Нанотехнологии

4 Проблемы и перспективы развития нанонауки в России

4.1 Перспективы использования нанотехнологий

Использование возможностей нанотехнологий может уже в недалекой пер­спективе принести резкое увеличение стоимости валового внутреннего продукта и значительный экономический эффект в следующих базовых отраслях экономики.

В машиностроении – увеличение ресурса режущих и обрабатывающих ин­струментов с помощью специальных покрытий и эмульсий, широкое внедрение нанотехнологических разработок в модернизацию парка высокоточных и прецизи­онных станков. Созданные с использованием нанотехнологий методы измерений и позиционирования обеспечат адаптивное управление режущим инструментом на основе оптических измерений обрабатываемой поверхности детали и обрабатываю­щей поверхности инструмента непосредственно в ходе технологического процесса.

В двигателестроении и автомобильной промышленности – за счет применения наноматериалов, более точной обработки и восстановления поверхностей можно добиться значительного (до 1,5-4 раз) увеличения ресурса работы автотранспорта, а также снижения втрое эксплуатационных затрат (в том числе расхода топлива), улучшения совокупности технических показателей (снижение шума, вредных вы­бросов), что позволяет успешнее конкурировать как на внутреннем, так и на внеш­нем рынках.

В электронике и оптоэлектронике – расширение возможностей радиолокаци­онных систем за счет применения фазированных антенных решеток с малошумя­щими СВЧ-транзисторами на основе наноструктур и волоконно-оптических линий связи с повышенной пропускной способностью с использованием фотоприемников и инжекционных лазеров на структурах с квантовыми точками; совершенствование тепловизионных обзорно-прицельных систем на основе использования матричных фотоприемных устройств, изготовленных на базе нанотехнологий и отличающихся высоким температурным разрешением; создание мощных экономичных инжекци­онных лазеров на основе наноструктур для накачки твердотельных лазеров, исполь­зуемых в фемтосекундных системах.

В информатике – многократное повышение производительности систем пере­дачи, обработки и хранения информации, а также создание новых архитектур высо­копроизводительных устройств с приближением возможностей вычислительных си­стем к свойствам объектов живой природы с элементами интеллекта; адаптивное распределение управления функциональными системами, специализированные компоненты которых способны к самообучению и координированным действиям для достижения цели.

В энергетике (в том числе атомной) – наноматериалы используются для со­вершенствования технологии создания топливных и конструкционных элементов, повышения эффективности существующего оборудования и развития альтернатив­ной энергетики (адсорбция и хранение водорода на основе углеродных нанострук­тур, увеличение в несколько раз эффективности солнечных батарей на основе про­цессов накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах с нанослоевой и кластерно-фрактальной структурой, разработка электродов с разви­той поверхностью для водородной энергетики на основе трековых мембран).

В сельском хозяйстве – применение нанопрепаратов стероидного ряда, сов­мещенных с бактериородопсином, показало существенное (в среднем 1,5-2 раза) увеличение урожайности практически всех продовольственных (картофель, зерно­вые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур, повышение их устойчивости к неблагоприятным погодным условиям. Например, в опытах на различных видах животных показано резкое повышение их сопротивляемости стрессам и инфекциям (падеж снижается в 2 раза относительно контрольных групп животных) и повышение продуктивности по всем показателям в 1,5-3 раза.

В здравоохранении – нанотехнологий обеспечивают ускорение разработки но­вых лекарств, создание высокоэффективных нанопрепаративных форм и способов доставки лекарственных средств к очагу заболевания. Широкая перспектива откры­вается и в области медицинской техники (разработка средств диагностики, проведе­ние нетравматических операций, создание искусственных органов). Общепризнано, что рынок здравоохранения является одним из самых значительных в мире, в то же время он слабо структурирован и в принципе "не насыщаем", а решаемые задачи но­сят гуманитарный характер.

В экологии – перспективными направлениями являются использование филь­тров и мембран на основе наноматериалов для очистки воды и воздуха, опреснения морской воды, а также использование различных сенсоров для быстрого биохими­ческого определения химического и биологического воздействий, синтез новых эко­логически чистых материалов, биосовместимых и биодеградируемых полимеров, создание новых методов утилизации и переработки отходов. Кроме того, суще­ственное значение имеет перспектива применения нанопрепаративных форм на ос­нове бактериородопсина. Исследования, проведенные с натуральными образцами почв, пораженных радиационно и химически (в том числе и чернобыльскими), пока­зали возможность восстановления их с помощью разработанных препаратов до естественного состояния микрофлоры и плодоносности за 2,5-3 месяца при радиа­ционных поражениях и за 5-6 месяцев при химических.

Развитие и становление наноиндустрии в Российской Федерации определяется следующими стратегическими документами:

Президентская инициатива "Стратегия развития наноиндустрии" (№ Пр-688 от 24 апреля 2007 г.),

Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года (Утверждена распоряжением Правительства Рос­сийской Федерации от 17 ноября 2008 г. № 1662-р)

Концепция развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года (одобрена Правительством Российской Федерации 18 ноября 2004 г. № МФ-П7-6194),

Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года (одобрена Правительством Российской Федерации 4 мая 2008 года ВЗ-П7-2702) (да­лее – Программа)

Федеральная целевая программа "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы" (постановление Правительства Россий­ской Федерации от 2 августа 2007 г. № 498)

Федеральная целевая программа "Исследования и разработки по приоритет­ным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы" (постановление Правительства Российской Федерации от 17 октября 2006 г. № 613)

Реализация стратегической цели Программы включает два этапа: первый этап– 2008-2011 годы, второй этап – 2012-2015 годы.

Цель реализации первого этапа − к 2011 формирование году конкурентоспо­собного сектора исследований и разработок в области наноиндустрии для поддер­жания научно-технического паритета Российской Федерации с экономически разви­тыми странами мира по перспективным направлениям науки, определяющим стра­тегию развития наноиндустрии и безопасность применяемых наноматериалов и нанотехнологий для здоровья и жизни человека, рост объемов производства уже выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий безопасной для жизни и здоровья человека, насыщение соответствующих рынков, разработка новых нано­технологий и видов нанотехнологической продукции, которые могут быть доведены до промышленного внедрения и производства в течение последующих двух-трех лет, создание эффективной системы коммерциализации объектов интеллектуальной собственности в области нанотехнологий.

Для ее достижения необходимо решение следующих задач:

- формирование современной инфраструктуры наноиндустрии на уровне эко­номически развитых стран, включая ее приборно-инструментальную, информаци­онно-аналитическую и методическую составляющие;

- формирование условий устойчивого функционирования и развития системы подготовки, переподготовки и закрепления кадров для обеспечения эффективности исследований и разработок в области наноиндустрии;

- опережающее развитие исследований и разработок, обеспечивающих созда­ние новых конкурентоспособных нанотехнологий и видов нанотехнологической продукции, которые могут быть доведены до промышленного внедрения и произ­водства в течение двух-трех лет;

- создание системы содействия продвижению продукции наноиндустрии на внутренний и внешний рынки высокотехнологичной продукции, системы обеспече­ния единства измерений, стандартизации, оценки соответствия и безопасности в наноиндустрии с целью кардинального увеличения объемов производства уже вы­пускаемой и востребованной продукции нанотехнологий, насыщения указанной продукцией нанотехнологий соответствующих рынков.

Максимальное количество объектов инфраструктуры наноиндустрии распо­ложено на балансе организаций г. Москвы – 48 объектов. В Свердловской области находится 16 объектов инфраструктуры наноиндустрии, в Санкт-Петербурге – 6, в Московской области – 5, в других субъектах количество объектов инфраструктуры наноиндустрии варьируется от 0 до 4 единиц.

Рисунок 2 – Регионы лидеры по количеству объектов инфраструктуры нано­индустрии

4.2 Ключевые проблемы развития нанотехнологий в России

Анализ мирового опыта формирования национальных и региональных программ по новым научно-техническим направлениям свидетельствует о необходимости выявления некоторых ключевых проблем в области разработки наноматериалов и нанотехнологий.

Первая проблема – формирование круга наиболее перспективных их потребителей, которые могут обеспечить максимальную эффективность применения современных достижений. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и безопасность государства Вторая проблема – повышение эффективности применения наноматериалов и нанотехнологий. На начальном этапе стоимость наноматериалов будет выше, чем обычных материалов, но более высокая эффективность их применения будет давать прибыль. Поэтому необходимо среднесрочное и долгосрочное финансирование НИОКР по наноматериалам и нанотехнологиям с выбором способов реализации программы, включая масштабы и источники финансирования. Государство заинтересовано в быстрейшем развитии перспективного направления, поэтому оно должно взять на себя основные расходы на проведение фундаментальных и прикладных исследований, формирование инноваций.

Третья проблема – собственно разработка новых промышленных технологий получения наноматериалов, которые позволят России сохранить некоторые приоритеты в науке и производстве.

Четвертая проблема – обеспечение перехода от микротехнологий к нанотехнологиям и доведение разработок нанотехнологий до промышленного производства, особенно в области электроники и информатики. Пятая проблема – широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий.

Шестая проблема – создание исследовательской инфраструктуры,

Седьмая проблема – создание финансово-экономического механизма формирования оборотных средств у институтов и предприятий-разработчиков наноматериалов и нанотехнологий, а также развитие инфраструктуры, обеспечивающей поддержку инновационной деятельности в этой сфере на всех ее стадиях – от выполнения научно-технических разработок до реализации высокотехнологической продукции.

Восьмая проблема – привлечение, подготовка и закрепление квалифицированных научных, инженерных и рабочих кадров для обновленного технологического комплекса Российской Федерации.

Для выработки и практической реализации необходимых и достаточных мер в области создания и развития нанотехнологий должна быть сформирована государственная политика, которая, в свою очередь, должна рассматриваться как часть государственной научно-технической политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы и формы деятельности органов государственной власти Российской Федерации по поддержке научно-технических разработок и использованию их результатов.

Заключение

С наступлением нового тысячелетия началась эра нанотехнологии. Стремительное развитие компьютерной техники, с одной стороны, будет стимулировать исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, облегчит конструирование наномашин. Таким образом, нанотехнология будет быстро развиваться в течение последующих десятилетий.

Если человечество не будет создавать нанотехнологического оружия, то у него есть реальный шанс выжить. Причём его ждёт, если не безоблачное, то довольно светлое будущее в комфортном мире без экологических проблем. Жизнь на выживание превратится в приятную жизнь. Создание нанотехнологической промышленности будущего даст человечеству принципиально новый способ экологически чистого "выращивания" продуктов из атомов и молекул, что поможет решить проблему экологического и энергетического кризиса. А развитие таких технологий, особенно на начальном этапе, не рыночно, ибо требуют больших затрат на образование, научные исследования и их техническую реализацию.

Перспективы нанотехнологической отрасли поистине грандиозны. Нанотехноло­гии кардинальным образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит рево­люционизировать целые отрасли экономики. Джош Волфе\Josh Wolfe, редактор анали­тического отчета Forbes/Wolfe Nanotech Report, пишет: "Мир будет просто по­строен заново. Нанотехнология потрясет все на планете".