Нанотехнологии

Иркутск, 2007

Нанотехнологии — это не только создание каких-то маленьких штучек, ибо мы можем синтезировать функциональность в наномасштабе.

Профессор Прабхакар Бандару (Калифорния)

Оглавление

Нанотехнологии 1

Анатомия работы 5

Вместо введения 6

Взгляд в недалёкое прошлое 8

Наномечты 9

Взгляд вооружённым глазом 12

Финансирование нанотехнологий 19

Осторожно, опасно! 21

Заключение 23

Список использованной литературы 24

Анатомия работы

Объектом исследования явилась вся та масса информации, которую можно встретить во всевозможных журналах и публикациях, а так же в глобальной сети Интернет. Предметом изучения – нанотехнология, её возможности и перспективы.

Цель работы – это сбор информации с последствующим её анализированием и формированием своей компетентной точки зрения. Я позволю себе опустить физическую составляющую вопроса и взглянуть на него с точки зрения любопытного гуманитария; научно-популярный доклад, с упором на слово "популярный". Так же, будет предпринята попытка "между строк" ответить на философские вопросы: не завершит ли цивилизация свой путь под ударом нового нано-оружия? Не взбунтуется ли природа против людей? Как будет эволюционировать человек, как вид? Станет ли он бессмертным?

Актуальность работы очевидна: нанотехнология интенсивно развивается, часто освещается в СМИ, является довольно популярной темой в обществе.

Вместо введения

Нанотехнологии – что они?

За последние несколько лет в мировое сознание быстро вошло короткое слово с большим потенциалом — «нано». Оно будит в воображении догадки о сильнейших сдвигах во всех аспектах науки и техники, имеет последствия для экономики, международных отношений и повседневной жизни. Многие видят в нанотехнологиях панацею от всех бед, многие — новый этап химических и биологических войн, а нередко и создание нового биологического типа, который заменит человечество.

Что же такое нанотехнологии на самом деле? Наноматериалы и нанотехнологии - это не самостоятельная область знаний и не вновь открытое явление. Скорее всего, это новый виток развития сразу целого ряда наук. К концу прошлого века, ввиду своего интенсивного развития, такие науки, как физика, химия, биология, материаловедение, перешли на наноуровень, т.е. в этой сфере стали проводиться исследования на частицах размером 10^-9 метра. (Сама десятичная приставка “нано-” происходит от греческого слова “nanos”, что переводится как “карлик” и означает одну миллиардную часть чего-либо).

Схема 1. Научные основы и объекты нанотехнологии.

Нанотехнология позволяет осуществлять технические процессы на уровне сверхмалых величин порядка от 1 до 100 нанометров (толщина листа бумаги составляет около 100 000 нанометров). Применяется для создания сверхточных приборов и аппаратуры, а также целого ряда сверхпрочных композиционных материалов, пользующихся широким спросом в таких отраслях, как приборостроение, машиностроение, в авиационно-космической, в оптико-механической, радиоэлектронной, химической, фармацевтической промышленности и др.

На следующих фотографиях, снятых на сканирующем электронном микроскопе высокого разрешения Supra 50 VP, показаны наночастицы ZnO.

Рисунок 1.

Рисунок 2. Нанодудочки.

Рисунок 3.

Рисунок 4. Наноспутник.

Рисунок 5. Нанокуст

Рисунок 6.

Рисунок 7. Наноутварь.

Рисунок 8. Нанопаутина.

Таким образом, ученые и инженеры имеют в своем распоряжении инструментарий, который дает возможность не только наблюдать объекты столь малых размеров, но и производить над ними различные действия. В результате ученый превратился в инженера, который уже может сконструировать наночастицу, а затем из полученных наночастиц создать наноматериал.

По оценкам специалистов в области стратегического планирования, сложившаяся сейчас, в связи с развитием нанотехнологий, ситуация во многом аналогична той, что предшествовала тотальной компьютерной революции, однако последствия нанотехнологической революции будут еще обширнее и глубже. Да, собственно, она уже началась и взрывообразно захватывает все новые и новые области.

Взгляд в недалёкое прошлое

Краткая история нанотехнологий

Современная история нанотехнологий начинается в 1959. Физик Ричард Фейнман, Нобелевский призёр, держал речь под названием “There’s Plenty of Room at the Bottom” (приблизительно переводится как "Много места в глубине"). Фейнман говорил, что не знает таких законов, которые мешали бы человеку управлять атомами. Его речь вдохновила многих ученых на поиск возможности контролировать отдельные атомы. Фейнман даже предложил два приза по $1000: первый - человеку, который создаст крошечный механизм размером 0,4 мм; второй – тому, кто создаст книгу, страницы которой будут 100 миллимикронов высотой. Первый приз был востребован уже через год после речи Фейнмана, а второй – только через 26 лет.

Чем меньше становились объекты исследования, тем труднее было их видеть. Но эта трудность была преодолена в 1981 году исследователями IBM. Они изобрели инструмент, названный Туннельным микроскопом (STM), который позволил рассматривать образцы на атомном уровне. За свои усилия они получили в 1986 Нобелевскую премию по Физике. Они же, исследователи в IBM, ответственны за следующий главный скачок вперед: они изобрели другой тип микроскопа, известного как Атомно-силовой микроскоп (AFM), который используется для исследования отдельных атомов.

В то же время, группа исследователей в Университете Райса, во главе с Ричардом Смоллей зарегистрировала неизвестные ранее молекулы карбона (carbon), которые были названы фуллеренами. Фуллерены могут проводить электричество и выдерживать высокую температуру. Они прочнее стали и легче пластмассы. Это открытие вызвало огромное волнение в обществе, а в 1996 году исследователи получили Нобелевскую премию по Химии.

Медленный, но устойчивый темп развития нанотехнологий продолжался в течение 80-ых. В 1989 исследователи IBM поразили общественность тем, что с помощью STM упорядочили 35 отдельных атомов ксенона, сложив из них аббревиатуру "IBM". Это было первой демонстрацией человеческой способности управлять атомами.

В 1991 японский исследователь Самайо Ииджима обнаружила карбоновые нанотрубки. Они напоминали удлинённые фуллерены и имели ещё большую прочность.

В последующие пять лет темп исследований лихорадочно возрос. Один из самых важных экспериментов был проведен опять же в IBM. Дон Эиглер и его исследовательская группа получили эффект, называемый квантовым загоном(Quantum Corral). Магнитный атом помещается в конец эллипса, состоящего из других атомов, и – создаётся мираж. Точно такой же атом, непосредственно напртив этого. Квантовый загон показал теоритическую возможность создания принципиально нового способа передачи любой информации без проводов

В 1999, президент Билл Клинтон учредил Национальную Нанотехнологическую Инициативу (National Nanotechnology Initiative), первую правительственную программу, которая ускорит темп развития и окончательной коммерционализации нанотехнологий. В 2001, Европейский союз одобрил бюджет более чем 16 миллиардов евро для развития науки, на нанотехнологии пришлось 10% этой суммы.

Япония, Tайвань, Сингапур, Китай, Израиль и Швейцария так же принимают подобные меры, что знаменует надвигающуюся глобальную гонку стран.

Наномечты

Что может дать нам нанотехнология?

Без малейшего преуменьшения можно сказать, что молекулярная нанотехнология открывает возможность делать просто сказочные вещи, о которых, до сей поры, даже писатели-фантасты боялись писать.

Сейчас умы многих ученых мира заняты проектированием нанороботов - устройств, которые смогут производить действия на атомном и молекулярном уровнях.

Например, если будет изобретен робот-конструктор, способный на атомном уровне контролировать молекулы и производить новые материалы (например, делать воду или кислород), то люди смогут поставить любой производственный процесс на наноуровень. Самое сложное – это непосредственно спроектировать производство объекта, то есть создать всю необходимую информацию о том, как из груды мусора, содержащей необходимые элементы в нужном количестве (ядерный синтез наномашинам будет не под силу), построить объект. После этого производство не будет требовать никаких затрат, кроме подвода энергии, мусора и откачки энтропии в виде тепла.

Итак, самые распространённые фантазии о нанотехнологиях.

В промышленности ожидается настоящая революция: произойдет постепенная замена традиционных методов производства на более прогрессивный вид сборки молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул, вплоть до персональных синтезаторов и копирующих устройств, позволяющих изготовить любой предмет. Появится возможность создания твердых тел и поверхностей с измененной молекулярной структурой, что на практике даст сверхпрочные металлы, ткани и пластмассы. Здесь уже можно на полном серьезе вспомнить о самовосстанавливающихся материалах, разговоры о которых до сегодняшнего момента велись лишь в фантастических романах. Такой материал больше не будет нуждаться в ремонте, умные нанороботы, живущие в нем, сами распознают «поломку» и тут же приступят к исправлению дефекта.

В сельском хозяйстве также произойдет замена «естественных машин» для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами — комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки «почва — углекислый газ — фотосинтез — трава — корова — молоко» будут удалены все лишние звенья. Останется «почва — углекислый газ — молоко (творог, масло, мясо — все что угодно)». Стоит ли говорить о том, что подобное «сельское хозяйство» не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда.

С молекулярной нанотехнологией эффективность сбора солнечной энергии вырастет настолько, что про нефть, газ и уголь все забудут напрочь. Энергия Солнца в равной степени доступна всем государствам на планете, и трудно придумать, как одна страна перекроет другой доступ к этому источнику. Следовательно, в будущем на одну причину для войн станет меньше, и интерес стран друг к другу в плане энергоресурсов сойдет на нет. Нанофабрики, способные с помощью миниатюрных ассемблеров (тех самых нанороботов) приводить в движение линии сборки атомных масштабов, произведут практически любой воображаемый продукт, будь то машина, ковер, клубника или интересующая нас нефть или природный газ. В идеале, всяческие природные ископаемые останутся прерогативой или раритетом матушки-природы

В кибернетике произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, а размеры активных элементов уменьшатся до размеров молекул. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Вычислительная мощность компьютеров возрастёт на много порядков, они смогут воспринимать и выдавать информацию в любом материальном виде. Станет возможным сбор рассеянной в окружающей среде информации и восстановление прошедших событий. К сожалению (а может быть – к счастью), прогноз на достаточно отдалённое будущее, например, погоды, по прежнему будет неточным из-за реальной физической случайности квантовых явлений и сильной неустойчивости многих процессов, текущих в природе.

Существование мощной обратной связи между информационными системами и внешним миром, а также развитие нанонейросетей неизбежно приведёт к возникновению искусственного интеллекта. Станет возможным и «переселение» человеческого интеллекта в компьютер.

С точки зрения медицины, в большинстве случаев говорят о нанороботах - дестракторах (уничтожителях), которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Станет возможным достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и "облагораживания" тканей человеческого организма. Состоится оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики и, возможно, мумифицированных.

Один из самых невероятных, но теоретически возможных путей развития наномедицины – это возможность коренным образом вмешиваться в процессы жизнедеятельности человека. Тогда может осуществиться мечта Н.Ф. Фёдорова: «В процессе регуляции, постепенно обнимающей все большее пространство, должен меняться и сам физический организм человека. Разум, активно перестраивающий мир вокруг, должен трансформировать и собственную природу человека ("психофизиологическая регуляция"). Это задача превратить питание в "сознательно творческий процесс – обращения человеком элементарных, космических веществ в минеральные, потом, растительные, и, наконец, живые ткани", то, что Вернадский называл позднее будущей автотрофностью человека, т.е. умением поддерживать и воссоздавать свой организм, не уничтожая другой жизни, как растение, из самых простых природных, неорганических веществ.

В биологическом аспекте возможность «внедрения» в организм на уровне атомов может дать самые неожиданные решения — от «восстановления» вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.

Нанороботы-уничтожители интересны для экологов, которые видят за внедрением этих технологий возможности устранения неприятных последствий жизнедеятельности человека. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.

Запросто можно будет освоить близлежащий космос с помощью «обычной» процедуры насыщения его нанороботами. Мириады роботов-молекул будут выпущены в околоземное космическое пространство и подготовят его для заселения человеком — сделают пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из «подручных материалов» (метеоритов, комет) космические станции. Направленное переизлучение фотонов будет служить для наномашин хорошей “точкой опоры” в космосе, так что они смогут разгоняться под солнечным излучением до релятивистских скоростей, после чего звёзды перестанут быть недосягаемыми объектами.

Что же касается нашей с вами среды обитания, то она за счет внедрения логических наноэлементов станет «разумной» и исключительно комфортной для человека. Окружающая среда будет предназначена только для обслуживания человека. При этом управлением большинством таких нанороботов будет заниматься какой-либо аналог компьютера. Главное, чтобы Человек не отошел на второй план.

Взгляд вооружённым глазом

Чем вооружён глаз?

Сейчас известны десятки различных вариантов зондовой сканирующей микроскопии. общее у этих методов - наличие зонда (чаще всего это хорошо заостренная игла с радиусом при вершине ~10 нм) и сканирующего механизма, способного перемещать его над поверхностью образца в трех измерениях. Грубое позиционирование осуществляют трехкоординатными моторизированными столами. Тонкое сканирование реализуют с помощью трехкоординатных пьезоактюаторов, позволяющих перемещать иглу или образец с точностью в доли ангстрема на десятки микрометров. Все известные в настоящее время методы SPM можно условно разбить на три основные группы:

сканирующая туннельная микроскопия; в ней между электропроводящим острием и образцом приложено небольшое напряжение (~0.01-10 В) и регистрируется туннельный ток в зазоре, зависящий от свойств и расположения атомов на исследуемой поверхности образца;
а
томно-силовая микроскопия; в ней регистрируют изменения силы притяжения иглы к поверхности от точки к точке. Игла расположена на конце консольной балочки (контилевера), имеющей известную жесткость и способной изгибаться под действием небольших ван-дер-ваальсовых сил, которые возникают между исследуемой поверхностью и кончиком острия. Деформацию контилевера регистрируют по отклонению лазерного луча, падающего на его тыльную поверхность, или с помощью пьезорезистивного эффекта, возникающего в самом контилевере при изгибе;

Схема 2. Принципиальная схема атомно-силового микроскопа.

Рисунок 9. Общий вид атомно-силового микроскопа.

ближнепольная оптическая микроскопия; в ней зондом служит оптический волновод (световолокно), сужающийся на том конце, который обращен к образцу, до диаметра меньше длины волны света. Световая волна при этом не выходит из волновода на большое расстояние, а лишь слегка “вываливается” из его кончика. На другом конце волновода установлены лазер и приемник отраженного от свободного торца света. При малом расстоянии между исследуемой поверхностью и кончиком зонда амплитуда и фаза отраженной световой волны меняются, что и служит сигналом, используемым при построении трехмерного изображения поверхности.

Что видит вооружённый глаз?

Перспективы, описанные в предыдущей главе, совершенно естественным образом вызывают нездоровый блеск в глазах и навязчивые мысли о завоевании мирового господства. Однако если трезво взглянуть на день сегодняшний, то такому энтузиазму появиться будет много сложнее, так как сегодняшние достижения хоть и являются чрезвычайно важными для науки, для простого человека звучат менее впечатляюще.

Впрочем, на сегодняшний день список продукции, производимой с помощью нанотехнологий, насчитывает около 400 наименований.

Так, например, полученная посредством нанотехнологии двуокись титана широко используется в производстве «улучшенных» косметических товаров, кремов и чистящих средств. Произведенная на нанооснове двуокись кремния успешно применяется в стоматологии. Благодаря той же технологии началось производство немнущихся тканей. Появился целый ряд качественно новых товаров, спрос на которые на рынках западных стран неуклонно растет.

Материал будущего

Международная команда ученых из Манчестерского университета и научного центра РАН в подмосковной Черноголовке создала первый в мире углеродный материал толщиной в один атом. По сути, полученный образец углеродной «ткани» является гигантской двухмерной молекулой. Новый материал получил название графен (graphene). Минобороны США начало еще в 2002 г. совместный пятилетний проекте Массачусетским технологическим институтом (MIT). Военные и ученые совместно создают новое обмундирование для пехотинцев. Это обмундирование, по заявлениям разработчиков, будет по своим возможностям выполнять чуть ли не функции БМП, вычислительного центра, центра связи и госпиталя в «одном флаконе».

Нанопамять

эрилендские ученые изобрели технологию массового производства нанострун, на основе которых можно будет сконструировать множество коммерчески успешных устройств: ультрачувствительных наносенсоров, светодиодов и транзисторов. Эти полупроводниковые приборы будут востребованы в недорогой и компактной электронике.

Рисунок 10. Три шага фотолитографии: нанесение золотых наноточек, выращивание нанонитей, размещение металлических проводников.

Так же получает распространение еще одна технология будущего — это NRAM (Nanotube-based или Nonvolatile RAM), в которой для хранения информации используются прямые углеродные нанотрубки. Именно такой вид памяти позволяет замахнуться на террабайтовые величины, более того — он более быстр и долговечен. Рабочие частоты компьютер тогда станут террагерцовыми. Первое устройство на основе нанонити, способное сохранять данные в течение длительного времени и переключаться в 1000 раз быстрее современных аналогов твердотельной памяти уже создано.

Ученые из Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) смогли создать наноячейку на основе сплава германия и теллурида сурьмы, который достаточно распространен в производстве наноэлектронных компонентов.

Ячейка нанопамяти представляет собой нить длиной 10 микрон и диаметром около 30 нанометров.

Рисунок 11. Структура нанонити-ячейки.

Как говорят исследователи, память на основе нанонитей может со временем заменить flash-память, широко использующуюся сегодня в мире. Сейчас ученые работают над дальнейшей миниатюризацией нанопамяти для того, чтобы достичь максимально возможного «предела» для подобных устройств.

Наномускулы

Одной из самых перспективных и практически применимых разработок являются так называемые "наномускулы", производимые корпорацией Nanomuscle. Наномускулы - это альтернатива микро-электродвигателям. Они дешевле, мощнее и удобнее в использовании. За основу действия таких "мускул" взят принцип "эффекта памяти формы". Если некую металлическую деталь деформировать, а потом ее нагреть, то она вернется в исходную форму, которая была до деформации. Это и называют "памятью". Чаще всего за металлический сплав используют никель-титан. Изначально его деформируют и внедряют в устройство. При пропускании по сплаву электрического тока или нагревании, сплав исправляет форму. Таким образом, закладывая различные типы деформаций, можно сообщать такой детали разные типы движения. Получается некоторый момент программирования. И название "мускулы" подходит более чем, поскольку они на подобие биологических, запрограммированы на определенный тип движения или выполнение только одной операции. У "наномускул" есть одна главная проблема - со временем деталь изнашивается. В некоторых случаях она рассчитана на 1000 движений и не больше. Сейчас задачей ученых является - довести это количество хотя бы до миллиона. Поэтому ищутся новые материалы, а также пути к улучшению титано-никелевого сплава.

Если сравнить стоимость такой детали со стоимостью микроэлектродвигателя, то мы получаем, что наномускулы в десятки, а то и сотни раз дешевле, при этом не требуется сложного технологического процесса для их производства.

На данный момент корпорация Nanomuscle предлагает несколько различных типов и моделей двигателей, самое востребованное применение которых - производство игрушек.

Недавно миру была представлена кукла "Baby Bright Eyes", глазами которой управляют наномускулы. По словам очевидцев, эта кукла очень реалистично этими своими глазами двигает: открывает, закрывает, провожает взглядом и так далее. К примеру, когда ребенок подносит бутылку ко рту куклы, большие-пребольшие выразительные глаза останавливаются на поданном предмете.

Нанорадио

Командой ученых во главе с Алексом Зеттлом (Alex Zettl) из Национальной Лаборатории Лоуренса (Lawrence Berkeley National Laboratory) создан радиоприемник, состоящий из одной-единственной нанотрубки. Миниатюрное устройство полностью повторяет функции своего «большого собрата», т.е. включает в себя антенну, полосовой фильтр, усилитель и демодулятор. При этом радио ловит как FM так и AM волны частотой от 40 до 400 МГц. Фактически это нормальные «рабочие» частоты радиотрансляций. Благодаря своей простоте и функциональности, а, главное – малым размерам, нано-радио займет свою нишу среди коммерческих продуктов.

Одно из видимых применений «радио» на основе нанотрубки – в современной медицине для мониторинга процессов, проходящих в кровеносной системе, и, в будущем – в медицинской наноробототехнике.

Нанорадио состоит из электрода, к которому прикреплена нанотрубка. На электрод от внешнего источника питания или от каскада солнечных батарей поступает постоянное напряжение, благодаря которому на конце нанотрубки создается отрицательный заряд. Нанотрубка вместе с электродом располагаются в колбе с вакуумом, поэтому антенна-нанотрубка легко осциллирует в присутствии электрических полей.

Радиоволны, принимаемые нано-антенной, заставляют ее вибрировать, но это происходит только тогда, когда частота радиоволны совпадает с резонансной частотой изгибания нанотрубки-антенны. Таким образом, нанотрубка выступает еще и в роли тюнера, принимая радиоволны строго определенного набора частот.

Рисунок 12. Колебания нанотрубки.

Нанобутылка

Американская компания системных инноваций Ipifini разработала программируемый контейнер для жидкостей (Programmable Liquid Container). Не раскрывая конкретных технологических деталей, Ipifini демонстрирует внешний вид контейнера, на поверхности которого размещаются 20 кнопок, нажатие на которые приводит к впрыскиванию в жидкость различных добавок.

Владелец такой «бутылки» может по вкусу добавить в напиток различные ароматы, вкусовые добавки, красители и тому подобное. Покупатель, к примеру, «модифицированной» колы сможет самостоятельно моделировать вкусы, цвет, запах напитка, добавляя вкуса лимона, ванили с вишневым ароматом, регулируя содержание кофеина. Программируемый контейнер краски с 20 добавками пигмента позволяет потребителю выбирать любую краску из одного миллиона цветов.

Авторы разработки отмечают, что предложенная технология позволяет производителю одним контейнером заменить ряд вариантов продукта, а потребителю - изменять ряд параметров продукта во время его использования.

Такой способ, по-видимому, будет перспективен для использования в пищевой, фармацевтической промышленности, в производстве косметики и парфюмерии.

Рисунок 13. Программируемая бутылка.

Нанофутбол

Национальный Институт Стандартов и Технологий (NIST) США объявил о проведении первого нано-футбольного матча на выставке-соревновании RoboCup 2007 в Атланте, которое пройдет с 7 по 8 июля.

R

oboCup – ежегодное соревнование в области робототехники и искусственного интеллекта применительно к игре в футбол. Роботы и механические команды разных моделей борются за звание лучшего робота-футболиста.

Рисунок 14. Чип соревнования на 16 футбольных полей

NIST надеется, что футбольное соревнование наноразмерных роботов покажет работоспособность полупроводниковых микроэлектромеханических устройств (МЭМС), а также реальность того, что микро-роботы могут быть достаточно разнообразными и гибкими устройствами.

В перспективе NIST планирует проводить отдельные соревнования по нано-футболу. В 2008 году в составе лиги «Нанограмм» (Nanogram League) будут сражаться пять команд микроботов, созданных пятью различными научно-исследовательскими институтами.

Футбольные поля для соревнования расположены на стеклянной пластине-микрочипе с диагональю около 3х сантиметров. На ней уместились шестнадцать полей размерами 2,5х2,5 миллиметра. На них и будут соревноваться микромашины.

Рисунок 15. Представитель футбольной команды длиной около 300 микрон.

Увидеть нано-матч болельщики смогут через оптический микроскоп, с помощью которого будет проводиться и управление машинами.

Для того, чтобы выиграть это соревнование, микро-робот должен быть достаточно быстрым, маневренным и способным манипулировать с различными микроскопическими объектами.

Пока сверхзадач и командной игры от робота не требуется. Все, что нужно – это пересечь с мячом (который, скорее не мяч, а микродиск) футбольное поле длиной 2,5 мм и, обойдя «защитников" — ряд полимерных точек, послать мяч в «ворота", то есть, попросту забить гол. Сделать это нужно за три минуты.

Нанотворчество

Нанотехнологии содержат в себе даже творческие перспективы! Следующий рисунок создан с применением метода нанолитографии. Оно показывает возможность точного переноса шаблона на поверхность методом растрового локального анодного окисления.

Рисунок 16. "Пёсик Кеша"

Прогноз

Краткий, обоснованный, с точки зрения науки, прогноз развития нанотехнологий

Итак, по обещаниям российских ученых, в ближайшие 1-5 лет произойдут: идентификация и выявление подделок среди банкнот, документов, лейблов различных товаров, частей автомобилей и механизмов и т.д., нанесение открытых и тайных красящих меток, проявляемых при высвечивании, химические и биологические сенсоры, диагностика заболеваний и генная терапия, направленный транспорт лекарств, люминесцентные метки для биологического скрининга, лечебная спецодежда, нанесение специальных кодов, нанокомпозиционные материалы для транспорта, легкие и антикоррозионные материалы для авиационной промышленности, нанотехнология для производства пищевых продуктов, светоперестраеваемые лазеры и излучающие, в том числе фотоэлектрохимические диоды, электромеханические активаторы. .

Через 5-10 лет нам следует ожидать: плоские панельные дисплеи, солнечные ячейки и батареи, термоэлектронные устройства для микророботов и нанороботов, устройства хранения информации, устройства контроля и обеззараживания объектов и окружающей среды, нанокатализаторы высокой производительности и селективности, использование нанотехнологии для изготовления протезов и искусственных органов.

И только через 10-30 лет мы получим одноэлектронные устройства и квантовые компьютеры.

Финансирование нанотехнологий

Прищур экономиста

Бурное развитие нанотехнологий, как новейшей отрасли науки и техники, вызывает ажиотаж не только в мировом обществе, но и в кругах людей, власть предержащих. Ежегодно на развитие нанотехнологий выделяются огромные финансовые ресурсы.

Правительства ряда стран приняли программы по стимулированию дальнейших разработок в данной области и государственной поддержки их внедрения в промышленное производство. Как уже говорилось ранее, в 2001 г. правительство США приняло программу под названием “Национальная нанотехнологическая инициатива”. По решению правительства уже в 2003 г. объем ее финансирования был увеличен в 2,5 раза и достиг 710 млн долл. На последующие четыре года, начиная с 2005 г., в США дополнительно было выделено еще 3,7 млрд долл.

Евросоюз недавно принял шестую рамочную программу развития науки, в которой нанотехнологии занимают главенствующие позиции. Аналогичные широкомасштабные программы приняты Японией, Китаем, Бразилией, Южной Кореей, Австралией и другими странами. По имеющимся данным, с 1997 по 2002 гг. ежегодные государственные инвестиции этих стран в данную отрасль экономики выросли почти в 5 раз - с 432 млн долл. до 2 млрд долл. Минпромнауки РФ и РАН также имеют перечни приоритетных, прорывных технологий с приставкой “нано-”.

Активные работы по развитию индустрии наносистем ведутся и в России. О том, что в будущем они будут расширяться и иметь важное экономическое значение для страны говорится в Послании Президента России Федеральному Собранию от 10 мая 2006 г. В нем четко обозначена программа развития данной отрасли. Известно, что в различных регионах России уже существует и успешно развивается целый ряд крупных предприятий и научно-исследовательских центров, активно применяющих нанотехнологии в промышленных, научных и других целях. Вполне понятно, что в этой связи начался процесс создания новых рабочих мест, требующих разработки соответствующей системы охраны труда и здоровья работников.

Конкретно в нашей стране с развитием нанотехнологий имеются некоторые проблемы. Для проведения исследовательских работ используется разнообразное современное дорогостоящее оборудование, которое включает микроскопы высокого разрешения (просвечивающие), туннельные микроскопы, атомно-силовые микроскопы, электронную, рентгеновскую, ультрафиолетовую, оптическую и инфракрасную спектроскопию, в том числе с использованием синхротронного излучения, спектроскопию комбинационного рассеяния, гамма-резонансную (Мессбауэровскую) спектроскопию, методы исследования прочности наноматериалов, методы изучения и определения тепловых свойств, магнетометры, в том числе, измерений при низких температурах, электрофизические методы измерений. Стоимость такого оборудования составляет десятки млн долларов. Для создания научно-исследовательской и технологической базы необходимо выделение специального центра нанотехнологии, постановка задач, концентрирование имеющегося в стране оборудования и закупка нового современного оборудования, привлечение специалистов в смежных областях химии, физики и биологии, а также подготовка молодых специалистов, специализирующихся в области нанотехнологии. Для подготовки специалистов следует организовать спецкурсы в Московском Университете и ряде других вузов страны. Затраты на создание базы будут на уровне нескольких млрд руб.

Сейчас в России финансируются следующие основные направления:

Синтез и исследование нанокластеров и наноструктур с применением газофазного и твердотельного синтезов.
Создание высокоорганизованных двумерных и трехмерных наноструктур.
Химическая модификация наноорганизованной поверхности.
Свойства нанокластеров и наноструктур.
Развитие новых методов исследования поверхности твердых тел, нанокластеров и наноструктур.

Осторожно, опасно!

Потенциальный вред нанотехнологий

Самый ужасный вред, который могут принести нанотехнологии — это проблема «серой бездны». Существует предположение, что вышедшие из-под контроля нанороботы начнут потреблять в качестве строительного материала все на своем пути, включая заводы, домашних животных и людей! К чему это приведет — догадаться несложно, планета Земля, как минимум, перестанет существовать, причем это может случиться буквально за 2 дня (хотя любой квалифицированный программист объяснит, что это практически невозможно при грамотном подходе к вопросу).

Или же огромное количество наномашин просто невозможно будет надёжно контролировать; не исключена так же и их поломка. Особенно вредоносна поломка наномашин, внедрённых в человеческий организм: это может привести к возникновению ряда новых болезней и появлению страшных вирусов. С другой стороны, излечение всех болезней, продление жизни и оживление людей из криоанабиоза усиливает проблему перенаселения Земли.

Но эти перспективы скорее выдумка, чем реальность.

На самом же деле, еще мало известно, какое воздействие оказывают наночастицы на организм человека. Однако научно подтверждено, что физиохимические характеристики частиц, то есть веществ и материалов, могут воздействовать на биологические системы. Иначе говоря, они могут представлять потенциальный риск здоровью, а это дает основание для принятия мер предосторожности.

Проведенные с участием человека исследования и опыты на животных показали, что чаще всего наночастицы проникают в организм человека через дыхательные пути, с приемом пищи или через контакты с кожей. Находящиеся в воздухе частицы наноаэрозолей, способны попадать в органы дыхания и осаждаться там, проникать в кровеносно-сосудистую систему и другие органы, в том числе в головной мозг.

Так, эксперименты на крысах показали, что эквивалентная масса дозы нерастворимых сверхмелких частиц (менее 100 нанометров) с большей вероятностью может вызвать у них воспаление и рак легких, чем более крупные частицы того же состава.

В ходе экспериментов выяснилось, что изменения в химическом составе, структуре молекулы или свойствах определенных видов наноматериалов могут повлиять на их возможную токсичность. В исследованиях с участием группы работников, имевших дело с аэрозолями производимых микромелких и сверхмелких частиц, были отмечены нарушения работы легких и симптомы заболеваний дыхательных путей. Наибольшей токсичностью обладают не так давно полученные твердые частицы политетрафторэтилена, способные вызвать отек легких и даже смерть, если не принять соответствующие меры защиты.

Как показали наблюдения, немалый риск ущерба для здоровья существует и в условиях промышленного использования самих нанотехнологий. Была отмечена возможность возрастания такого рода риска при выполнении работниками следующих видов операций:

при работе с наноматериалами в жидком состоянии без соответствующих средств индивидуальной защиты (например, перчаток), препятствующих их проникновению в кожу;

при работе с жидкими наноматериалами в ходе процессов их смешивания, операций перелива или разлива, ведущих к возникновению проникающих в органы дыхания микрокапель;

при производстве наночастиц в газовой фазе в условиях незамкнутых систем, допускающих появление в воздухе аэрозолей;

при работе с порошками, производимыми на базе синтеза наночастиц;

при техническом обслуживании или уходе за оборудованием по производству наночастиц;

при очистке пылеуловительных систем, предназначенных для улавливания наночастиц;

при механической обработке, шлифовке, сверлении или проведении других видов механической работы с материалами, содержащими наночастицы.

Но, нанотехнологии имеют огромное преимущество, которое состоит в том, что в отличие от предшествующих технологий, когда исследования по причинению ими вреда начинались уже после нескольких лет широкого использования и наличия явных жертв, это первая технология, у которой подобные исследования начаты до ее повсеместного внедрения.

Заключение

Ключевые технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров. По мнению многих экспертов, XXI в. будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Стремительное развитие компьютерной техники, с одной стороны, будет стимулировать исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, облегчит конструирование наномашин. Таким образом, молекулярная нанотехнология будет быстро развиваться уже в начале следующего века. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.

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. Но не следует думать, что при этом исчезнут все извечные философские проблемы.

Зачем жить? Сколько жить? Во что переделывать себя? – эти вопросы будут волновать людей в преображённом мире.

Список использованной литературы

Балблюк Е. Перспективы применения нанотехнологий и современная упаковка / Е. Баблюк // Тара и упаковка. – 2007. - №1. – С. 12-15.
Головин Ю.И. Введение в нанотехнологию. / Ю. И. Головин – М., 2003.
Дьячков П.Н. Углеродные нанотрубки. Материалы для компьютеров XXI века / П. Н. Дьячков // Природа. – 2000. - №11. – С. 23-30.
Езепова Е. Нанотехнологии в создании нового продукта / Е. Езепова // Маркетинг в России и зарубежом. – 2006. - №5. – С. 3-12.
Козицкий С. Нанотехнологии / С. Козицкий // Охрана труда и социальное страхование. – 2007. - №4. – С. 29-33.
Раткин Л. Нанотехнологический потенциал российской экономики / Л. Раткин // Инвестиции в России. – 2006. - № 11. – С. 42-45.
Соловьёв М. Нанотехнология - ключ к бессмертию и свободе / М. Соловьёв // Компьютерра. – 1997. - №41. – С. 12-15.
Суздалев И.П. Нанотехнология: пути развития и перспективы / И. П. Суздалев // Вестник РФФИ. – 2006. - № 6. – С. 27-46.
Хасслахер Б., Тилден М. Живые машины / Б. Хасслахер // Природа. – 1995. - №4.
Чумаченко Б. Нанотехнологии – ключевой приоритет обозримого будущего / Б. Чумаченко // Проблемы теории и практики управления. – 2001. - №5. – С. 71-75.
Eric K. Engines of Creation. The Coming Era of Nanotechnology / K. Eric. - Anchor Books, 1986.
ссылка скрыта
Nanotech Report // Forbes. – 2002. - C. 2-8.
Roco M.C. Social Implications of Nanoscience and Nanotechnology / M.C.Roco, W.S.Bainbridge. - Dordrecht, 2001.

Blog

Нанотехнологии

Содержание

Нанотехнологии

Анатомия работы

Вместо введения

Нанотехнологии – что они?

Взгляд в недалёкое прошлое

Краткая история нанотехнологий

Наномечты

Что может дать нам нанотехнология?

Взгляд вооружённым глазом

Чем вооружён глаз?

Что видит вооружённый глаз?

Материал будущего

Нанопамять

Наномускулы

Нанорадио

Нанобутылка

Нанофутбол

Нанотворчество

Краткий, обоснованный, с точки зрения науки, прогноз развития нанотехнологий

Финансирование нанотехнологий

Прищур экономиста

Осторожно, опасно!

Потенциальный вред нанотехнологий

Заключение

Список использованной литературы