книги / Наука о материалах и высокие технологии современные проблемы, прогноз развития в Российской Федерации

–генетически модифицированные насекомые, производящие стерильное потомство и / или не участвующие в переноске болезнетворных организмов;

–широкое распространение генетически модифицированных базовых агрокультур;

–вычислительные системы дизайна и тестирования новых лекарственных препаратов «in silico» (методом компьютерного моде-

лирования); тестирование опасных побочных эффектов лекарств

спомощью модельных систем «lab-on-a chip»;

–точечная доставка лекарственных препаратов к органам или опухолям на основе молекулярного распознавания;

–имплантаты и протезы, имитирующие или даже расширяющие биологические функции соответствующих органов и тканей.

НАНОТЕХНОЛОГИИ Понимание межатомных и межмолекулярных взаимодействий,

способность влиять на эти силы и управлять ими могут привести к появлению совершенно новых технологических средств и возможностей – «умных» мультифункциональных материалов, лекарственных препаратов, информационных и коммуникационных систем следующего поколения.

Наверное, первой отраслью, в которой были внедрены нанотехнологические подходы и методы, можно считать полупроводниковую промышленность. С хорошей степенью точности можно предположить, что до 2015 г. объем нетрадиционных методик в производстве электроники будет пренебрежимо малым, однако для выполнения принципиальных планов развития в более далекой перспективе потребуется создание альтернативных подходов.

Принимая во внимание бурное развитие отрасли, большой коммерческий интерес и экстраполируя в будущее современные объемы исследований, можно предположить, что к 2020 г. станут доступными для широкого использования следующие продукты нанотехнологий:

21

–новые поколения миниатюризованных, высокочувствительных и селективных химических и биологических сенсоров;

–мощные, долгоживущие аккумуляторы и суперконденсаторы большой емкости;

–индивидуальные сенсоры, например, для применения военным персоналом или работниками служб экстренного реагирования;

–вычислительные приборы, интегрированные с различными промышленными товарами (уже начинают выходить на рынок; они, вероятно, получат более широкое распространение в будущем);

–портативные персональные приборы для мониторинга физического состояния пациента, способные сохранять данные и передавать их в соответствующие базы данных;

–функциональные наноструктуры, используемые для контролируемой доставки лекарственных препаратов и производства более качественных имплантатов и протезов.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Материаловедение – междисциплинарный раздел науки, объе-

динивший в себе в течение последних десятилетий физику, химию, металлургию, полимерную науку и науку о керамике и в последнее время все более тесно переплетающийся с биологией. Фактически большинство приложений, перечисленных выше в разделах «биотехнологии» и «нанотехнологии», связано с разработкой новых материалов, включая наночастицы, углеродные нанотрубки, полупроводящие и металлические нановолокна, нанокомпозиты, искусственные самоорганизующиеся структуры.

К 2020 г. можно ожидать появления следующих важных типов материалов и технологий:

–ткани, интегрированные с источниками энергии, электронными приборами или оптическими волокнами;

–одежда, изменяющая свойства в ответ на воздействие внешних стимулов;

22

–широкое распространение «зеленых» методов производства, не требующих (или сводящих к минимуму) участие опасных материалов и побочных продуктов;

–наноструктурированные покрытия, существенно улучшающие механические свойства изделий – прочность, жесткость, износоустойчивость и устойчивость к коррозии;

–органические компоненты электроники;

–массовое производство солнечных батарей на основе наноструктурированных композиционных, органических или биоимитирующих материалов;

–системы очистки воды на основе наноструктурированных активных мембран и фильтров;

–направленный дизайн новых поколений катализаторов;

– искусственные многофункциональные ткани, выращенные in vivo на биоразлагаемой основе.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Стремительное увеличение объемов информации и облегчение доступа к ней – основные факторы глобализации в XX и XXI вв.

Вэтой области ожидается:

–беспроводной Интернет, доступный для представителей среднего класса по всему миру, включая развивающиеся страны и удаленные сельские области;

–переносные компьютеры, интегрированные с индивидуальными медицинскими сенсорами, домашними приборами и т.д.;

–объемные базы данных (хотелось бы надеяться, хорошо защищенные), содержащие персональную информацию того или иного рода (истории болезней, геном);

–небольшие дешевые приборы для хранения больших объемов данных (звуковые файлы, веб-страницы);

–новые технологии поиска, способные распознавать не только текстовые фразы, но и семантические фразы, изображения, видеоролики;

23

–радиометки коммерческих товаров;

–биометрика (отпечатки пальцев, картина радужной оболочки глаза), широко распространенная в целях безопасности мест общественного пользования и компьютерных систем того или иного рода;

–широкое распространение небольших малозаметных камер слежения и сенсоров;

–компьютерные интерфейсы и системы ввода данных «hands free» (например, свет, считываемый непосредственно с радужной оболочки глаза).

Кроме того, возможно появление:

–роботов, выглядящих и передвигающихся, как живые люди;

–имплантатов, соединенных и управляемых непосредственно нервной системой человека.

Учитывая вышеизложенное, можно предположить, что в 2020 г. произойдет интеграция различных ветвей технологического развития (табл. 4).

24

Окончание табл. 4

25

Руководствуясь амбициозными планами создания к 2015 году не только самоокупаемой, но и приносящей прибыль внутренней высокотехнологичной индустрии, правительство РФ уже вложило в развитие нанотехнологий 94 млрд руб. за последние 2 года.

Таким образом, Россия не отстает от мировых лидеров: по объему государственных инвестиций в нанотехнологии Россия находится на третьем месте после США и стран Европы. Но по уровню собственного производства российским компаниям еще рано соревноваться в экономической эффективности новых технологий.

По словам эксперта по эконометрике Высшей школы экономики в Москве Леонида Гохберга, нанотехнологическими разработками в России занимается около 400 академических научных организаций и около 200 коммерческих компаний. Основной барьер к переходу теоретических разработок в технологии заключается в слабости российской научной системы, которая препятствует получению финансирования исследований и не стимулирует предпринимательскую деятельность.

При этом международные эксперты предупреждают о завышенных ожиданиях России, которые могут не оправдаться. «Россия бросает много денег и мозгов в нанотехнологии», – комментирует Ян Миль, эксперт по технологическим инновациям Манчестерского университета (Великобритания). «Но на фоне благоприятных и льготных условий, которые повсеместно создаются для развития приоритетных проектов, в том числе и в области нанотехнологий, выйти на международный рынок и занять там уверенную позицию для России будет не легко».

Мы с вами отметили, как должна развиваться мировая и российская экономика и материаловедение. Но как в реальности развивается российская экономика вообще и в материаловедении в частности? Рассмотрим это более подробно.

Сегодня Россия находится в системном кризисе, поэтому перед ней стоит задача принятия и реализации стратегии выхода из системного кризиса и дальнейшего развития. Безусловно, мир переживает кризис, прежде всего духовного производства, но одновремен-

26

но ему предстоит преодолеть демографический, энергоэкологический, продовольственный и технологический кризисы. Происходит смена технологических укладов и постепенный переход к шестому технологическому укладу, а это означает переход к новому качеству жизни в глобальном масштабе. Особенно это важно для России, которая претендует на статус великой державы, и если Россия будет по-прежнему тратить, как сейчас (рис. 10), 6–9 млрд долл., то уход ее с рынка никто и не заметит.

Рис. 10. Доля производителей высокотехнологичной продукции в мире

(Источник: Science and Engineering indicators 2008)

Российская академия наук предлагает ряд сценарных вариантов выхода из современного системного кризиса [5].

Сегодня мир переходит к шестому технологическому укладу, рассчитанному на 50–60 лет XXI в. (рис. 11) [5]. Россия в настоящее время находится на третьем, четвертом и первых этапах пятого технологического уклада. К последнему относятся главным образом предприятия высокотехнологичного военно-промышленного комплекса.

27

Что же касается рынка высокотехнологичной продукции, то уже сегодня мы можем просчитать его перспективы. Так, если соотнести мировой рынок высоких технологий (порядка 3 трлн долл.) и рынок энергетических ресурсов (700 млрд долл.), то разница будет чуть больше, чем в 4 раза. В течение ближайших лет (до 2020 г.) ожидается прогнозный рост объема рынка высокотехнологичной продукции до 10–12 трлн долл. Следовательно, если сегодня соотношение высокотехнологичного и энергосырьевого рынков 4:1, то в последующем произойдет масштабное изменение и соотношение станет 10:1. Вот почему развитые страны ориентируют свои стратегии прежде всего на освоение мировых сегментов рынка высоких технологий. Именно поэтому экономика знаний является сегодня ключевой в стратегиях, а для нашей страны это вызов времени.

Что происходит и что может произойти со структурой экономики России при разных сценарных вариантах ее развития? В своих расчетах (рис. 12) [5] брали за точку отсчета 1980 год, а не 1990-й,

Рис. 12. Динамика структуры экономики России за 1980–2030 гг. по высокопроизводственным секторам, %

29

так как он не характерный, не показательный, не лучший год. Сегодня объем производства сократился с 30 до 18 %. Кроме того, по своим показателям он находится в третьем, четвертом и лишь частично в пятом технологическом укладе. С такой экономикой никакого инновационного прорыва не осуществить, если он будет просто продекларирован политически, а на самом деле продолжена реализация сценария инерционного развития.

Каковы же будут результаты инерционного варианта развития, который сегодня реализуется? К 2030 г. структура экономики России, по экспертным оценкам, продолжит «сползать» в сторону сокращения высокотехнологичной сферы – в противоположную сторону от той экономики знаний, о которой все сегодня говорят. По мнению специалистов, с такой структурой экономики страна существовать не может. Следовательно, единственно возможный базовый вариант − вариант инновационного развития. Инновационный сценарий предполагает более сбалансированную, гармоничную структуру экономики.

Что для этого нужно делать и что такая стратегия даст? Исходя из двух сценариев, представленных на рис. 13 [5], можно констатировать, что инновационный путь действительно гармонизирует

Рис. 13. Инновационный и инерционный сценарии

30