10 лет назад 10 января 2009 в 2:15 55

Что будет с нанотехнологиями

Автор: Иван Шадрин

Последние несколько лет новостные ленты планеты, не переставая, пестрят заголовками, в которых фигурирует магическое слово “нано”. поражающие воображения разработки и эксперименты, проводящиеся в лабораториях по всему миру, сулят появление новых прочных материалов и победу над болезнями и голодом. главный вопрос лишь в том, когда именно это произойдет? уже точно не в 2008-м, да и 2009 год, судя по всему, не станет годом нанотехнологий. хотя кое-какими радостными событиями он, пожалуй, похвастается. 

КОМУ ОНО НАНО?

В большинстве случаев исследования в области нанотехнологий финансируются правительством. В 2008 году почти $3,5 млрд вложили США, $4 млрд – Япония, ну а Россия планирует потратить чуть более миллиарда до 2010 года. Речь идет о создании знаменитой государственной компании “Роснанотех” и о претворении в жизнь Федеральной целевой программы “Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской федерации”, в результате чего в России должно возникнуть сразу несколько головных нанотехнологических отраслей: наноэлектроника, наноинженерия, функциональные наноматериалы для энергетики, функциональные наноматериалы для космической техники, нанобиотехнологии, конструкционные наноматериалы, композиционные наноматериалы и нанотехнологии для систем безопасности.

Как видите, планы масштабные, и их воплощение в жизнь, согласно графику, должно длиться уже год. На сегодняшний день на рассмотрении в “Роснано” находится 690 проектных заявок. Возглавляющий компанию Анатолий Чубайс опасается, что в ближайшие год-полтора компания столкнется с проблемами в реализации отраслевых проектов из-за мирового финансового кризиса. Скорее всего, возникнут огромные сложности с принятием даже самых лучших и перспективных. Однако при этом, по словам Чубайса, деньги, выделенные государством на нанотехнологии, удалось эффективно разместить еще до кризиса, так что о полном провале российского нано речи не идет.

Если же говорить, собственно, о результатах, то тут в основном нечем похвастаться не только России, но и любой другой стране. С чисто научной точки зрения поводы для гордости, конечно же, есть – изобретения и прорывы в нанотехнологиях совершаются каждый день, но вот примеры сколько-нибудь практичного их использования пока можно пересчитать по пальцам. О некоторых из них мы расскажем несколько позже, а пока о том, чем грозят обернуться недавние экспериментальные изобретения в будущем.

ФУНДАМЕНТ ДЛЯ БУДУЩЕГО

Есть надежда, что в 2009 году мы все же увидим настоящих нанороботов. До недавнего времени одной из главных проблем, преграждавших путь к их созданию, стала координация действий этих устройств. Так вот, в марте 2008 года силами сотрудников Международного центра молодых ученых в Цукубе (Япония) на свет был произведен первый так называемый “наномозг”. В рамках эксперимента структура, состоящая всего лишь из 17 молекул, успешно справилась с управлением различными наномашинами. Функционирует наномозг совсем как обычный процессор, выполняющий 16 команд за один такт. Не превышая своими размерами двух нанометров, наномозг может нести в себе до четырех миллиардов закодированных комбинаций. Предполагается, что структуры, подобные этому наномозгу, будут заниматься управлением действиями нанороботов. Последние имеют большие перспективы в медицине: например, они могли бы доставлять лекарства только в те участки тела, где они требуются, а кроме того, разрушать одни и восстанавливать другие ткани, самореплицироваться и уничтожаться в случае необходимости. Однако для всего этого они должны иметь четкую программу действий, которую как раз и предлагается загружать в управляющий наномозг. С учетом того, что теоретически ученые уже знают, как создать наноробота (прототип электромеханического нанодвигателя и манипулятора существует уже довольно давно), теперь дело за первыми экспериментальными разработками. Ну, а пока до них дело не дошло, авторы наномозга надеются, что их изобретение может пригодиться при создании компьютерных процессоров нового поколения.

Другое перспективное изобретение, вполне реально претендующее на практическое применение в скором времени, принадлежит группе химиков из университета Воррика, придумавшей недорогой и несложный способ обработки небольших полимерных частиц кварцевыми наночастицами. Не вдаваясь в сложные и скучные научные подробности, скажем, что это изобретение открывает дорогу в массы таким принципиально новым вещам, как чернила, умеющие быстро и незаметно “залечивать” царапины и трещины на поверхностях, а также полимерные упаковки, способные контролировать влажность и уровень проникновения воздуха внутрь. Но даже не возможность создания принципиально нового продукта, а дешевизна и эффективность открытого учеными процесса может привлечь промышленников. Пока таких новостей не поступало, но, надо думать, это уже не за горами.

Ну и заключительное изобретение, первые примеры практического применение которого мы можем увидеть уже в следующем году, снова пришло из Японии. Ученые из научно-исследовательского института AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) разработали полимерную пленку, способную мгновенно и обратимо изменять цвет в зависимости от силы приложенного к ним механического напряжения. Данный полимер можно использовать там, где критически важно знать уровень механического воздействия: с его помощью можно быстро и недорого визуализировать слабые места инженерных конструкций любого масштаба – достаточно лишь напылить на места стыков и опор немного этого полимера. Единственная существующая пока проблема – нестабильность полиацетилена в воздухе. Впрочем, и она решается – существуют полиацетилены с замещенными группами, которые с воздухом не конфликтуют и которые можно использовать для приготовления пленок и растворов. Осталось лишь дождаться лояльной воздуху версии полимера-хамелеона.

Все это – примеры того, что мы, при удачном стечении обстоятельств, имеем шансы увидеть на практике уже в следующем году. А теперь немного о полностью готовых к массовому применению нанотехнологиях. Их-то уж точно можно будет опробовать в ближайшее время.

БЕРИ И ПОЛЬЗУЙСЯ

Компания Xerox изобрела принципиально новый тип тонера, способный снизить энергопотребление принтера до 30%. Достигается это за счет существенно более низкой, чем у обычных тонеров, температуры спекания нового вещества. Процесс спекания тонера, между тем, является самым энергоемкими в печати: он требует до 80% всей потребляемой принтером или МФУ электроэнергии.

Температура спекания нового тонера составляет 7,2°C, при этом основанный на нанотехнологии новый процесс получения отпечатка использует вполовину меньше материала, а на выходе дает изображение, ничем не уступающее отпечатанному с помощью обычного эмульсионного агрегатного тонера и даже его превосходящее в таких параметрах, как контрастность, надежность и долговечность.

Xerox 700 Digital Colour Press – первый принтер, в котором можно использовать картриджи с нанотонером, выпускается с мая этого года. Правда, пока только в Японии.

Другой первопроходец в деле практического применения нанотехнологий – компания Nissan Motor. C помощью нанотехнологий ее исследователям и инженерам удалось обеспечить устойчивость структуры покрытия активной зоны нейтрализатора без возникновения кластеризации. А если проще, то им удалось жестко зафиксировать использующиеся в каталитических нейтрализаторах частицы платины размером менее одной миллиардной метра и тем самым предотвратить их естественное спаивание друг с другом. В результате вместо 1,3 граммов платины в каталитическом нейтрализаторе будет содержаться только 0,65 граммов, что, естественно, скажется на общей стоимости машины. Кроме того, исследователям из Nissan удалось на 75% снизить уровень выхода неметановых углеводородов и окислов азота. Первой моделью с новыми нейтрализаторами будет Nissan Cube, а в течение 2009 года новинка распространится на весь модельный ряд компании. Чуть раньше, чем Nissan, о сокращении применения платины и палладия при производстве нейтрализаторов на 90% заявила компания Mazda Motor. Правда, о запуске технологии в серийное производство речи не ведется до сих пор.

Сразу два русских наноизобретения вот-вот выйдут в массы. Первое – это суперклей от лаборатории углеводородных материалов РосНОУ. Этот клей потенциально способен произвести настоящую революцию в авиационной и космической промышленности, потому что умеет склеивать то, что раньше склеить не удавалось. Тефлон, например. Он обладает высокой устойчивостью к износу и низким коэффициентом трения, он легче и прочнее углепластика, который используется в аэрокосмической промышленности сегодня, но – вот беда – сварке он не подлежит, поскольку в результате может потерять свои уникальные качества, а склеить его до недавнего времени никто не мог. И тогда ученые из РосНОУ рассчитали необходимое число нанотрубок высокой отчистки и добавили их в эпоксидную смолу, получив в результате клей с ошеломляюще высокой склеивающей способностью. Настолько высокой, что сейчас в лаборатории работают над созданием материала, который смог бы обратить действие этого клея, поскольку из-за всего лишь одной его капли, перенасыщенной нанотрубками, лаборатория уже лишилась алмазного режущего инструмента.

Сразу после того как он пройдет испытания в ОАО “Туполев”, производством клея от РосНОУ будет заниматься башкирский клеевой завод “Эколайн”. Другие авиационные и кораблестроительные компании также проявляют интерес к наноразработкам РосНОУ.

Еще одно российское наноизобретение, вышедшее “в серию”, было разработано и теперь производится учеными центра сенсорных технологий Уральского государственного экономического университета. Их разработка основана на таком свойстве поверхностей наночастиц, как чрезвычайная чувствительность. С помощью электрохимических сенсоров, производящихся в центре, легко можно определять уровень содержания тяжелых металлов в воде, воздухе и почве. Кроме того, сенсоры пригодятся в иммуноанализе. Помимо выявления уровня содержания тяжелых металлов в биологических жидкостях, с их помощью можно делать экспресс-диагностику инфекционных заболеваний и осуществлять поиск патогенных микроорганизмов. Дополнительный плюс технологии – данные сенсоры гораздо дешевле, чем медицинское оборудование, выполняющее те же функции.

СВЕТЛОЕ ЗАВТРА

Ну, а в целом нанотехнологии – это все же пока еще завтра, в котором, благодаря невидимым роботам и экспериментам на атомно-молекулярном уровне, людям совсем не нужно будет работать, бороться за пищу и кров и даже умирать, потому что в перспективе нанороботы смогут восстанавливать отмирающие и стареющие ткани, тем самым постоянно омолаживая тело человека. Есть и пессимистичный сценарий будущего нанотехнологий: бесконтрольно реплицирующиеся нанороботы из помощников превращаются в очередную проблему для человечества. Как будет на самом деле – узнаем, но, конечно, уже не в этом и даже не в будущем году.

Нашествие роботов

Лена Фролова

Японским разработчикам удалось наконец создать робота, абсолютно идентичного человеку. При относительно небольшом росте 150 см и весе 45 кг он может ходить и даже бегать, общаться, воспринимать информацию с помощью камер, микрофонов и тактильных датчиков. В него встроен приемник GPS, что позволит всегда знать его местоположение. Такой робот сможет не только помогать по дому, но и заменить человека на некоторых не требующих высокоинтеллектуального труда работах. Ученые уже получили заказ на 200 тыс. экземпляров. В широкую продажу он поступит в конце 2009 года.

К сожалению, вынуждены расстроить всех техногиков: такой удивительный прогноз возможен в какой угодно сфере, но только не в робототехнике. Прогресс в создании человекоподобных роботов движется с такой черепашьей скоростью, что говорить о каких-то сверхшокирующих разработках не приходится. Максимум, что периодически предлагают нам ученые-роботостроители – это освоение искусственным разумом (который, впрочем, можно так назвать с большой натяжкой) какой-то новой функции вроде подражания человеческой мимике, удержания в железной руке хрупкого предмета, способности налить пиво или вымыть пол.

Человек, эволюция которого продолжалась миллионы лет, теперь пытается создать искусственный интеллект, идентичный собственному. Время его стараний – пока меньше века, стоит ли ожидать какого-то кардинального прорыва в этой области?

Развитие человекообразных роботов идет в двух направлениях. Одни ученые стараются прикрутить “взрослой” модели новые функции: например, чтобы он не падал, когда его толкают, или мог узнать лицо хозяина, или сыграть на трубе. (Сюда же входят разработки отдельных частей, вроде искусственного протеза руки или глаза). Другие исследователи создают робота-ребенка и пытаются научить его познавать мир, чтобы он в конце концов сам всему научился. То есть пытаются заложить в него способность к обучению, так как сам человек большинство своих знаний получает на основании собственного опыта. По этому пути идут, в частности, европейские ученые из разных институтов, объединенные под названием RobotCub. Их пятилетняя разработка iCub выглядит как 3,5-летний ребенок, но по интеллекту его пока обгоняют даже шестимесячные малыши. Программное обеспечение iCub – с открытым исходным кодом, и каждый может написать для него свою программу, несколько университетов из разных стран уже заказали себе экземпляры, чтобы иметь возможность экспериментировать самим. Над iCub трудятся не только инженеры и программисты, но и нейрофизиологи, и психологи – работа над искусственным разумом способствует пониманию естественного.

Таким образом, без объединения усилий специалистов из разных сфер добиться какого-то прогресса в робототехнике будет сложно. А поскольку сейчас все это ощутимой прибыли не приносит и скорее носит альтруистический характер с долгосрочными инвестициями, есть опасность, что на развитие подобных проектов в 2009 году просто не хватит денег. Набивший уже оскомину финансовый кризис отложит появление андроидов на несколько лет.

Однако тот же мировой экономический коллапс может поспособствовать развитию роботов – если понимать под этим не человекоподобные машины, а автоматы вообще. Финансовые проблемы и трудности неэффективного управления, с которым столкнулись прежде всего мировые автогиганты и авиаперевозчики, приведут к сокращению кадров и повсеместной замене их машинами. Платежные терминалы, электронные информационные стойки, автоматы продажи билетов, банкоматы, сборщики и штамповщики на производстве, автоматические поезда без машиниста, беспилотные летательные аппараты, газонокосильщики, грузчики, уборщики – когда-то все эти рабочие места занимали живые люди.

Теперь роботы осваивают более экзотические профессии. На проходившей в ноябре конференции RoboDevelopment был представлен робот, созданный для сбора апельсинов и лимонов. Работая без устали и днем, и ночью, не требуя ни оплаты, ни еды, он сможет в одной только Флориде заменить 50 тыс. работников. Но оказывается, роботы могут вытеснить с рабочих мест не только неквалифицированных рабочих, но и служителей такой наукоемкой, казалось бы, сферы, как медицина. Уже есть разработки, которые позволят в будущем заменить и аптекаря, и процедурную медсестру (робот сможет делать безболезненные уколы, брать анализы в стерильных условиях и тут же выдавать результат), и даже хирурга (для примера можно вспомнить хотя бы ноябрьскую операцию в одной из московских больниц, которую провел робот “Да Винчи”: через очень небольшие разрезы была филигранно удалена опухоль). Минимальное вмешательство, микроскопический разрез, высочайшая точность и абсолютная стерильность – таких условий ни один человек обеспечить не может.

Не избежать нашествия роботов и людям творческих профессий. Робот WF-4RIV – детище японских ученых, умеет играть на флейте. Разработки музыкального андроида велись почти два десятилетия. И смотреть, как робот механически переходит от ноты к ноте, зрителям в большинстве случаев гораздо интереснее, чем слушать то же произведение в исполнении человека. Из таких роботов-музыкантов уже запросто можно собрать целый оркестр.

А значит, если не в 2009-м году, то очень скоро машины будут все больше конкурировать с человеком в борьбе за рабочие места. И если не нам, то будущим поколениям точно стоит более тщательно подходить к выбору профессии. Вкалывающие роботы, в то время как сами люди будут полеживать на диване – это, конечно, предел человеческих мечтаний, но ведь все-таки, как известно, труд сделал из обезьяны человека, и как бы нам не сэволюционировать обратно.