Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности - Линн Фостер

• Первое поколение наноматериалов и устройств фактически уже существует. Коммерческие нанотовары, появившиеся в 2001 году, представляют собой так называемые пассивные структуры, синтезированные для обеспечения заранее заданных макроскопических характеристик или функций создаваемых из них объектов. К этому поколению могут быть отнесены нанопокрытия, дисперсии наночастиц и некоторые объемные материалы (например, наноструктурированные металлы, полимеры и керамические изделия). Значительно сложнее выглядят нанообъекты второго поколения, представляющие собой активные структуры, способные реагировать на внешние воздействия (механические, электронные, магнитные, фотонные, биологические и т. д.) и объединенные с другими микроскопическими устройствами и системами. Такие наноизделия и наноматериалы только недавно стали производиться коммерчески, в некоторых случаях сменяя товары первого поколения. К ним можно отнести новые типы нанотранзисторов, некоторые компоненты усилителей на КМОП-структурах, лекарства и химические препараты остронаправленного действия, некоторые типы приводов, так называемые «искусственные мускулы», адаптивные структуры и т. п.

• Через несколько лет можно ожидать появления коммерческих нанопродуктов следующего, третьего поколения, для которых будет характерно использование трехмерных структур, синтезируемых различными методами, включая биологические методы иерархической самоорганизации, при которой структуры напоминают развивающихся микророботов, обладающих собственным и меняющимся поведением. Технически такой синтез представляет собой очень сложную задачу, включающую не только операции по сборке молекулярных соединений, но и создание иерархических структур по неясным пока принципам. В настоящее время исследования в этом направлении сосредоточены на построении гетерогенных наноструктур и супрамолекулярных систем, в поведении которых можно уловить некоторые принципы эволюционного развития. По-видимому, в число типичных нанообъектов и продуктов этого поколения войдут искусственные «органы» чувств и биологические «ткани» человеческого организма, получаемые, например, направляемой и иерархически организованной самосборкой. В электронике появятся вычислительные и информационные наноустройства, действие которых будет основано на квантовых взаимодействиях или принципах фотоники и спинтроники (вычислительная техника на основе использования спина электронов). Можно также предсказать дальнейшее развитие микротехники, то есть производство (например, на основе самоорганизующихся систем) нанометрических механоэлектрических устройств (НЭМС), а также продуктов и материалов неизвестных сейчас типов, которые неизбежно возникнут в результате интеграции и слияния технологий в рамках концепции NBIC. Некоторые из этих материалов и устройств будут производиться многостадийными технологиями, что подразумевает использование различных методик на разных уровнях иерархического производства.

• Еще через 5—10 лет следует ожидать первого появления продуктов гораздо более развитого, четвертого поколения, которые, скорее всего, будут представлять гетерогенные молекулярные наноструктуры. В устройствах этого типа каждая сложная молекула является специализированной наноструктурой с особым строением и высокой функциональностью. Строго говоря, молекулярные структуры четвертого поколения можно назвать молекулярными устройствами, поскольку в эти молекулы еще при «конструировании» и синтезе будут закладываться сложнейшие функциональные возможности. На этом этапе развития новых технологий речь пойдет уже об атомарно-молекулярной инженерии, основанной на пока неизвестных закономерностях самоорганизации вещества. Изучение и использование этих закономерностей позволит осуществлять почти фантастические технологические проекты: «проектирование» макромолекул с заданными свойствами; создание наноразмерных механических устройств; направленная и многоуровневая самоорганизация атомарных структур с квантово-механическим контролем процессов сборки; создание наноустройств для медицинского контроля или лечения и т. п. Особого внимания заслуживает задача обеспечения непосредственного взаимодействия между человеком и вычислительными устройствами на уровне контакта нервных окончаний с электронными сетями и т. д. Перспективы развития в этих направлениях во многом связаны с тем, насколько успешно и быстро будет происходить почти неизбежная конвергенция наук и технологий.

В заключение автор хотел бы подчеркнуть, что многие краткосрочные прогнозы в описываемой области, конечно, могут показаться излишне оптимистичными, однако в долгосрочной перспективе можно утверждать, что большинство специалистов явно недооценивают нарастающее влияние нанотехнологий на развитие промышленности, медицины, экологии и общественных отношений.

Заключение

Многие древние цивилизации возникли на основе представлений о всеобщей взаимозависимости процессов в окружающем нас мире, что позднее нашло отражение в идеалах эпохи Ренессанса, связанных с единством природы. Развитие науки и технологий вновь приводит нас к созданию единой научно-технической картины мироздания, причем построение причинно-следственных связей в разных масштабах объектов и действий (от нанопроцессов до макроскопических событий) позволяет нам расширить и углубить идеи и представления Ренессанса. На основе слияния разных научных дисциплин и их синергизма может произойти бурное развитие новых технологий, способное привести к революционным преобразованиям в промышленности, экономике, социальном устройстве и т. д. Важность новых технологий и связанная с их развитием смена парадигм науки требуют особого внимания к социальным и этическим проблемам, неизбежно возникающим при их планировании, внедрении и реализации.

Работа финансировалась Национальным советом по науке и технологии и Национальным научным фондом, однако высказанные в ней мнения отражают лишь личную точку автора на рассматриваемые проблемы.

Глава 19 Этические проблемы, связанные с развитием нанотехнологий

Вильям Симс Бейнбридж

Вильям С. Бейнбридж окончил Гарвардский университет и является известным специалистом и автором множества книг и статей, посвященных проблемам развития науки и технологий, а также их связи с социальными и религиозными проблемами. В соавторстве с М. Роко он написал несколько книг о возможном воздействии нанотехнологий на развитие человечества. Является автором и пропагандистом многих идей, относящихся к возможному слиянию различных наук и технологий при дальнейшем развитии нанотехнологий. В. Бейнбридж является активным участником многих программ и научных дискуссий, относящихся к информационным технологиям, взаимодействиям в системах (человек/компьютер), возможностям создания искусственного интеллекта и т. п.

Этические проблемы всегда представляли важность для бизнеса, науки и промышленности, как и для общества в целом. Без установившейся профессиональной этики невозможно сотрудничество между людьми, фирмами, общественными группами, правительственными учреждениями и т. д. Наличие доверительных отношений является насущной необходимостью в самых разных областях, от академических учреждений и общественных организаций до крупных корпораций. Соблюдение норм деловой этики является основой любого серьезного бизнеса, связанного с корпоративными интересами и отношениями на коммерческом рынке, а их нарушение всегда приводит к неприятным и тяжелым последствиям как в бизнесе, так и в общественно-политической деятельности.

Соблюдение нравственных норм необходимо прежде всего для установления нормальных отношений внутри любой организации, так как успешная деятельность научного или делового коллектива требует взаимного уважения и доверия. Значение моральных факторов лишь усиливается в фирмах и организациях, связанных с наукоемкими и инновационными технологиями. Нельзя забывать и о том, что моральная репутация любой организации и ее руководства имеет огромное значение для акционеров или потенциальных инвесторов. Представляется очевидным, что эффективное и разумное осуществление сложных, социально значимых научнотехнических проектов требует от руководства и всего персонала не только технической подготовки и дисциплины, но и развитого чувства социальной ответственности.

Вообще говоря, проведение научных исследований, внедрение их результатов в промышленность и связанная с этим коммерческая деятельность всегда ставили ученых и предпринимателей перед сложными моральными проблемами. Нанотехнологии не составляют исключения в этом отношении, а лишь вносят некоторые дополнительные осложнения при рассмотрении этих проблем. Наиболее распространенными и понятными являются следующие вопросы, неизбежно сопровождающие любую научно-техническую и инновационную деятельность.