Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности - Линн Фостер

3.4. Добродетельный круг

В заглавии этого раздела я пытался обозначить ситуацию, противоположную тому, что принято называть «порочным кругом» (когда одна неудача влечет за собой другую, одна ошибка – несколько других и т. д.). Правильно организованная технология подразумевает очень удачно подобранную комбинацию использования вещества, энергии, методов управления, производственных процессов и систему маркетинга производимых товаров. Отсутствие любой компоненты из перечисленного списка фактически не позволяет технологии реализоваться, даже если она прекрасно проявляет себя в лабораторных или модельных испытаниях. Мне кажется, что сейчас нанотехнологии удачно сочетают в себе все эти элементы, предлагая ученым и производственникам, собственно говоря, самые высокие достижения науки в различных областях.

Более того, сейчас складывается очень благоприятная для развития нанотехнологий обстановка, так как число их сторонников явно превышает число противников. Их наличие не представляет собой очевидной угрозы практически ни одной существующей отрасли промышленности, а скорее обещает многим производствам появление новых возможностей для создания следующих поколений материалов или изделий. Перспективы такого развития кажутся весьма обнадеживающими, так как нанотехнологии означают повышение производительности, беспрецедентные возможности, снижение стоимости и много других преимуществ.

Что может стать существенным препятствием для развития нанотехнологий? Мне кажется, основная опасность заключается в том, что люди, определяющие пути и методы использования новых технологий, не смогут разумно определить их возможности, воздействие и ограничения. Другими словами, новые технологии должны быть правильно восприняты и использованы обществом. Представьте себе, что кто-то пытается заменить обычную пуговицу или застежку-молнию на современную систему фирмы Velcro, но солдаты не желают ее видеть по каким-то психологическим причинам. Поэтому любое производство нанотехнологических продуктов или изделий должно начинаться с тщательного изучения уже существующей практики использования аналогичных изделий. Психологический аспект внедрения должен учитывать все эффекты неожиданных и непривычных свойств новых изделий, их способность соответствовать уже сложившимся условиям и требованиям.

В то же время, появляясь на рынке с новыми товарами и изделиями, производитель должен вести себя достаточно смело, то есть стараться не только угадать скрытые ожидания потребителей, но и предлагать им совершенно неожиданные возможности использования своих изделий. Очень часто покупатели вообще не понимают принципиальной разницы в изделиях и желают (или даже требуют!), чтобы производители продолжали оказывать им привычные услуги, потерявшие смысл после внедрения новых материалов. Можно вспомнить, что при внедрении полупроводниковой техники многие потребители требовали от фирм обеспечить систему визуальной проверки исправности транзисторов, ссылаясь на то, что перегоревшие электронные лампы было очень легко определить по замутнению поверхности стекла. Фирмы-производители в те годы потратили много времени и усилий, убеждая потребителей, что число дефектов при массовом производстве изделий твердотельной электроники настолько мало, что потребность в такой упрощенной проверке просто исчезает. Я уверен, что с такими же нелепыми требованиями и запросами придется столкнуться и создателям наноматериалов и нанообъектов.

С другой стороны, захват каких-то секторов рынка может быть значительно облегчен, если предлагаемое инновационное устройство по каким-то параметрам действительно отвечает ожиданиям потребителей или сразу демонстрирует свое превосходство перед уже существующими прототипами. В области нанотехнологий удачным примером такого подхода может служить появление в мае 2004 года на коммерческом рынке нового типа компьютерных запоминающих и логических устройств с большим объемом памяти (на основе углеродных нанотрубок), которые неожиданно стала выпускать фирма Nantero Inc. в штате Массачусетс [22] .

Кроме того, конечно, остается и возможность неожиданного выпуска совершенно новых, непривычных для потребителя товаров и материалов. Например, фирма Zettacore Inc. (Инглвуд, штат Колорадо) стала выпускать запоминающие устройства, в которых используются органические молекулы (производные хлорофилла), способные к удерживанию электронов. Исследовательская группа университета в Бостоне сумела поразить всех специалистов, продемонстрировав в конце 2004 года аналог компьютерного устройства, в котором привычным для электронщиков состояниям 0 и 1 соответствуют изгибы (в ту или иную сторону) микроскопической балки длиной всего 8000 нанометров. Испытания показали, что такое устройство позволяет не только уверенно осуществлять вычислительные операции и запоминать данные, но и создать запоминающее устройство с объемом памяти 100 Гигабит/дюйм2, работающее на частоте около 1 Гигагерца. Такое устройство значительно превосходит по характеристикам все полупроводниковые аналоги.

Выше я привел три примера, относящиеся к разным направлениям развития нанотехнологий (молекулярная инженерия, использование биологических молекул, новые физические эффекты в нанометрических масштабах), которые наглядно демонстрируют широкие возможности, открывающиеся перед учеными и разработчиками в новых технологиях. Давайте забудем о приставке нано – и попробуем еще раз понять, что означает для нас слово технология. В качестве общеизвестного примера мы можем взять, например, технологию производства стрелкового оружия, которая означает, формально говоря, лишь возможность концентрировать энергию в требуемых масштабах и ее дальнейшее использование в удобной форме при требуемых условиях. Источник энергии при этом должен оставаться стабильным и включаться только после срабатывания детонирующих устройств и т. п. Технология должна обеспечивать безопасность изделий во всех остальных ситуациях. Примерно то же можно сказать о нанотехнологиях – они должны обеспечивать концентрацию и использование энергии в требуемых целях, а разница сводится лишь к тому, что эта энергия имеет иные формы и виды (электронная, фотонная или даже механическая).

Продолжая аналогию, стоит вспомнить, что технологии стрелкового оружия непосредственно связаны с материаловедением. Простых материалов достаточно лишь для изготовления очень примитивных устройств (типа пушек), но сложные устройства требуют разработки и исследования свойств множества деталей из разных материалов. Примерно такая же ситуация возникнет при производстве достаточно сложных нанотехнологических изделий.

Завершая сравнение, отмечу, что технология оружия требует развития точных и воспроизводимых методов производства, что подразумевает создание инструментальной базы и целого набора измерительной аппаратуры. С крайне формальной точки зрения, нанопроизводство имеет дело лишь с атомами и молекулами, однако и в этом случае необходимо по крайней мере иметь аппаратуру, позволяющую описывать и оценивать структуры нанометрического масштаба. Кроме того, такое производство требует наличия инструментальной базы, обеспечивающей манипуляции с «нанодеталями», а оценка свойств вещества на этом уровне точности представляет собой совсем не простую техническую задачу.

Я пытаюсь объяснить, что развитие нанотехнологии (подобно любой другой существующей технологии) невозможно без разработки большого числа вспомогательных устройств, измерительных приборов и т. д. К счастью, в последние годы наблюдается заметный прогресс в этом направлении. Например, компания EEI Co (Хиллсборо, штат Орегон) в 2004 году сообщила о возможности получения изображений с точностью около 1 ангстрема, что соответствует размерам отдельного атома водорода [23] . Министерство энергетики США приступило к созданию микроскопа с разрешением 0,5 ангстрема, в котором применяются магнитные «линзы», позволяющие корректировать искажения [24] . В настоящее время первое устройство такого типа монтируется в Национальной лаборатории имени Лоуренса (Беркли, штат Калифорния), а ввод в эксплуатацию намечен на 2008 год.

3.5. Превращение науки в технологию и бизнес

Образно говоря, в настоящее время нанотехнология переживает свою юность, переходя от неоформленного детского состояния к зрелому и ответственному этапу развития. Для технологии, как и для человека, существуют характерные особенности «юношеского поведения», некоторые из них читатель может заметить сам. На рынке наноматериалов уже стали происходить смешные и анекдотические истории, характерные для начального этапа развития любых новых технологий (история техники полна такими историями). Например, какие-то мошенники смогли продать партию обычной сажи, выдав ее за углеродные нанотрубки, а другим удалось «всучить» покупателям партию очень дорогих в изготовлении нанотрубок специального типа, на одну треть состоящую из использованного при синтезе катализатора, который жулики «забыли» отделить. Такие истории свидетельствуют не только о развитии и становлении рынка, но и о реальном спросе на новые материалы.