Нанотехнологии. 21
Содержание
Понятие нанотехнологий
Для понятия нанотехнология, пожалуй, не существует исчерпывающего определения, но по аналогии с существующими ныне микротехнологиями следует, что нанотехнологии - это технологии, оперирующие величинами порядка нанометра. Поэтому переход от "микро" к "нано" - это качественный переход от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами.
Когда речь идет о развитии нанотехнологий, имеются в виду три направления:
- изготовление электронных схем (в том числе и объемных) с активными элементами, размерами сравнимыми с размерами молекул и атомов;
- разработка и изготовление наномашин;
- манипуляция отдельными атомами и молекулами и сборка из них макрообъектов.
Разработки
по этим направлениям ведутся уже давно.
В 1981 году был создан туннельный микроскоп,
позволяющий переносить отдельные атомы.
С тех пор технология была значительно
усовершенствована. Сегодня эти достижения
мы используем в повседневной жизни: производство
любых лазерных дисков, а тем более DVD невозможно
без использования нанотехнических методов
контроля.
На
данный момент возможно наметить следующие
перспективы нанотехнологий:
1. Медицина. Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические.
Срок
реализации - первая
половина XXI века.
2. Геронтология. Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики.
Срок
реализации: третья -
четвертая четверти XXI
века.
3. Промышленность. Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул.
Срок
реализации - начало XXI
века.
4. Сельское хозяйство. Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки "почва - углекислый газ - фотосинтез - трава - корова - молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется "почва - углекислый газ - молоко (творог, масло, мясо)". Такое "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.
Срок
реализации – вторая
- четвертая четверть XXI
века.
5. Биология. Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными - от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.
Срок реализации: середина XXI века.
6. Экология. Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.
Срок
реализации: середина XXI
века.
7. Освоение космоса. 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.
8. Кибернетика. Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер.
Срок
реализации: первая -
вторая четверть XXI века.
9. Разумная среда обитания. За счет внедрения логических наноэлементов во все атрибуты окружающей среды она станет "разумной" и исключительно комфортной для человека.
Срок реализации: после XXI века.
Основные этапы в развитии нанотехнологии:
1959 г. Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман заявляет, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно.
1981 г. Создание Бинигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа - прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне.
1982-85 гг. Достижение атомарного разрешения.
1986 г. Создание атомно-силового микроскопа, позволяющего, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.
1990 г. Манипуляции единичными атомами.
1994 г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности.
Однако принято считать, что нанотехнология "началась" когда 70 лет назад Г. А. Гамов впервые получил решения уравнения Шредингера, описывающие возможность преодоления частицей энергетического барьера даже в случае, когда энергия частицы меньше высоты барьера. Новое явление, называемое туннелированием, позволило объяснить многие экспериментально наблюдавшиеся процессы. Найденное решение позволило понять большой круг явлений и было применено для описания процессов, происходящих при вылете частицы из ядра - основы атомной науки и техники. Многие считают, что за грандиозность результатов его работ, ставших основополагающими для многих наук, Г. А. Гамов должен был быть удостоен нескольких Нобелевских премий.
Перспективы использования натотехнологий: освоение природных ресурсов нанотехнологиями
Развитие
электроники подошло к
До сих пор создание миниатюрных полупроводниковых приборов основывалось, в основном, на технике молекулярно-лучевой эпитаксии (выращивания слоев, параллельных плоскости подложки), позволяющей создавать планарные слои из различных материалов с толщиной вплоть до моноатомной. Однако эти процессы имеют значительные ограничения, не позволяющие создавать наноскопические структуры. К этим ограничениям относится высокая температура процессов эпитаксии - до нескольких сотен градусов, при которой хоть и обеспечивается рост высококачественных пленок, однако не обеспечивается локальность формируемых областей. Кроме того, высокие температуры поверхности подложки стимулируют диффузионные процессы, "размывающие" планарные структуры. Более "холодные" технологии осаждения, типа напыления, из-за одновременности осаждения материала на всю подложку, одновременного роста в разных местах зерен осаждаемого материала и последующего образования дефектов на их границах раздела также не позволяли создавать бездефектные наноструктуры.
Формирование
элементов нанометрового
В
настоящее время многие страны мира
реализуют национальные программы
развития нанотехнологии. В США финансирование
национальной программы развития нанотехнологии
составило в 2005 году более 1 млрд. долларов,
при Президенте США создан консультативный
Комитет по Nanoscale Science (нанонауке) и нанотехнологии.
Финансирование национальной программы
развития нанотехнологии, имеющей высший
государственный приоритет в Японии, в
2002 г. составило 750 млн. долларов США, в
странах Евросоюза - 400 млн. долларов США.
В России реализуются программы развития
нанотехнологии, в частности, под руководством
академика РАН Ж.И. Алферова В докладе
Генерального секретаря ООН К. Аннана
"Наука - всем государствам" на нанотехнологии
возлагаются большие надежды в решении
глобальных проблем современности, в частности,
для достижения целей, поставленных в
международной программе ООН Millennium Development
Goals (Декларация тысячелетия). ЮНЕСКО, в
рамках комиссии по этике научных знаний
и технологий (COMEST), проводит международные
конференции, посвященные этическим проблемам
разработки и внедрения нанотехнологии.
За рубежом опубликовано много научных
статей и монографий, в которых обсуждаются
проблемы будущего нанообщества, его положительные
стороны и возможные риски. Создано международное
общество International Nanotechnology and Society Network (INSN).
В США существуют Центры "Нанотехнологии
и общество". В 2005 году состоялись международные
симпозиумы "Нанотехнологии и общество",
"Нанотехнологии в науке, экономике
и обществе", на которых обсуждались
проблемы экономики, труда, образования,
здравоохранения, наноэтики, государственного
управления, наноправа, религии, качества
жизни, национальной безопасности, рисков
и тенденций развития нанообщества и т.д.
Правительство Великобритании сформировало
консультативный совет по этическим проблемам
применения нанотехнологии. В некоторых
университетах США читаются спецкурсы,
посвященные влиянию нанотехнологии на
общество, специфике и проблемам нанообщества.
Проводятся опросы общественного мнения,
по изучению установок, ожиданий, опасений
относительно развития нанотехнологии
и их влияния на человечество.
Приоритет национальных программ развития
нанотехнологии обусловлен тем революционным
технологическим обстоятельством, что
нанотехнологии - это совокупность методов
производства объектов живой и неживой
природы с заданной атомной структурой,
путем целенаправленного манипулирования
атомами и молекулам. В частности, нанотехнологии
позволяют продлить жизнь человека до
1000 лет, "выращивать" продукты питания,
одежду, полезные ископаемые, изделия
и т.д. из атомов с помощью ассемблеров
- молекулярных наномашин (биотехнических
систем), размером 10-9 (одна миллиардная
доля метра), способных к самопроизводству,
которые могут по заданию построить любую
молекулярную. Р. Меркле считает, что нанотехнологии
произведут такую же революцию в манипулировании
материей, какую произвели компьютеры
в манипулировании информацией. М. Рыбалкина
отмечает, что нанотехнологии повлияют
на общество больше, чем изобретение письменности
или печати. Многие футурологи, например,
нанофутуролог Э. Дрекслер, предсказывают,
что нанотехнологии кардинально изменят
не только все сферы общества, но и сам
биологический вид Homo Sapiens, заменив его
новым биотехнологически саморазвивающимся
видом - Nano Sapiens. В таблице представлены
некоторые цели - прогнозы развития нанотехнологий.
Некоторые цели - прогнозы развития нанотехнологий
Цели
Прогнозируемый срок достижения цели
Замена
традиционных методов производства
сборкой
молекулярными нанороботами предметов
потребления
непосредственно из атомов и молекул_
Начало XXI века
Создание
молекулярных нанороботов-врачей, которые
будут "жить" внутри человеческого
организма, устраняя возникающие повреждения
и предотвращая новые
Первая половина XXI века
Замена "естественных машин" для производства пищи (растений и животных) искусственными аналогами - комплексами молекулярных нанороботов
Середина - конец XXI
Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных нанороботов
Эксперты
отмечают, что эра гибридной
В настоящее время многие футурологи, например, концентрируют внимание, преимущественно, на прогнозировании принципиально новых свойств и отношений в отдаленном будущем нанообществе и революционности грядущих социальных и природных изменений. Вместе с тем, из принципов системной социологии следует, что наряду с возникновением принципиально новых свойств и отношений в новой социальной системе будут действовать общесистемные законы, как это наблюдалось в индустриальном и информационном обществах. В этой связи автор предпринял попытку рассмотреть некоторые возможные тенденции возникновения нанообщества, используя системную социологию, в частности, опираясь на системный методологический принцип целостного рассмотрения социальных систем, системное определение понятия "общество", частную системную теорию жизненного цикла инноваций, известные системные принципы и законы, в том числе, закономерности научно-технических революций и закономерности информационного общества.
Нанообщество - это тип биосоциотехнической системы, состоящей из разнородных взаимосвязанных элементов и подсистем, свойств и отношений, созданной индивидами на основе нанотехнологий, целью которой является реализация экстремальных принципов в жизнедеятельности индивидов с помощью законов и социологических алгоритмов, действующих в определенных границах. В качестве системопорождающих элементов данной системы будут выступать сначала Homo Sapiens, а затем Nano Sapiens. В качестве системообразующих элементов данной системы выступают результаты (материальные и идеальные продукты) нанотехнологической деятельности Homo и Nano Sapiens. Между системопорождающими и системообразующими элементами действует механизм обратной связи. Данное определение соответствует системному определению общества, что может свидетельствовать о плодотворности системной социологии для описания будущего нанообщества.
Момент
времени возникновения
В настоящий
момент времени расходы на научные
исследования в Nanoscale Science (нанонауке),
количество научных публикаций, патентов,
количество ученых, занимающихся нанотехнологиями,
увеличиваются с течением времени по степенному
и экспоненциальному законам, которые
являются общесистемными количественными
законами роста.
История показывает, что научно-технологический
детерминизм вызывает у многих людей ассоциацию
с "ящиком Пандоры", вызывает негативные
эмоции и ожидания, воскрешая в памяти
прошлые негативные проявления научно-технических
революций. В частности, известно, что
при внедрении инноваций первой реакцией
многих людей является действие по принципу
"Сопротивляйся новому", поиск в инновации
негативных аспектов и т.д. В то же время,
меньшая часть населения будет являться
"новаторами" - активно поддерживающими
внедрение нанотехнологий и пропагандирующих
их преимущества, часто преувеличивая
возможности новых технологий и замалчивая
возможные угрозы. Данные закономерности
поведения людей согласуются с результатами
опросов общественного мнения, посвященных
субъективному восприятию рисков и преимуществ
развития нанотехнологий. Таким образом,
имеются основания предполагать, что в
субъективной оценке нанотехнологии будут
наблюдаться известные когнитивные и
эмоциональные психологические закономерности
индивидов. В этой связи отмечу, что в системной
социологии одним из направлений является
изучение социальных агентов, в частности,
на основе когнитивной психологии, поэтому
данное направление системной социологии
также будет использоваться в нанообществе.
В хозяйстве
нанообщества будет доминировать наноотрасль,
которая на основе "молекулярной мануфактуры"
способна осуществить массовое производство
идентичных дешевых товаров; некоторые
традиционные отрасли хозяйства могут
вообще исчезнуть. Рост доли нанотехнологий
в мировой торговле между странами мира
с течением времени будет, вероятно, происходить
по общесистемному степенному или экспоненциальному
законам. Промышленная разработка нанотехнологий
сначала будет осуществляться крупными
корпорациями, которые возникли в информационном
обществе. Компания Intel уже затратила более
1 млрд. долларов на разработку нанопроцессора
для компьютеров нового поколения. Затем
будут возникать небольшие компании, специализирующиеся
на отдельных аспектах производства нанотехнологий.
С течением времени рост частных инвестиций
в компании, занимающиеся разработкой
нанотехнологий, будет происходить по
общесистемным законам роста Эксперты
прогнозируют возникновение "черного"
рынка нанотехнологий и других негативных
экономических явлений, наблюдаемых в
информационном обществе. В целом, имеются
основания предполагать, что некоторые
особенности нано-экономики соответствуют
закономерностям, которые действовали
в индустриальном и информационном обществах.
Нанотехнологии позволяют создавать различные
изделия без крупных производственных
мощностей и редких материалов, а размеры
нанофабрик могут быть портативными, настольного
размера. Данная тенденция обусловлена
общесистемным принципом, действующим
в технических и социальных системах,
а именно, принципом минимакса, в данном
случае, минимизацией размеров изделия
при одновременном увеличении функций
изделия. В этой связи напомню, что принцип
минимакса является одним из принципов
оптимальности и обобщает экстремальные
принципы, на основе которых функционирует
общество. Нанотехнологий будут использоваться
во многих существующих сейчас производственных
технологиях, осуществляя "технологическую
конвергенцию", которая будет разрушать
барьеры между технологиями, в частности,
генной инженерией, медициной, информационными
технологиями. Например, нанотехнологии
позволят существенно развить информационное
общество за счет разработки квантовых
компьютеров, практической реализации
квантовых вычислений, создания новых
информационных сетей большой пропускной
способности и т.д. В этом смысле, будущее
нанообщество "вберет в себя" существующее
сейчас информационное общество на качественно
ином технологическом уровне, что соответствует
системным законам стадиального развития
и переходных периодов в социальных системах.
Если образование
будет ориентировано на потребности наноотрасли,
то потребуется интеграция знаний в области
физики, молекулярной биологии, химии
и техники и, соответственно, оно будет
ориентировано на подготовку нанотехнологов,
профессия которых будет максимально
востребована. Данная закономерность
соответствует известным закономерностям
индустриального общества, в котором наиболее
востребованными специалистами являлись
инженеры, и информационного общества,
в котором наиболее востребованы программисты
и специалисты по информационным технологиям.
Эксперты прогнозируют, что так же, как
в индустриальном и информационном обществах,
в нанообществе разработка и внедрение
нанотехнологий будет проходить в три
этапа. На первом этапе, относительно коротком,
будет происходить международный обмен
научными результатами между учеными
различных стран мира с помощью открытых
научных публикаций и выступлений на международных
конгрессах. На втором этапе, который будет
значительно продолжительнее, разработка
и внедрение нанотехнологий будет происходить,
преимущественно, в рамках национальных
государств в условиях секретности, научной
гонки и соперничества между странами
мира: страна, которая раньше овладеет
нанотехнологиями, займет ведущее место
в будущем нанообществе. В этой связи некоторые
эксперты, например, отмечают, что у правительств
стран, которые ранее других овладеют
нанотехнологиями, может возникнуть искушение
применить их в военных целях против стран,
которые не имеют их. На третьем этапе
развитие нанотехнологий потребует международной
интеграции научных и промышленных достижений,
что приведет к росту научной, технологической
и политической кооперации между странами.
Развитие нанотехнологий увеличит индивидуализм,
поскольку если в информационном обществе
доминировал "Свободный Человек с компьютером",
то в нанообществе будет доминировать
"Свободный Человек с нанотехнологией",
индивидуальные возможности которого
резко увеличатся. Рост индивидуализма
"Свободного человека с нанотехнологией",
наличие злонамеренных индивидов или
небольших групп индивидов с соответствующими
знаниями в области нанотехнологий могут
привести к резкому росту глобальной угрозы
человечеству. Вред хакеров в информационном
обществе не идет ни в какое сравнение
с вредом, который могут принести злонамеренные
индивиды или индивиды с "комплексом
Герострата" в нанообществе, используя
нанотехнологии, - вплоть до уничтожения
человечества.
Принципиально
новые возможности
Перспективы развития нанотехнологий,
особенно возможных изменений биологической
природы Homo Sapiens, бросают вызов традиционным
постулатам многих религий. Эксперты предполагают,
что в будущем нанообществе возможны идеологические
конфликты между традиционными религиями
и Nanoscale Science, религиозные конфликты с новыми
нанорелигиями, в основе которых, возможно,
будет лежать постулат о тождестве Nano
Sapiens и Бога, адаптация традиционных религий
к новым нанотехнологическим реалиям,
обратное влияние религии на нанотехнологий.
В этой сзязи отмечу, что в индустриальном
и информационном обществах также наблюдались
похожие закономерности, что может свидетельствовать
о наличии общих закономерностей взаимодействия
между религией, наукой и технологиями,
как подсистемами общества. Так же, как
в индустриальном обществе возникли новые
виды спорта, в частности, автоспорт, а
в информационном обществе - киберспорт,
в нанообществе могут возникнуть новые
виды спорта, основанные на использовании
нанотехнологий.
В 2000 г. доходы богатых и бедных стран мира различались, по оценкам экспертов ООН, примерно в 70 раз. Существует также так называемая "цифровая пропасть" между информационно высокоразвитыми странами и развивающимися странами, в которых информационное общество практически не создано. В этой связи отметим, что по данным ООН Россия в 2003 году по уровню развития информационного общества находилась в "Полупериферии" (примерно в середине) иерархии мирового сообщества. В этой связи можно предположить, что внедрение нанотехнологий, по крайней мере, на начальной стадии развития нанообщества, приведет к еще большему неравенству между странами мира.
В декабре
2004 года в Государственной Думе РФ состоялось
совещание "Нанотехнологии - проблема
развития и подготовки кадров". Было
предложено разработать и принять Федеральную
целевую программу "Развитие нанотехнологий
в России". В 2005 году в России вышла первая
научно-популярная книга, в которой профессионально
рассматривались различные аспекты нанотехнологий
и их влияние на различные сферы общества.
Вместе с тем, Россия запаздывает, по сравнению
с США и Японией, с развитием нанотехнологий,
а по объемам государственного и частного
финансирования их разработок Россия
существенно уступает данным странам.
В этой связи Россия может оказаться на
"периферии" нанообщества. Отставание
России в области нанотехнологий согласуется
с историческими фактами, согласно которым,
в подавляющем большинстве случаев, Россия
"проспала" начало научно-технических
революций. В соответствии с эмпирическими
результатами, полученными в рамках системной
социологии, традиционное технологическое
отставание России от высокотехнологичных
стран может быть обусловлено следующими
факторами. В российском обществе традиционно
доминирует функция (цель) сохранения,
которая, в свою очередь, обусловлена соответствующим
средним значением коэффициента IQ (коэффициента
интеллектуальности) населения, низким
уровнем рациональности, низким стремлением
к новизне и рядом других факторов, которые
в значительной мере обусловлены генетическими
особенностями российской популяции.
В последние годы Россия позиционирует
себя в мировом сообществе в качестве
великой энергетической державы. Однако
нанотехнологии потенциально позволяют
"выращивать" на молекулярном уровне
нефть и другие природные ресурсы в промышленных
масштабах по прогнозам уже к 2050 году.
Поэтому в обозримом будущем Россия может
оказаться "ненужной" мировому сообществу,
как энергетическая держава. Соответственно,
бюджет Российской Федерации потеряет
значительную часть доходов от продажи
природных ресурсов, что в свою очередь,
приведет к снижению финансирования социальных
программ, росту бедности и другим негативным
социальным последствиям. Если это произойдет,
что Россия может предложить к 2050 году
мировому сообществу вместо природных
ресурсов? Если ничего важного, то неизбежно
попадание страны на "периферию"
нанообщества.
Краткое
перечисление принципиально новых
свойств нанообщества позволяет оценить
революционность грядущих социальных
изменений. Соответственно, изменится
социология - особенно в области методики,
о чем свидетельствует развитие информационного
общества, для изучения которого были
созданы Computational Social Science (компьютационная)
социальная наука, E-Social Science (электронная
социальная наука), Computational Sociology (компьютационная
или компьютерная социология) [23-24]. Перечисленные
выше некоторые общесистемные законы
возникновения и роста нанообщества хорошо
описываются в рамках системной социологии,
в частности, с помощью теории жизненного
цикла социальных систем, общесистемных
принципов подобия, экстремальных принципов,
законов роста и т.д. Кроме того, в системной
социологии используются Quantum Computing (квантовые
вычисления), социогенетика, компьютационная
методология, системы искусственного
интеллекта и другие направления изучения
индивидов и социальных систем, которые
будут использоваться в нанообществе.
В этой связи имеются основания полагать,
что системная социология обладает необходимыми
возможностями для успешного изучения
будущего нанообщества.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Роко
М. Перспективы развития
Российский хим. ж. 2002. Т. XLVI. № 5.
2. http://www.nano.gov
3. Рыбалкина
М.А. Нанотехнологии для всех.
М: Эдиториал УРСС, 2005.
