Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности - Линн Фостер

Создание нанотехнологических «блоков» и устройств, способных к целенаправленному объединению в макроскопические системы, неотделимо от прогресса в области методологии и инструментальной техники. Прежде всего это подразумевает разработку новых устройств, позволяющих не только наблюдать за атомно-молекулярными процессами и описывать их количественно, но и руководить ими, то есть манипулировать нанообъектами. Понимание процессов изготовления новых объектов (из элементов типа атомов и молекул) должно включать в себя и какое-то представление о возрастании информационного содержания таких систем. Еще раз отметим, что слияние методов нанотехнологии, биологии и электроники в молекулярных системах может означать фактически «истинную мимикрию», то есть воссоздание точных атомарных копий некоторых природных биологических механизмов, обеспечивающих биологические реакции за счет комбинации определенных датчиков и приводных систем.

Нанотехнологии находятся на самой ранней стадии развития, однако обладают огромным потенциалом и обещают стать основой следующей научно-технической революции и дальнейшего прогресса человечества. Например, упомянутая выше возможность быстрого скрининга ДНК в принципе позволяет надеяться на создание «индивидуальной» диагностики, когда медицинское обслуживание пациента будет основываться на анализе его собственного генетического кода. Эта фантастическая возможность может поменять наши представления о роли классической медицины вообще и даже означать «завершение» развития этой науки.

Для достижения намеченных целей человечеству предстоит преодолеть целый ряд существенных препятствий. Прежде всего ученые должны разработать принципиально новые технологии и методологии, которые могут быть названы «творческими» или развивающимися. Создание материалов и устройств, позволяющих непосредственно наблюдать атомно-молекулярные процессы и активно регулировать их, выводит нас на принципиально новый уровень познания и управления биологическими законами. Трудно даже представить те возможности, которые откроются перед учеными после понимания законов функционирования очень сложных систем (типа человеческого организма) и правил, по которым возникают новые закономерности поведения в этих системах. Перед человечеством откроются новые возможности в самых разных областях (от новых методов лечения до создания новых источников энергии), что, возможно, кардинальным образом изменит условия нашего существования.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Институту изучения клеточной миметики для космических исследований при НАСА (Institute for Cell Mimetic Space Exploration, CMISE, a NASA URETI), Национальному институту здоровья (NIH), Национальному научному фонду и Управлению перспективных исследований и разработок Министерства обороны США (DARPA) за финансовую поддержку.

Раздел IV Конвергенция и интеграция

Глава 18 Конвергенция и интеграция

Майкл К. Роко

Майкл К. Роко является одним из крупнейших специалистов и руководителей нанотехнологических исследований в США, также автором и редактором многих основных книг и учебников в данном направлении. Область собственных научных интересов М. Роко связана с многофазными системами, компьютерным моделированием и нанотехнологиями. В 1991 году он возглавил первую федеральную программу США по исследованиям в области нанотехнологий, которая позднее (при его непосредственном участии) преобразовалась в известную Национальную нанотехнологическую инициативу США (NNI), ставшую примером для многих других стран. М. Роко имеет множество почетных званий и наград. Газеты и журналы часто называют его одним из ведущих организаторов научной революции, связанной с нанотехнологиями.

В настоящее время на наших глазах возникает новая целостная наука, основанная на материальном единстве окружающего нас мира, что становится особенно заметным при изучении вещества на атомно-молекулярном, то есть нанометрическом уровне. Новая наука не только открывает широчайшие перспективы для изучения природы, инноваций и развития технологий, но и обещает нечто большее, а именно – возможность объединения наук и технологий на новой основе. Самые разные области деятельности, казавшиеся ранее далекими и разделенными, с появлением нанотехнологий неожиданно стали «переплетаться», воздействовать друг на друга и проявлять синергизм, то есть совместные характеристики, возникающие лишь при взаимодействии. Нанотехнологии демонстрируют настолько отчетливую тенденцию к слиянию с биологическими и информационными технологиями и подходами, что это уже привело к созданию серьезной научной концепции о конвергенции ряда научных дисциплин. Речь идет в первую очередь о слиянии нанотехнологии, биотехнологии, информационных технологий и наук о познании (получивших общее название когнитивистики). Эта концепция, обычно обозначаемая аббревиатурой NBIC (Nano-Bio-Info-Cogno), в сочетании с новейшими достижениями в области системотехники, математики и вычислительной техники, получила широкое распространение. В принципе эта теория позволяет мечтать о создании новой научно-технической картины мира, основанной на представлениях о сложном единстве материального мира, обусловленном иерархичностью, взаимосвязью и трансформацией его компонент.

Возможно, наука и техника переживают сейчас уникальный момент своего развития, результатом которого станут не только новые процессы и товары, но и принципиальное улучшение всех условий человеческого существования. Слияние технологий может оказаться принципиальным условием новой научной революции. Дело в том, что до сих пор отдельные нанотехнологии выступали лишь дополнением или развитием уже существующих технологий, но слияние в рамках концепции NBIC может привести к фундаментальным одновременным изменениям во всех областях человеческой деятельности, включая работу, обучение, медицину, групповые взаимодействия, общественные структуры и т. д. [130] В жизни человеческого сообщества появятся принципиально новые орудия труда, новые технологии и новые товары. В этой главе авторы попытались описать возможные изменения в сфере науки и образования, а также обсудить некоторые проблемы, связанные с ожидаемыми революционными научно-техническими преобразованиями.

18.1. Рамки научно-технического развития

С большой долей уверенности можно предсказать, что исследования в течение ближайших десятилетий приведут ученых к более общей научной картине мира, в которой разные научные дисциплины будут сливаться, демонстрируя единство свойств и законов окружающей нас природы. Объединение и слияние наук будет означать их синергическое воздействие друг на друга, в первую очередь, в четырех направлениях, которые сейчас переживают период бурного развития: (1) нанонаука и нанотехнология; (2) биотехнология и биомедицина, включая генную инженерию; (3) информационные технологии, включая вычислительную технику и средства связи, и (4) когнитивные науки, связанные с изучением самих процессов познания (включая когнитивистику, теорию нейронных сетей мозга и системные подходы). Синергическое объединение этих наук в нанометрическом масштабе объектов и процессов обещает новые значительные достижения. Процесс слияния и развития наук будет носить сложный характер, так что аббревиатуру NBIC следует рассматривать не как перечисление конкретных наук (nano-, bio-, info- и cogno- ), а как «стенографический» значок для обозначения еще не познанных взаимодействий между этими науками и связанными с ними технологиями.

Предполагаемое слияние наук и технологий может привести к невиданному прогрессу в условиях жизни как отдельных людей, так и общества в целом, но только при условии внимательного и серьезного отношения общества к этическим и социальным проблемам развития нанотехнологий. Эта проблема имеет государственное значение, и правительство США подтверждает это своей активной деятельностью. В качестве основных направлений развития указаны следующие шесть: познание и коммуникации, здоровье и физическое совершенство, групповые и социальные преимущества (включая новые товары и услуги), национальная безопасность, наука и образование, бизнес и общественные организации [131] [132] .

Концепция NBIC должна привести не только к созданию совершенно новых товаров, услуг, материалов и устройств, но и к созданию каких-то еще не имеющих названия типов производств, приемов медицинского обслуживания, транспортных систем и даже принципиальных методик научного исследования. Нам сейчас трудно представить, как будет происходить научное исследование, осуществляемое одновременно всем комплексом средств, выработанных в физике, химии, биологии, математике и информатике. Сочетание возможностей этих наук и технологий может стать важнейшим инструментом познания окружающего нас мира, методом проектирования новых устройств и организации неожиданных форм промышленного производства.