-то другой форме»…

Впервые о новых источниках заговорили в августе 2002 года, когда сотрудник Лала, Хью Ли, представил и описал в Детройте опытный образец на встрече исследователей DARPA — агентства по разработке передовых оборонных технологий. Он охарактеризовал этот образец как микроэлектронную электромеханическую систему, сокращенно — МЭМС.

Показанный в Детройте опытный образец выполнен из медной полоски длиной 2 см, шириной 1 мм и толщиной 60 мкм. (К слову, 1 мкм — это миллионная доля метра.)

Сделанная из полоски консоль располагается над тонкой пленкой изотопа никеля-63. По мере распада он излучает бета-частицы. Радиоактивное вещество, как известно, может излучать альфа-частицы, бета-частицы, то есть электроны, и, наконец, гамма-лучи. Однако в первом и последнем случае излучение небезопасно для людей. И для своего прибора Лал использовал изотопы, излучающие лишь бета-частицы, энергия которых настолько мала, что их задерживает даже лист бумаги, не говоря даже о коже человека. Излучаемые электроны собираются на медной консоли, обеспечивая ей отрицательный заряд, а изотопная пленка, теряя электроны, приобретает положительный заряд. Притяжение между плюсом и минусом клонит консоль книзу — до определенного положения. Затем силы упругости пластинки преодолевают электрическое притяжение, и медная пластинка возвращается в исходное положение. После этого все начинается снова.

Данный процесс чем-то напоминает работу дверного звонка, где электрическая цепь то замыкается, то размыкается, благодаря чему электромагнит приводит в движение рычажок звонка. Радиоактивный изотоп может оставаться источником энергоснабжения в течение достаточно длительного периода — от нескольких недель до нескольких десятилетий. К примеру, период полураспада никеля-63 — более сотни лет, и Лал утверждает, что батарейка на этом изотопе могла бы работать по меньшей мере лет пятьдесят.

Сейчас исследователи разрабатывают различные варианты новых источников энергии. Как говорит Лал, опытный образец, показанный в Детройте, — гигант по сравнению с теми, что сейчас в работе. Уже есть образцы, которые вместе с герметичной оболочкой занимают объем не более 1 куб. мм.

Понятно, что уменьшение источников питания повлечет за собой и дальнейшую миниатюризацию целого ряда устройств микроэлектроники.

И. ЗВЕРЕВ

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

ГОЛУБАЯ РОЗА БЕЗ ШИПОВ. Именно такой цветок намерены создать ученые в скором времени. Кроме того, они обещают вернуть розам их чарующий аромат, который они, по словам знатоков, утратили за долгие годы коммерческого разведения. Работы по выведению голубой розы стали неожиданным ответвлением исследований в области создания новых лекарств, которые ведутся в медицинской школе Университета Вандербильда в Нэшвиле. Биохимики Питер Гьюнджерич и Элизабет Джиллам обнаружили, что фермент, выделяемый печенью человека, способен придавать тканям голубой оттенок. Теперь ученые пытаются «пересадить» розам ген, ответственный за выработку этого фермента.

ИНФОРМАЦИЯ НА МОЛЕКУЛЕ. Открытие, способное совершить революцию в технологии хранения и обработки больших объемов информации, сделали американские ученые из университета штата Оклахома. Как удалось выяснить исследователям, одна молекула жидкого кристалла, содержащая 19 атомов водорода, способна «запомнить» как минимум 1024 бита информации. Эксперименты проводились с черно-белым изображением, записанным в двоичном коде, то есть в виде нулей и единиц. Ученые облучали «подопытную» молекулу импульсами электромагнитного излучения, содержащими колебания различных радиочастот. Кроме того, колебания каждой частоты различались по амплитуде, что соответствовало единице или нулю двоичного кода. Такое воздействие и позволило «записать» необходимую информацию на облучавшейся молекуле.

Затем ученые смогли и считать эту информацию, облучив молекулу другим импульсом, содержащим колебания несколько измененной частоты, а также и используя прибор, работающий на принципе ядерного магнитного резонанса.

ЖИЗНЬ БЕЗ НАСТРОЙЩИКА? Настройщики фортепьяно во всем мире вскоре могут остаться без работы. Ведущие мировые производители этих музыкальных инструментов готовятся к производству роялей нового поколения, которые способны сами поддерживать идеальное звучание. «Революцию» в мире музыки произвел американский изобретатель Дон Гилмор, сообщает журнал «Нью сайентист». Созданное им устройство, состоящее из микрокомпьютера, анализатора звуковых частот и силовых транзисторов, разогревает расстроенные струны рояля электрическим током и тем самым регулирует их натяжение. По словам изобретателя, на настройку уходит не более 40 секунд.

Впрочем, для первоначальной настройки системы вмешательство человека все-таки будет необходимо. На заводе человеку-настройщику придется точно настроить рояль, с тем чтобы встроенный в него компьютер «знал», с какими частотами ему надо сравнивать звучание каждой струны. Ну, а остальное уже будет «делом техники».

ОТ ПЕРВОГО ЛИЦА

Флибустьерры компьютерры

«Информационное пиратство» — так называется проблема, буквально захлестнувшая Россию, да и весь мир в последние десятилетия. О том, что за флибустьеры действуют на компьютерной территории («на Компьютерре», как иногда говорят программисты), какой от них вред, как с ними можно бороться, мы попросили рассказать старшего научного сотрудника Института информатизации образования Д.Ю. УСЕНКОВА.

«Самодельные» копии

Сегодня, когда все имеющие отношение к компьютерам четко разделились на программистов и «просто пользователей», когда лицензионное программное обеспечение иной раз стоит дороже самого компьютера, а Интернет превратился в очень удобную среду распространения любой информации, «пиратство» стало приобретать поистине коммерческие формы и размах. Речь тут может идти о миллионах и миллионах рублей и долларов незаконной прибыли.

Борьба с этим явлением разворачивается все шире. То и дело в СМИ появляются сообщения об очередном рейде на рынки и «развалы», о штрафах за использование крупными фирмами нелицензионных программ, о судебных процессах против владельцев сайтов с «пиратскими» аудиозаписями. Но больших успехов в этой борьбе пока не видно.

Почему? Давайте попытаемся найти ответ на этот вопрос хотя бы в случае «компьютерного пиратства».

Наши потери

Прежде всего от пиратства страдают фирмы — производители программ, из-за них фирма не только не получает прибыль, но иногда даже не может окупить затраты на производство похищенного «пиратами» программного продукта.

Между тем затраты эти достаточно велики. В создании даже сравнительно небольшого по сложности современного программного пакета участвует множество людей: разработчики идеи и сценария функционирования, создатели технического задания, дизайнеры, программисты, администраторы… А если речь идет о компьютерной игре, насыщенной графикой, анимацией, то к работе привлекают художников, мультипликаторов, видео- и звукооператоров, специалистов по цифровому редактированию… Наконец, если в программе используются информационные материалы, принадлежащие различным музеям, фондам или книжным издательствам, то за право их использования фирма-разработчик тоже должна заплатить немалые деньги.

Что же касается пользователей компьютеров, то может показаться, что от «пиратства» они в выигрыше: вместо того, чтобы платить за тот же Microsoft Office 300 долларов, можно всего за 80 или 100 рублей купить «пиратский» CD-диск с большим набором всяких программ. Однако, если копнуть чуть глубже, выяснится, что потери потребителя еще больше, чем потери разработчиков. И вот почему.

Во-первых, если фирма не может окупить затраты на выпуск предыдущей разработки, то скорее всего она не сможет приступить к созданию новой ее версии или к реализации нового проекта. Результат — отсутствие новых программ, которые могли бы появиться, если бы не…

Во-вторых, «пираты» не гарантируют качество своей «продукции». Часто пакеты, занимающие в лицензионном варианте несколько CD-дисков, ради удешевления урезаются «пиратами» до объема одного диска. Кроме того, «пиратское» копирование обычно сопряжено с взломом защиты, а при этом тоже может пострадать программный код: ведь хакеру приходится «нащупывать» в нем необходимые для взлома изменения наугад. Бывали случаи и продажи «пиратских» CD-дисков, зараженных компьютерными вирусами. (A CD-ROM, понятно, никаким антивирусным средством не «вылечишь» — на нем что записано, то и записано. Иной раз вы можете, «купившись» на этикетку, приобрести что-то совсем не то. В магазине при подобной ошибке всегда можно поменять диск на другой или вернуть деньги, а вот «пиратский» столик или ларек «сегодня здесь, а завтра ищи-свищи».

Ну и, в-третьих, лицензия на программу не только подтверждает факт законной ее покупки. Она означает также целый ряд дополнительных обязательств фирмы-разработчика перед пользователями и обеспечивает сервисные услуги. Например, зарегистрированный пользователь может рассчитывать на получение информации о новых версиях и скидку на их покупку, на бесплатное получение «патчей» (исправлений замеченных в программе ошибок), на консультации представителей фирмы-разработчика и даже приглашения от нее на различные семинары и конференции по обмену опытом.

Так что покупатели нелицензионного «софта» действительно теряют немало. Правда, разница цен между ним и легальными копиями обычно настолько высока, что многие соглашаются рискнуть. Поэтому разработчикам программ приходится принимать различные меры для защиты от несанкционированного копирования и распространения программ. Вот только насколько они действенны?

Хакерские лазейки

Методы защиты программ от «пиратского» копирования можно разделить на аппаратные (связанные с какими-либо изменениями носителя информации, применением дополнительных периферийных устройств и пр.) и программные, реализуемые посредством соответствующих изменений в программном коде.

Наиболее простой способ — использование серийных номеров, кодов пользователя и пр. Программа в момент установки на компьютер запрашивает у вас некую комбинацию символов, которую вам предоставляют разработчики или продавцы лицензионной копии.

Очевидно, что этот способ наиболее уязвим: «пирату» достаточно узнать (скажем, купив легально хотя бы один экземпляр) серийный номер — и он может копировать диски налево и направо, раздавая этот номер всем своим клиентам.

При использовании другого способа в комплекте с программой дается ключевая дискета с неким файлом, наличие которого проверяется при установке программы. Разумеется, скопировать ключевую дискету хакерам тоже нетрудно.

Иногда даже и копировать саму программу не требуется: многие разработчики предоставляют своим потенциальным покупателям бесплатно усеченные по функциям или полнофункциональные, но работающие в течение некоторого ограниченного промежутка времени версии программ. Их можно получить на дискете или CD-диске либо просто переписать с Web-сайта фирмы-разработчика и попробовать. Если программа понравится, то надо оплатить ее стоимость и получить регистрационный код (аналог серийного номера) или специальный ключевой файл, превращающий демоверсию в рабочую.

Однако то же делают и хакеры, причем нередко совершенно «бескорыстно»: иной раз достаточно ввести в Интернет-«поисковике» название программы, чтобы получить целую подборку адресов страничек с требуемыми серийными номерами, регистрационными кодами и ключевыми файлами. (Правда, при посещении таких сайтов вам вполне могут «подкинуть» вирус или «троянского коня», но это уже другой вопрос.)

Более сложная разновидность защит с использованием регистрационного кода — так называемая «активация» — построена на обмене информацией с производителем программы уже после ее установки на компьютер. Обычно она выполняется так: во время установки программа анализирует конфигурацию компьютера и вырабатывает некое число — «код установки»; этот код нужно сообщить разработчику (программа может сделать это автоматически по Интернету) — он проверяет, не была ли данная копия уже у кого-то установлена, и в случае успеха возвращает другой числовой код — «ключ активации» данной программы на ваш компьютер.

Таким образом, кстати, программа «привязывается» к данному компьютеру. Но и активацию нетрудно обойти: зная (или выяснив опытным путем) алгоритм генерации для заданной конфигурации «кода установки» и «ключа активации», можно создать несложную программку — генератор «ключей активации» на все случаи жизни.

Существуют и другие, более экзотические способы аппаратной защиты. Изготовителями музыкальных дисков был испробован, например, такой: сначала на CD пишется собственно музыка, затем оставляется небольшой промежуточный участок и после него (на периферии диска, так как запись на CD-ROM ведется от центра к краю) помещается специальная «испорченная дорожка». Проигрыватель музыкальных компакт-дисков игнорирует эту дорожку и нормально воспроизводит остальные. А вот компьютер ее опознает как ошибочную и не может даже прочитать такой диск, не говоря уже о его копировании.

Но хакеры и тут нашли выход: достаточно заклеить «испорченную» дорожку непрозрачным скотчем или просто закрасить маркером его и отделяющую «нейтральную полосу», не затронув сами аудиодорожки, и компьютер нормально воспримет данный CD как обычный аудиодиск и позволит его читать и копировать.

Лучше меньше, чем ничего…

Итак, практически для любого метода защиты от несанкционированного копирования «пираты» (с большими или меньшими трудностями) могут найти способ взлома. И простыми запретами проблему тоже, очевидно, не решить: пока есть спрос, будет и предложение. Поэтому самый надежный способ борьбы с «компьютерным пиратством» — устранение его причин. То есть, говоря проще, лицензионная копия должна стоить в идеале так дешево, чтобы пиратам стало невыгодно ее копировать. Возможно ли это?

Да. Целый ряд российских компаний разрабатывающих и продающих программные продукты, — «1C», «МедиаХауз», «Новый Диск» и другие, — уже не только нашли верное решение, но и с успехом используют его на практике. Решение это просто, как все гениальное: программные продукты выпускают в двух вариантах — «коробочном», где CD красиво упакован и сопровождается всеми необходимыми «бумажными» руководствами пользователя, и так называемый OEM — пользователь получает только сам CD, на котором инструкции записаны в электронном виде. И если в первом случае стоимость достаточно высока (обычно порядка сотен рублей), то OEM-диск продают всего рублей за 100–150. Такая цена вполне сопоставима с ценами «пиратских» изданий. Но при этом преимущества лицензионной копии однозначно лишают «пиратов» потребительского спроса. Кто же станет покупать «кота в мешке», когда можно практически за те же деньги приобрести диск с гарантией качества?