Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности - Линн Фостер

Применение нанотехнологии для производства новых товаров связано либо со свойствами получаемых нанотехнологией материалов, либо с процессами их обработки на нанометрическом уровне. Следует сразу отметить, что наноматериалы в некоторых случаях действительно обладают множеством уникальных характеристик (включая оптические, электронные, магнитные, физические и химические), что само по себе создает чрезвычайно интересные возможности для их использования и комбинирования с уже существующими технологиями. Неожиданно выяснилось, что фундаментальные свойства и характеристики веществ можно варьировать в широких пределах, изменяя не их химический состав (обычный путь технологов и материаловедов), а физические масштабы элементов системы.

5.1.2. Нанотехнологические инновационные фирмы

По-видимому, в отличие от бурного и непредсказуемого развития Интернет-компаний в 90-е годы прошлого века, рост нанотехнологических инновационных фирм не будет нарушать фундаментальные законы бизнеса, то есть может быть охарактеризован стандартными представлениями промышленной и деловой активности. Другими словами, развитие нанотехнологий может быть связано, как всегда в бизнесе, с возможностью личного выбора, привычной стратегией торговых операций, стремлением к расширению производства, эффективным распределением капиталов, маркетингом обычного типа и другими параметрами, описывающими развитие новых отраслей производства и бизнеса.

С другой стороны, общее сходство инновационных компаний в области нанотехнологий проявляется в наличии некой научно-технической платформы и команды высокопрофессиональных ученых. Чаще всего такая команда не имеет формального бизнес-плана, сведений о рыночной конъюнктуре, продуманной стратегии выпуска товаров и даже состава менеджеров. Еще одной важной особенностью таких групп часто является их связь с крупными учеными и ведущими научными центрами. Иногда проблема развития сводится к тому, что такие группы и их руководители пользовались ранее лишь грантами на научные исследования, и испытывают затруднения, когда приходится переходить от лабораторных разработок к проектированию и набирать дополнительный персонал из других областей науки и техники или взаимодействовать с другими инновационными компаниями.

Естественно, что почти всегда такие группы состоят из классных специалистов (химиков, физиков, биологов, электронщиков и материаловедов), связанных с междисциплинарными исследованиями (это обстоятельство характерно практически для всех наноразработок, требующих высокого профессионализма). Обычно инновационные компании в области нанотехнологий начинают с поиска более крупных и финансово обеспеченных партнеров, надеясь получить от них не только техническую и инвестиционную поддержку, но и некоторый доступ к уже существующим каналам сбыта и распределения планируемых к коммерческому производству товаров и услуг.

С точки зрения коммерциализации инновационные фирмы (старт-апы) в области нанотехнологий удобно с самого начала разделить на шесть больших групп, в соответствии с областью научных интересов и приложений (наноматериалы и их обработка, нанобиотехнологии, нанопроекты в области программного обеспечения, нанофотоника, наноэлектроника и инструментальная база нанотехнологии). Особый интерес для коммерциализации представляет первая из упомянутых категорий, поскольку многие компании, связанные с наноматериаловедением, уже выпускают множество материалов. Такие фирмы часто пытаются одновременно расширить производство и развить методы обработки или применения новых материалов исходя из их необычных свойств и возможностей, поскольку новые материалы действительно значительно превосходят существующие по важнейшим характеристикам (прочность, сопротивление нагрузкам и «царапанью», высокие коэффициенты электро– и теплопроводности, износостойкость и т. д.). Многие из таких материалов уже выпускаются коммерчески, вследствие чего большинство инновационных фирм в области нанотехнологий связано именно с материаловедением, хотя можно отметить, что по объему инвестиций сейчас лидируют фирмы, занятые наноэлектроникой, нанофотоникой и оборудованием для исследований в области нанонауки.

Нанобиотехнологией называют огромную область разнообразного применения нанотехнологий к биологическим системам, начиная с традиционных разделов биологии и медицины. Достигнутые в этом направлении успехи достаточно известны (новые методы терапии, направленная доставка лекарств в организме, диагностические датчики и т. п.). В дальнейшем можно ожидать новых успехов не только в традиционных отраслях медицины, но и в принципиально новых направлениях, связанных с молекулярной биологией (детектирование и изучение генов, белков, фрагментов ДНК, отдельных молекул и т. д.), что означает существенный прогресс в развитии медицины в целом.

Весьма перспективным направлением является наноэлектроника, где уже сейчас создано множество интересных устройств, которые могут применяться отдельно или в сочетании с другими элементами. Новые электронные устройства значительно превосходят существующие по цене и важнейшим техническим характеристикам, включая очень низкое энергопотребление (~наноВатт), исключительную плотность монтажа (~1 триллион элементов/см2) и сверхвысокое быстродействие (частота переключения ~1 тераГц). Кроме того, многие наноустройства обладают совершенно новыми функциональными особенностями, вследствие чего на их основе могут создаваться и новые типы приборов. В последнее время все большее внимание производителей привлекают логические элементы с большим числом состояний, многоцветные фотоизлучающие диоды с высоким квантовым выходом, энергонезависимые запоминающие устройства, лазеры на квантовых точках, датчики универсального типа и т. п.

Компании, связанные с фотоникой, все чаще начинают использовать наноматериалы и нанотехнологии для выпуска оптических устройств с высокой степенью интеграции, работающих на парциальных волнах, и использовать такие устройства в сочетании с коммерчески производимыми стандартными комплементарными МОП-структурами. Новые устройства позволяют объединить электронные и фотонные компоненты в одном чипе за счет достаточно дешевых технологических операций. В перспективе можно ожидать скорого появления на рынке дешевых и высокоэффективных оптоэлектронных устройств разного типа, включая преобразователи длин волн, перестраиваемые фильтры, устройства совмещения поляризации пучков, перестраиваемые мультиплексоры, оптические приемопередатчики и т. п.

Все большее значение приобретает разработка и производство контрольно-измерительной аппаратуры для нанонауки. Приборы и инструменты, позволяющие изучать химический состав и строение вещества в необходимом диапазоне (значительно ниже 100 нм), можно разделить на две группы. Первая включает хорошо известную и широко применяемую микроскопическую технику: сканирующие и трансмиссионные электронные микроскопы, атомно-силовые микроскопы и т. д. Ко второй группе можно отнести новейшую технику, прежде всего нанолитографию, а также атомные зондовые микроскопы, позволяющие изучать трехмерную структуру и атомарный состав твердых тел и пленок. Такие инструменты и приборы сейчас используются практически во всех нанотехнологических исследованиях.

Особое положение занимает новая область программного обеспечения нанософтвэа (nanosoftware), которую можно разделить на связанную с моделированием и расчетом новых материалов хеминформатику (cheminformatics) и биоинформатику (bioinformatics), относящуюся к специализированной разработке средств изучения и тестирования новых биотехнологических препаратов. Разумеется, деление программного обеспечения для сложных и бурно развивающихся нанотехнологий является довольно условным, поэтому в последнюю категорию иногда зачисляют также разработки архитектуры электронных и фотонных устройств, методы моделирования и автоматической обработки данных по электронным структурам, квантовое моделирование и т. п. Кроме того, при желании в эту же категорию можно занести и разрабатываемые сейчас программы по автоматическому управлению приборами и микроскопами в нанотехнологических исследованиях, программы по обработке данных, получаемых на приборах нового типа.

5.2. Нанотехнологические компании и открытые рынки

Р. Дуглас Моффат

Р. Дуглас Моффат является руководителем двух фирм, одна из которых (Moffat Capital LLC) занимается активной брокерской и дилерской деятельностью, а вторая (Nanotech Financing Solutions LLC) – консалтингом в области новейших нанотехнологических разработок. Более тридцати лет Р. Моффат остается одним из наиболее крупных брокеров и аналитиков на Уолл-стрит, вследствие чего обладает огромным опытом реализации научно-технических проектов. Он имеет большое число публикаций, посвященных проблемам коммерческого внедрения новых методов в самых разных отраслях промышленности (металлургия, оборонные проекты, нанотехнологии и т. п.). Будучи по образованию инженером-электротехником, Р. Моффат сумел даже предложить экономистам новую модель развития технологий вообще, основанную на строгой технической оценке их достоинств и недостатков. В настоящее время он является, по-видимому, крупнейшим специалистом США в области внедрения нанотехнологий, к мнению которого прислушиваются инвесторы.