ПОСЛЕЗАВТРА
МОГУЧИЕ КАРЛИКИ
Сущность нанотехнологий наш великий земляк, нобелевский лауреат академик Жорес Алферов объясняет так:
«Греческое слово «наннос» («карлик») означает уменьшение чего-либо в миллиард раз. Как раз такими размерами определяются расстояния в кристаллах между атомами, в макромолекулах. И вот оказывается: переход к наноразмерам в определенных структурах, в материалах на их основе (нанотехнологии — это технологии различного сорта материалов) рождает принципиально новые явления и свойства».
Проще говоря, человек получает возможность влиять на вещество на атомном уровне. Для построения этактичных (от греческого eu taktikos — «упорядоченный, правильно сложенный», в данном контексте употребляется для того, чтобы описать структуру, изготовленную с атомарной точностью) наносистем и наноробототехники потребуется механосинтез, т.е. сборка этих компонентов из отдельных атомов.
Нанотехнологии — очень молодая, можно сказать младенческая, отрасль исследований. Но уже сейчас ее достижения впечатляют. По мнению некоторых ученых, внедрение достижений нанотехнологии в быт способно породить очередную научно-техническую революцию, совершить рывок, сравнимый с изобретением электричества, расщеплением атома или созданием компьютера. Вещества, полученные путем нанотехнологических манипуляций, могут обладать новыми необычными свойствами и открыть перед учеными возможности создания принципиально новых материалов.
Нанотехнологии предполагают возможность создания наномашин — наноботов, с помощью которых человек создаст любые материалы, вещества или предметы. Наноботов можно будет ввести в кровь человека — они будут питаться за счет окисления глюкозы и осуществлять все функции обычных клеток — переносить газы, питательные вещества, уничтожать микробов и т.д. И дальше может случиться совсем фантастическая вещь — люди перестанут болеть и умирать от старости…
Рождение нанотехнологий связано с исследованием полупроводниковых гетероструктур. За последнюю четверть ХХ века создан целый ряд гетероструктур, получивших название «квантовых ям», «квантовых проволок», «квантовых точек». Не вдаваясь в расшифровку научных терминов, лишь перечислим, чего смогли добиться ученые на базе новых открытий.
«Самая общая, но ключевая правда: на старте XXI века вся современная электроника развивается под знаком нанотехнологий».
Нобелевский лауреат Жорес Алферов
На основе структур с «квантовыми точками» созданы совершенно уникальные мощные полупроводниковые лазеры.
Гетероструктуры, построенные на «квантовых ямах», дали людям сверхбыстродействующие транзисторы. Если первая интегральная схема в 1958 году содержала всего два транзистора, то сегодняшний микропроцессор на той же площади в 2-3 см2 уже размещает более 100 млн. транзисторов, фактически, являясь такой вычислительной машиной, какая раньше занимала целое здание.
Нанотехнологии на основе гетероструктур германия-кремния дадут принципиально новые возможности для сверхбольших интегральных схем, для кремниевых чипов. Гетероструктуры уже повсеместно работают в сотовых телефонах, компакт-дисках, световолоконной связи. Космическая станция «Мир» пролетала на солнечных батареях с гетероструктурами 15 лет и могла бы летать еще.
Расчеты показывают, что к 2030 году 50% существующего в мире электроосвещения будет переведено на сверхъяркие полупроводниковые светодиоды, что даст планетарную экономию электроэнергии на одном только освещении в 50% и общую ее экономию — в 10%. Не говоря уже об экономии на долговечности осветительных приборов — светодиоды на гетероструктурах могут работать десятилетиями и даже столетиями.
И все это лишь те сферы, в которых ученым уже удалось успешно применить нанотехнологии, потенциальные же их возможности, над которыми работают сейчас в ведущих научных центрах мира, представляются неисчерпаемыми.
Беларусь и нанозавтра
«Стратегический путь развития Беларуси — опора на новейшие достижения науки и создание на этой основе современного высокоэффективного производственно-научного потенциала».
Президент Республики Беларусь А. Г. Лукашенко
Как известно, еще в советское время Беларусь была одним из крупнейших центров электронной промышленности. Здесь, например, разрабатывались вычислительные машины ЕС ЭВМ. Беларусь стала родиной первого советского компьютера — ЭВМ «Минск». Минский завод «Интеграл» был одним из крупнейших в мире центров микроэлектронной промышленности. Беларуси, сумевшей сохранить и нарастить свой мощнейший научный и интеллектуальный потенциал, удалось оказаться в авангарде исследований по нанотематике.
В этой сфере Беларусь на равных конкурирует с такими странами, как США и Япония. Нанотехнологии абсолютно обоснованно выделены в качестве одного из главнейших приоритетов белорусской науки. Председатель президиума Национальной академии наук М.В. Мясникович, обозначая важнейшие направления исследований, отметил, что главное внимание должно быть уделено информатизации, разработке программного обеспечения, развитию нанотехнологий и производству наноматериалов.
Президиум Национальной академии наук Беларуси утвердил государственную программу «Наноматериалы и нанотехнологии», предполагающую создание и широкое внедрение в промышленность новых уникальных технологий и материалов.
Предполагается, что в ходе выполнения программы появятся опытные образцы сверхтвердых, тугоплавких, магнитных, керамических и композиционных материалов, изделия на их основе, а также наноэлектронные структуры и микросистемы, не уступающие по своим характеристикам мировым аналогам.
По мнению академика Сергея Жданка, в ближайшее время ученые Беларуси смогут производить нескольких килограммов наноматериалов в час.
«В рамках белорусских программ по нанотехнологиям и наноматериалам сейчас идет проработка вопросов о выпуске и анализе не просто отдельных молекул — уже ставится вопрос о производстве значимого количества углеродных наноматериалов», — сказал С. Жданок.
Справка: 1 г углеродных нанотрубок, которые синтезируются в лабораториях НАН Беларуси, стоит на мировом рынке до 100 долларов США.
Интерес в мире к нанотематике огромен. Более того, с каждым годом он лавинообразно увеличивается. В ближайшие годы в США и ведущих странах Евросоюза инвестиции в эту отрасль достигнут около 3 млрд. долларов в год. Активно ведутся исследования и в Китае, где наноматериалы являются приоритетом в области материаловедения.
В результате прошедшего в 2003 году в Национальной академии наук Беларуси заседания международных экспертов UNIDO (Организации объединенных наций по промышленному развитию) в области нанотехнологий в Минске возможно создание международного центра по нанотехнологиям.
Одновременно с академическими институтами в данной сфере активно работает Белорусский национальный технический университет (БНТУ). БНТУ заключил контракт с фирмой Korth Kristalle и IPT Fraunhofer, Aachen в области нанотехнологии финишной обработки монокристаллов в магнитных полях.
В состав технопарка БНТУ «Метолит» входит шесть инновационных предприятий, которые активно разрабатывают и осваивают ресурсосберегающие и экологически чистые технологии, оборудование, материалы и изделия на их основе, налажен выпуск наукоемкой импортозамещающей продукции и финишные методы обработки на основе нанотехнологий.
Как отметил Жорес Алферов, белорусы сохранили науку, производство, развитие высоких технологий на достойном уровне.
«Сегодня эта область промышленности в СНГ и в России находится в очень тяжелом состоянии. Но в Беларуси микроэлектроника сохранилась. И сохранилась прежде всего благодаря разумной политике руководства страны», — сказал Жорес Алферов. Именно это дает Беларуси уникальный шанс стать одним из пионеров конструирования новой наноцивилизации.
Нанобудущее — pro et contra
Перспективы, которые открывают перед человечеством нанотехнологии захватывают дух. Измениться может в буквальном смысле слова весь мир.
Например, исследователи из университета Лунда сумели вырастить на полупроводниковой подложке полупроводниковые деревья нанометровых размеров. Физики из подразделения унверситета Nanometer Consortium научились выращивать целые нанолеса. Еще неизвестно, какое точно применение найдет новая технология, но физики говорят о возможности изменения материалов, составляющих «ветви». Так можно «программировать» свойства «деревьев» и заставлять их преобразовать солнечный свет в электричество. Или наоборот — «деревья» могут использоваться, чтобы создавать эффективные световые панели для освещения помещений. А разработчики компании Bell Labs обещают, что прогресс в области нанотехнологий в корне изменит наши представления о мобильном телефоне. Радиопередатчики размером с человеческий волос, новые системы регистрации звука, жидкие линзы для экранов смартфонов, нанодатчики для определения химического состава воздуха — вот лишь малая часть «начинки» мобильников будущего.
Разработаны наночастицы, которые позволяют обнаруживать злокачественные опухоли, не диагностируемые другими методами. Ученые продемонстрировали, как микроскопические меланомы, выращенные в организме лабораторных мышей и неотличимые от окружающих тканей с помощью обычной магнитно-резонансной томографии (MRI), были обнаружены тем же методом спустя 30 минут после того, как грызунам были введены наночастицы.
Самое большое преимущество разработанного метода заключается в том, что он позволяют обнаруживать опухоли при помощи стандартного медицинского оборудования магнитно-резонансной томографии.
Одновременно разрабатывается методика, которая позволит медикам избирательно воздействовать на внутриклеточные структуры в организме больного, даже не прикасаясь к нему самому. Технология пока находится в стадии разработки, но специалисты уже сейчас смотрят на нее с надеждой. Результаты первых экспериментов показывают, что с помощью наноимпульсов, возможно, удастся лечить рак, ускорять выздоровление и даже приводить в норму страдающих ожирением.
Нанотехнологии позволяют создавать абсолютно новые типы двигателя, компьютерной памяти и массу иных вещей, появление которых даже в наш «продвинутый» век кажется чем-то малореальным.
Но, вместе с тем, вторжение в ранее абсолютно неведомый человеку микромир вызывает у многих специалистов опасения.
Исследования в этой области настолько новы и революционны, что порой ставят в тупик даже ученых, обладающих самой раскрепощенной фантазией.
Последнее время становятся довольно популярными рассуждения о возможном «восстании» наноботов.
Билл Джой, один из основателей компании Sun Microsystems, считает, что наряду с био- и роботехнологиями нанотехнологии составляют тройку основных угроз человечеству со стороны науки.
Нанороботы должны воспроизводить себя сами. Джой считает, что опасность того, что процесс выйдет из-под контроля человека, достаточно реальна. Он рисует ужасные картины техногенной катастрофы: бесконтрольные наноботы начинают хаотически размножаться. Подпитываясь солнечной энергией, мириады невидимых повстанцев «переделывают» все подряд в своих новых собратьев. В конце концов земной шар вместе со всем на нем находящимся превращается в громадную каплю серой слизи. Сюжет достойный голливудского блокбастера.
Есть мнение, что наноботы могут нанести удар по человечеству и с другой стороны.
Группа американских ученых из Рочестерского университета (штат Нью-Йорк) во главе с Гюнтером Обердерстером выяснила: наночастицы способны проникать в мозг непосредственно по чувствительным нервным волокнам. Это подтвердил следующий эксперимент: лабораторным крысам давали вдыхать воздух со взвесью углеродных нанотрубок диаметром около 35 нанометров. Как оказалось, уже на следующий день нанотрубки обнаруживались в «обонятельной луковице» крыс — участке мозга, который анализирует информацию о запахах. Содержание нанотрубок в мозгу повышалось до самого конца эксперимента. Ученые заключили, что наночастицы проникали в мозг непосредственно по аксонам нейронов обонятельных нервов.
Таким образом, нервная ткань мозга человека оказывается беззащитной перед наночастицами — как именно они будут воздействовать на нервную ткань, никто сказать не может. Это ставит перед научным сообществом еще одну задачу, которая возможно окажется сложнее предыдущих. Человечество не просто должно освоить нанотехнологии, но и изучить все возможные последствия их применения.
Однако, несмотря на проблемы, возникающие на пути исследователей, все мы должны понимать – прогресс неудержимо движется вперед. Пытаться обуздать свободную человеческую мысль невозможно. А потому перед человечеством по-прежнему стоит та же задача, с которой оно не смогло справиться после открытия атомной энергии, – употребить достижения человеческого гения во благо всех живущих на земле и не допустить, чтобы творение человека обратилось против него самого.
