Очень большие деньги для очень маленьких атомов
Сто восемьдесят миллиардов рублей — такую сумму президент Владимир Путин выделил на финансирование развития наноиндустрии в России. Примерно столько же денег в бюджете запланировано и на всю остальную науку. Итак, спустя 10 лет развития нанотехнологий Россия устремилась в погоню за лидерами этого революционного направления.
Увы, Россия, как всегда, слишком долго запрягала. Как заметил однажды академик Велихов, чтобы дождаться открытия нанопрограммы в нашей стране, надо быть бессмертным. И вот свершилось — в своем Послании Федеральному Собранию президент Путин объявил о старте программы развития наноиндустрии. «Сегодня для большинства людей нанотехнологии — это такая же абстракция, как и ядерные технологии в 30-е годы прошлого века, — рассказал аудитории глава государства. — Однако нанотехнологии уже становятся ключевым направлением развития современной промышленности и науки… Оценки ученых говорят о том, что изделия с применением нанотехнологий войдут в жизнь каждого — без преувеличения — человека, позволят сэкономить невозобновляемые природные ресурсы...»
РУССКИЙ МИКРОКОСМОС
Словом, отныне на поддержку нанотехнологий глава государства пообещал больше не жалеть ни сил, ни средств, ни времени. Совсем скоро — согласно президентской нанопрограмме — в России появится национальная корпорация нанотехнологий, мозговым центром которой станет научный центр «Курчатовский институт». Помимо этого будет создано еще 15 — 17 научных центров и специальный нанофонд, из которого и будет финансироваться производство продуктов нанотехнологий.
— Курчатовцам поручена суперответственная задача, почти как саперам, — считает академик РАН Михаил Алфимов, член совета федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 — 2012 гг.». — Из множества направлений нано надо выбрать те, на которые должна сделать ставку Россия. Но ошибка в этом выборе может оказаться роковой и привести к огромным потерям. Ведь по своим масштабам переход к нано намного превосходит и атомный, и космический проекты.
Однако возникает другой вопрос: не поздно ли? Не отстали ли мы навсегда, как это произошло в электронике, когда в России практически был уничтожен сектор электронной промышленности. Между тем в нанотехнологическую гонку уже включились десятки развитых стран, а к 2010 году, по прогнозам аналитиков, мировой нанорынок должен превысить 1 триллион долларов.
СПРАВИЛИСЬ САМИ
Но специалисты уверены: у России все еще есть шанс успеть за лидерами. Пока государственные чиновники равноудалялись от науки, российские ученые, несмотря на микроскопическое финансирование, создали неплохой научный задел — и прежде всего в области создания новых материалов и микросистемного оборудования.
Так, производство туннелирующих микроскопов — основы основ всякой нанотехнологии — сегодня налажено в Зеленоградском технопарке специалистами абсолютно частной исследовательской компании НТ-МДТ. Фирменный продукт компании — аппарат NTEGRA — разлетается по зарубежным клиентам как горячие пирожки.
— Это самый модный за рубежом микроскоп, потому что здесь есть все, — с гордостью говорит директор компании Виктор Быков. — В модель входит микротом для нарезки биологических образцов, инверсионная оптическая и сканирующая системы, спектрометр и лазер для изучения химического состава и, конечно, сам зондовый микроскоп. Цена немаленькая — почти полмиллиона долларов, но многие детали выточены у нас из титана, который из-за его дороговизны не применяют даже японцы с американцами.
Вообще, успехи частных компаний в деле освоения нанотехнологий просто поражают. Сегодня в стране практически без всякого участия госструктур уже создано 19 научных центров по изучению нанотехнологий, и результаты их работы признаны всем мировым сообществом. К примеру, в Центре нанотехнологий Тамбова в прошлом году в строй была введена первая в России промышленная установка по производству углеродных нанотрубок. Мощность производства — до 3 тонн трубок в год.
— Нанотрубки — это большие молекулы, состоящие исключительно из атомов углерода, — говорит Мария Томишко из Физико-химического института им. Л Я. Карпова. — Главная особенность этих молекул — их каркасная форма: они выглядят как замкнутые, пустые внутри оболочки. Таким образом, решетка атомов углерода сохраняет целостность. Нанотрубки обладают удивительной прочностью: на разрыв они в 60 раз крепче, чем сталь. Кроме того, в зависимости от размера и формы нанотрубка может обладать либо проводящими, либо полупроводниковыми свойствами, что делает их самым перспективным материалом для вычислительных систем — обычные транзисторы, построенные из таких трубок, в 500 раз меньше тех, что содержатся в современных микросхемах. Кроме того, уже созданы и опробованы прототипы тонких плоских дисплеев из нанотрубок. И сейчас во всем мире ученые бьются над снижением себестоимости их производства. Так, российские специалисты подсчитали, что если их цена снизится вдвое, то объем продаж на рынке плоских экранов для телевизоров и компьютеров тут же вырастет на несколько десятков миллиардов долларов.
Впрочем, на прошедшей недавно в Москве третьей конференции российских нанотехнологов были озвучены и не такие цифры. Так, в Чебоксарах организовано производство линейно-цепочечного углерода, который заменит все искусственные материалы при создании ортопедических и зубных имплантатов, искусственных хрусталиков. Совместно с физическим факультетом МГУ разработали и не имеющий аналогов шовный материал, обладающий высокой тромборезистентностью и не оказывающий травматического и токсичного влияния на окружающие ткани.
В Иванове разработана технология извлечения из сточных вод промышленных цехов золота и других ценных металлов в виде нанодисперсных порошков. В Ижевском центре нанотехнологий разработана технология получения газобетонов с наноструктурами, которые увеличивают прочность строительных конструкций в два-три раза. Что примечательно: эти наноструктуры были получены из отходов производства — металлургической пыли, содержащей оксиды никеля и меди. Другая нанотехнология от ижевских ученых — получение нанодисперсной формы препарата глюконата кальция, обладающей уникальной эффективностью в лечении переломов, остеопороза, пародонтоза и других заболеваний, связанных с нарушениями кальциевого обмена в организме. Этот препарат прошел трехлетние клинические испытания, в ходе которых у 80 процентов детей, имевших дефекты в костных тканях, кальциевый обмен в крови полностью нормализовался, что позволило избежать инвалидности.
В Саратове уже налажено производство нановолокон слабокристаллических титанатов калия, используемых при изготовлении высокопрочных и теплоотражающих покрытий, керамических фильтров для щелочных растворов и расплавов и т д. Специалисты Нижегородского регионального центра придумали уникальные гель-образующие полимеры для предотвращения обрушений зданий и провалов на дорогах. В земные пустоты закачивается водная суспензия, которая под воздействием наночастиц превращается в гель и препятствует поступлению в полость подземных вод.
ВОПРОС ДОХОДА
Конечно, все эти технологии пока еще ничуть не напоминают нарисованной фантастами картины «разумной среды обитания» XXI века, когда армады шустрых нанороботов будут делать за человека всю грязную работу. Однако это реально работающие нанотехнологии, уже сегодня востребованные на мировом рынке и приносящие прибыль.
— Сегодня перед нами уже стоит не вопрос организации научных разработок или производства, а вопрос расширения и завоевания потребительского рынка нанотехнологий, — считает Михаил Ананян, генеральный директор концерна «Наноиндустрия». — Мы в этом плане все время опаздываем. Сегодня на российский рынок начинает поступать продукция, использующая зарубежные нанотехнологии. Скоро мы опять начнем лить слезы и говорить о важности импортозамещения. Мы будем бубнить об этом до тех пор, пока не поймем, что экономика, ориентированная на импортозамещение, обречена. Нам нужна экспортно-ориентированная экономика, как в Китае. Китайские компании ведут каждодневную борьбу за свое место на мировом рынке и поэтому должны постоянно осваивать самые передовые технологии.
Если же государство хочет помочь укрепить позиции России на мировом рынке нанотехнологий, то, по мнению директора «Наноиндустрии», необходимо прежде всего решить две основные проблемы: это создание отрасли спецтехнологического оборудования и метрологического обеспечения и подготовка кадров, обладающих междисциплинарными знаниями.
Кроме того, российским нанотехнологам недостает и продуманной рекламной раскрутки своих достижений. Вот, к примеру, некий американец Мануэль Маркес-Санчес из компании Kraft Foods уже зарегистрировал на свое имя товарный бренд «Наноеда» (Nanofoods), хотя в его воображении созрела концепция только нанопитья. Суть идеи в следующем — покупатель берет жестяную банку обычной воды, к боку которой присобачено несколько контейнеров с сиропом. Как говорится в рекламе, легкое нажатие пальцем, и вы сможете сами управлять вкусом своего напитка! Казалось бы — чистый бред, ибо технология смешивания воды с вареньем известна каждому с детства. Однако на использовании магической приставки «нано» предприимчивый американец уже заработал пару миллионов долларов.
А вот какой доход принесет программа развития наноиндустрии в России, мы узнаем только через несколько лет.
ТРИ ВОПРОСА О НАНОТЕХНОЛОГИЯХ
1. Что такое нано?
Нано (от греч. nanos — карлик) — приставка, означающая 10 в минус девятой степени, или одну миллиардную. То есть один нанометр — это величина, сопоставимая с размерами отдельных молекул.
Сам термин «нанотехнологии» как общее описание молекулярных технологий придумал в 1986 году студент Массачусетского технологического института Эрик Дрекслер, который в своем футуристическом эссе «Машины создания» писал: «Появление нанотехнологий стало настоящим революционным переходом от манипуляций с веществом к манипуляциям с отдельными атомами для построения принципиально нового вещества».
2. Когда появились первые нанотехнологии?
1981 год — именно тогда инженеры швейцарского филиала корпорации IBM Герд Бинниг и Гейнрих Рорер изобрели сканирующий туннелирующий микроскоп. Принцип его работы очень прост: сверхтонкая игла, на которую подано небольшое напряжение, движется над поверхностью материала на расстоянии около одного нанометра. С острия иглы на поверхность туннелируют, или просачиваются, электроны. Возникает небольшой ток, величина которого зависит от расстояния между иглой и поверхностью. Таким образом, на поверхности материала можно «различить» единичные атомы. Однако в ходе экспериментов выяснилось, что с помощью туннелирующего микроскопа можно не только «видеть» отдельные атомы, но и, прикладывая то или иное напряжение, воздействовать на них, к примеру «подцепить» атом и поместить его в нужное место. То есть у физиков появилась теоретическая возможность манипулировать атомами, а стало быть, непосредственно собирать из них, словно из кирпичиков, что угодно — любой предмет, любое вещество.
3. Какие перспективы у нанотехнологий?
Сегодня ученые представляют себе три основных направления развития нанотехнологий. Во-первых, сборка новых материалов с необычными свойствами (например, сверхпрочные углеродные нанотрубки). Во-вторых, производство электронных микрочипов, размеры которых будут сопоставимы с молекулами. И наконец, третье и самое перспективное направление: создание нанороботов размером с молекулу. Первые такие механизмы, как считают эксперты журнала Scientific America, появятся уже в 2025 году (сейчас ученые только конструируют их прототипы). Следствием этого станет революция в сельском хозяйстве: нанороботы будут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. Стабилизируется экологическая обстановка — новая нанотехнологическая промышленность уже не будет производить отходы, отравляющие планету, а нанороботы смогут уничтожать последствия старых загрязнений.
Пока же список товаров, созданных с помощью нанотехнологий, относительно невелик. Более всего на рынке нанопродуктов сегодня востребованы: ультратонкие диодные дисплеи для мобильных телефонов и компьютеров, антибактериальные и антикоррозийные эмульсии и лабораторное оборудование для анализа клеток ДНК.
Фото: EAST NEWS; LAIF/VOSTOK PHOTO