Наверх
8 декабря 2019
USD EUR
Погода
Без рубрики

Архивная публикация 2007 года: "Неотвратимая НАНОсть бытия. И небытия"

Российская наука стоит на пороге нановзрыва. Нано способны перевернуть все представления о жизни. Но уже сегодня понятно, что нанотехнологии, как когда-то космос или ядерная энергия, придут к нам, мирным людям, от людей в военной форме.Хотя уже сегодня у нанотехнологий есть и мирные достижения. Есть импортные и отечественные комбинезоны, рубашки, белье, которые загрязняются меньше обычных и обладают бактерицидными свойствами. Эту наноодежду для космонавтов, военных, спортсменов параллельно разработали и создали опытные образцы ученые американского Технологического института Джорджии (Georgia Tech) и российского РНЦ «Курчатовский институт». «Умные» рубашки и трусы с помощью невидимых глазу нанонитей, вшитых в ткань, словно медицинское оборудование, следят за состоянием здоровья человека. И все данные о самочувствии своего хозяина по беспроводному микроскопическому устройству-сенсору с автономным питанием (пока что его хватает на день-два) передают в единую базу данных — стационарный компьютер. А проходящие в Georgia Tech испытания кроссовки с индикатором скорости бега по автономным нанопроводам, встроенным в подошву, сообщают стационарному компьютеру о нагрузках и перегрузках на ноги бегуна.

— Работа индикатора скорости бега отдаленно напоминает работу генератора ГРЭС, но уменьшенного в миллионы раз, — говорит академик, директор Центра фотохимии РАН Михаил Алфимов. — Нанотехнологии позволили создать микроскопические генераторы, вырабатывающие ток на месте. Датчики, передающие из глубин организма параметры кровяного давления или другие данные, столь малы, что для них велики даже крошечные батарейки традиционного типа.

Но если наноодежда и нанообувь еще не выходят за стены лабораторий, то, как рассказали «Профилю» в Институте водных проблем РАН, на сооружениях «Мосводоканала» для очистки воды от микробов и тяжелых металлов уже применяют наномембраны. Есть сотовые нанотелефоны, делающие связь доступной даже в горах и под землей. А РНЦ «Курчатовский институт» создал наногенератор — тонкую квадратную таблетку с рабочей поверхностью в 1,5 мм в поперечнике, которая преобразует в электроэнергию вибрации окружающей среды. Он сможет стать компактным источником питания для медицинских микроприборов и датчиков, имплантируемых в тело человека, — используя энергию кровотока, мышечных сокращений.

Всего, по данным РНЦ «Курчатовский институт», в России выпускается 1500—1600 изделий, содержащих нанопродукты. Ученые МГУ создали «цинковый лес» — нанопровода для электроники, отличающиеся большей долговечностью, «титановый апельсин» — беспроводную всепроникающую сотовую связь, сконструировали наноструктурированный бетон для сооружения домов, способных служить более 300 лет. В МЭИ собрана энергосберегающая фара с нанодиодами.

Вот только покупателей этой продукции пока нет.

Главные проблемы — космическая дороговизна высокотехнологичных продуктов, выпускаемых поштучно, поскольку их промышленное производство не налажено, и отсутствие рынка сбыта. К примеру, массовому распространению сенсорных дистанционных наносетей мешает цена источников питания — $150—200 за штуку, причем работают они 1—3 дня, и то если их «трудится» до сотни одновременно. Правда, нанотехнологии развиваются быстро. Если в 2005 году объем мирового нанотеха, по данным корпорации «Роснанотех», составлял 0,3—0,5% мирового ВВП, то к 2008-му прогнозируется 2%, а к 2010 году — уже до 4—5%.

— Но у нас молниеносного роста не будет, — уверен Михаил Ковальчук, директор РНЦ «Курчатовский институт». — Нам сначала надо подготовить базу в опытно-конструкторских разработках. Тогда года через три-четыре получим первые практические результаты. А вот лет через 7—10 уже тысячи дешевых беспроводных сенсоров, размещенных в самых различных местах, будут самостоятельно объединяться в сети и работать от встроенных источников питания не 1—2 дня, а несколько лет.

Чтобы эта фантастика стала жизнью, надо выстроить цепочку от академической науки, разрушенной утечкой мозгов и нищенским госфинансированием, до рынка, который давно махнул на науку рукой. И точно так же, как и обыватель, понятия не имеет, что такое нанотехнологии.{PAGE}

Что такое нано

«Нано» означает изменение масштаба в миллиард раз. Нанотехнологии — набор методик, основанных на манипуляциях с отдельными атомами и молекулами в диапазоне 1—100 нанометров (1 нм = миллиардная часть метра).

Видоизменение веществ на атомарном и молекулярном уровне и создает эффект нанотехнологий, входящих в число наиболее перспективных технологий XXI века. Это сравнимо с эффектом волшебного гриба из «Алисы в Стране чудес», позволявшего ей когда надо быть Гулливером, когда надо — лилипутом. «Нано-гриб» способен преобразовать любые виды энергии. Именно нано, говорят ученые, будут определять прогресс и состояние дел почти во всех областях человеческой деятельности — от сельского хозяйства, медицины, питания и до обороны, борьбы с терроризмом, преобразования любых видов энергии, включая атомную и солнечную, даже космических исследований.

«Умная пыль»

Первыми внедрять наноразработки начали американцы, французы и японцы. Во Франции еще в конце 60-х, при генерале де Голле, попытались создать два крупных государственных нанопроекта. Один из них подразумевал превращение вычислительной техники в наукоемкую отрасль экономики, но потерпел поражение: госуправление концерном оказалось неповоротливым, и он проиграл конкуренцию компьютерам. Другой, частный проект, уже в 90-е годы перерос в компанию Thomson — крупного игрока на мировом рынке бытовой электроники. Теперь французы — одни из лидеров в области создания нанотелевизоров, а точнее — техники, объединяющей возможности телевизора, плеера и компьютера. Японцы в 1980-е годы предпочли развивать прикладное направление — робототехнику, обслуживающую нужды «умной» сборки в машиностроении. А американцы стали первыми изобретателями нанооружия. Оно, по данным официального сайта Национальной нанотехнологической инициативы (ННИ) США, было испытано в 2006 году в Афганистане для слежения за передвижением войск союзников НАТО, чтобы координировать их действия. А эксперты Института глобального климата и экологии Росгидромета говорят, что нанооружие как разновидность климатического оружия могло быть испытано США еще во Вьетнаме в начале 70-х годов, когда там искусственно вызывались муссонные дожди.

В России первые наноразработки тоже связаны с оружием, но долгое время они оставались теоретическими, а в 90-е годы, когда началась утечка умов и пошло сворачивание фундаментальных исследований, вовсе были приостановлены. Теперь, когда принята государственная программа развития нанотехнологий, наметились два типа их внедрения. Французский — работает за счет создания госкорпораций. И американский, делающий ставку на частный, в основном мелкий бизнес, но также отдающий предпочтение оборонным разработкам под кураторством крупных компаний.

Россия выбрала французский вариант. Локомотивом отечественных исследований в области нанотехнологий станет созданная корпорация «Роснанотех», которая по капитализации, как обещает куратор проекта, вице-премьер правительства РФ Сергей Иванов, «может превзойти «Газпром». И как показывают первые заявления представителей ее «дочек» — наноцентра Московского энергетического института и наноцентра РНЦ «Курчатовский институт», скорее всего, вектор развития передовой наномысли тоже определен. Война, оборона.

— Для обеспечения национальной безопасности необходимо заниматься разработкой нанотехнологий двойного назначения, — считает руководитель наноцентра МЭИ Андрей Алексенко, — для охраны государственных границ, а также для защиты от техногенных катастроф. Это приоритеты. При этом никакой гонки вооружений мы не затеваем. Наша цель — оборонительное оружие. Главное достоинство разработки, которая нами создается, — против нашего нанооружия нет другой защиты, кроме нанозащиты. 

Суть работы и открытия г-н Алексенко в интервью «Профилю» объяснять отказался, сославшись на гостайну. Но объяснил, что нанооружие использует молекулы «умной пыли» — «это полное обследование территорий, что возможно только при развитии современной микро- и наноэлектроники. В этой области у нас также идет интенсивная работа».{PAGE}

Лет 15 назад «умная пыль» была чистой фантастикой — ее концепция «списана» учеными из повести Станислава Лема «Непобедимый». Сегодня на ее внедрение отводится 3—7 лет. В основе использования «умной пыли» лежит идея микро- или наноробота — механизма, размер которого исчисляется микронами. Принцип действия прост: один муравей, как и один микроробот, ни на что не способны. Объединение роботов сравнимо с миллиардом тропических муравьев, как уничтожающих все живое на своем пути, так и создающих наподобие муравьев-трудяг свою знаменитую кучу-малу. Механизм «муравьиной» работы таков: сначала беспроводные нанороботы образуют единое облако, парящее в небесах (имитирующее настоящее или, как шапка-невидимка, незаметное). Главный компьютер передает облаку координаты целей. Каждый робот выбирает ближайшую, сообщает главному компьютеру ее местоположение и вместе с ним решает, нападать ли. Для этого он узнает, сколько соседей-роботов уже направилось к цели. Если их число достаточно, он ищет другую или остается в резерве. Если нет — идет в атаку, о чем и оповещает соседей. Так облако быстро распадается на фрагменты-кластеры, перемещающиеся к целям. Кластеры нанороботов, несущих заряд, окутывают цель (технику или живую силу противника) и взрываются.

Первая «умная пыль» создана в США. По данным исследовательского отдела Intel Калифорнийского университета в Беркли, опубликованных на сайте ННИ, американские ученые разработали несколько сенсорных сетей, работающих на таком принципе. Одна прошла испытания в Афганистане. С помощью другой на острове Дикой Утки в штате Мэн ученые сегодня фиксируют миграцию буревестников, изучая глобальное потепление. Третья сеть включена в систему симуляторов землетрясений в НИИ Университета Беркли.

«Умная пыль» может быть оружием, а может служить и мирным целям — охранять границы, исследовать околоземное пространство стайками микроспутников, осваивать глубокий космос. Но уже понятно, что, как когда-то космос, ядерная энергия и т.д., нанотехнологии придут к мирным людям от людей в военной форме.

Вечные вопросы

Ученые, восхищаясь нано, признают, что вместе с прогрессом нанотехнологии несут и новые опасности. 

— Десятками тысяч роботов будут управлять из единого компьютерного центра, — говорит эколог, член-корреспондент РАН Алексей Яблоков. — Дело даже не в том, что любой компьютер может «глючить» и ломаться — и как тогда себя поведут нанороботы? А в том, что нас ждет проблема, к которой мы не готовы, — вмешательство искусственного интеллекта в человеческий с угрозой постепенной замены. То есть проблема на порядок выше нынешней экологической: не нарушение экологии земли, а вмешательство в экологию человека.

Согласен с ним и главный научный сотрудник Института востоковедения РАН профессор МГУ Акоп Назаретян. Он прогнозирует, что цена нового цивилизационного прорыва, к которому приведет внедрение в жизнь нанотехнологий, — наращивание высокотехнологичных вооружений, «рядом с которыми атомное оружие и баллистические ракеты покажутся луком и стрелами». И от того, сможет или не сможет человечество адаптироваться к ним, зависит, сможет ли оно воспользоваться плодами нанотехнологий и при этом еще и выжить.

— Благодаря нанотехнологиям станет возможным глобальный экологический контроль, а благодаря системе взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно, — погодный контроль, — возражает Михаил Ковальчук. — Утилизация отходов и глобальный контроль за экологией позволят даже увеличить и разнообразить сырьевые запасы человечества. С помощью нанопреобразователей можно будет получать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для выработки электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Развитие наномедицинских роботов поможет существенно продлить человеческую жизнь. Тогда настанет время «настоящей» виртуальной реальности и полноценного взаимодействия с компьютерами через нервную систему человека, который, возможно, перестанет мыслить, исходя из милитаристских устремлений. 

На развитие нанотехнологий в России до 2015 года планируется потратить около 200 млрд рублей. 130 млрд рублей бюджетных средств будут выделены еще до конца нынешнего года. Получается примерно по $0,976 млрд в год. Примерно столько, к слову, в прошлом году вложили в cвою наноотрасль США (см. таблицу «США начинают наногонку»).

Таблица 1 Структура финансирования программы ННИ основными участниками за 2006 финансовый год ($ млн)
































































Напра
вление иссл
едований по программе
Национальный науч
ный фонд
Минис
терство обороны
Минист
ерство энерг
етики
Национал
ьный институт здравоохр
анения
1Фундаментальные исследования феномена и процессов наномасштабов95354848
2Наноматериалы75833317
3Наноприспособления и наносистемы5499572
4Инструментальные исследования, метрология и стандарты для нанотехнологий123117
5Нанопроизводство242
6Приобретение исследовательского оборудования и инструментов2461091
7Социальные составляющие6021
Итого344230207144
Источник: официальный сайт ННИ www.nano.gov

Больше интересного на канале: Дзен-Профиль
Скачайте мобильное приложение и читайте журнал "Профиль" бесплатно:
Самое читаемое

Зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность скачивания номеров

Войти через VK Войти через Google Войти через OK