Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Нанотехнологиї. Від алхімії до хімії і далі... - Наука і техніка

Малінецкий Г.Г. - Заступник директора Інституту прикладної математики ім. М.В.Келдиша РАН

Шановні депутати Державної думи, дорогі колеги!

Я представляю Інститут прикладної математики ім. М.В. Келдиша Російської академії наук. Організатором і першим директором нашого інституту був видатний радянський вчений Тричі Герой Соціалістичного труда академік Мстіслав Всеволодович Келдиш. Інститут створювався для розв'язання стратегічних проблем, які стояли перед Радянським Союзом. Від їх рішення, без перебільшення, залежало саме існування нашої країни.

Ключовими задачами, які були вирішені в нашому інституті, стало вдосконалення ядерної зброї, математичне забезпечення космічних польотів, розробка систем управління складними технічними об'єктами. Наш інститут працював в тісному контакті з колективами, які очолювали академіки Ігор Васильович Курчатов і Сергій Павлович Королев (слайд 2).

Наш Інститут не бере участь в програмі розвитку нанотехнологий, тому, наш погляд, на ці проблеми можуть розглядатися як об'єктивна експертна оцінка. Почну з висновків. Керівництво партії «Єдина Росія» ухвалило сміливе рішення про розвиток сфери нанотехнологий. Успішна реалізація цього рішення дозволить Росії відповісти на виклики в сфері національної безпеки і підніме вітчизняну науку на якісно новий рівень.

Однак виконання цього рішення представляє дуже складну задачу, що вимагає сверхусилий від керівників, дослідників, представників промисловості і оборонного комплексу.

Нинішній розвиток нанотехнологий багато в чому повторює розвиток хімії (слайд 4). Зі II до XVII віку розвивалася алхімія. Алхіміки ставили метою отримати еліксир життя, що дарує безсмертя (з цього напряму і виросла органічна хімія), і філософський камінь, що дозволяє перетворювати свинець в золото (розвиток цього напряму привів до неорганічної хімії). Алхімія була пов'язана з містикою, магією, великими грошима, невиправданими надіями і великою кількістю шарлатанів. Роберт Бойль (1627 1691) створив хімію як науку, ввівши в неї поняття елемента і кількісні співвідношення (число). Містичні задачі хімії змінилися реальними.

Наступний етап почався з появою розвинених математичних моделей, з створення обчислювальної хімії (в 1998 році Нобелівська премія по хімії уперше була присуджена математиці). Зараз проектування ліків, виявлення діючих субстанцій в багатьох випадках невіддільне від складних квантово-механічних розрахунків, що вимагають математичних моделей, програмних комплексів і суперкомп'ютерів.

На наш погляд, нанотехнологии багато в чому переживають нині стадію алхімії. Не усвідомлені задачі нанотехнологии як області знання, а крім того відсутні багато які необхідні математичні моделі і розуміння ряду найважливіших процесів.

Велику роль у виникненні нанонауки зіграла фантастична мрія, сформульована видатним фізиком Річардом Фейнманом (слайд 5) в 1959 році. Він пропонував створювати машини, здатні будувати ще менші машини, які будуть будувати ще менші. Інакшими словами, він вважав магістральним шляхом шлях «зверху вниз», від макрообъектов до микрообъектам, а від микрообъектов - до нанообъектам. Однак розвиток пішов по іншому шляху. На початковому етапі тунельний мікроскоп (макрообъект) дозволив оперувати окремими атомами (нанообъектами). Це був прорив в науці, що не має, однак, відносини до, власне, технології.

Ідея оперувати наночастицами і будувати різні структури на цьому рівні без використання представлень фундаментальної науки - своєрідна нанотехнологическая алхімія також дає окремі цікаві і багатообіцяючі результати. Як приклад можна привести розробки, які виконані тільки в одній організації - в Ярославськом державному університеті ім. П.Г. Демідова (слайд 6).

Однак головна надія нанотехнологий пов'язана з тим, що вдасться рухатися не «зверху вниз», а «знизу вгору», тобто вирощувати наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты. Нанотехнологии вимагають великих об'ємів матеріалів і збирати їх атом за атомом неможливо. Тому є три ключі до нанотехнологиям (слайд 7).

Треба організувати процеси так, щоб наноструктуры збиралися самі, утворюючи те, чого б нам хотілося. Іншими словами, це процеси самоорганизации, самоформирования і самосборки.

Розв'язання багатьох проблем нанотехнологий вимагає спільної діяльності фізиків, хіміків, математиків, біологів - спільної мови, понять і моделей - міждисциплінарного підходу. Крім того, саме широкий міждисциплінарний погляд дає розуміння того, чого в принципі можливо досягнути, чого хотілося б досягнути і - головне - чого хотілося б уникнути. Тут першорядне значення придбаває проектування майбутнього, в якому технологічні, економічні, політичні, військові і соціальні проблеми виявляються значно більш взаємопов'язані, ніж нині. Це зумовлене абсолютно новими технологічними можливостями.

Дійсно, щоб нанотехнологии не залишилися науковою фантастикою, вони повинні знайти своє місце в економіці, включитися в існуючі економічні ланцюги або створити нові. Це вимагає активного моніторинга і супроводу на всіх етапах від лабораторії до ринку. Це якісно новий рівень управління, що дозволяє вирішувати організаційно-економічні проблеми небаченого рівня складності. Уявіть собі, що нові галузі економіки будуть народжуватися не раз в декілька десятиріч, а раз в декілька років.

У цей час активно розвивається теорія самоорганизации, або синергетика. У ній отримані важливі і значущі результати, побудовані цікаві моделі (слайд 8). Однак все це відноситься до макромасштабу. Механізми самоорганизации на наномасштабах тільки почали вивчатися. Щоб відбулися нанотехнологии, випереджальними темпами повинна розвиватися нанонаука. Інша важлива проблема - це освіта і підготовка кадрів (слайд 9). У цей час видавництвом URSS видається серія книг по синергетиці «Синергетика: від минулого до майбутнього». Щодня продається більше за 60 книг цієї серії. Однак це дуже мале. Спроби організувати підготовку фахівців по нанонауке, по комп'ютерному моделюванню нанопроцессов, по синергетиці, які ми робили в Московському державному університеті ім. М.В. Ломоносова і Московському фізико-технічному інституті, поки не дали результатів і не зацікавили керівництво цих шановних вузів. Реалізація амбіційного російського проекту в області нанотехнологий зіткнеться з жорстким кадровим голодом, вгамувати який не можуть ніякі мільярди.

Приведу ще один приклад (слайд 10) Наноструктури дозволяють створювати покриття з небаченими властивостями. Вони дозволяють в принципі ідеально маскувати об'єкти. У основі цих робіт лежать метаматериалы, існування яких було передбачене Віктором Георгійовичем Веселаго в 1967 році. Ця робота нобелівського рівня не була помічена і оцінена біля 40 років. Але зараз саме вона визначать розвиток великої області нанофизики. Однак для того, щоб проектувати наноматериалы, потрібно унікальні комп'ютерні розрахунки. На слайді представлене поширення хвилі в такому матеріалі, розраховане в Інституті прикладної математики ім. М.В. Келдиша РАН і що зажадало нових моделей, принципово нових алгоритмів і розрахунків на многопроцессорных комплексах (слайд 11). Наскільки нам відомо в інших організаціях і країнах світу так вважати поки не уміють.

Реалізація ідеї Веселаго вимагає внесення в матеріал наночастиц, порівнянних по розмірах з довжиною хвилі. Ця ж ідея лежить в основі фотонних кристалів - об'єктів, що дозволяють маскувати предмети і ефективно управляти падаючим випромінюванням (слайд 12)

Інакшими словами принципове значення в нанонауке і нанотехнологиях мають

системи математичних моделей нанопроцессов;

комп'ютерні розрахунки на кластерах і суперЭВМ;

фахівці, готові взятися за ці задачі.

У нейронауке можна йти від найпростіших структур, від рівня атомів до створення складних об'єктів, але можна рухатися інакше: спочатку розібратися з організацією складних систем, зрозуміти, що ж ми хочемо сконструювати і на яких принципах і потім для цього шукати адекватний будівельний матеріал на наноуровне. У США комплекс досліджень, пов'язаних з таким підходом називається NanoBioInfoCognito. Цими проблемами займалася видатна математика: Дж. фон Нейман (теорія самовоспроизводящихся автоматів), Алан Тьюрінг (обчислювальна складність) і Роджер Пенроуз (фізичні основи свідомості) (слайд 13).

На цьому стику народжуються нові напрями в прикладній математиці, даючі принципово нові можливості. Звичайно їх називають биовычислениями або нейронаукой. Це найцікавіші і найважливіші напрям, якими в нашому інституті, так і в Росії загалом займаються окремі ентузіасти (слайд 14).

Вважаю за необхідним звернути увагу шановних депутатів на головну небезпеку, яка пов'язана з розвитком нанотехнологий (слайд 15). Це виведення озброєнь на наноуровень. Биороботы в оборонній сфері можуть виявитися більш значущими, ніж ядерний або космічний проекти. Мова йде про принципову можливість цілеспрямованого знищення окремих груп людей або навіть окремої людини з автоматичною селекцією цілей по професійних, етнічних або генетичних особливостях. Це дасть небачені можливості по управлінню людьми.

Нанотехнологии дадуть можливість модифікувати людину як вигляд. У сфері національної безпеки все це з великою гостротою ставить питання про ефективну ассиметричном відповідь. Переговори про заборону гонки озброєнь на наноуровне потрібно починати вже зараз.

Зверну увагу на організаційні особливості реалізації проекту. Цикл відтворювання інновацій складається з фундаментальних досліджень, прикладних розробок, створення технологій і виведення на ринок, з реалізації товарів, послуг і можливостей, що з'явилися, частина доходів від яких знову повинна бути вкладена в освіту і розробки. Витрати між фундаментальними розробками, прикладними дослідження і створенням технологій діляться у відношенні 1:10:100 (слайд 16). Нинішня проблема російської що обробляє промисловість і нанотехнологий зокрема полягає в розвалі прикладних досліджень, в ліквідації більшості організацій, здатних виводити високотехнологічну продукцію на російський і, тим більше, світовий ринок. І якщо всерйоз говорити про проект нанотехнологий, то ці дві ланки має бути створити, перше - наново, а друге - уперше у вітчизняній історії.

Крім того, у нас поки не знайшлося і одного рубля для нанонауки, який повинен бути вкладений у відтворювальний цикл на самому верхньому рівні. Всі приведені приклади спиралися на дослідження, зроблені з власної ініціативи або ініціативі зарубіжних замовників, потребуючих розрахунків, які вони самі були не в змозі зробити.

Помічу, що російські економічні, технологічні, освітні і наукові реалії не дозволяють копіювати американський сценарій розвитку нанотеха (слайд 17).

Крім того, було б дуже важливо з'ясувати, яким же ми хочемо бачити місце Росії в світовому ринку нанотехнологий (слайд 18 і слайд 19).

Підведемо підсумки.

Ще раз звернемо увагу на небезпеку розвитку проекту нанотехнологий для партії «Єдина Росія» (слайд 20 і слайд 21). Багато в чому розвиток цього проекту громадяни нашої країни будуть зв'язувати з тими рішеннями, які підтримала партія. Успіх проекту буде працювати на партію, провал - дискредитує її. Найбільш серйозні небезпеки такі:

відсутній необхідний для виконання проекту організаційний ресурс, який має бути створити;

нанотехнологии - не нафта, щоб використати досягнення - їх треба мати;

не окреслена область нанотехнологий і не виділені пріоритети їх розвитку;

проигнорирован регіональний аспект досліджень, хоч в ряді наукових регіональних центрів працюють вчені, які могли б внести важливий внесок в спільну справу, що викликає неприховане недовір'я організаторам проекту;

ставка в проекті зроблена на донаучные методи дослідження, на «алхімію» в збиток «хімії» і «обчислювальної хімії», а без серйозної нанонауки, яку має бути створити, нанотехнологии не відбудуться;

відсутність междисциплинарности і кооперації з фахівцями макроуровня (щоб створювати микророботы, потрібні фахівці і в звичайної робототехнике, щоб розмістити на кристалі сто мільярдів елементів, що передбачається в нанотехнологии, треба мати фахівців, які розуміють як використати хоч би сто мільйонів);

відсутність комплексної і відповідальної координації робіт по проекту;

гострий кадровий голод, недостача фахівців і в області нанонауки, і в області технологій, і в сфері доведення наукоемкой продукції до ринку.

У Інституті прикладної математики ім. М.В. Келдиша РАН усвідомлюють масштабність задач, пов'язаних з нанотехнологиями, і величезне значення цих проблем для Росії. Потенціал Інституту може бути використаний при виконанні цього прое
Принципи та методи складання ландшафтної карти території Кам'яної степу
Т.В. Бережна З початку перших комплексних ландшафтних досліджень в Кам'яної степу пройшло 30 років. Перше ландшафтно-типологічну картування для цієї території було зроблено співробітниками кафедри фізичної географії Воронезького державного університету вод керівництвом професора Ф.Н. Милькова

Магнітометричних зйомка при пошуку метеоритів
Л.А.Муравьев - інститут геофізики Уро РАН Наземна магнітометрія, поряд з електромагнітними методами (металошукачами) є одним з основних методів виявлення похованих залізовмісних предметів (розірвалися боєприпаси, а також метеорити). Незважаючи на наявність в арсеналі пошуковиків сучасних високочутливих

Суецький канал
Юдіна Катерина Суецький канал - судноплавний морської канал на північному сході Арабської Республіки Єгипет. Він з'єднує Середземне і Червоне моря. Суецький канал - найкоротший водний шлях між портами Атлантичного і Індійського океанів. Кораблям різних держав набагато вигідніше проплисти

Розробка інформаційної системи інтелектуальної будівлі на прикладі музею-садиби Н.Є. Жуковського
Бондарьков Денис Петрович, середня школа № 1275, 11 классВведеніе Робота складається з чотирьох розділів. У першому розглядається концепція і визначення інтелектуальної будівлі. У другому проводиться аналіз різних систем управління і застосовуваних протоколів взаємодії пристроїв. У третьому

Моделювання синхронних електродвигунів з урахуванням зміни рівня напруги живильної мережі
Р.А. Олімов, І.В. Кирилін Норільський індустріальний інститут Відомо, що під математичною моделлю елемента схеми електро-постачання розуміється сукупність математичних рівнянь, їх коефіцієнтів і нерівностей, що описують певний стан або процеси в елементі. Універсальних математичних моделей

Звіт по УІР. Телевізійні підсилювачі
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ (ТУСУР) КАФЕДРА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ (Каф. РЗИ) ЗВІТ ПО УІР ТЕЛЕВІЗІЙНІ ПІДСИЛЮВАЧІ ВИКОНАВ ст. гр. 146-1 - Червань В.В. ПЕРЕВІРИТИ Викладач каф. РЗИ - ТИТОВ А.А. 1. ЗАДАНІЕАналіз

Надпровідники
Новий безмідних надпровідник K-Bi-O Добре відомо сімейство надпровідних з'єднань BaBi (Pb) O3. Всі ці надпровідники є "Четверного": Ba-Pb-Bi-O або Ba-K-Bi-O. В Японії (ISTEC, Токіо) шляхом синтезу при високому тиску вперше отримали потрійний надпровідник K1-xBi1 + xO3 [NRKhasanova

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати