Инновации и нанотехнологии в Украине (стр. 3 из 5)

Финансирование программ, связанных с нанотехнологиями, в мире.

По прогнозам Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии США, развитие нанотехнологий через 10-15 лет позволит создать новую отрасль экономики с оборотом в $15 млрд. и примерно 2 млн. рабочих мест.

Исходя из этого, в развитых странах (США, Япония, Россия, европейские государства) объем средств, потраченных на нанотехнологии, постепенно увеличивается.

Сегодня стало общепринятым связывать будущее страны с тем, насколько она успешно продвинулась в развитии и освоении нанотехнологий. Это ставит перед нами резонный вопрос: может ли Украина претендовать на место среди лидеров научно-технического прогресса?..

Судя по рекламным материалам ряда крупных зарубежных фирм, в завершающей стадии находятся разработки приборов (теравизоров) для определения наличия взрывчатых веществ и различных инородных предметов в аэропортах, вокзалах и т.п. Большие надежды с освоением терагерцовых волн связывают специалисты в области контроля окружающей среды (определение вредных примесей в атмосфере, воде, в ближнем космическом пространстве и т.д.). Астрономы надеются с помощью радиотелескопов в этом частотном диапазоне получить новую информацию о далеких небесных телах и динамике развития Вселенной.

Освоение космоса. Информационные и военные технологии

Нанороботы способны воплотить в жизнь мечту фантастов о колонизации иных планет. По-видимому, освоению космоса «обычным» порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком - сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов. Сейчас в этом плане был создан проект космического лифта из углеродных нанотрубок (NASA и компания LiftPort Inc). За этим проектом, запуск лифта намечен на 12 апреля 2018 года.

Невероятные перспективы открываются также в области информационных технологий. Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшатся до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость будет измеряться терабайтами. Станет возможным «переселение» человеческого интеллекта в компьютер.

Нанотехнологии имеют и блестящее военное будущее. Военные исследования в мире ведутся в шести основных сферах: технологии создания и противодействия "невидимости" (известны самолеты-невидимки, созданные на основе технологии stealth), энергетические ресурсы, самовосстанавливающиеся системы (например, позволяющие автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета), связь, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений.

Наконец, за счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет «разумной» и исключительно комфортной для человека.

Медицина и биология

Благодаря использованию терагерцовых волн можно ожидать прорыва в ряде медицинских технологий. Возможно, в самое ближайшее время терагерцовые аппараты с безвредным электромагнитным излучением войдут в практику медицинской диагностики и смогут заменить в ряде случаев небезопасные рентгеновские аппараты. Но самые большие надежды медицинских специалистов связаны с лечением онкологических больных. Так как терагерцовые волны хорошо проникают в верхние слои кожи (вплоть до мышечных тканей), появляется возможность контролировать развитие недоброкачественных процессов на самых ранних стадиях. Вообще в этом диапазоне открываются новые возможности изучения процессов на уровне живой клетки. Одной их самых обсуждаемых, самых волнующих является тема использования нанороботов в наномедицине, где в полной мере могли бы найти применения «таланты» нанороботов. Считается, что наноробот, введенный в организм человека, сможет самостоятельно передвигаться по кровеносной, лимфатической и нервной системам, не нанося вреда организму, изменять характеристики тканей и клеток, уничтожить микроорганизмы, вирусы и раковые клетки.

Появятся медицинские устройства, размером с почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать и впрыснет их в кровь.

В области биологии станет возможным «внедрение» в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.

Промышленность и сельское хозяйство. Экология

Теоретически возможно, что роботы, созданные на основе нанотехнологий, будут способны конструировать из готовых атомов любой предмет. Если это станет возможным, то произойдет замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет.

Нанотехнологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы способны будут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. К примеру, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено - корову. Подобное «сельское хозяйство» не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. Однако пока что переход от производства в лаборатории к массовому производству чреват значительными проблемами, а надежную обработку материалов в наномасштабе требуемым образом все еще очень трудно реализовать с экономической точки зрения.

Нанотехнологии способны также стабилизировать экологическую обстановку. Во-первых, за счет насыщения молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Например, в перспективе наноматериалы позволят многократно снизить стоимость автомобильных каталитических конверторов, очищающих выхлопы от вредных примесей, поскольку с их помощью можно в 15-20 раз снизить расход платины и других ценных металлов, которые применяются в этих приборах.

Будут созданы электрические магистральные кабели на углеродных нанотрубках, которые будут проводить ток высокого напряжения лучше медных проводов, будут прочнее в 10 раз и при этом весить в пять-шесть раз меньше. Нанокраски скоро начнут применяться для нанесения магнитных знаков на ценные бумаги, что позволит более качественно защитить их от подделок. Для увеличения памяти в компьютерах и телефонах скоро будут использоваться специальные "нанотрубки".

При изучении нанопроцессов в твердом теле в отделе химии твердого тела Института общей и неорганической химии им. В.Вернадского обнаружили новые свойства материала, разработали керамические нагревательные элементы, не дающие искры, и даже использовали их в промышленности.

В Институте металлофизики НАНУ исследован новый физический эффект в многослойной структуре: ферромагнитный материал-пленка благородного металла толщиной в единицы нанометров — ферромагнитный материал. Не так давно Нобелевская премия по физике была присуждена за обнаружение эффекта гигантского магнитного сопротивления в подобных слоистых средах. Все считывающие и записывающие головки в капдисках используют именно этот эффект.

Телекоммуникационные системы и сенсоры различной природы — всевозможные составляющие нанотехнологий. Современное умное оружие — яркий пример таких инноваций. Но технологический прогресс — далеко не все то, что мы вкладываем в понятие «нанореволюция». Речь идет также о новых, более гибких формах развития общества, понимании роли информации в мировом процессе. Нанотехнологии дают возможность разрушить информационные системы оппонента еще до того, как он решит атаковать.

Украинские наноиллюзии

Возникает вопрос — на какую роль может рассчитывать Украина в мире нанотехнологий?

Мы значительно отстали за последние 20 лет, в стране нет не то что технологической линейки, но даже хотя бы одного современного инструментального прибора, который позволял хотя бы на лабораторном уровне в полном объеме манипулировать в области нанометра, и главное — пришли в упадок отраслевые научно-промышленные центры, которые могли бы использовать результаты академической, вузовской и прикладной науки в производственных целях.

Существующий интеллектуальный потенциал, имеющиеся разработки, а также несколько сохранившихся предприятий бывшего военно-промышленного комплекса Союза при объединении усилий в рамках финансируемых государственных программ по нанотехнологиям дают некий хотя весьма иллюзорный, но все же шанс на прорыв в области микроволновой техники, солнечной электроники, метрологии, радиоастрономии…

Первые два направления можно было бы создать в виде крупных вертикально и горизонтально интегрированных структур на базе научного парка «Киевская политехника», Института физики полупроводников НАНУ, киевских ОАО «НПП «Сатурн» и государственного НИИ «Орион», донецкого «Топаза», Днепропетровского машиностроительного завода, Запорожского радиозавода, ряда черновицких и львовских институтов. Эти структуры еще способны создавать и серийно выпускать перспективные образцы конкурентоспособной техники. Если, конечно, за время, которое понадобится для раскачки, на их месте не будут построены развлекательные комплексы, офисные центры и массивы «элитного» жилья.