CC BY
52
ИННОВАЦИОННЫЙ СЦЕНАРИЙ РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИКИ
М. КОВАЛЬЧУК, член-корреспондент РАН, директор РНЦ ”Курчатовский институт”, директор Института кристаллографии РАН имени А.В.Шубникова,
и.о. вице-президента РАН
НАНОТЕХНОЛОГИИ - ФУНДАМЕНТ НОВОЙ НАУКОЁМКОЙ ЭКОНОМИКИ XXI ВЕКА
Нанотехнологии - одна из наиболее популярных сейчас тем, когда речь заходит о том, каким может оказаться наше будущее. И хотя немногие в полной мере понимают, что такое нанотехнологии, тем не менее, все убеждены, что эффективное развитие страны без них уже невозможно.
1 ноября 2007 г. в Институте экономики РАН состоялась встреча ученых института с и.о. вице-президента РАН, член-корр. РАН М.В.Ковальчуком, который рассказал о старте мегапроекта по развитию наноиндустрии в стране, представил свой взгляд на перспективы введения во все сферы хозяйственной деятельности России нанотехнологий, познакомил присутствующих на встрече ученых с докладом «Нантотехнологии - фундамент новой наукоёмкой экономики XXI века».
Ниже приведены основные положения доклада В. Ковальчука.
Что такое нанотехнологии и почему обращение к ним актуально сегодня?
Слово «нано» происходит от древнегреческого «паппоэ» (карлик) и означает миллиардную часть чего-либо. Так, толщина человеческого волоса составляет примерно 80 000 нанометров. Под нанотехнологиями понимают исследования и технологическое развитие на уровне атомов, молекул и макромолекул, когда расстояния составляют от одного нанометра до ста нанометров. Нанотехнологии позволяют создавать новые материалы с заданными свойствами. При этом сначала определяется, какие свойства нужны, а затем с помощью конструирования из отдельных атомов и молекул формируются те или иные структуры, в том числе структуры биологического характера.
Экспертами американской Национальной научной организации
прогнозируется, что с помощью нанотехнологий к 2015 г. будет создано услуг и товаров на $1 трлн., развитие нанотехнологий создаст от 800 тыс. до 2 млн. рабочих мест. Половина всех лекарств к 2010 г. будет сделана с помощью нанотехнологий. Американский Национальный институт здоровья (NIH) включил наномедицину в пятерку самых приоритетных областей развития медицины в XXI в. Некоторые специалисты полагают, что дальнейшее развитие нанотехнологического производства позволит создавать микросхемы памяти ёмкостью в десятки гигабайт и процессоров с рабочими частотами в несколько терагерц.
Активное использование нанотехнологий может привести к решению глобальных проблем человечества: нехватки пищи, жилья и энергии. Благодаря нанотехнологиям существенно изменится конструирование машин и механизмов - многие части упростятся вследствие новых технологий сборки, а многие станут ненужными. Это позволит конструировать машины и механизмы, ранее недоступные человеку из-за отсутствия технологий сборки и конструирования. С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%.
Ученые предполагают, что нанотехнологии позволят создать «флот» медицинских нанороботов размером меньше клетки, которые будут способны уничтожать раковые клетки, инфекции, «заторы» в артериях, создавать новые клетки, а в перспективе сделают человечество бессмертным. Но такие надежды пока далеки от воплощения.
Развитие нанотехнологий в контексте общего развития науки
Человек всегда стремился разобраться в том, как устроен окружающий мир. Например, изучая природные материалы, сначала он брал в руки камни, сравнивал их по весу, прозрачности и твердости. Затем у него появились простые средства исследования, и стало возможным измерить углы между гранями минерала, коэффициент преломления света и др. С открытием рентгеновских лучей в 1895 г. и явления дифракции рентгеновского излучения в начале прошлого века, человек проник внутрь вещества, увидел его трехмерную структуру, атомы и молекулы. Используя электромагнитное излучение и рассеяние различных частиц, человек проник в глубь материи: так возникла атомная физика, физика элементарных частиц, физика высоких энергий. По сути, этот способ исследования (который я называю «линией анализа») определил лицо науки в ХХ в.
В то же время, с середины прошлого века, начала развиваться «линия
синтеза», когда ученые еще эмпирически, во многом по наитию, начали получать, искусственно синтезировать различные вещества. Это все известные полупроводниковые кристаллы и монокристаллы-диэлектрики, которые используются, например, в лазерах. Посмотрите вокруг. Все, что окружает нас - от наручных часов до компьютера - содержит искусственно выращенные, несуществующие в природе кристаллы. Ученые добились больших успехов и в создании органических материалов - огромного разнообразия полимеров и пластмасс, например синтетических каучуков. Мы можем строить космические корабли и подводные лодки и жить в них автономно длительное время. Мы можем высадиться на Луну или другую планету. Вероятно, сможем в ближайшем будущем изобрести лекарства от рака и СПИДа. Перед нами огромное количество задач, но материальные и интеллектуальные ресурсы мира ограничены. Приходит понимание того, что необходимо правильно выбрать первоочередные задачи, расставить приоритеты.
Сегодня у нас появляется новая возможность - искусственно синтезировать окружающий мир. Фактически мы присутствуем при смене научной парадигмы. От познания природы и проникновения в микромир мы переходим к направленному синтезу любых материалов с тем чтобы, в частности, сделать нашу жизнь лучше и удобней. Вековой опыт человечества, огромные вложенные в науку средства теперь можно использовать в самых разных областях - от синтеза новых материалов до медицины.
Говоря о смене парадигмы, я хотел бы отметить три важных момента. Во-первых, мы переходим к наномасштабам, получив возможность манипулировать атомами и молекулами вещества. Во-вторых, мы наблюдаем сближение и взаимопроникновение органического и неорганического миров. Занимаясь неорганическими моделями, мы подошли к принципам, на которых базируется живая природа. Причем мы только начинаем их правильно понимать и использовать. И, наконец, третье
- междисциплинарность. Работая с атомами и складывая из них новые вещества, вы уже не просто химик или физик, а снова, как во времена Ньютона, естествоиспытатель на новом, атомарном уровне знаний.
Приведу пример из близкой мне науки - кристаллографии. Кристаллография по своей сути междисциплинарна. Она возникла как часть геологии, так как изучала минералы. Исследование составляющих кристаллы элементов причислило ее к химии, открытие рентгеноструктурного анализа сделало ее частью физики, а структурный анализ биоорганиче-ских объектов сделал её одной из основ молекулярной биологии.
Сегодня мы с вами живем во времена перехода к очередному этапу
развития материаловедения - созданию биоорганических веществ. Самый совершенный компьютер - это наш мозг, то есть, биомашина. Чтобы построить искусственный биокомпьютер, надо, прежде всего, понять, как устроены белки и нуклеиновые кислоты. В белковых молекулах сотни тысяч атомов. Только пятьдесят лет назад мы начали исследовать структуру и работу этих молекул, но уже разбираемся в том, как они устроены, знаем о запрограммированной смерти клеток и многое другое. Знаем главное - как устроены белковые структуры в объеме, как они сворачиваются и переносят заряд, как двигаются. То есть мы вплотную подошли к пониманию законов живой природы.
Почти шестьдесят лет человечество «играло» с модельным кристаллом кремния, в элементарной ячейке которого всего лишь восемь атомов, создавало все более совершенные компьютеры. Благодаря их развитию, мы получили такие технологии, как, например, молекулярнолучевая эпитаксия, которая используется для создания интегральных схем и тонких структур порядка размеров атомов, и обнаружили новые структуры - так называемые квантовые точки, образование которых подчинено принципам самоорганизации.
Иными словами, мы прошли более чем 50-летний путь развития твердотельной микроэлектроники на основе «неорганики»: от полупроводниковых кристаллов с восемью атомами в элементарной ячейке, к технологическим решениям, в основе которых лежат базовые принципы живой природы.
О новых направлениях в развитии энергетики
Рассмотрение стоящих сегодня перед человечеством глобальных проблем объективно обуславливает необходимость определения на ближайшие десятилетия основных направлений развития научных исследований и технологий. Одно из них - ускоренное развитие энергетики.
Предположим, мы решим проблему старости, научимся продлевать жизнь. Но если закончатся энергетические ресурсы, то условий для жизни нам будет просто не на что. Человек использует энергию, постоянно совершенствуя способы ее добычи. Сначала топили дровами, потом использовали уголь, нефть и газ. Но сегодня мы четко понимаем, что энергетические ресурсы не безграничны, а население планеты продолжает расти.
Когда я был на первом курсе университета, то прочитал, что достаточно одной стране мира, например Индии, выйти на уровень энергопотребления США (а это было тридцать пять лет назад), и всех ресурсов нашей планеты не хватит, чтобы ее обеспечить. Но сегодня мы с ва-
ми видим, что уже «проснулись» и Индия и Китай, потребляющие огромное количество энергии. Более того, западные страны вместо того, чтобы развивать ресурсосбережение, перекинули в Китай ресурсозатратные технологии, фактически создав площадку для истребления энергетических ресурсов.
Устойчивое развитие цивилизации возможно только в случае правильного энергетического обеспечения. У нас есть тепловые, гидроэлек-тро и атомные станции. Но в основном энергетические ресурсы уже на исходе, поэтому будущее энергетики мы связываем с атомной энергией, термоядерным синтезом, водородной энергетикой и нетрадиционными источниками - энергией ветра и Солнца. Причем Россия - уникальная часть света, самодостаточная с энергетической точки зрения, и пока наших ресурсов хватает для полноценного энергоснабжения. С другой стороны, мы имеем все необходимое для развития будущей, инновационной энергетики.
Я хочу напомнить, что в 25 декабря 2006 г. исполнилось 60 лет со дня пуска первого на евроазиатском континенте ядерного реактора Ф-1 в Курчатовском институте. Как известно, впервые в мире цепная ядерная реакция была осуществлена в США под руководством Энрико Ферми под трибунами Чикагского стадиона. Но первая атомная электростанция заработала в Советском Союзе, в Обнинске, и первый атомный ледокол построен у нас. Поэтому можно смело говорить, что атомная энергетика начиналась в нашей стране. Нарождающаяся термоядерная энергетика тоже родом из России, из Курчатовского института (и название термоядерной установки ТОКОМАК - аббревиатура русских слов). Что касается водородной энергетики, то она тесно связана с развитием атомной энергетики. Поэтому нашу страну можно рассматривать как ключевого игрока на поле альтернативной энергетики будущего, причем, как в науке, так и на рынке. Важно, что курс на создание новых энергетических мощностей поддержан и руководством России. Ведь для прорыва в этой области у нас есть и хорошо развитые традиционные виды энергетики, и научная база.
Но, развивая энергетику, например, атомную, нельзя забывать о второй стороне медали. С одной стороны, мы предлагаем строить новые атомные электростанции, с другой - необходимо внедрять новые энергосберегающие технологии, придерживаясь разумного баланса. Говоря об энергосбережении, мы сегодня должны активно использовать нанотехнологии, т.е. технологии конструирования объектов, состоящих из нескольких молекул или даже атомов. Если раньше мы строили мир
«сверху», двигаясь в сторону уменьшения создаваемых предметов, изделий, то теперь идем «снизу», воспроизводя из атомов и молекул системы с нужными нам свойствами. То есть, используя нанотехнологии, мы уменьшаем затраты материалов и энергии. Приведу только один пример. Около двадцати процентов всей вырабатываемой на Земле энергии идет сегодня на освещение. Но если перейти от ламп к светодиодам (а это нанопродукт в чистом виде), то расходы энергии на освещение сократятся на порядок. Это равнозначно строительству несколько новых атомных станций.
Развитие нашей ядерной энергетики идет по двум важнейшим направлениям. Во-первых, это строительство энергоблоков по проекту «АЭС-2006», кстати, Курчатовский институт определен здесь научным руководителем по безопасности реакторных установок. Во-вторых, это плавучие энергоблоки того типа, как применяются на атомных ледоколах. Энергетическая установка помещается на барже, а баржа идет в любом заданном направлении. Можно снабжать электроэнергией таким образом любой регион и любую страну. Уже заложена первая такая станция на базе стандартной судовой реакторной установки, но это пока не слишком большая мощность. Но перспектива очевидна — речь идет о разработке более мощной установки, с двумя блоками по 300 мегаватт. 600 мегаватт на одной барже — это уже нормальный блок атомной станции.
Причем параллельно решается целый комплекс проблем, в том числе политических, прежде всего проблема нераспространения. Нельзя передавать такие ядерные технологии, которые могут быть использованы в военных целях, странам, не входящим в «ядерный клуб». А здесь вы просто ставите у берега станцию, на которой все ваше, включая персонал. Случись что, нестабильная обстановка — вы легко уведете станцию обратно к себе. Исчезнет проблема передачи топлива, технологий «третьим» странам. Решение простое и очевидное.
Далее, это принципиально новые для энергетики коммерческие схемы. Не нужно ничего продавать, когда вы имеете парк плавучих станций и сдаете их напрокат, в лизинг, по давно апробированным в других отраслях схемам.
Наконец, это принципиально инновационный путь. Автомобиль изобретен не Генри Фордом, самолет — не Уильямом Боингом, но именно они начали собирать их на конвейере. Что потянуло за собой многое другое в развитии промышленности, науки, окружающего нас мира. И если мы таким же образом наладим выпуск плавучих АЭС, произойдет колоссальный инновационный прорыв. АЭС станут соби-
рать на конвейере, как автомобили. Это будет массовое производство надежной и дешевой продукции, в котором задействован весь судостроительный комплекс, и индустрия систем безопасности, и выпуск таких топливных элементов типа ТВС, которые американцы называют «ядерной батарейкой» — чтобы за все время эксплуатации установки эти элементы ни разу не требовалось заменять.
Все это, конечно, процесс, который еще предстоит запустить. Но цели здесь вполне ясны.
От научно-технической революции к революции нанотехнологической
Любая научно-техническая система развивается по определенным законам: знания накапливаются, потом они трансформируются в технологии, с появлением технологий возникают производства, а наука получает новые импульсы. В начале ХХ в., после открытий Резерфорда-Бора, было выявлено пространственное строение атома и атомного ядра. Это стало толчком для перехода от классической картины устройства мира к квантовой, что в целом привело к научной революции ХХ в., самым ярким выражением которой оказался «атомный проект». Научно-техническая система развивалась от фундаментальных исследований к ускорителям, от ускорителей - к атомной бомбе, от бомбы - к атомной электростанции. Результатом этого стало появление новых технологий, новой науки. Но самое главное - изменилось геополитическое лицо мира.
В отличие от научных революций прошлого нанотехнологическая революция развивается на основе синергизма и взаимного обогащения различных технологий, что вызывает к жизни множество новых открытий и концепций. Принципиальная особенность нынешней, нанотехнологической, революции состоит в том, что в ее ходе происходит смена парадигмы развития науки. Раньше мы шли «сверху вниз», то есть двигались в сторону миниатюризации создаваемых предметов. Сейчас мы идем «снизу», с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, нужные материалы и системы с заданными свойствами. В этом суть нанотехнологий. Атомно-молекулярное конструирование материалов с необходимыми свойствами принесет ощутимые выгоды в экономии энергетических и материальных ресурсов. Сейчас это особенно актуально, так как напряженность в энергетическом обеспечении мира нарастает. Прогресс в развитии нанотехнологий даст импульс для развития практически всех отраслей экономики на ближайшее десятилетие.
Следует подчеркнуть, что в нанотехнологиях существуют такие области, где российские и советские ученые стали первооткрывателями, получив результаты, положившие начало развитию новых научных те-
чений. Среди них можно выделить: получение ультрадисперсных наноматериалов, теоретическая разработка и проектирование одноэлектронных приборов, а также работы в области атомно-силовой и сканирующей зондовой микроскопии1. В России уже производится целый ряд нанопродуктов, востребованных на рынке: наномембраны, нанопорошки, нанотрубки. Большой прорыв сделан в наноэлектронике, новые открытия успешно внедряются в медицину.
Отмечу, что разработки и исследования в области нанотехнологий ведутся многими научными институтами Российской Федерации, сотни научных программ по всей стране имеют непосредственную взаимосвязь с нанотехнологиями. Все научно-исследовательские направления взаимосвязаны и неотделимы друг от друга. Но эти разработки пока не имеют координации, общей направляющей - как в научном, организационном, так и в финансовом аспекте.
Сегодня нанотехнологии открывают перед нами все более широкие возможности, и этот процесс будет продолжаться и далее. Конечно, нанотехнологическая революция не будет происходить единообразно в любой точке земного шара. Очень многое будет зависеть от степени готовности общества принять предложенные инновации, уровня финансирования технического перевооружения и от ряда других факторов. Тем ни менее, поскольку целый ряд стран уже вступил на путь нанотехнологического перевооружения, пути назад нет, и глобализация привнесет технологические изменения в жизнь любого сообщества на нашей планете. Мир стоит на пороге больших перемен, и эти перемены носят глобальный характер.
Особо подчеркну: в сфере нанотехнологий мир находится на старте. Пока практически все страны находятся в равных условиях. И мы ещё не опоздали.
Рынок нанотехнологий
Существующий сегодня рынок нанотехнологий можно условно поделить на три уровня.
Первый - готовые продукты. Это нанодисперсные материалы: покрытия, керамика, композиты, катализаторы, мембраны, светодиоды и другие.
Второй - продукты, которые будут готовы к выходу на рынок через
1 Ультрадисперсные материалы, обладающие повышенной твердостью, прочностью и пластичностью, а также сниженным порогом хладоемкости, могут широко применяться в машиностроении и способствовать коренной модернизации отрасли. Сканирующие зондовые микроскопы позволяют увидеть микрорельеф поверхности материала с пространственным разрешением вплоть до атоммарного. Одноэлектронные приборы -приборы, при помощи которых можно управлять отдельными электронами.
150
несколько лет, то есть в краткосрочной перспективе. К этой группе можно отнести наноэлектронные устройства, средства доставки ле-карств1, изделия микросистемной техники, наноуглеродные материалы.
Третий - продукты, которые будут готовы в средне- или долгосрочной перспективе через 8 и более лет. Эта группа продуктов, к которой можно отнести нанобиотехнологии, гибридные приборы и системы, ряд других.
Сегодня в России реализуется много инновационных проектов, в том числе, в области энергосбережения и энергоэффективности. Один из них направлен на перевод освещения на светодиоды. В этой сфере уже сложился реальный рынок, на котором Россия пока еще недостаточно присутствует. Светодиоды решают вопрос генерации света большой яркости с очень малым потреблением энергии на его производство, что позволит существенным образом уменьшить энергопотребление. Для всех развитых стран это магистральный путь, который позволит уменьшить создание генерирующих мощностей, а, значит, колоссально сократит энергозатраты.
Напомню, что более двух миллиардов жителей Земли вообще не имеют какого-либо энергетического обеспечения. И если вы сделаете эффективный источник света на основе светодиода и соедините с ним такую же эффективную солнечную батарею, то в развивающихся странах Африки и Юго-Восточной Азии можно решить целый ряд проблем. Речь идет о мощном инновационном проекте, и Россия могла бы его предложить другим странам для совместной реализации.
Это лишь один из примеров. Существенные инновации должны быть сделаны сегодня и в сырьевом секторе, откуда идут реальные деньги. Если использовать ресурсы не только как сырье, но и как средство для перехода к инновационной экономике, это может стать огромным преимуществом России.
Кадры для нанотехнологий
Сегодня ответ на вопросы: «Сколько сегодня человек в России занято в сфере нанотехнологий? Какие специальности в этой новой области уже существуют, и откуда берется кадровый ресурс?» - я думаю, никто не сможет дать. Не существует пока такой специальности - нанотехнолог. В ВУЗах страны пока только начали вводиться подобные дисциплины. Так, в прошлом году на физфаке МГУ была создана кафедра «Физика наносистем», которую я возглавил. Однако данное направление
1 Для транспортировки лекарств внутри организама используются состоящие из белковых молекул веретенообразные капсулы («наноконтейнеры»), которые без препятствий проникают через клеточную мембрану, не подвергаясь воздействию иммунной системы человека.
преподается преимущественно в рамках спецкурсов. Специалист по нанотехнологиям должен быть, прежде всего, ученым очень широкого научного кругозора и эрудиции. Именно в этом кроются сложность и привлекательность нашей профессии.
Без преувеличения могу сказать, что нехватку таких профессионалов в связи с бурным развитием нанотехнологического направления в науке и промышленности испытывает все мировое научное сообщество. Спрос на новые нанотехнологические разработки очень велик, и для специалистов, работающих в этой сфере, существует возможность быстрого профессионального роста. Сегодня, как никогда, в нашей стране можно сделать яркую научную карьеру в области нанонауки. Появился хороший научный задел и колоссальные возможности для развития высокотехнологического производства. На развитие нанотехнологий государством выделяются значительные финансовые ресурсы.
При этом необходимо учитывать, что, начиная любое новое дело, как бы оно ни называлось, очень важно выработать верную идеологию. Когда есть ясное видение цели, то есть, продумана идеология, то вопрос решения даже сложной проблемы переходит в техническую плоскость. Как раз такому подходу, умению увидеть проблему в целом, выделить приоритетные задачи и определить общую методику их решения и учит современное образование, в особенности - университетское.
Государство делает серьезные шаги по развитию инновационной экономики, создавая необходимую инфраструктуру с тем, чтобы научные достижения как можно быстрее перетекали в бизнес. В связи с этим в самом ближайшем будущем широко образованные люди будут очень востребованы в промышленности и связанной с ней сфере предпринимательской деятельности.
Государство и бизнес в сфере нанотехнологий
В последнее десятилетие ученые зачастую попросту были вынуждены бороться за выживание и поэтому во многом утратили способность формулировать и осуществлять масштабные проекты. Алгоритм выживания заключается в суверенизации на всех уровнях. Большинство отечественных научных институтов превратилось в набор квазиавтономных лабораторий. Алгоритм же развития качественно другой. Если для выживания нужно размежевание, то для развития - консолидация. Поэтому России крайне необходим новый масштабный научнотехнический проект, подобный атомному или космическому.
Треть мировой экономики сегодня американская. Чтобы конкурировать на равных с Америкой, Европа объединилась. У нас же в силу известных причин
произошла дезинтеграция, а большая советская экономика распалась.
Мы уникальная страна: с одной стороны, у нас громадные запасы сырья, которые позволяют нам держаться на плаву, а с другой - Россия -один из крупнейших производителей интеллектуального продукта, который, к сожалению, страна не умеет выгодно продать. Об этом шла речь и на Совете по науке, технологиям и образованию, и на Госсовете: необходим переход от общества знания, которым мы, безусловно, сейчас являемся, к обществу благосостояния, основанного на знаниях.
Наука должна быть переключена на рынок, на его потребности - от высоких технологий к высокому уровню жизни. Этого не добиться без реструктуризации самой научно-технической сферы. Ученые должны сосредоточиться на приоритетных направлениях - тех, где мы сильны, где находимся на мировом уровне.
Государство в чистом виде нигде в мире не занимается бизнесом. Его главная обязанность - создавать необходимые условия для инновационного, коммерчески выгодного развития науки и экономики. Если говорить о благоприятных условиях, то в первую очередь надо решить вопрос об интеллектуальной собственности. Она вся пока создается на государственные деньги, а для того, чтобы ввести ее в хозяйственный оборот, необходимо передать эту собственность непосредственно в распоряжение разработчиков. У них должен быть стимул превращать свои научные достижения в реальный продукт. А если государство будет гарантировать еще одну важнейшую функцию - минимизацию рисков частных инвесторов, то средств станет еще больше. Но, надо сказать, наука - это зона особых рисков. Правильно определив приоритеты, государство даст сигнал частному бизнесу - вкладывать сюда деньги.
Сам факт бюджетной поддержки отдельных проектов должен стимулировать привлечение и внебюджетных средств. Ведь любой коммерсант или банкир понимает, что государство семь раз отмерило, прежде чем рисковать.
Многие наши реформаторы сегодня предлагают ликвидировать бюджетное финансирование науки, перейдя на систему грантов. Но надо понимать специфику отечественной науки. Она в России в основном строится на школе, на личностях. В этом и есть наша сила, а переход на грантовую основу - это уничтожение традиционных научных школ, создававшихся поколениями ученых. Да, в Америке наука развивается на университетской основе. Но зачем же нам ломать собственные основополагающие принципы? Я убежден, что для России копирование западного опыта организации науки губительно. Пусть и тут будет разно-
образие форм, но насаждать искусственно ничего не следует.
Для успешного развития индустрии нанотехнологий сегодня требуется целый комплекс мер, в частности, координация деятельности на государственном уровне всех участников нанотехнологических проектов, их всестороннее обеспечение (правовое, ресурсное, финансовоэкономическое, кадровое), активная государственной поддержки отечественной продукции на внутреннем и внешнем рынках. На мой взгляд, должны быть сформирована государственная политика в области нанотехнологий, которая станет частью всей отечественной научнотехнической политики.
Нанотехнологии - свои или заимствованные?
Есть ли смысл заимствовать технологии в области нанотехнологий за рубежом или же следует делать ставку на развитие собственных? И не рискует ли отечественная научная школа, в случае ставки на привлечение технологий, стать зависимой от зарубежной технологической мысли?
Очевидно, что Россия была, есть и будет одной из ведущих научных держав, поэтому такая опасность ей, безусловно, не угрожает.
В то же время, перенимать позитивный опыт необходимо. Так, в США уже сформированы 5 крупных нанотехнологических центров на базе национальных лабораторий. Там роль головной организации - научного координатора сетевой структуры выполняет крупная научная организация, обладающая междисциплинарным научно-техническим потенциалом, уникальными исследовательским и технологическим оборудованием и необходимой инфраструктурой. По моему мнению, таких организаций-координаторов в сетевой структуре могло бы быть несколько. В России существует ряд крупных научных центров (в том числе и РНЦ «Курчатовский институт», являвшийся ядром отечественного атомного проекта и сохранивший уникальную научно-техническую базу, в том числе специализированный источник синхротронного излучения - единственный на постсоветском пространстве, позволяющий проводить работы в области медицины, материаловедения, биотехнологий, микроэлектроники), которые могли бы претендовать на эту роль. Под эгидой сетевого центра должна быть создана сеть головных организаций по направлениям работ. Далее на каждом направлении требуется наличие своей организации -координатора, которая уже самостоятельно выстроит необходимую сеть научно-технических организаций. Таким образом, формируется национальная нанотехнологическая сеть, которая объединит все имеющиеся научные, образовательные и коммерческие организации, имеющие отношение к этой тематике.
Сегодня иногда задают вопрос: «Имеет ли смысл выделить нанотехнологии в отдельную отрасль и соответствующим образом институализировать их в нашей стране для дальнейшего развития?»
Подчеркну еще раз - основная черта нанотехнологий - это их междисциплинарность, а вернее, их наддисциплинарность. Поэтому и выделение отдельной нанотехнологической отрасли в принципе неверно. Нас во многом сегодня тормозит отраслевой принцип построения экономики, промышленности, науки. Для эффективной реализации отечественного нанопроекта требуется, как я отметил ранее, именно схема, построенная по сетевому признаку - такая же, как у наших конкурентов из США.
В сфере нанотехнологий у нашей страны есть свои серьезные наработки, высококвалифицированные кадры, технологическая база. Эти преимущества надо объединять и наращивать, в чем и заключается главная задача сетевой структуры организации научного проекта. Развитие масштабного проекта в сфере нанотехнологий дает нам реальный шанс вывести Россию на ведущие позиции в мировом сообществе.
Риски нанотехнологий
Противники развития нанотехнологий убеждают мир в опасности развития этой области по двум основным причинам: 1) возможность резкой безработицы в ряде отраслей экономики и последующих социальной нестабильности и «депрессии» рынков, и 2) угроза физического уничтожения населения Земли ввиду доступности использования нанотехнологий для небольших групп, например, террористов?
Ничего необычного в такой реакции нет. В отличие от научных революций прошлого нанотехнологическая революция развивается на основе синергизма и взаимного обогащения различных технологий, что вызывает к жизни множество новых открытий и концепций. И конечно же, по мере возможного ускорения перемен в ближайшие 15 лет, реакция различных сообществ на технологические нововведения может породить нарастание конфликтов.
Когда страны и народы сталкиваются с влиянием новых технологий на их образ жизни и культуру, это зачастую порождает целый ряд этических, экономических, правовых и социальных проблем. Население любой страны и ее правительства должны иметь полное представление о внедряемых технологиях, чтобы иметь возможность анализировать весь комплекс процессов, которые может запустить их предполагаемое применение. Такое понимание проблемы позволит извлечь максимальную выгоду из использования нанотехнологий, избежать принятия поспешных решений и возможных негативных последствий предпринятых шагов.
Будущее нанотехнологий
Фактически теперь мы можем заниматься атомно-молекулярной архитектурой. Например, создавать бислои - модели мембраны человеческих клеток и изучать их взаимодействие со свободными радикалами, приводящее к старению. Или исследовать взаимодействие мембраны с лекарствами, и даже создавать нанолекарства и заниматься нанодиагностикой. Наномембраны уже широко используются в промышленности и в быту для очистки воздуха и разных растворов, питьевой воды, а в медицине - для выделения различных вирусов и гемодиализа. Можно создавать разнообразные нанопленки, структуры с разными свойствами
- полупроводники, изоляторы, электропроводящие слои, а также углеродные нанотрубки - сверхлегкие и сверхпрочные, область применения которых невероятно широка - от создания новых веществ в их полости и доставки лекарств в нужное место в организме до построения сверхпрочного космического лифта.
Отечественных ученых можно назвать основоположниками целого ряда новых научных течений в нанотехнологиях. Это касается получения ультрадисперсных наноматериалов, разработки оптоэлектронных приборов, создания принципиально новых методов рентгеновской диагностики и исследований в области атомно-силовой и сканирующей зондовой микроскопии.
Современное материаловедение основано на рентгеновской физике и дифракции. Надо отметить, что больше всего нобелевских премий получено за открытие рентгеновского излучения и его применения для исследования окружающего мира. О расположении атомов внутри веществ мы узнали после открытия рентгеновских лучей и явления дифракции почти сто лет назад, но видеть атомы и молекулы непосредственно и манипулировать ими ученые научились недавно. Это произошло благодаря электронной микроскопии высокого разрешения, атомно-силовой микроскопии и мощным источникам рентгеновского излучения - синхротронам. Долгие годы интенсивность рентгеновских трубок менялась мало. Затем ситуация радикально изменилась. В работах советских ученых (Д.Д. Иваненко и И.Я. Померанчук) было предсказано существование синхротронного излучения. Оказалось, это излучение, например, в диапазоне рентгеновских частот, превышает яркость обычного рентгеновского источника на несколько порядков. Сегодня с помощью новых источников - специализированных синхротронов и лазеров на свободных электронах - можно «видеть» отдельные атомы и процессы их взаимодействия в фемтосекундном диапазоне времени.
Еще один пример. Недавно исполнилось 90 лет нобелевскому лауреату академику В. Л. Гинзбургу. В конце 40-х гг. он напечатал небольшую статью, в которой рассмотрел движение релятивистского электрона в периодическом магнитном поле. Казалось бы, абстрактная теоретическая задача. Но прошло несколько десятилетий, и сегодня индустрия, выпускающая продукцию на миллиарды долларов, создает устройства под названием «вигглеры» или «ондуляторы», которые генерируют это сверхъяркое синхротронное излучение с уникальными свойствами. Перед вами отличный пример материализации мысли. И сегодня в Курчатовском институте у нас работает единственный на постсоветском пространстве и один из семнадцати в Европе синхротронных центров, который обладает широчайшим спектром возможностей для междисциплинарных исследований.
Во времена Ньютона человек воспринимал природу, окружающий мир как единое целое, нечто неделимое, непознанное. Наука в целом называлась естествознанием, а ученый - естествоиспытателем. Углубляясь и познавая непонятный мир, люди разделяли области познания. Появились физика, химия, геология, биология и другие науки, и они продолжали делиться на еще более узкие области. Как развивалась наука ХХ в.? Опыты Резерфорда и Бора открыли пространственное строение атома и ядра. По сути, произошла революция - переход от классической модели времен Ньютона к квантовой модели устройства мира. Как следствие возник так называемый «атомный проект». В результате от фундаментальных исследований мы перешли к ускорителям, потом к атомной бомбе и атомной электростанции. В итоге мы получили новую науку, технику, и главное, новое геополитическое лицо мира.
Человечество колоссально продвинулось на пути узкой специализации, но в итоге утеряло общее видение картины мира. Наши представления об окружающем мире, с одной стороны, сильно развились, но с другой стороны, мы зашли в тупик. Узкоспециализированная система науки и образования обусловили отраслевой характер развития промышленности и принцип организации экономики. Со временем, при сохранении отраслевого характера промышленности, постепенно сформировались интегрированные межотраслевые технологии. Появились информационные технологии. Их по ошибке отнесли к одной из новых специализированных отраслей. Но это не так, информационные технологии стали первыми надотраслевыми технологиями. Они присутствуют во всем - от самолетовождения и медицины до образования.
Теперь появились нанотехнологии. Их также пытались «дорисовать» в
виде отдельного направления. Но и это неправильно, это серьезная ошибка. Потому что нанотехнологии - это надотраслевая область исследований и технологий, интегрирующая специализированные естественнонаучные
дисциплины в новое естествознание XXI в. Это тот фактор, который изменит все. Если у вас не будет наноматериалов, нанотехнологического подхода к синтезу новых материалов, то не будет новых самолетов, лекарств и веществ с уникальными свойствами. В любой области прогресс будет связан, прежде всего, с атомно-молекулярными построениями. Более того, даже информатика полностью изменится благодаря нанотехнологиям. Используя принципы биоинформатики с помощью нанотехнологий, мы сможем полностью изменить суть самой информатики. Важно то, что нанотехнологии, действуя таким образом, оказываются единственным общим фундаментом для всех областей, что фактически возвращает нас к восстановлению целостной картины мира. Если мы рассматриваем мир с позиций атомов, то опять становимся естествоиспытателями, но уже на уровне современного понимания. В этом и есть глубинный методологический и философский смысл нанотехнологий.
В заключение, хотелось бы обратить внимание на то, что в течение ближайших десяти-двадцати лет должна полностью измениться и экономическая структура производства.
Рассмотрим один наглядный пример. Представьте, вы хотите создать с помощью нанотехнологий устройство, подобное человеческому глазу. Какой специалист может решить эту задачу? С одной стороны, это уникальный оптический прибор. С другой - это биологический объект - белок родопсин, в котором протекают сложные биохимические процессы. Так что моделирование глаза - это задача для большой команды специалистов из разных научных областей: физиков и математиков, химиков и биологов, медиков и физиологов, работающих в рамках единого подхода.
Серьезным фактором, препятствующим развитию такого единого подхода, является действующая сегодня система финансирования и организации науки. Она построена по узкоспециальному принципу и затрудняет организацию междисциплинарных исследований. Чтобы перейти к новой экономике, необходимо в корне изменить нынешнюю организацию науки. Причем это касается не только России. За страной, которая поймет это и сможет перестроить систему научных исследований - будущее. И я уверен, что Россия может стать лидером в этом соревновании века.
Материал подготовил доктор экономических наук, профессор
А.ИАрхипов
