Роль нанотехнологий в развитии цивилизации

Опубликовано 31.10.2012
Сергей Безносюк   |   просмотров - 3988,   комментариев - 1
Роль нанотехнологий в развитии цивилизации

Одни из самых модных сейчас слов — это слова с приставкой нано. Они уже давно означают не только то, что речь идет о чем-то маленьком. Нано значит современный, инновационный, новый, стоящий внимания и того, чтобы вкладывать в это деньги. Конкретные же разработки никто не видел. Об этой загадке редактор отдела культуры газеты «За науку!» Елена Залетина говорила с заведующим кафедрой физической и коллоидной химии, д.ф-м.н., профессором Алтайского государственного университета Сергеем Безносюком.

Профессор Безносюк — одно из главных лиц форума специалистов в области нанотехнологий «Развитие нанотехнологий: задачи международных и региональных научно-образовательных и научно-производственных центров», который состоялся в Барнауле в Алтайском государственном университете. Форум прошел при поддержке Министерства образования и науки РФ, Нанотехнологического общества России, группы компаний «НТ-МДТ» и администрации Алтайского края.

То, чего нет

— Сергей Александрович, что же такое нанотехнологии, в чем их смысл?

— Самодостаточных высоких нанотехнологий пока нет ни у кого в мире, хотя говорят о них все. Человечество в своем развитии уже прошло через несколько высокотехнологических укладов, начиная с изобретения паровых двигателей. Это т.н. циклы Кондратьева. Они показывают, как волнами развиваются высокие технологии: от зарождения через подъём к исчерпанию.

Каждый технологический уклад длится, примерно, 40 лет (сколько евреи бродили по пустыне), разбиваясь на подциклы по 10 лет. 1-й — это научно-исследовательская работа, фундаментальная наука, исследование законов и закономерностей в новой области. Следующий период — опытно-конструкторские разработки, инжиниринг. 3-й этап — время патентов, технологий. 4-й — индустрия. Как женщина должна вынашивать ребенка 9 месяцев, так эти подциклы должны быть и следовать строго друг за другом.

4-й технологический уклад (с 1940 по 80-й год) — это авиация, атомная энергетика, космонавтика. 5-й — микроэлектроника, компьютеры, интернет, мультимедиа, сотовые телефоны, GPS, микробиологические разработки, малотоннажная химия (косметика).

Мы в 2012 году находимся в конце пятого цикла и начале шестого. Человечество сейчас в технологическом кризисе, который является одной из причин экономического. Пятый цикл иссяк в плане технологий, но находится в максимуме производства. Все изобрели, теперь производят. Ни о каких самостоятельных наноустройствах речь еще не идет. Сейчас все наполнено микроэлектроникой и микробиологией. Высокие технологии прорываются на субмикронные уровни живого и неживого мира. А за ними лежит наномир, в котором происходит конвергенция живых организмов и неживых устройств.

— Вы можете привести пример микробиологических технологий?

— Это микронные клеточные технологии, когда одни клетки лечат, другие убивают (раковые, например). Размер клетки — микрон, одна миллионная метра (миллиметр — одна тысячная). В микроэлектронике — это чип. Современные производства оперируют с точностью до долей микрона.

Биотехнологи могут манипулировать отдельными генами — генномодифицированные продукты, клонирование, генная инженерия. Но это точность примерно в сто нанометров — это субмикротехнологии. К этому уровню относятся биотехнологии, например, развиваемые в АлтГУ.

Известный всем продукт субмикронного производства — памперсы. Это изделие двойного назначения (перевязочный материал на поле боя, например). Технологии их изготовления запатентованы развитыми странами. Нам, кстати, такие технологии не разрешают использовать, мы покупаем только их продукты.

Нано — в тысячу раз меньшие, чем микро. Нанометр — это примерно три атома. Значит, в нанотехнологиях нужны устройства размером в несколько атомов. Здесь мало отличий между живыми и неживыми устройствами. А там как раз и живут вирусы, детальки любого живого организма, нас самих. Микронная клетка внутри содержит рибосомы, ядро, ДНК (вирус — это вид гена). Их детальки и есть нанообъекты. Но сюда, в «живую-неживую» материю Господь не дал еще никому проникнуть, пока нет подходящего инструментария для доступа.

Цель ученых — проникнуть в клетку и ремонтировать ее изнутри. Но субмикронные инструменты — слишком грубые «пальцы» для такой тонкой работы. Все внутренности клетки держатся на каркасе: цитоскелете. Именно его кирпичики, т.н. тубулены размером до 10 нанометров растягиваются в усики, когда клетка делится. Мы не можем пока их ни укротить, ни зацепить, ни заставить контролируемо работать.

Пока ни Samsung, ни Intel не могут достигнуть обработки материалов электроники с точностью сравнимой с размером одного тубулена (менее 10 нанометров). Мировой рекорд сейчас 22 нанометр, не меньше.

Мир под угрозой

— Почему у мирового научного сообщества возникла потребность в разработке нанотехнологий? Заказ на эти мельчайшие исследования не только экономический, но и политический?

— Конечно. Развитие человечества должно привести к тому, что через пару-тройку десятилетий наступит голод, исчерпание природных ресурсов Нам грозят страшные болезни, экологические и космические катастрофы.

— Это действительно неизбежно?

— Да. Со всем этим должны будут бороться нанотехнологии. Объемы урожаев, достигнутые за счёт технологий микробиологического уровня, окажутся недостаточными. Значит, нужно добраться до управления теми кирпичиками (например, тубуленами), на которых основано воспроизведение биомассы из неживого.

Необходимо переходить к альтернативным, возобновляемым источникам энергии. Единственный такой естественный источник — Солнце. Следует развивать солнечную, водородную энергетику и тоже на наноуровне. Водорода вокруг нас много, например, в воде — но молекула слишком крепкая — трудно расщепить, нужны или большие затраты энергии, или высокоэффективные катализаторы-наноустройства.

Есть ли место для России?

— Как Вы считаете, почему для большей части, по крайней мере, российского общества, эти исследования кажутся профанацией, пустой тратой денег?

— Сейчас всё мировое научное сообщество только начинает изучать законы наномира. Но в России ситуация осложнена тем, что мы не можем делать эти фундаментальных исследований. Пока весь мир проходил пятый технологический уклад, мы занимались политической и экономической перестройкой. Вся микроэлектроника, микробиология, компьютеры, интернет, мобильные телефоны, высокоэффективные машины — импортного производства. Поэтому то, что у нас осталось от великого и могучего СССР — наши заводы, основанные на технологиях четвертого цикла, приходят в негодность, падают самолеты и ракеты.

Пропустив цикл микроэлектроники и микробиологии, мы пытаемся попасть на следующий этап наноэлектроники и нанобиологии, из семидесятых годов прошлого века в десятые нового тысячелетия. Поэтому все в России и видят: что-то не то. Если бы люди занимались на производстве микроникой, то они бы в ходе повседневной работы видели, куда мы двигаемся дальше вместе со всем передовым человечеством.

Чтобы не отстать, мы должны вступать в альянсы со странами более технологически развитыми, чем и занимается «РОСНАНО», ну и, наш университет тоже, создавая международный наноцентр, поднимая уровень естественнонаучного обучения в средних школах Алтайского края.

Мы разрушили экономику, но сняты, в основном, запреты на поставку нам зарубежных технологий. Просто, теперь, чтобы включиться в общий поток, нужно приобретать микротехнологии пятого уклада. Именно в это и вкладывается государство, когда говорит сейчас о перспективах развития нанотехнологий у нас в России.

— Так каково же место России на мировом рынке новейших исследований?

— Его пока нет. 40% США, 15% Европа, присутствуют на рынке Япония, Китай, Корея. Наша задача в ближайшее время выбраться на 0,3%. Мы, правда, уже многое купили: завод в Дубне по производству микрочипов в 90 нанометров, например. Это уже прорыв, что нам дозволили купить эту технологию. Но чипы таких размеров — комплектующие, например, стиральных машин. На Марс с их помощью не полетишь. А американцы сделали супер-марсоход. К его созданию причастны, в том числе, и гости нашего университета из университета Аризоны на недавнем форуме.

Сейчас наша задача научится с ними сотрудничать. У нас есть своё, например, теоретические разработки. Я, например, в этой области работаю как раз лет 40, начиная с 70-х годов XX века. Только раньше все не так называлось. С начала 80-х годов я публикую свои статьи в американских и европейских журналах. Несколько лет я являюсь членом не только российского, но и американского нанотехнологического общества.

— Как сотрудник американского нанообщества Вы, получается, работали на науку США?

— Я ассоциированный член этого общества из России, а не сотрудник. Никаких грантов и заказов от него не получал. Но, конечно, если я публикую материалы в американских изданиях, то споспешествую всему мировому сообществу, читающему по-английски.

Люди и вирусы: кто победит?

— Пожалуй, одним из самых загадочных для меня заявлений, услышанных на форуме, было то, что биотехнологии могут использоваться в электронике.

— Сейчас происходит конвергенция различных областей знаний: химии, биологии, физики. На уровне атомов разницы между этими науками просто нет, там общие законы. Когда-то, в античности все науки были вместе, во времена Ньютона они рассыпались, а теперь объединяются на наноуровне.

На самом деле, инструменты, которыми можно работать в этой области, есть. Это вирусы. Помните, как летают на драконах в «Аватаре»? Так и мы должны «оседлать» вирусы. Но для этого должно изучить, по каким законам они могут нас слушаться. В природе все уже есть. Чтобы создать электронику, нужно просто-напросто в жидкой среде использовать подвижность ДНК или вируса. Вирусы можно использовать в качестве транспортного устройства для монтажа наноэлектроники.

На этом уровне любой объект при определенном воздействии может стать живым. И не обязательно, чтобы он был органическим. Придание неживому свойств живого называется биомиметикой (мимезис — подражание). Биомиметика и есть отличительное свойство наномира, главный закон: все его объекты можно назвать, в какой-то степени, живыми.

Свойства живого — это способность к самосозданию, самоорганизации, адаптации, организации комфортной среды, интеллект, самосознание.

— Но такой живой объект может выйти из подчинения. Всегда ли он будет слушаться?

— Речь идет о том, что их надо воспитывать. Когда я писал 14 лет назад о том, что нам предстоит в будущем, организовать педагогику в наномире, все думали, что это шутка. Но вирус, чтобы он не вредил, нужно обучать и воспитывать. Может, конечно, и не получится. С биомиметическими объектами «грубо» уже нельзя: ты его «стукнешь, а он затаится и отомстит». Их надо «уважать».

Еще в 2009 году Г. Г. Малинецкий (Заместитель директора Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН) утверждал, что задатки сознания кроются в наноструктурах, цитоскелете, тех же тубуленах. Работа нейронов, мозга основана именно на них.

Таким образом, происходит конвергенция естественных и гуманитарных наук.

«Нано-Ева»

— Как будет выглядеть лаборатория будущего?

— Представьте себе автономную космическую станцию, на которой изготовляется все, что угодно из элементов таблицы Менделеева с помощью наноустройств, в том числе живых. Мы опять возвращаемся к старым идеям о Гумункулусе.

Первая нанофабрика — это «женщина», созданная Богом для Адама, когда он решил, что человек не должен быть бессмертным, что люди должны быть смертными, но плодиться и размножаться.

При четвертом технологическом укладе стояли и пыхтели трубами огромные заводы, пятый уклад — это маленькие компактные заводики, не больше корпуса К университета. Далее все будет еще меньше: в одной комнате. Но содержимое этой комнаты будет не тем же самым. Новые лаборатории будут работать подобно живому «женскому» организму.

Автор такой нанотехнологии Ричард Фейнман, нобелевский лауреат, большой шутник, который считается превосходящим всех людей по уровню IQ. В 1959 году он впервые прочитал шутливую лекцию «Под плинтусом много места». Ученый говорил о том, что мир атомов огромен, что мы будем конструировать в нем все, что угодно. Но устройство для этого должно быть контролируемым на каждом технологическом уровне. Это такой механизм, который создает в себе устройство более маленькое, то, в свою очередь еще меньшее, и так до контроля над группой атомов.

Но, к сожалению, пока ученые пытаются проникнуть в наномир не сверху вниз, а снизу вверх, от атома. Еще в 80-х годах сделали атомный силовой микроскоп (тот самый «Нано-Эдюкатор» для средних школ). В нем есть игла, которой можно уколоть отдельно взятый атом, но далее ничего. Атомы, колеблясь, движутся намного быстрее наших иголок в установке. Это не производственные технологии манипулирования группами атомов, а исследовательский прибор. Но всё ещё хуже. Дело в том, что при переходе в наномир уменьшаются не только размеры, но и времена манипуляций. Время изменения состояния движения наночастиц размером в несколько атомов ещё в тысячи раз меньше периода колебания этих атомов в молекуле! Тут даже колеблющийся атом в молекуле не успеет управлять изменением состояний наночастиц, сравнимого с ним размера.

Создавать новые технологии будут другие устройства — наноботы, те которые предсказывал Фейнман. Наноботы будут управлять молекулами, а не наоборот! Они на самом молекулярном уровне будут работать с нужной скоростью, как овчарка (нанобот) бегает более шустро, чем овцы (молекулы), которых она сгоняет в отару. Наноустройства, наноботы будут подобны этим овчаркам. Они будут способны уничтожать и сами вирусы, заставлять атомы и молекулы складываться в нужные формы. В неподвластный нам мир молекул мы должны внедрить своих обученных представителей (наноботы), которые будут обращаться с ними так, как мы хотим. Сейчас мы только теоретически разрабатываем методы, которые позволят нам их создать и с ними совладать.

— А каким образом они будут уничтожать вирус?

— Специальным очень коротким импульсным излучением: мягким рентгеном и жёстким ультрафиолетом. Наноботы состоят из ядер и электронов, но атомов и молекул в их структуре нет. Эти наночастицы иначе структурированы в пространстве и во времени.

Семья будет не нужна?

— Наверное, самый главный вопрос для человека — нравственный, этический. Даже если вирусы живые, они настолько маленькие, что мы эмоционально к ним не относимся. Но мы уже говорим о человеке, о женщине. Чем это может кончиться для человечества?

— Индустрией автономных социальных систем.

Авторы этой формулировки — западные философы, психологи и социологи. Как только мы создадим нанолабораторию, «нано-Еву», которая будет производить все, и ото всего лечить, общество, по их мнению, социально «атомизируется» — превратится в автономные подсистемы индивидуумов. Человеку не нужны будут реальная жена или муж, семья. Это возможно уже во второй половине XXI века, за пределами постиндустриальной парадигмы развития общества.

— Но возможно ли разрушить семью?

— А кто запретит? Что может помешать? Иммануил Кант говорил: «Две вещи удивляют меня: звездное небо над головой и моральный закон внутри нас». Кто создал этот закон? — череда поколений семейного воспроизводства (если только нет бога). Семья — единственное, что осталась нам из рая — разрушается уже и сейчас, мутирует, как социальная ячейка. Если все завершится атомизированием общества, Адам останется один. «Оно», андрогин вернется в «рай», созданный нанотехнологиями, история человечества замкнется.

Хорошо ли это? Рай, бессмертие, постоянный контролированный саморемонт. Но вымрет целая зона человеческих эмоций. Это будет рай на одного. Адам был один. Но не может же быть 10 миллиардов Адамов. Не кончится ли все тем, что прежде, всех лишних «выкосят».

Нанооружие существует?

— Вы намекаете на теорию «золотого миллиарда»?

— Именно. Евгеника, фашистские идеологии, но на новом витке. Могут начаться войны за уничтожение рас.

— Это мы уже проходили.

— Да, но теперь будет нанооружие. В России смертность (особенно мужская) выпадает из всех теорий. Это не пьянство, не наркотики. Если убрать эти факторы, аномалия все равно будет заметна. Не применяется ли это оружие уже?

— Это возможно сегодня?

— А что же такое, по-вашему, СПИД? Этот вирус гоняется за антителами. Уничтожить его не могут, но придумали, как обмануть. Тем, кто лечится от СПИДа, дают пустышки. Гоняясь за пустышками, вирус уничтожает меньше антител и человек живет. Но у вируса адаптивное поведение, он способен приспосабливаться — становится все опаснее.

Нужно бороться

Человечество замахивается на то, что, как бы, ему не положено, пытается проникнуть в основы своего существования туда, где грань живого и неживого размыта. Мы уже занимаемся метанаукой. Биология, физика, химия и т.д. — ее упрощение, её «асимптотики».

— Борьба за выживание возможна только на наноуровне? В привычных нам размерах все ресурсы исчерпаны?

— Это единственный уровень, на котором можно бороться с чем-то, не вредя самим себе, с помощью «живых» же нанобъектов. Тут нужно пройти очень точно, как по лезвию ножа, не погубив себя. Это тонкий энергетический зазорчик воздействия на природу лежит между микро и субатомными технологиями. Субатомные технологии слишком энергетически мощные и просто все разрушат тяжелым рентгеном. На наноуровне наноботов импульсным воздействием мягкого рентгена и жёсткого ультрафиолета, дозировано мы не навредим. Осталось только придумать, как дозировать, научиться контролировать. Это эффективнейший способ. Здесь воздействие энергичнее, точнее, чем в микротехнологиях. Но чуть дальше, и «взрыв» субатомных нанотехнологий.

Бог заботливо укрыл нас озоновым слоем и магнитным полем Земли, защищающим от космической радиации. Когда на Земле творились чудеса, зачиналась жизнь, переходы между живым и неживым шли на наноуровне, инициированные, нужными видами излучений. Все процессы происходили где-то в подземных катакомбах, куда проникала только необходимая мягкая радиация. Потом мощное излучение словно выключили. Мы сидим на дне воздушного океана на поверхности жидкого и твёрдого, как под колпаком на нужном расстоянии от солнца. Но тонкий слой биосферы исчерпывается. Мы почти истратили запасы на нашем космическом корабле. Нанотехнологии надо включать «снова». Они могут нас не спасти, но они имеют шанс это сделать.

Интервью проводила Елена Залетина
редактор отдела культуры газеты
«За науку!»


Комментарии:

Цитировать Имя
Сергей Лурье, 06.11.2012 10:32:46
Очень взвешенный и трезвый взгляд на сложившуюся ситуацию и её развитии. Сергей, удачи вам в работе!