С 13 по 18 сентября в Екатеринбурге проходит международная конференция «Современные нанотехнологии». Информация о нанотехнологиях складывается из четырех источников. Первый – околонаучная футурологическая фантастика, второй – научно-популярные статьи, третий – научные публикации, четвертый — доклады о деятельности госкорпорации Роснанотех.

Начнем по порядку. От футурологических прогнозов голова кружится. Невидимые глазу микроскопические нанороботы по заданию заказчика строят из молекул, атомов и прочих мелких материалов новую реальность. Предположим, вы решили обзавестись автомобилем. Систематизируете нужные параметры, вводите их в небольшой приборчик – и через несколько минут авто, материализовавшись из наночастиц пространства, скомбинированных в точности по проекту, предстает перед вами во всей своей сверкающей красе. Не приглянулось? Аннигилуруем – строим новую модель. И дело сделано..

Чему удивляться? Любой материальный предмет — это всего лишь скопление атомов в пространстве. Перетасовав их, как карты, можно собрать любой объект. Новая реальность – мир, в котором дома будут сами себя чистить, ремонтировать, освещать, нагревать. Каждый сможет иметь все, что пожелает. Торговля останется только в виде таких специфических товаров, как информация и проекты, так как нельзя продать холодильник человеку, который сам может его материализовать за несколько минут. Впрочем, если быть последовательным, то и холодильник не нужен.

Продукты тоже можно скомбинировать из воздуха. Сразу после рождения ребенка микроскопические наномашины будут контролировать состояние организма в течение всей жизни. Внутри человеческих тел будут постоянно «патрулировать» невидимые глазу «доктора», которые через кровь и лимфу автоматически очистят организм от излишков жира, токсинов, холестерина. При малейшей опасности они быстро разработают систему ремонта и восстановят поврежденные органы и ткани на уровне наночастиц. Будут побеждены все наследственные болезни. Кроме того, родители смогут на генном уровне смоделировать внешность, характер и способности своего будущего ребенка. В результате изменится и вся человеческая цивилизация. В «нанобудущем» не нужна будет армия, полиция, правительства и само государство. Что-то знакомое? Да, очень похоже на завершающий этап строительства коммунизма, который, впрочем, так и не случился.

Обратимся к научно-популярным статьям. Журнал Nature Nanotechnology опубликовал поразительные результаты опроса около 400 крупнейших ученых мира. Оказалось, что они, с воодушевлением говоря о наступлении наноэры, все же признаются, что боятся нанотехнологий и генной инженерии больше, чем простые обыватели. Гипотетически можно представить себе и ужасающие последствия глобального развития нанотехнологий. Приведем некоторые сценарии возможного развития событий. Предположим, в устройстве, предназначенном для разборки промышленных отходов до атомов, происходит сбой, и оно начнет уничтожать полезные вещества биосферы, обеспечивающие жизнь людей. Предположим, что нанороботы будут воспроизводить себя сами. Процесс может выйти из-под контроля человека. И тогда «вольные» нанорабы начнут хаотически размножаться. Подпитываясь солнечной энергией, мириады невидимых «повстанцев» смогут «переделывать» все подряд в своих новых собратьев. В конце-концов земной шар вместе со всем на нем находящимся превратится в громадную каплю серой слизи. Казалось бы, все это из области фантастических проектов. Однако в США для предотвращения нанокатастроф еще в 2002 году был создан специальный центр. Сейчас он лоббирует вопрос о создании всемирной надзорной организации.

Становление нанотехнологий во многом повторяет историю зарождения химии. Со II до XVII в. существовала алхимия, связанная с мистикой, магией, большими деньгами, неоправданными надеждами, обилием шарлатанов. Ее целью было нахождение якобы дарующего бессмертие эликсира жизни и «философского камня», будто бы позволяющего превращать свинец в золото. Однако именно поиски первого чудодейственного средства выросли в органическую химию, а второго — в неорганическую. Что касается нанотехнологий (кстати, nanos в дословном переводе с греческого – карлик), большую роль в их возникновении как области исследований сыграла фантастическая мечта, сформулированная в 1959 г. американским физиком, одним из основателей квантовой электродинамики, нобелевским лауреатом Ричардом Фейнманом. Он предложил создавать машины, способные строить меньшие, а те, в свою очередь, будут делать еще более миниатюрные, и т.д. Иными словами, считал магистральным направление «сверху вниз»: от макрообъектов к микро, а затем к нанообъектам.

Однако жизнь распорядилась иначе: появление в арсенале исследователей так называемого туннельного микроскопа (макрообъект), открывшего возможность видеть отдельные элементарные частицы, позволило оперировать сразу ими. Причем идея формировать из элементарных частиц различные конструкции без использования представлений фундаментальной науки – в хорошем смысле тоже своеобразная алхимия наших дней – дает отдельные многообещающие результаты. Примерами могут служить разработки, выполненные в последние годы в Ярославском государственном университете им. П.Г.Демидова, — прототипы для промышленного внедрения: полевой транзистор, сверхтонкие палладиевые мембраны с поддерживающей системой для водородной энергетики, кремниевые фотоэлементы, наноструктурированные стекла, решетчатый поляризатор, метод защиты драгоценных камней маркерами 1х1мкм и пр.

Впрочем, главная надежда на данном пути связана с тем, что удастся двигаться, наоборот, «снизу вверх» — выращивать из элементарных частиц материалы, объекты. Однако собирать последние атом за атомом невозможно. Как же решить такую задачу? Прежде всего, так организовать процесс, чтобы сами «нанокирпичики» строили нужные структуры самоорганизовывались). Конечно, для реализации этого подхода нужны совместные усилия физиков, химиков, математиков, биологов, в частности, создание общего для них языка, понятий и моделей. Сегодня терминологический аппарат научных публикаций по проблемам нанотехнологий еще недостаточно скоординирован по смежным дисциплинам и доступен только для специалистов, занятых непосредственными исследованиями и разработками.

Одна из важнейших особенностей наноструктур – возможность получать покрытия с невиданными ранее электрическими и магнитными свойствами. В частности, излучение в этих средах распространяется совсем иначе, чем в других. В основе исследований, приведших к таким выводам, лежит открытие нобелевского уровня, сделанное в 1967 г. доктором физико-математических наук Виктором Веселаго, к сожалению, не замеченное в течение почти 40 лет, а сейчас определяющее развитие большой области нанофизики. Суть его состоит в том, что из материала с отрицательными коэффициентами диэлектрической и магнитной проницаемости можно создавать системы для идеальной маскировки любых объектов (т.е. реализовать давнюю мечту человека о сказочной «шапке-невидимке»), а также изготавливать совершенные линзы и оптические приборы с уникальными характеристиками.

Для претворения в жизнь этой идеи требуется внести в модифицируемый материал мельчайшие частицы, по размеру сравнимые с длиной световой волны. На том же принципе базируются фотонные кристаллы — они позволяют маскировать предметы и эффективно управлять падающим излучением. Конечно, для проектирования подобной субстанции нужны уникальные компьютерные расчеты. В нейронауке (или биовычислениях) — интереснейшем и важнейшем направлении на стыке медицины, биологии, компьютерных наук, психологии – надо идти не от простейших структур уровня атомов к сложным системам, а двигаться иначе. Вначале необходимо разобраться с организацией последних, понять, что нужно сконструировать и на каких принципах, потом для этого искать адекватный «строительный материал» на наноуровне. В Институте прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН и в России, в целом, отдельные энтузиасты также занимаются этими проблемами, в том числе ДНК-вычислениями, созданием генетических алгоритмов, клеточными автоматами, нейронными и иммунными сетями, конструированием на уровне ДНК, изучением математических свойств генетического кода, выявлением связи между его свойствами и процессом возникновения.

В настоящее время в России и за рубежом активно развивается синергетика, или теория самоорганизации (возникновения без внешнего воздействия упорядоченных структур и форм из случайных, нерегулируемых). Уже удалось получить значимые результаты, построить интересные модели. Однако они относятся к макромиру, соответствующие же механизмы на наномасштабах только начали изучать. Отсюда следует, что необходимо ускорить темпы развития нанонауки. Другая важная проблема, неразрывно с ней связанная, – образование. Предпринимаются попытки организовать подготовку соответствующих специалистов в МГУ им. М.В. Ломоносова и Московском физико-техническом институте.

Для развития и координации работ в области нанотехнологий создано новое подразделение в Российской академии наук – отделение нанотехнологии и информационных технологий. Постановлением Правительства от 2007г. утверждена Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 гг..» и создана Государственная корпорация «Российская корпорация нанотехнологий» (ГК «Роснанотех»). Корпорация выступает соинвестором в нанотехнологических проектах со значительным экономическим или социальным потенциалом.

Финансовое участие корпорации на ранних стадиях проектов снижает риски ее партнеров – частных инвесторов. «Роснанотех» также участвует в создании такой нанотехнологической инфраструктуры, как центры коллективного пользования, бизнес-инкубаторы и фонды раннего инвестирования. Для поддержки финансируемых проектов Корпорация реализует научные и образовательные программы, а также популяризирует нанотехнологические исследования и разработки. Поддерживая выход российских компаний на внешние рынки, корпорация развивает сотрудничество с ведущими мировыми нанотехнологическими центрами и организует в России ежегодный международный форум по нанотехнологиям. По планам российского Правительства и научной общественности уже в 2015 году Российская Федерация должна изготовить продукцию с применением нанотехнологий на сумму до 2,5 трлн долларов. Прогнозируется, что 2020 год станет переломным в истории человечества. Именно тогда начнется наноэра.

Михаил Аристов