НАНОТЕХНОЛОГИИ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА Осипян В. Г., доцент филиала ФГБОУ ВПО «МГИУ» в г. Вязьме, к т н
Нанонаука, нанотехнология, наноматериалы – эти не очень привычные слова сегодня на слуху практически у всех, даже если кому-то не очень-то и понятно, о чем речь:
нанонаука - это знания на стыке естественных наук (физики, химии, биологии, технических, инженерных и прикладных наук) и основана на изучении, создании и модифицировании объектов, которые включают компоненты размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении и в результате получают принципиально новые качества. Эта отрасль знаний относительно молода и насчитывает не более столетия. Первым ученым, использовавшим измерения в нанометрах, принято считать Альберта Эйнштейна (Albert Einstein), который в 1905 году теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру (10~9м);
наноматериалы материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, обладающие качественно новыми уникальными свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками и получаемые с помощью нанотехнологий;
нанотехнология совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба;
наносистемная техника полностью или частично созданные на основе наноматериалов и нанотехнологий функционально законченные системы и устройства, характеристики которых кардинальным образом отличаются от показателей систем и устройств аналогичного назначения, созданных по традиционным технологиям.
Самой очевидной представляется связь “нано” с физикой, химией и биологией. По-видимому, именно эти науки получат наибольший толчок к развитию в связи с приближающейся нанотехнической революцией. Нанотехнология основана на положении, высказанном одним из крупнейших физиков XX века, лауреатом Нобелевской премии, профессором Калифорнийского технологического института Ричардом Фейнмана ( Richard Phillips Feynman), о том, что возможно создание объектов, собирая их молекула за молекулой, а то и атом за атомом. В результате материальные объекты получают принципиально новые качества.
Очевидно, что наиболее актуальной становится задача разработки и создания инструментального (метрологического) оборудования для изучения атомного строения конструкционных материалов на наноуровне, а далее – и нанороботов: устройств, обеспечивающих использование «кирпичей», и конструирования, создания из них новых материалов и объектов прикладного назначения.
Идею создания специальных приборов, способных проникнуть в глубину материи до границ наномира, выдвинул выдающийся американский инженер-электрик и изобретатель, физик, философ сербского происхождения Никола Тесла ( Nikola Tesla). Именно он предсказал создание электронного микроскопа.
Однако, без развития информационных систем невозможно проектирование и создание ассемблеров (нанороботов) и других устройств наноэлектроники.
Нанотехнологии - это не просто отдельная часть знаний, это масштабная, всесторонняя область исследований. Возросшие требования к образованию, потребность в новых методах и концепциях обучения потребует от будущих учителей новаторства и активности. Перед философами, экономистами и политологами встанет множество новых вопросов, требующих нетрадиционных решений в условиях нанотехнического прогресса. Искусство шествует вслед за прогрессом, не желая оставаться “за бортом” и стремясь всегда адекватно отражать окружающую нас действительность. Таким образом, перспективы развития науки и техники также определяют пути искусства.
Будет справедливо отметить, что человечество, освоив множество «макротехнологий» для своих практических потребностей, уже давно имеет дело с нанопроцессами (определим этот термин как процессы, протекающие между нанообъектами).
Не будет преувеличением сказать, что все химические процессы, лежащие в основе многих макротехнологий, - это процессы, протекающие на молекулярном уровне, т.е. – нанопроцессы! Сюда же отнесем и процессы, реализуемые в синхрофазотронах, ядерных реакторах и т.д. и т.п.
Природа вовсю пользуется нанотехнологиями, «работая» при этом не только с молекулами в качестве «конструкционных кирпичей», не только с атомами, из которых «складывает» эти молекулы, но и с элементарными частицами, из которых в свою очередь «собираются» сами атомы. При этом выясняется, что и сами элементарные частицы состоят (т.е. «собраны») из много чего другого. А самое главное, что для всего этого Природе не нужны ни микроскопы, ни нанороботы… Никакого видимого инструментария!
На сегодняшний день нанотехнология достигла серьезных результатов, и в первую очередь в автомобильной промышленности. Впечатляет «послужной список» нанотехнологических достижений и начатых разработок по следующим направлениям: генерация и хранение энергии; огнеупорные и термостойкие материалы; функциональные краски и покрытия; программируемые материалы; биометрические системы; обработка и передача информации; биомедицинские приложения; производство; экология.
Есть и опасности, которыми не следует пренебрегать
Отмечая положительные изменения, которые принесет с собой промышленная революция, не будем столь наивны, чтобы не задуматься о возможных опасностях и проблемах. Многие крупные ученые современности не зря пытаются привлечь внимание не только к позитивным перспективам будущего, но и к возможным негативным последствиям. Билл Джой, сооснователь и ведущий ученый Sun Microsystems в Пало Альто, штат Калифорния, утверждает, что исследования в области нанотехнологий и других областях должны быть остановлены до того, как это навредит человечеству. Его опасения поддержала еще одна группа нанотехнологов, выпустив так называемый “Foresight Guidelines” – “руководящие линии Института предвидения”. Как и Джой, они считают, что стремительный рост нанотехнологий выходит из-под контроля. Страхи перед нанотехнологиями начали появляться с 1986 года, после выхода в свет “Машин созидания” Дрекслера, где он не только нарисовал утопическую картину нанотехнологического будущего, но и затронул “обратную сторону” этой медали. Одну из проблем, которая представлялась ему наиболее серьезной, он назвал “проблемой серой слизи” (“grey goo problem”). Опасность серой слизи в том, что нанометровые ассемблеры, вышедшие из-под контроля в результате случайной или намеренной порчи систем управления, могут начать реплицировать сами себя до бесконечности, потребляя в качестве строительного материала все на своем пути, включая леса, заводы, домашних животных и людей. Предварительный анализ показывает, что ассемблер может быть сделан достаточно надёжным, чтобы вероятность появления самовоспроизводящейся ошибки оказалась пренебрежимо малой. Однако неразумно полностью исключить опасность преднамеренного программирования ассемблера террористом или хулиганом, подобным современным создателям компьютерных вирусов. “Один из компонентов ассемблера – электронное устройство молекулярных размеров, – говорит Джой, – сейчас уже реализовано”. Далее он узнал, что саморепликация уже давно работает вне биологических систем. Будет ошибкой отталкиваться от того, что раз простые молекулы имеют способность к репродукции, то инженеры смогут построить сложные наномашины, умеющие делать то же самое. Что касается биологических систем, то они, конечно, способны к репликации, но, во-первых, они далеко не нанометровых размеров, а во-вторых, фантастически сложны по своей структуре, поскольку включают в себя отдельные системы для хранения и копирования генной ин_ формации, системы энергопроизводства, синтеза белков и др. “Даже природа не сделала нанометрической структуры, способной к репликации”, _ замечает Виола Вогель, наноученый Университета Вашингтона, штат Сиэтл. Тем не менее, возможны другие сферы злоупотребления достижениями нанотехнологий. На сегодняшний день остаются актуальными вопросы: способна ли образовательная система обучить достаточно нанотехнологических специалистов; может ли прогресс нанотехнологий подорвать традиционный бизнес и оставить тысячи людей без работы; может ли снижение стоимости продукции благодаря нанотехнологиям и молекулярной биологии сделать их легкодоступными для террористов, чтобы разработать опасные микроорганизмы; каким будет эффект от вдыхания некоторых веществ, которые в настоящее время формируются в молекулярном масштабе; что случится, если в окружающую среду будет выпущено большое количества наноматериала, начиная от компьютерных чипов и заканчивая краской для самолетов; не будут ли наноматериалы вызывать аллергию; не приведет ли вторжение наночастиц в наши тела к непредсказуемым последствиям; что случится, если наночастицы вызовут пересворачивание белка?
Эти и другие вопросы, стоящие сегодня перед исследователями, действительно очень актуальны и важны. В бешеной гонке нанотехнологий ученые должны взять на себя всю полноту ответственности за жизнь и здоровье других людей, чтобы не оказаться беззаботными фанатиками, совершившими “революцию” только лишь “во имя революции”, не утруждая себя размышлениями о возможных трагических последствиях и катастрофах.
По всем этим причинам исследование наноэффектов новых технологий будет требовать принципиально новых методов и междисциплинарного подхода.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Балабанов, В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. /В.И. Балабанов. - М.: Эксмо, 2008. - 256 с.
2. Рыбалкина, М. Нанотехнологии для всех. /М. Рыбалкина. - М.: Nanotechnology News Network, 2006. - 444 с.
3. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. / Н. Кобаяси, пер. с япон. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 134 с.
4. http://www.volkswagen.ru/ru/ru.html
5. http://www.mercedes-benz.ru/
6. http://www.ntsr.info/
7. http://www.nanonewsnet.ru.
|
