11.4.7. Нанотехнологии
Термин "нанотехнологии" характеризует в первую очередь характерные размеры взаимодействующих между собой объектов и расстояния между ними. Нанометр (нм) — это одна миллиардная часть метра, т.е. расстояние, которое в миллион раз меньше одного миллиметра. Для сравнения: расстояние между атомами кислорода и водорода в молекуле воды равно примерно 0,1 нм, Диаметр атома золота равен 0,3 нм, диаметр вируса гриппа составляет приблизительно 70 нм, длина волны видимого света — примерно 500 нм. т.е. нанотехнологии имеют дело с характерными Длинами порядка размеров крупных молекул или расстояний между отдельными атомами в молекулах.
Теоретически возможность крупного технологического прорыва при переходе на этот уровень была предсказана Нобелевским лауреатом Р. Фейпманом в 1959 г. Первым заметным шагом в этом направлении стало изобретение в 1981 г. сканирующего туннельного микроскопа учеными из швейцарского отделения корпорации IBM. Важное значение для достижения прогресса в рассматриваемом направлении имело также развитие вычислительной техники, позволяющей сегодня проводить сложнейшие модельные расчеты.
Практическое применение нанотехнологий в промышленности началось в середине 90-х гг. Сегодня основанные на них методы контроля качества поверхности используются при производстве ОТО-дисков и контактных линз.
Компания "Моторола" разработала технологию изготовления плоских экранов повышенного качества для мониторов и телевизоров на основе применения нанотру- бок, а компания "Америкэн ссмикондактр корпорейшн" — технологию получения более дешевых сверхпроводящих материалов. Специалисты широко обсуждают многие другие приложения, которые могут оказать в перспективе сильное влияние на развитие экономики и других сфер деятельности и служат основанием для выделения крупных государственных ассигнований на проведение фундаментальных и поисковых исследований.По мнению отечественных и зарубежных экспертов, существую! широкие перспективы использования нанотехнологий в различных областях хозяйственной деятельности [5, 14, 18—21,24,25,36,37. 42, 48, 49].
В обрабатывающей промышленности в будущем появится возможность синтезировать в нанодиапазоне из молекул исходные конструкционные блоки контролируемого размера и собирать из них более крупные структуры с заранее заданными свойствами и функциями. Это приведет к революции в производстве материалов, в том числе к созданию материалов, не имеющих аналогов в природе. Например, минуя традиционную механическую обработку, могут быть сконструированы наноструктурированные металлические, керамические и полимерные материалы заданной формы: ожидается создание высокопрочных покрытий для режущего инструмента и различных технологических приложений в электронике и химической промышленности.
В области наиоэлектроники и компьютерных технологий может быть достигнут значительный прогресс в миниатюризации (вплоть до размера в 100 нм к 2010 г.), повышении скорости и производительности приборов и устройств по обработке информации — входных датчиков, логических и запоминающих устройств, дисплеев и устройств передачи информации. Обсуждаются перспективы сборки с помощью нанотехнологий интегральных схем высокого уровня сложности и функциональности на основе дальнейшей миниатюризации их активных полупроводниковых элементов, а также объединения последних в трехмерные (многослойные) структуры.
Возможно появление новых методов сверхточной литографии, позволяющих наносить на поверхность золота линии шириной в несколько десятков молекул.Другие прогнозируемые результаты могут быть связаны со снижением энергопотребления и стоимости микропроцессорных устройств, что даст возможность повысить в миллионы раз производительность компьютеров; с созданием нейрокомпьютеров, намного превосходящих по своим характеристикам лучшие образцы современной вычислительной техники; с появлением мощных излучателей с перестраиваемым спектром частот и широкополосных фотодетекторов с высоким КПД в оптоэлектронике; с разработкой более высокочастотных устройств связи, которые позволят увеличить полосу рабочего диапазона примерно на порядок, что будет иметь важные последствия для бизнеса, военного дела, образования и пр.; с массовым производством небольших, но в тысячи раз более емких, чем у выпускаемых сегодня устройств хранения информации; с появлением интегрированных наносенсорных систем для сбора, обработки и передачи больших массивов данных при малых размерах, весе и потреблении энергии; с созданием образцов беспилотных средств транспорта и военной техники, управляемых с помощью высокопроизводительных компьютеров.
Медицинские приложения нового направления исследований будут во многом связаны с развитием нанобиотехнологий. Появятся новые методы точной доставки лекарственных препаратов к пораженным органам и тканям, тем самым повысится эффективность создания и применения медикаментов, значительно расширится их терапевтический потенциал. Нанотехнологии позволят добиться существенного прогресса в области диагностики и лечения заболеваний на молекулярном уровне, в том числе раннего обнаружения онкологических заболеваний. Будут разработаны средства точной адресной доставки лекарственных препаратов и микрохирургических инструментов к пораженным органам и тканям. Другие ожидаемые приложения включают: конструирование биороботов, оснащенных бактериальными двигателями, и мини-фабрик По производству химических соединений и материалов с заранее заданными свойствами; создание искусственных иммунолотически совместимых органов и тканей; новые методы улучшения зрения и слуха; эффективные средства диагностики и лечения заболеваний на ранней стадии развития.
В области аэронавтики и исследования космического пространства возможен значительный прогресс в конструировании летательных аппаратов и космических станций за счет применения на- ноструктурных материалов, обладающих такими отличительными свойствами, как малый вес, высокая прочность, хорошая температурная устойчивость. Представляет интерес перспектива переноса производства -наноструктурных материалов и систем в условия космоса. Среди других перспективных приложений для космоса эксперты также называют: потребляющие мало энергии, устойчивые к действию радиации высокопроизводительные компьютеры; защитные скафандры с покрытием из наноструктурных материалов, оберегающие космонавтов от экстремальных температур и других вредных воздействий.
Для энергетики и защиты окружающей среды нанотехнологии представляют интерес прежде всего с точки зрения возможностей повышения эффективности производства, хранения и передачи энергии на расстояние. Помимо этого существуют интересные перспективы применения нанотехнологии для снижения вредных выбросов в различных отраслях промышленности и на транспорте, производства роботов по уничтожению вредных отходов производства, в том числе отработанного ядерного топлива и пр.
В биотехнологии и сельском хозяйстве ожидается появление принципиально новых путей производства новой химической и фармацевтической продукции на основе биосинтеза и биопроцессинга. Интеграция элементов биологической природы в синтетические материалы и приборы позволит придать им определенные биологические функции. Специалисты называют целый ряд перспективных направлений использования нанотехнологии в сельском хозяйстве, в том числе конструирование биодеградируемых удобрений и средств защиты от насекомых в растениеводстве; генетическая инженерия сельскохозяйственных растений и животных, доставка определенных генов и лекарственных препаратов к клеткам и пораженным тканям животных, изучение молекулярных механизмов устойчивости растений к нарушению солевых балансов и засухе.
Согласно оценке специалистов американской Корпорации консалтинговых ресурсов (CRC), продажи нанотехнологической продукции составили в 2002 г. примерно 200 млн долл. Ожидается, что к 2012 г. этот показатель увеличится до 25 млрд долл. По прогнозу FTM Consulting Inc. мировой рынок одних только произведенных на основе нанотехнологий интегральных схем достигнет 12,3 млрд долл. к 2009 г. и 172 млрд долл. к 2014 г. По некоторым другим прогнозам через 10—15 лет нанотехнологии будут влиять в той или иной мере на производство товаров и услуг в объеме свыше 1 трлн долл.
Национальные усилия по развитию НИОКР в области нанотехнологии предпринимают в настоящее время более 30 стран мира. К началу 2003 г. во всем мире насчитывалось, по данным консультационной фирмы CMP Cientifica, 440 компаний, работающих в области нанотехнологии. Около 230 из них приходится на долю США, 130 — на долю Европы и 80 — на долю Азиатско-Тихооке- анского региона. По мнению экспертов, США занимают лидирующие позиции в области синтеза наноструктур, изучения химических и биологических аспектов развития нанотехнологии. Япония добилась наибольших успехов в конструировании устройств и составных структур в нанодиапазоне, а страны Западной Европы — в разработке нового инструментария и покрытий. Основным источником финансирования являются в большинстве стран государственные ассигнования.
По существующим оценкам, примерно треть всех мировых НИОКР в области нанотехнологий приходится на долю ученых из США К финансированию, организации и координации этих работ подключились в 90-е гг. Национальный научный фонд, национальные институты здравоохранения, министерство обороны и другие ведомства. В марте 1998 г. бывший советник президента по науке Дж. Г. Гиббоне включил нанотехнологии в число пяти технологических направлений, которые будут определять перспективы экономического развития в XXI в. В июне 1999 г. в конгрессе США прошли слушания на тему "Нанотехнологии: состояние и перспективы на следующее десятилетие". В 2000 г. силами межведомственной рабочей группы при Национальном совете по науке и технологиям был подготовлен специальный доклад "Национальная инициатива в области нанотехнологии: путь к новой промышленной революции" [19].
В этом докладе отмечается, что для сохранения и повышения конкурентоспособности национальной промышленности на мировом рынке необходимы инвестиции в НИОКР, которые позволят в будущем воспользоваться результатами инноваций в области нанотехнологии.
Принятая Национальная программа НИОКР в области нанотехнологии носит междисциплинарный характер. В ней участвуют, помимо называвшихся выше, такие федеральные организации, как министерство энергетики. Национальное агентство по освоению космического пространства, министерство торговли, Национальный институт стандартов и технологии. Такая активность государства в развитии нового направления объясняется как многообещающими перспективами, так и тем, что для достижения многих целей в этой области может потребоваться 10—20 лет и более. Многие открытия в этой области еще не до конца понятны, не всегда воспроизводимы, требуют продолжения фундаментальных исследований, которые часто являются слишком широкими, длительными, дорогостоящими и соответственно слишком рискованными для промышленных компаний. Кроме того, еще не сформировалась необходимая инфраструктура ННОКР в области нанотехнологий. Национальная программа призвана сфокусировать ресурсы на развитии научной кооперации, уменьшить дублирование усилий, поддержать развитие фундаментальных исследований, способствовать распространению информации, передаче технологий из научных лабораторий в промышленность, привлечению в новую область молодых талантливых ученых.
С 2001 по 2004 г. Национальный научный фонд, министерство обороны и НАСА создали 24 специализированных исследовательских центра. Еще 5 таких центров создаются министерством энергетики. При поддержке Национального Научного фонда 13 университетов сформировали Национальную инфраструктурную сеть в области нанотехнологий. Еще одна Вычислительная сеть в области нанотехнологий создана с участием 7 университетов. Количество пользователей этих коллективных сетей в 2004 г. превысило 6300.
Около 70% ассигнований направляется на проведение научных исследований в университетах, что одновременно преследует цель подготовки специалистов в этой новой перспективной области знаний.
Нанотехнологий вошли в число четырех межведомственных приоритетов ННОКР в рамках федерального бюджета на проведение научных исследований и разработок в 2003—2005 финансовых годах, а ассигнования на эти цели достигли в 2005 финансовом году 1 млрд долл.
Помимо федерального правительства средства на проведение исследований в области нанотехнологий предоставляют отдельные американские штаты (в общей сложности около 100 млн долл.) и венчурные фонды (около 200 млн долл.).
Нанотехнологий входят и в перечень основных научно-исследо- вательских направлений шестой рамочной программы ЕС Framework.
Таким образом, нанотехнологий рассматриваются за рубежом как одно из самых перспективных направлений научных исследований и разработок на ближайшие два десятилетия. Ожидаемые в этом направлении результаты могут иметь важное самостоятельное социально-экономическое значение и помимо этого будут способствовать прогрессу многих других направлений технологического развития, в том числе информационных технологий, биотехнологий, производства новых материалов и др.
Понятно в этой связи и то большое внимание, которое уделяется развитию нанотехнологий в России в Послании 2007 г. Федеральному Собранию Российской Федерации Президента России
В. В. Путина. Среди предлагаемых в этом направлении мер-------------------
стратегия развития наноиндустрии, которая определяет главные приоритеты и организационно-правовые механизмы создания необходимой инфраструктуры отрасли. На развитие нанотехнологий государство планирует выделить из федерального бюджета около 180 млрд руб. Управлять значительной частью этих средств в соответствии с готовящимся федеральным законом будет специально создаваемая Российская корпорация нанотехнологий.
Еще по теме 11.4.7. Нанотехнологии:
- Итоговые вопросы к разделу VI
- Бочаров В.В.. Инвестиции. СПб.: — 176 с. (сер. "Завтра экзамен"), 2008
- Капферер, Жан-Ноэль. Бренд навсегда: создание, развитие, поддержка ценности бренда, 2007
- Предисловие к русскому изданию Настольная книга специалистов по брендингу
- Предисловие к третьему изданию Объединение бренда и бизнеса
- ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.Почему брендинг является стратегическим
- ГЛАВА 1.Рассмотрим капитал бренда
- Рассмотрим капитал бренда
- Что такое бренд?
- Дифференциация между активами, силой и ценностью брендов
- Мониторинг капитала бренда
- Добрая воля : соединение финансов и маркетинга
- Как бренды создают ценность для потребителей
- Как бренды создают ценности для компании