Нанотехнологии — новый виток в развитии инноваций

В настоящее время многие специалисты в России и за рубежом полагают, что в ближайшие 10—20 лет самые крупные технологические нововведения будут связаны с нанотехнологиями. Ожидается, что по масштабам воздействия на экономику и другие сферы жизни общества они смогут стать со временем в один ряд с информационными и биотехнологиями.

Термин «нанотехнологии» характеризует в первую очередь характерные размеры взаимодействующих между собой объектов и расстояния между ними. Нанометр (нм) — это одна миллиардная часть метра, т. е. расстояние, которое в миллион раз меньше одного миллиметра. Для сравнения: расстояние между атомами кислорода и водорода в молекуле воды равно примерно 0,1 нм, Диаметр атома золота равен 0,3 нм, диаметр вируса гриппа составляет приблизительно 70 нм, длина волны видимого света — примерно 500 нм. т. е. нанотехнологии имеют дело с характерными длинами порядка размеров крупных молекул или расстояний между отдельными атомами в молекулах. Теоретически возможность крупного технологического прорыва при переходе на этот уровень была предсказана Нобелевским лауреатом Р. Фейпманом в 1959 г. Первым заметным шагом в этом направлении стало изобретение в 1981 г. сканирующего туннельного микроскопа учеными из швейцарского отделения корпорации IBM.

Важную роль для достижения прогресса в рассматриваемом направлении имело также развитие вычислительной техники, позволяющей сегодня проводить сложнейшие модельные расчеты. Практическое применение нанотехнологий в промышленности началось в середине 90-х гг. Специалисты широко обсуждают многие приложения, которые могут оказать в перспективе сильное влияние на развитие экономики и других сфер деятельности и служат основанием для выделения крупных государственных ассигнований на проведение фундаментальных и поисковых исследований.

По мнению отечественных и зарубежных экспертов, существуют широкие перспективы использования нанотехнологий в различных областях хозяйственной деятельности. Попов В. Л. Управление бизнес — проектами. — Пермь.: ПГТУ, 2012. С. 143.

В обрабатывающей промышленности в будущем появится возможность синтезировать в нанодиапазоне из молекул исходные конструкционные блоки контролируемого размера и собирать из них более крупные структуры с заранее заданными свойствами и функциями. Это приведет к революции в производстве материалов, в том числе к созданию материалов, не имеющих аналогов в природе. Например, минуя традиционную механическую обработку, могут быть сконструированы наноструктурированные металлические, керамические и полимерные материалы заданной формы: ожидается создание высокопрочных покрытий для режущего инструмента и различных технологических приложений в электронике и химической промышленности.

Медицинские приложения нового направления исследований будут во многом связаны с развитием нанобиотехнологий. Появятся новые методы точной доставки лекарственных препаратов к пораженным органам и тканям, тем самым повысится эффективность создания и применения медикаментов, значительно расширится их терапевтический потенциал. Нанотехнологии позволят добиться существенного прогресса в области диагностики и лечения заболеваний на молекулярном уровне, в том числе раннего обнаружения онкологических заболеваний. Будут разработаны средства точной адресной доставки лекарственных препаратов и микрохирургических инструментов к пораженным органам и тканям.

Другие ожидаемые приложения включают: конструирование биороботов, оснащенных бактериальными двигателями, и мини-фабрик.

По производству химических соединений и материалов с заранее заданными свойствами; создание искусственных иммунологически совместимых органов и тканей; новые методы улучшения зрения и слуха; эффективные средства диагностики и лечения заболеваний на ранней стадии развития.

В области аэронавтики и исследования космического пространства возможен значительный прогресс в конструировании летательных аппаратов и космических станций за счет применения наноструктурных материалов, обладающих такими отличительными свойствами, как малый вес, высокая прочность, хорошая температурная устойчивость. Представляет интерес перспектива переноса производства наноструктурных материалов и систем в условия космоса. Среди других перспективных приложений для космоса эксперты также называют: потребляющие мало энергии, устойчивые к действию радиации высокопроизводительные компьютеры; защитные скафандры с покрытием из наноструктурных материалов, оберегающие космонавтов от экстремальных температур и других вредных воздействий.

Для энергетики и защиты окружающей среды нанотехнологии представляют интерес прежде всего с точки зрения возможностей повышения эффективности производства, хранения и передачи энергии на расстояние. Помимо этого существуют интересные перспективы применения нанотехнологии для снижения вредных выбросов в различных отраслях промышленности и на транспорте, производства роботов по уничтожению вредных отходов производства, в том числе отработанного ядерного топлива и пр.

В биотехнологии и сельском хозяйстве ожидается появление принципиально новых путей производства новой химической и фармацевтической продукции на основе биосинтеза и биопроцессинга.

Интеграция элементов биологической природы в синтетические материалы и приборы позволит придать им определенные биологические функции. Специалисты называют целый ряд перспективных направлений использования нанотехнологии в сельском хозяйстве, в том числе конструирование биодеградируемых удобрений и средств защиты от насекомых в растениеводстве; генетическая инженерия сельскохозяйственных растений и животных, доставка определенных генов и лекарственных препаратов к клеткам и пораженным тканям животных, изучение молекулярных механизмов устойчивости растений к нарушению солевых балансов и засухе.

Согласно оценке специалистов американской Корпорации консалтинговых ресурсов (CRC), продажи нанотехнологической продукции составили в 2005 г. примерно 200 млн долл. Ожидается, что к 2012 г. этот показатель увеличится до 25 млрд долл. По прогнозу FTM Consulting Inc. мировой рынок одних только произведенных на основе нанотехнологии интегральных схем достигнет 12,3 млрд долл. к 2009 г. и 172 млрд долл. к 2014 г. По некоторым другим прогнозам через 10—15 лет нанотехнологии будут влиять в той или иной мере на производство товаров и услуг в объеме свыше 1 трлн. долл. Национальные усилия по развитию НИОКР в области нанотехнологии предпринимают в настоящее время более 30 стран мира.

По существующим оценкам, примерно треть всех мировых НИОКР в области нанотехнологии приходится на долю ученых из США.

К финансированию, организации и координации этих работ подключились в 90-е гг. Национальный научный фонд, национальные институты здравоохранения, министерство обороны и другие ведомства.

В марте 1998 г. бывший советник президента по науке Дж. Г. Гиббоне включил нанотехнологии в число пяти технологических направлений, которые будут определять перспективы экономического развития в XXI в. В июне 1999 г. в конгрессе США прошли слушания на тему «Нанотехнологии: состояние и перспективы на следующее десятилетие». Силами межведомственной рабочей группы при Национальном совете по науке и технологиям был подготовлен специальный доклад «Национальная инициатива в области нанотехнологии: путь к новой промышленной революции». Попов В. Л. Управление бизнес — проектами. — Пермь.: ПГТУ, 2012. С. 382.

В этом докладе отмечается, что для сохранения и повышения конкурентоспособности национальной промышленности на мировом рынке необходимы инвестиции в НИОКР, которые позволят в будущем воспользоваться результатами инноваций в области нанотехнологии.

Принятая Национальная программа НИОКР в области нанотехнологии носит междисциплинарный характер. В ней участвуют, помимо называвшихся выше, такие федеральные организации, как министерство энергетики, Национальный институт стандартов и технологии. Такая активность государства в развитии нового направления объясняется как многообещающими перспективами, так и тем, что для достижения многих целей в этой области может потребоваться 10—20 лет и более. Многие открытия в этой области еще не до конца понятны, не всегда воспроизводимы, требуют продолжения фундаментальных исследований, которые часто являются слишком длительными, дорогостоящими и соответственно слишком рискованными для промышленных компаний. Кроме того, еще не сформировалась необходимая инфраструктура НИОКР в области нанотехнологий. Национальная программа призвана сфокусировать ресурсы на развитии научной кооперации, уменьшить дублирование усилий, способствовать распространению информации, передаче технологий из научных лабораторий в промышленность, привлечению в новую область молодых талантливых ученых.

Понятно в этой связи и то большое внимание, которое уделяется развитию нанотехнологий в России в Послании 2007 г. Федеральному Собранию Российской Федерации Президента России В. В. Путина. Среди предлагаемых в этом направлении мер, стратегия развития наноиндустрии, которая определяет главные приоритеты и организационно-правовые механизмы создания необходимой инфраструктуры отрасли. На развитие нанотехнологий государство планирует выделить из федерального бюджета около сотни млрд. руб. Управляет значительной частью этих средств специально созданная российская корпорация нанотехнологий — РосНано.