06.10.2009

Источник: Ведомости, Михаил Ковальчук, директор РНЦ «Курчатовский институт»

Устойчивое развитие мира напрямую связано с достаточным энергетическим снабжением

Сегодня мы стали современниками ресурсного кризиса, заложенного 60 лет назад, когда человечество встало на путь активного потребления и истребления ресурсов. Технический прогресс при этом развивался линейно, путем модификации уже изобретенного.

Нанотехнологии дают шанс выхода из ресурсного коллапса. Они предполагают решение двух разных задач, которые являются и основными чертами развития научно-технической сферы сегодня. Первая - внедрение новой технологической культуры, основанной на конструировании принципиально новых материалов с заданными параметрами, с помощью атомно-молекулярного конструирования. Уже сегодня мы можем таким образом создавать разнообразные структуры и материалы с качественно новыми, улучшенными характеристиками для самых разных отраслей промышленности, качественно новые сплавы для трубопроводов, корпусов атомных реакторов, новые материалы для строительства и дорожного покрытия. Именно на основе нанотехнологий осуществляется уже сегодня во всем мире и переход от традиционных ламп накаливания к светодиодным светильникам.

Вторая задача - перейти на принципиально новые, неистощимые ресурсы и технологии, созданные по образцу живой природы, с использованием самых совершенных технологических достижений, в первую очередь в области твердотельной микроэлектроники. Но это не просто соединение одной технологии с другой, а конвергенция, взаимопроникновение знаний и технологических достижений в области изучения живой природы и человека как высшей формы ее развития. Когда-то искусственно разделив единое естествознание на специальности, отдельные науки для углубленного изучения, человечество сегодня готово снова их объединить уже на уровне новых знаний и технологических достижений. В этом состоит так называемый «запуск будущего» - конвергенция, скрещивание нано-, био-, информационных и когнитивных (НБИК) технологий, которые станут основой развития науки и технологий в XXI в.

Что же включают в себя НБИК-технологии? Нанотехнологии - это методология создания «под заказ» материала любого типа, для любого применения. Присоединяя биотехнологии, мы «подключаем» биоорганический материал и конструкции и в результате получаем гибридный материал и системы. Из них с помощью информационных технологий мы делаем интеллектуальную систему. И последняя составляющая - это когнитивные науки, изучающие процессы и механизмы сознания, познания. В будущем именно присоединение когнитивных технологий даст возможность вводить алгоритмы, которые фактически и будут «одушевлять» создаваемый нами прибор, системы.

НБИК-технологии требуют принципиально новой междисциплинарной организации научных исследований, объединения под одной крышей мощной экспериментальной, приборной, кадровой базы. В Курчатовском институте создан НБИК-центр, в рамках которого сосредоточено уже сегодня уникальное оборудование модернизированного и реконструированного курчатовского синхротронного центра, исследовательского нейтронного реактора ИР-8, зоны чистых комнат, а также самые современные приборы для междисциплинарных исследований, кстати зачастую от наших отечественных производителей. Разумеется, такая концентрация уникального оборудования, включая источники синхротронного и нейтронного излучений, служит хорошим стимулом для притока сюда молодежи, в том числе и после работы за рубежом.

Острый вопрос с подготовкой междисциплинарных специалистов нового типа. Сегодня только начинают закладываться основы обучения. Успешно работает с 2007 г. кафедра физики наносистем на физическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова. Студенты кафедры имеют возможность работать на уникальном оборудовании и в МГУ, и в Курчатовском институте. Принципиально новый наш образовательный проект - факультет нано-, био-, информационных и когнитивных технологий (ФНБИК), созданный в мае 2009 г. в МФТИ на базе факультета нанотехнологий и информатики. Учебной и научной базой ФНБИК является Курчатовский институт. Сейчас на факультете ведется разработка и реализация инновационной образовательной программы «Конвергентные нано-, био-, информационные и когнитивные технологии». Я уверен, что заложенный нами сегодня базис междисциплинарного обучения уже через несколько лет принесет свои осязаемые плоды и в науке, и в технологиях.

Научный руководитель ИНБИКСТ –
президент НИЦ "Курчатовский институт",
доктор физико-математических наук,
член-корреспондент РАН, профессор
Ковальчук Михаил Валентинович

Директор ИНБИКСТ – главный
ученый секретарь
НИЦ "Курчатовский институт",
доктор физико-математических наук
Форш Павел Анатольевич

Самые удивительные и наиболее прорывные открытия последних лет происходят на стыке разных наук – физики и медицины, информатики и биологии. Чтобы успешно проводить сложные междисциплинарные исследования, нужны специалисты нового типа.

В Институте нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий (ИНБИКСТ) на базе МФТИ и НИЦ "Курчатовский институт" впервые реализуется междисциплинарная система подготовки таких специалистов.

Кафедры института представляют собой единый образовательный комплекс, осуществляющий преподавание общеобразовательных и специальных дисциплин институтского, факультетского и базового циклов:

Кафедра НБИК-технологий;

Кафедра физики и физического материаловедения;

Кафедра математики и математических методов физики;

Кафедра информатики и вычислительных сетей;

Кафедра гуманитарных дисциплин.

Сотрудники кафедр – крупные ученые, совмещающие научную работу и преподавательскую деятельность. На факультете преподают специалисты Курчатовского института, институтов Российской академии наук, сотрудники Национального исследовательского университета МФТИ, МГУ им. М.В. Ломоносова и других ведущих вузов Москвы.

ИНБИКСТ готовит бакалавров, магистров и аспирантов в области нано-, био-, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий.

Учебный план бакалавриата включает фундаментальные общеобразовательные курсы по физике, математике, информатике, химии, биологии, блок гуманитарных дисциплин, а также ряд междисциплинарных курсов: биофизика, биохимия, методы получения и исследования наносистем, основы когнитивных наук, физика конденсированного состояния вещества.

В магистратуре студенты знакомятся с современными научными достижениями, осваивая специальные курсы междисциплинарной направленности: физика наносистем, молекулярная электроника, многоуровневое моделирование, молекулярная биология, нейрокогнитивные технологии, белковая инженерия, супрамолекулярная химия, основы биотехнологии, медицинская генетика.

Направления обучения в бакалавриате:

03.03.01 - "Прикладные математика и физика"

Направления обучения в магистратуре:

01.04.02 - "Прикладная математика и информатика"

03.04.01 - "Прикладные математика и физика"

Вступительные испытания при поступлении на первый курс:

На направление 03.03.01 вступительные испытания по математике, физике и русскому языку.

Бюджетные места в 2020 году:

По направлению 03.03.01 - 39 бюджетных мест.

Практические занятия проходят в Курчатовском комплексе НБИКС-технологий.

Научно-исследовательская база включает:

• Ресурсные центры по различным направлениям:

РЕНТГЕН (лабораторные рентгеновские методы),

НАНОЗОНД (зондовая и электронная микроскопия),

ОПТИКА (оптическая микроскопия и спектроскопия),

ЭЛЕКТРОФИЗИКА (электрофизические методы),

ПОЛИМЕР (органические и гибридные материалы),

КОГНИМЕД (ядерно-физические методы),

МОЛБИОТЕХ (молекулярная и клеточная биология),

НЕЙРОН (нейрокогнитивные исследования);

• Студенты используют возможности Курчатовского суперкомпьютера для математического моделирования физических процессов, параллельных высокопроизводительных вычислений, обработки больших массивов данных, визуализации результатов измерений и расчетов.

Исследовательско-технологические платформы Курчатовского комплекса НБИКС-технологий :

• Биомедицина. Разработка медицинских изделий, лекарственных препаратов.
• Бионическая робототехника. Создание мозго-машинных интерфейсов, гибридных сенсорных систем.
• Биорадиация. Исследование влияния излучений на живые системы.
• Геном. Разработка геномных медицинских технологий персонализированной медицины и этногенетики.
• Гибрид. Разработка гибридных материалов и систем - соединение нанобиотехнологий с микроэлектроникой.
• Дизайн лекарств. Дизайн лекарственных препаратов и их доставка.
• Изотоп. Развитие технологий ядерной медицины и получение радиофарм препаратов.
• Мозг. Синтез нейрофизиологии, когнитивных и социогуманитарных наук.
• Сверхпроводимость. Разработка физико-технологических основ создания многослойных сверхпроводников.
• Синхротронно-нейтронная диагностика. Диагностика материалов и систем с использованием синхротронного и нейтронного излучений.
• Суперкомп. Многоуровневое компьютерное моделирование и конструирование.
• Энерготех. Разработка переспективных энерготехнологий: генерация и потребление.

НИЦ "Курчатовский институт" регулярно проводит конкурсы на получение стипендий имени И.В. Курчатова для молодых ученых и имени А.П. Александрова для студентов, обучающихся по очной форме в базовых образовательных структурах Центра. Ежегодно проводится Конкурс на соискание премии имени И.В. Курчатова в номинациях "Работы молодых научных сотрудников и инженеров-исследователей" и "Студенческие работы". Предварительный отбор работ производится базовыми кафедрами.

Место учебы:

• г. Москва, ул. Максимова, д. 4 (м. Щукинская)
• г. Москва, пл. Академика Курчатова д. 1, НИЦ "Курчатовcкий институт" (м. Октябрьское поле, м. Щукинская)
• г. Долгопрудный - МФТИ

1

В статье рассматриваются история, современность и перспективы развития NBIC-технологий на фоне диалектического взаимодействия социально-исторического развития общества с состоянием науки и технологий. С опорой на наиболее фундаментальные концепции вполне аргументированно выделяются основные периоды активизации и спада конвергентных процессов в науке. При учете особенностей и высокой рискогенности исследуемых явлений, подчеркивается необходимость включения в NBIC-образование социальных технологий. Современный этап развития технологической конвергенции в мировом масштабе можно характеризовать по активизации и направленности форсайтинговой деятельности различных стран, а также по уровню финансирования тех или иных проектов. По материалам открытого доступа в работе прослеживаются приоритеты при финансировании некоторых NBIC-проектов США. Определяются перспективы и место России в мировом рейтинге промышленно развитых стран, развивающих и использующих NBIC-технологии. Предлагаются меры по совершенствованию российских институциональных реформ.

инновационная активность

синергия

NBIC-технологии

технологическая конвергенция

Конвергентные науки

1. Анохин К.В. Мозго-машинные интерфейсы: лекция от 16 апреля 2009 г. [Электронный ресурс] / К.В. Анохин. – http://www.youtube.com/playlist? list=PLS18gQnIovXuRGSa-87gh TV3lHUmIH1Dk (дата обращения: 26.05.2014).

2. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста / В.И. Вернадский. – М.: Наука, 1988. – 520 с.

3. Дубровский Д.И. Субъективная реальность, мозг и развитие НБИК-конвергенции: эпистемологические проблемы // Эпистемология вчера и сегодня. – М.: ИФ РАН, 2010. – С. 69-82.

4. Казанцев А.К. NBIC-технологии. Инновационная цивилизация ХХI века / А.К. Казанцев, В. Н. Киселев, Д. А. Рубвальтер, О. В. Руденский. – М.: Инфра-М, 2014. – 384 с.

5. Ковальчук М.В. Конвергенция науки и технологий – новый этап научно-технического развития /М.В. Ковальчук, О.С. Нарайкин, Е.Б. Яцишина // Вопросы философии. – 2013. – № 3. – С. 3-11.

6. Лекторский В.А. Рациональность, социальные технологии и судьба человека / В.А. Лекторский // Эпистемология и философские науки. – 2011. – Т. XXIX, № 3. – C. 35-48.

7. Степин В.С. История и философия науки / В.С. Степин. – М.: АП; Трикста, 2011. – 423 с.

8. Хакен Г. Самоорганизующееся общество / Г. Хакен // Будущее России в зеркале синергетики: под ред. Г.Г. Малинецкого. – М.: КомКнига, 2006. – С. 194-208.

9. Research, Development, Test and Evaluation, Defense-Wide. Vol. 1 – Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Unclassified Department of Defense Fiscal Year (FY) 2006/FY 2007 Budget Estimates February 2005. – 426 p.

10. Roco M. Converging Technologies for Improving Human Performance: Nanotechnologu, Biotechnologu, Information Technologu and Cognitive Science / M. Roco, W. Bainbridge. – Dordrecht, The Netherland: Kluwer Academic Publishers, 2003. – 482 p.

Знания и технологии как элементы общественной культуры прошли определенные стадии становления и развития. В современной теории существует целый ряд концепций взаимодействия развития общества, науки и технологий. Наиболее фундаментальными и наилучшим образом коррелирующими друг с другом нам представляются концепции: постиндустриального общества (Д. Белл), периодизации развития науки (В.С. Степин), способов соединения человека и техники (Г.Н. Волков). Опираясь на указанные концепции, проведём анализ периодов активизации и спада конвергентных процессов в науке.

Известно, что первые научные знания и технологии зарождались еще в цивилизациях Древнего Востока. Так, в Египте, Вавилоне, Индии, Китае были сформированы богатейшие конкретные знания в астрономии, математике, медицине и многих других областях. Однако в силу особенностей этого типа цивилизаций знания считались идущими от бога и передавались по наследству чаще внутри касты жрецов, от старшего к младшему. Использовались накопленные знания и технологии исключительно для практических целей. Поэтому в исследованиях специалистов по древневосточным цивилизациям не приводятся подтверждения их фундаментальности или теоретической обоснованности, что позволило историкам и науковедам говорить об отсутствии подлинной науки на Древнем Востоке.

Традиционно науку принято считать феноменом западного мира, а родоначальницей ее - Древнюю Грецию, поскольку именно здесь возникла наука со своим предметом и методами. Первыми научными программами античности стали математическая программа Пифагора, атомизм Левкиппа - Демокрита и континуальная программа Аристотеля. Для нашего исследования важно то, что во всех этих программах мир рассматривался как целостное, естественно возникшее образование, имеющее причины в себе самом, а первые ученые занимались философским осмыслением всего мироздания, воспринимая окружающую природу и себя как единое целое. Поэтому есть все основания полагать, что истоки конвергенции идут именно оттуда.

В вышеуказанных концепциях эпохи Античности и Средневековья характеризуются как общества доиндустриального типа, в которых господствовал ручной материальный способ производства, а наука развивалась недифференцированно.

Кардинальный перелом в развитии общества, а вместе с ним науки и техники связан с переходом к эпохе Возрождения (XIV-XVI вв.). Стремительное развитие и последовавшая за ними дифференциация привели к созданию узкоотраслевых технологий и форм организации промышленности. Со временем именно этот процесс стал основной причиной противоречий между техносферой, созданной человеком, и природной средой, серьезное осмысление которых в науке и обществе началось только с конца XIX - начала XX века.

В периодизации исторического развития науки В.С. Степина это осмысление ассоциируется с понятием «неклассическая наука». Именно неклассическое понимание позволило обнаружить, что между разумом и познаваемым миром в качестве «посредника» выступает человек, который определяет, какими способами и средствами человеческое мышление постигает мир. Причем в процессе деятельности эти способы и средства также развиваются. «Разум предстает не как дистанцированный от мира, чистый разум, а как включенный в мир, обусловленный состояниями социальной жизни, развивающийся вместе с развитием деятельности, формированием ее новых видов, целей и средств» . Эту стадию общественного и научного развития можно охарактеризовать как подготовительный этап к непосредственному проявлению конвергенции наук в современном её осознании

Характеризуя этот период, М.В. Ковальчук отмечает: «Несмотря на то, что количество новых научных направлений продолжало увеличиваться, усиливался процесс дифференциации наук, наблюдается и противоположное движение - возникновение и развитие «пограничных наук»: биохимии, биофизики, физической химии, биогеохимии и т.д. Одновременно с процессом дифференциации начал развиваться и процесс интеграции наук, объединение их (и их методов), стирание граней между ними» . Именно о таком развитии науки писал и В.И. Вернадский: «Дело в том, что рост научного знания XX века быстро стирает грани между отдельными науками. Мы все больше специализируемся не по наукам, а по проблемам. Это позволяет, с одной стороны, чрезвычайно углубляться в изучаемое явление, а с другой - расширять охват его со всех точек зрения» . Вместе с тем продолжающееся ускорение научно-технического прогресса, создание новых видов вооружения, опасное загрязнение окружающей среды, серьезные нарушения в экосистеме планеты, другие факты, связанные с неблагоприятными последствиями бесконтрольного использования научно-технических достижений, поколебали веру в безоговорочную полезность результатов науки. К этому добавилась нарастающая критика со стороны философов, культурологов, деятелей литературы и искусства, указывающих на дегуманизацию человека, его разрыв с природой. В результате к концу XX - началу XXI века сложились новые предпосылки формирования единой научной картины мира, основанные на трех основных сферах бытия: неживой природе , органическом мире и социальной жизни .

Итак, сама природа и жизнь ставят перед человечеством все новые и новые задачи, меняя тем самым все окружающее бытие и самого человека. С этих позиций развитие конвергентных технологий можно рассматривать как своеобразный ответ на вызов, предъявленный науке современным обществом. Действительно, конвергенция и синергия высоких технологий призваны помочь человечеству в смягчении последствий глобальных кризисов, дать дополнительные возможности в решении энергетических, экологических, демографических и целого ряда других проблем. Вот почему они становятся сегодня своеобразным ядром, вокруг которого структурируются научные, технологические, экономические, образовательные, социальные и этические проекты.

Рождение технологической конвергенции в современном ее понимании связывается с развитием информационно-коммуникационных технологий. Сначала парадигма развития компьютеров была направлена на сбор, обобщение и анализ информации, а с 1990-х годов - на слияние с коммуникационными и медийными технологиями. В результате «произошёл процесс технологической конвергенции: с компьютером постепенно совместились коммуникационные и медийные технологии. Можно сказать, что это был первый, ещё «эмбриональный» этап конвергенции высоких технологий» .

Здесь следует обратить внимание на то, что обычно под конвергенцией (от лат. convergo - приближаюсь, схожусь), как правило, понимается процесс междисциплинарного сближения или схождения в различных областях естественных и гуманитарных наук, однако конвергентное сходство во всех этих случаях никогда не бывает абсолютным. Технологическая конвергенция, о которой начали говорить в конце XX - начале XXI века, имеет особые характеристики и означает такое взаимопроникновение, при котором границы между отдельными технологиями стираются, а конечный продукт появляются на стыке различных областей науки и технологий. Именно такое взаимовлияние было замечено исследователями и положено в основу NBIC-конвергенции, построенной по принципу синергетической комбинации четырех научно-технологических областей (N - нано; B - био; I - инфо; C - когнито), развивающихся быстрыми темпами.

В 2002 г. американскими учеными М. Роко и У. Бейнбриджем из Национального научного фонда (NSF) США в отчете, подготовленном в рамках Всемирного центра оценки технологий (WTEC), впервые используется термин «NBIC-конвергенция». Здесь же эксперты раскрывают особенности новой технологии, обстоятельно анализируют ее роль в общем развитии мировой цивилизации, оценивают эволюционные и культурообразующие возможности. В целом содержание отчета подводит к переосмыслению многих фундаментальных понятий, таких, как жизнь, человек, природа, разум .

Действительно, развитие био- и нанотехнологий способно стереть грань между живым и неживым. Уже сегодня живые существа создаются искусственно, с помощью генной инженерии. Эти процессы, кроме расширения границ человеческих возможностей, неизбежно меняют наши представления о рождении и смерти. Постепенно трансформируются представления и о различиях между системами, одна из которых обладает разумом и волей, а другая искусственно запрограммирована. Современная нейрофизиология позволила установить, что, по крайней мере, некоторые человеческие способности носят локализованный характер и могут быть включены или выключены в результате повреждений определенных участков мозга.

Член-корреспондент РАН, руководитель отдела нейронаук Курчатовского НБИК Центра К.В. Анохин в цикле лекций широкого доступа демонстрирует новейшие разработки по регистрации мыслительных процессов в мозге человека и животных. Он положительно отвечает на такие вопросы, как: Возможно ли декодирование мыслей человека ? Возможно ли мысленное управление машинами и компьютерами ? Возможна ли передача мысленных сигналов от мозга к мозгу ? Результатом проведенных исследований должны стать устройства, способные декодировать мысли и передавать их как сигналы машинам или другому мозгу. То есть помимо того, что наука о мозге находится в преддверии расшифровки механизмов мышления, идет активная работа по созданию принципиально новых каналов прямой коммуникации .

В этой связи уместно заметить, что, какими бы удивительными, невероятными и даже фантастическими ни казались нам последствия внедрения NBIC-конвергенции, человечество должно понять, что этот процесс неизбежен. А нам остается только одно - не отстраняться от связанных с ним достижений и рисков, а своевременно, терпеливо и последовательно заниматься их осмыслением и адекватным сопровождением.

В ходе взаимодействия NBIC-технологий параллельно с процессом конвергенции осуществляется другой не менее важный синергетический процесс. Развитием синергетических подходов к анализу и прогнозированию общественных процессов занимаются в школах: Г. Хакена (Германия), И. Пригожина (Бельгия), С.П. Курдюмова (Россия). Несмотря на определенные различия, все эти школы, на наш взгляд, сходятся в главном, и это главное выразил Г. Хакен: «То, что мы будем делать в будущем, будет определяться не столько высоким уровнем развития техники, сколько социологическими конструкциями, в особенности нахождением консенсуса в социальном плане» .

Современный этап развития знаний и технологий в промышленно развитых странах характеризуется активизацией NBIC-процессов. Уже сейчас с помощью NBIC-технологий успешно реализуются многие проекты, направленные на решение проблем в медицине, сельском хозяйстве, строительстве, тяжелой и легкой промышленности. Одновременно с этим международные эксперты высказывают глубокую озабоченность возможными последствиями внедрения этих технологий в силу их высокой рискогенности. Поэтому совсем неслучайно Д.И. Дубровский, рассматривая воздействие NBIC-образования на социальную сферу, осознал «необходимость включения в него пятого компонента - социальных технологий » (выделено автором) с вытекающими отсюда основаниями говорить о NBICS-конвергенции. Создание в 2009 году в Курчатовском институте Центра NBICS-технологий он характеризует как первый опыт институционализации социогуманитарных наук и технологий в системе конвергентных мегатехнологий и называет его «знамением нового этапа их развития в мировом масштабе» .

Аналогичных взглядов придерживается и В.А. Лекторский, утверждая, что «социальные технологии (во взаимодействии с нано-, био-, инфо-, когнитивными технологиями) - знамение нашего времени. Без них современное общество невозможно». Правда, ниже автор как бы предупреждает читателя: «Но нельзя забывать о том, что неотъемлемые качества человека, без которых он невозможен, такие, как стремление к свободе, творчеству, любви, диалогические отношения с другими, заботливость и др., в принципе не технологизируемы. Если мы попытаемся технологически на них воздействовать, управлять ими, мы уничтожим самого человека» .

Обращаясь к современной мировой практике, заметим, что первой страной, проявившей активный интерес к развитию конвергентных наук и технологий, стали США, которым на фоне событий 11 сентября 2001 г. остро потребовались принципиально новые разработки для борьбы с международным терроризмом. Далее, по мере оценки возможностей NBIC-технологий, возникла идея получения инновационной продукции и услуг для современного глобального рынка. Сегодня правительство США имеет намерения занять лидирующие позиции в этом направлении. При этом считается, что технологическая конвергенция может быть достигнута не обязательно на уровне четырех NBIC-технологий. Допустимыми считаются варианты двойной или тройной конвергенции этих технологий. Этот принцип положен в основу стратегического подхода при разработке национальной научно-технологической и инновационной политики на короткую и долгосрочную перспективу.

В качестве примера приведем анализ проектов DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) при министерстве обороны США, опирающихся на использование NBIC-конвергенции. Так, в соответствии с материалами открытого доступа , первые три проекта (CCS-02, ES-01, MS-01) относятся к базовым исследованиям и ориентированы на обеспечение национальной безопасности: на разработку новых интерфейсов «человек-компьютер»; на автоматизированную идентификацию речи; на снижающие себестоимости затрат на информационные процессы; на разработку спин-транзисторов и спин-диодов, представляющих собой новый класс памяти для компьютеров и т.п.

Следующие три проекта (COG-01, COG-02, COG-03) относятся к прикладным исследованиям в области когнитивных наук, опираются на использование NBIC-технологий и направлены на создание: «Коллективных когнитивных систем и интерфейсов», повышающих эффективность взаимодействия между солдатом и командиром непосредственно на поле боя; интегральных когнитивных систем, способных оказывать помощь не только военному командованию, но и разработчикам военной политики, «Биокогнитивная программа» и многие другие.

Из таблицы 1, подготовленной по материалам открытого доступа , видно, как осуществлялось финансирование научно-исследовательских разработок по базовым проектам и прикладным когнитивным исследованиям DARPA в 2005-2011 гг.

Таблица 1

Финансирование научно-исследовательских проектов DARPA в млн долл. США

Финансирование исследований по годам
исследования, проекты: CCS-02;
Прикладные когнитивные исследования, NBIC-проекты: COG-01;

Из представленных данных следует, что с 2006 года существенно возросло и ежегодно продолжает увеличиваться финансирование проектов, относящихся к прикладным когнитивным исследованиям с использованием NBIC-технологий, что само по себе свидетельствует о вполне определенных приоритетах и тенденциях развития государства.

Кроме того, следует заметить, что современный этап развития и внедрения NBIC-технологий во всем мире характеризуется активизацией форсайтинговой деятельности.

В России начало практического формирования конвергентных наук и технологий, как уже отмечалось выше, исследователи связывают с созданием в 2009 году в рамках направления «Индустрия наносистем» Курчатовского НБИКС-центра, ориентированного на междисциплинарные исследования и разработки. Между тем каждая из четырех (нано-, био-, инфо-, когнито-) наук и технологий имеет богатую историю отечественного развития, ибо «прорывы» во многих отраслях были достигнуты непосредственно в научных лабораториях России либо российскими учеными в лабораториях западных стран. Пока же в мировом сообществе государств, заинтересованных в развитии прорывных технологий, Россия занимает положение догоняющей страны. Однако в последние годы процесс NBIC-конвергенции значительно активизировался. Для большей эффективности проводимых институциональных реформ, на наш взгляд, целесообразно создание специализированных структур, занимающийся: 1) анализом мировых тенденций в области разработки и использования NBIC-технологий; 2) организацией авторитетных и независимых экспертиз экономически затратных наукоёмких инновационных проектов; 3) развитием инновационной активности и прозрачности экономики и бизнеса.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда в рамках проекта №14-38-00047 «Прогнозирование и управление социальными рисками развития техногенных человекомерных систем в динамике процессов трансформации среды обитания человека».

Рецензенты:

Бабинцев В.П., д.соц.н., профессор, зав. кафедрой социальных технологий НИУ «БелГУ», г. Белгород.

Шаповалова И.С., д.соц.н., профессор, зав кафедрой социологии и организации работы с молодежью НИУ «БелГУ», г. Белгород.

Библиографическая ссылка

Аматова Н.Е. РАЗВИТИЕ И ВНЕДРЕНИЕ NBIC-ТЕХНОЛОГИЙ: ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15075 (дата обращения: 14.12.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

На данный момент научно-технический прогресс резко ускорился и мы в состоянии наблюдать целые волны открытий, которые накладываются друг на друга во времени. С 80-х началась научно-техническая революция в области информационных технологий и коммуникаций, за ней последовал взрыв открытий в области биотехнологий, а в последнее время все говорят о начале революции в сфере нанотехнологий. В последнем десятилетии также активно развивалась когнитивная наука.

Крайний интерес вызывает взаимное влияние всех этих наук друг на друга. Такое явление получило собственное название - NBIC-конвергенция (по первым буквам областей: N -нано; B -био; I -инфо; C -когно). Ввели в обращение его Уильям Бенбридж и Михаил Роко, которые написали очень значительный отчет Converging Technologies for Improving Human Performance в 2002 году. В отчете указывалась важность и особенность NBIC-конвергенции, ее значение в развитии цивилизации и формировании современной культуры. Из четырех описываемых областей (нано-, био-, инфо-, когно-) наиболее развитая (информационно-коммуникационные технологии), которая используется во всех других областях. В частности, для моделирования различных процессов. Биотехнология широко применяется в нанотехнологиях и когнитивной науке, и развитии компьютерных технологий.

Взаимодействие нано- и биотехнологий является двусторонним. Биологические системы дали ряд инструментов для строительства наноструктур (например, созданы особые последовательности ДНК, которые заставляют синтезированную молекулу ДНК сворачиваться в двумерные и трехмерные структуры любой конфигурации).

Нанотехнологии приведут к возникновению и развитию новой отрасли, наномедицины: комплекса технологий, позволяющих управлять биологическими процессами на молекулярном уровне.

В целом же взаимосвязь нано- и био- областей науки и технологии носит фундаментальный характер. При рассмотрении живых (биологических) структур на молекулярном уровне становится очевидной их химическая природа, и можно сказать, что на микроуровне различие между живым и неживым не очевидно.

Нанотехнологии и когнитивная наука наиболее далеко отстоят друг от друга, поскольку на данном этапе развития науки возможности для взаимодействия между ними ограничены, кроме того, эти области начали активно развиваться позже других. Но из просматриваемых сейчас перспектив, прежде всего, следует выделить использование наноинструментов для изучения мозга, а также - его компьютерного моделирования. Существующие внешние методы сканирования мозга не обеспечивают достаточной глубины и разрешения. Безусловно, существует огромный потенциал для улучшения их характеристик, но разрабатываемые во многих ведущих лабораториях роботы размером до 100 нм (нанороботы) представляются наиболее технически простым путем изучения деятельности отдельных нейронов и даже их внутриклеточных структур. Когнитивная наука станет базой для усовершенствования мыслительной деятельности мозга, причем для этого будут применяться нанотехнология, биотехнология, инфотехнологии. Особое значение сыграют нанотехнологии. Манипулирование атомами позволит произвести нанореволюцию как в производстве, так и в обществе.

Принимая во внимание взаимосвязи, а также в целом междисциплинарный характер современной науки, можно даже говорить об ожидаемом в перспективе слиянии NBIC областей в единую научно-технологическую область знания.

Такая область будет включать в предмет своего изучения и действия почти все уровни организации материи: от молекулярной природы вещества (нано), до природы жизни (био), природы разума (когно) и процессов информационного обмена (инфо). Как отмечает Дж. Хорган, в контексте истории науки, возникновение такой мета-области знания будет означать «начало конца» науки, приближение к ее завершающим этапам.

В целом, можно говорить о том, что развивающийся на наших глазах феномен NBIC -конвергенции представляет собой радикально новый этап научно-технического прогресса. По своим возможным последствиям NBIC -конвергенция является важнейшим эволюционно-определяющим фактором и знаменует собой начало трансгуманистических преобразований, когда сама по себе эволюция человека, надо полагать, перейдет под его собственный разумный контроль. Особенностями NBIC-конвергенции являются: 1) интенсивное взаимодействие между научными и технологическими областями; 2) широта рассмотрения и влияния - от атомарного уровня материи до разумных систем; 3) технологическая перспектива роста возможностей развития человека.

4) – значительный синергетический эффект;

В результате конвергенции уже возникли новые направления: наномедицина, нанолекарства, нанобиология, нанообщество. Возникла также когнитивная наука (или когнитология) - это новая наука о разуме человека. Она объединяет в себе достижения когнитивной психологии, педагогики, исследований в сфере искусственного интеллекта, нейробиологии,нейропсихологии, нейрофизиологии, лингвистики, математической логики, неврологии, философии, и других наук. Следует подчеркнуть, что когнитология сейчас конвергирует, подобно инфотехнологии, во многие другие науки

NBIC-технологии

и направления их развития в США

А.В. Фролов

к. э. н., доцент кафедры мировой экономики экономического факультета

МГУ им. М.В. Ломоносова [email protected], [email protected]

Определяется роль радикальных инноваций как основы дальнейшего развития национальной инновационной системы США. Показана роль государственно-частного партнерства в активизации NBIC-инноваций (нано, био, новых информационных и когнитивных технологий, новой энергетики) и форм их конвергенции. Выделены такие направления активизации развития радикальных инноваций в США как NBIC-Инициативы, STEM-образование, создание Национальной Сети инновационных институтов (Биоэкономики и аддитивных технологий).

Ключевые слова: радикальные инновации, NBIC-революция, конвергенция NBIC-технологий, инновационные инициативы правительства США.

В числе факторов, определяющих современное развитие мировой экономики и экономики США, в частности, называются: экономический кризис 2008-09 гг., инновационный кризис, реформирование национальных инновационных систем (НИС). Как анализировать эти процессы, объяснить логику их взаимосвязи?

Из всего многообразия подходов к анализу кризисных и после кризисных процессов в мировой экономике особого внимания заслуживает теория длинных циклов конъюнктуры Н.Д. Кондратьева и последующие ее разработки в рамках «технологической» теории экономического развития, сторонниками которой были Й. Шумпетер, Г. Менш, С. Кузнец, К. Фримен, П. Ромер, Д. Ютти и др. .

Существенным вкладом в развитие инновационной теории можно считать разработку российскими экономистами концепции технологических укладов как группы технологических совокупностей, функционирующих на основе сходных научно-технических принципов. Понятие технологического уклада введено в научный оборот С.Ю. Глазьевым .

Смена циклов определяется в экономической литературе по-разному: как смена технологических укладов, как смена технологических парадигм (систем) - К. Фримен, как переход от одного технологического пата к другому (Г. Менш) или от одной инновационной паузы к другой (В. Полтерович).

На основе теории длинных конъюнктурных волн Й. Шумпетер обосновал возможность вывода производственной системы из кризиса, связанную не с ростом масштабов деятельности, с сокращением издержек или ростом цены на прежнюю продукцию, а с изменением в хозяйственном процессе за счет создания и внедрения инноваций. Й. Шумпетер рассматривал инновацию именно как средство преодоления экономических кризисов.

Но первопричиной поворотных точек в долговременном развитии, служат не просто инновации, а ра-

дикальные инновации, которые являются основным критерием формирования приоритетных направлений технологического развития, и которые в конечном итоге определяют направленность структурных сдвигов и экономический подъем.

Основываясь на выводах этих теорий, многие экономисты сходятся во мнении, что особенностью кризиса 2008-09 гг. в США является наложение экономического и инновационного кризисов, вызванных необходимостью смены технологических укладов (ТУ) , и требующих как масштабной структурной перестройки экономики в целом, так и реформирования национальной инновационной системы США.

Установившийся технологический уровень производства постепенно исчерпывает себя и на определенном этапе требует радикальных нововведений (на понижательной волне больших К-циклов), что становится «спусковым крючком» для формирования «кластеров базисных инноваций», которые, в свою очередь, формируют новый «технологический уклад» общественного производства.

В исследованиях ведущих специалистов утверждается, что доминирующий в структуре экономики наиболее развитых стран пятый ТУ близок к пределам своего роста, завершающей фазе своего жизненного цикла, и в основном исчерпал свои возможности как опоры экономического роста. При этом одновременно формируется воспроизводственная система новейшего, шестого ТУ, становление и рост которого ^ будет определять глобальное экономическое развитие ^ в ближайшие три-четыре десятилетия. В результате, выдвигаются разнообразные подходы, в том числе и ^ упомянутая выше гипотеза об инновационной паузе, ^ которые объясняют основные причины, особенности ^ и механизмы нынешнего кризиса и позволяют наметить контуры стратегии перехода на новую длинную < волну экономического роста . §

Основной вывод, к которому приходят исследо- ЗС ватели, заключается в том, что предпосылкой выхо- ^

да из кризиса является масштабное генерирование, внедрение и коммерциализация технологических нововведений (радикальных технологий, технологий широкого применения, базисных технологий или фундаментальных инноваций) ядра шестого ТУ и формирование на данной основе воспроизводственного контура нового технологического уклада в мировой экономике. Такие нововведения применимы во многих секторах экономики, способны сочетаться с другими технологиями, существенно повышая их эффективность, принципиально меняют технологическую структуру и воспроизводственные возможности экономики, препятствуя убыванию отдачи факторов производства и тем самым поддерживая экономический рост.

Понятие «радикальные инновации» не является однозначным в современной экономической литературе, кроме него используются самые разные понятия для характеристики инноваций, определяющих смену ТУ: технологии широкого применения (ТШП), радикальные, базисные и революционные инновации, прорывные инновации, ключевые и фундаментальные инновации, подрывные и подлинные инновации, знаковые и инновации новой волны.

Й. Шумпетер показал, что в ходе динамического процесса инновации продвигают экономическое развитие, в котором новые технологии заменяют старые, назвав этот процесс «творческим разрушением». Он использовал термины «радикальные» и «инкрементальные» инновации. С точки зрения Шумпетера, радикальные инновации порождают масштабные революционные изменения, тогда как улучшающие, инкрементальные инновации постепенно продвигают вперед процесс изменений . Й. Шумпетер придерживался точки зрения, что радикальные инновации определяют новое качество технологического фундамента системы и генерируют импульсы структурных изменений всей модели общественного развития.

В 1990-х гг. американские ученые из Массачусет-ского технологического института (MIT) и Harvard University развили и обогатили понятия инкрементальных и радикальных инноваций концепцией так называемых «архитектурных» и «модулированных» инноваций. Они пришли к выводу, что существуют более разнообразные и неоднозначные комбинации элементов технологий (архитектуры), измененных (или

неизменных) элементов этой архитектуры, которые в реальности очень существенно влияют на конкурентоспособность компаний и целых отраслей. Ниже приводится предложенная ими модель (схема 1).

Если придерживаться данного подхода, то выход из кризиса 2008-09 гг. связан с радикальными инновациями. Как видно из схемы, они наиболее кардинально обновляют как сами элементы технологий, так и связи между этими элементами в рамках системы технологических концепций (то есть максимально революционны и «деструктивны» по всем параметрам данной матрицы). Все остальные виды инноваций лишь позволяют выживать в условиях завершения уходящего в прошлое технологического уклада. Для отдельных корпораций и это немало, ведь новых, более перспективных форм бизнеса пока нет. Разумеется, только архитектурные и/или модулированные инновации в условиях смены ТУ не смогут обеспечить всей экономике стабильного роста должного масштаба.

Каждое из вышеперечисленных понятий инноваций по-своему удачно обращает внимание на фактически одно явление - смену технологических укладов или экономических циклов, глубину вносимых изменений в экономическую систему. Поэтому могут рассматриваться как однотипные, взаимозаменяю-щие понятия.

Часто применяемые термины «подрывные», «прорывные» инновации выделяются по иному критерию. Эти понятия характеризуют степень экономической выгоды от радикальности инновационных продуктов на рынке. Такой подход важен для корпораций, отдельных отраслей, а также для государственных органов США, отвечающих за стимулирование производства наукоемкой продукции, ее экспорта и поддержания глобальной конкурентоспособности экономики США.

С этих позиций, появление на рынке революционных инноваций сильно отличается от внесения текущих изменений. Конечно, постоянные улучшения продукта необходимы, но такие незначительные (тю-нинговые) изменения не обеспечивают завоевания новых рынков. Не гарантируют они и выживания компаний и отраслей. В книге 1997 г. «Дилемма ин-новатора» (The Innovator"s Dilemma) американский экономист К. Кристенсен выделяет «поддерживаю-

Связи между ключевыми технологическими концепциями и компонентами

Ключевые концепции технологий

Усиленные Перестроенные

Неизменные Инкрементальные инновации Модулированные (измененные) инновации

Измененные Архитектурные инновации Радикальные инновации

Схема 1. Модель Хендерсона-Кларка

Источник: Henderson R.M., Clark K.B. Architectural Innovation: The Reconfiguration of Existing Product Technologies and the Failure of Established Firms .

щие» технологии, которые улучшают существующий продукт, и «подрывные» технологии, которые поначалу характеризуются худшей отдачей. С его точки зрения даже наиболее сложные поддерживающие технологии редко увеличивают конкурентоспособность компании на рынке. Смена лидеров в какой-нибудь области промышленности происходит тогда, когда, подчас, никому не известная компания поставляет на рынок принципиально новую «подрывную» технологию .

В книге 2003 г. «Инновационные решения» («The Innovator"s Solution»), К.Кристенсен продолжил развитие своей теории, но переформулировал центральную концепцию подрывных технологий в концепцию подрывных инноваций, чтобы отразить тот факт, что не технологии сами по себе, а их применение оказывает подрывное воздействие .

Помимо того, что они вытесняют с рынка уже существующие продукты, «подрывные» технологии обладают свойствами, которые привлекают множество новых клиентов: они обычно дешевле, проще в использовании и поэтому популярнее. Транзистор был такой «подрывной» технологией для индустрии вакуумных трубок в 50-х годах, а американская организация охраны здоровья вытеснила с рынка американскую же компанию, занимавшуюся медицинским страхованием в 90-х. Самой же подрывной технологией, без сомнения, является персональный компьютер. Рассматривавшийся вначале лишь как игрушка, он легко захватил рынок, потеснив даже позиции самой IBM. В самое ближайшее время ожидаются промышленные инновации в области роботостроения и космических технологий.

Термины подрывные и поддерживающие инновации, в силу иного критерия их выделения, характеризуют смену технологических укладов или экономических циклов, глубину вносимых изменений в экономическую систему лишь частично. И в данном случае не могут рассматриваться как системно обобщающие категории.

Из всего списка терминов и комбинаций их соединения при описании экономических кризисов и НИС, выработке инновационной политики США наиболее удачным является понятие радикальных инноваций. Этот термин помогает усилить акценты и лучше подчеркнуть смысл процессов, которые он характеризует. Он помогает:

Более определенно указать на смену всего технологического уклада, призванного в итоге привести к новой длительной восходящей волне экономического роста;

Всесторонне подчеркнуть неизбежную потребность в революционных технологических и соответствующих революционных рыночных из-

менениях, создании новых рынков и отраслей, развитии новых кластеров инноваций;

Лучше отметить фундаментальные отличия новых инноваций от эволюционных улучшений существующих продуктов, процессов и услуг;

Более акцентировано показать, что прогресс в развитии инноваций сопровождается социальными и институциональными изменениями.

Представление о развитии инноваций как внутреннем для экономики процессе, процессе возникновения радикальных инноваций, постепенного исчерпания возможностей старых инноваций и их смены - определяет общий подход к объяснению глубокой причины экономического кризиса 200809 гг. Инновационный кризис США, связанный со старением инноваций 5-го уклада, создал предпосылки глубокого экономического кризиса. Пятая промышленная революция, начавшаяся в Америке в конце 80-х гг., будет продолжаться не более 20-30 лет и США сейчас находятся на стадии спада инновационной волны.

Экономика США, как и мировая экономика в целом, вступает в фазу спада или рецессии, т. е. находится на понижательной волне пятого большого Кондратьевского цикла. Налицо наличие огромного перенакопления капитала, которое проявляется в беспрецедентном росте спекуляций на фондовом рынке, ипотечном кризисе, увеличении бюджетного дефицита в США. Все это проявления одного и того же процесса - вхождения мировой экономики в фазу спада, за которой, по прогнозам экспертов, после 2012-2015 гг. последует фаза депрессии.

На этом этапе, если следовать исключительно законам рынка, внедряются только «псевдоинновации». Ожидать новых технологий в готовой рыночной форме на этом этапе инновационного развития невозможно, если не использовать нерыночные формы стимулирования радикальных инноваций: инновационную политику, механизм НИС.

Учитывая эндогенные закономерности технологического развития, тенденции развития инноваций, именно сейчас важно активизировать усилия НИС по разработке и внедрению на рынок новых технологий. Когда же наступит шестой ТУ, США могут потерять свое лидерство в новых отраслях по причине того, что американская НИС не проявила должной активности для подготовки нового «рывка». Большинство радикальных инноваций сегодня могут быть запущены и за границами США (Азия, Европа, другие новые центры мировой экономики). К этому уже сформировались достаточные предпосылки.

Инновации 5 технологического уклада (компьютерные и Интернет технологии, прежде всего) зародились в США, распространились в остальном мире и первыми начали терять свою экономическую эффективность именно в США. Не случайно США, как наиболее инновационная и, одновременно, крупная, комплексная, самодостаточная экономика, стали

раньше других заботиться о радикальных инновациях. Так, Наноинициатива в США реализуется не менее 10-15 лет (с 2001 г. официально). Аналогична забота о новой энергетике и иных радикальных инновациях.

Радикальные изменения, лежащие в основе формирующегося шестого ТУ, будут обладать высоким потенциалом рыночного проникновения. Но к этому надо заранее готовиться в рамках всей НИС. Внедрение радикальных инноваций, как первым показал Й. Шумпетер, обеспечит предпринимателям дополнительную прибыль. Но в современном глобальном мире нет никаких гарантий, что эта прибыль будет получена именно американскими корпорациями. Компании других стран уже составляют конкуренцию и все чаще лидируют в новых отраслях. В на-нотехнологиях активны, например, Германия и Франция. Так, в 2007 г. на использование нанотех-нологий в автомобилестроении получили патенты: США - 100; Германия - 70, Япония - 35, Англия - 10 патентов . В биотехнологиях все сильнее лидерство таких стран Азии как Сингапур, Южная Корея, Гонконг и Китай; информационные технологии все активнее развиваются в Индии, Финляндии и ряде других стран Азии и Европы. НИС США может оказаться в «хвосте» НИС других стран, и эта тенденция уже начинает реализовываться в глобальном масштабе.

Развитие предыдущих радикальных инноваций, прежде всего информационных технологий, привело к заметным структурным изменениям в национальных экономиках и глобальной экономике. Так, новые виды Интернет-услуг динамично проникли в сферу бизнеса (e-business), финансов (e-finance), дистанционного образования (e-leaming), государственного управления (e-government), средств массовой информации (е-media). Сменилось уже несколько поколений американцев - «generation tech», привыкших жить и работать «в режиме онлайн». И сейчас среди ближайших задач США в инновационной сфере президент Б. Обама называет освоение широкополосного Интернета, снижение издержек и более активное применение интернет-конференций, повсеместное использование скоростного Интернета, т. е. развитие IT-технологий, которые уже освоены бизнесом.

Как известно, информационная эпоха на базе компьютеров и Интернета, началась в США. Эффективность IT-технологий росла на базе так называемого закона Мора - то есть удвоения плотности накопления и передачи информации в транзисторах и сетях каждые два года. Появлялись новые отрасли, был обеспечен быстрый экономический рост.

Сейчас к новым, радикальным инновациям относят нано, биотехнологии и генную инженерию, информационно-коммуникационные технологии нового поколения (квантовые, оптические и ДНК-компьютеры; лазерные телевизоры, без-экранные дисплеи и др.) и когнитивные технологии. Они получили общее название NBIC-технологий. Кроме этого, наряду с

NBIC-технологиями, к радикальным инновациям относят и экологически чистую (новую или «зеленую») энергетику. Эти технологии обладают свойствами радикальных инноваций (технологической комплемен-тарностью, способностью распространяться, порождать новые технологии и совершенствоваться) . В работах отдельных зарубежных ученых и аналитических центров (RAND Согрогайоп, Национальный научный фонд США - NSF, научные доклады Евросоюза и др.) этот этап развития технологий называется NBIC-революцией.

В настоящее время самое главное - это активизация поиска радикальных инноваций, способных далее стимулировать экономику, на революционность которых следует опереться для нового скачка экономического развития. Но пока NBIC-технологии еще не развились настолько, чтобы быть реальным революционным катализатором роста инновационной экономики США.

Представление о соотношении наук, входящих в NBIC-направление, о лидерстве какой-то одной из них - меняется. Так, В.М. Полтерович приводит данные, что с 1980-х гг. крепло убеждение в лидирующем положении биотехнологий, позволяющих существенно увеличить эффективность таких отраслей, как сельское хозяйство, химическая промышленность, производство лекарств и здравоохранение.

В настоящее время многие экономисты, в том числе американские ученые Д. Мовери, Е. Юти, Ф. Шапира, считают, что нанотехнологии, а не биотехнологии, могут быть лидером NBIC-направления, так как они в большей степени обладают основными свойствами радикальных технологий .

Список 1. Сферы и области применения нанотехнологий

Химические материалы и материалы с наноструктурой:

Сверхлегкие высокопрочные материалы

Нанокомпозитные полимеры для структурных и электронных применений

Мембраны и фильтры для опреснения воды

Термальные и оптические барьеры

Высокоэффективные инновационные катализаторы

Текстильные ткани высокой прочности.

Нанотехнологии в компьютерах и компьютерных расчетах и сетях:

Миниатюрные суперкомпьютеры

Неуничтожимая огромная память для электронных устройств (Terabit non-volatile memory)

Универсальные всепроникающие компьютерные сети (pervasive computing)

Компьютерные дисплеи с низким напряжением и высокой яркостью

Быстрые полупроводники и микро-компьютеры.

Нанобиология и наномедицина: фармацевтические и медицинские продукты:

Новые и более эффективные компоненты лекарств

Идеальная доставка лекарства или препарата к целевому органу или зоне организма

Средства диагностики, сенсоры

Активная модуляция ДНК

Биоэлектроника

Средства био-защиты в военных условиях

Анти-бактериальные покрытия и оболочки.

Нано технологии в выработке энергии:

Тонкие фотоэлементные покрытия для экономии расходов по выработке солнечной энергии

Экономичные топливные батареи для автомобилей

Микро-топливные батареи для переносных энергетических устройств

Быстро заряжающиеся, высокоемкие топливные батареи .

При этом стоит внести уточнение относительно

термина «нанотехнологии». Так, Мейнард Э. отме-

чает, что нанотехнологии были доминирующей зарождающейся технологией последних 10 лет. Но во многих отношениях нанотехнологии - это ошибочное, «ложное» понятие» в том смысле, что абсолютизация и фетишизация нанотехнологий могут даже скрывать глубину и разнообразие всего комплекса NBIC-технологиИ.

Научные достижения именно в области понимания и манипулирования материей на наноуровне бесспорны, также как и первые разработанные на этой базе технологии. Но, в действительности, как подчеркивает Э. Мейнард, нанотехнология - просто удобное условное обозначение целого набора возникающих технологий в диапазоне от полупроводников до кремов для загара, которые объединяются формально признаком инженерных действий на наноуровне (от 1 до 100 нано метров). Поэтому вместо фокусирования внимания на нанотехнологии, разумно изучать конкретные технологии, которые будут оказывать самое большое влияние на экономику ближайшие 10 лет. Разумеется, неудивительно, что многие из этих технологий в той или иной степени работают на наноуровне .

10 основных технологий будущего по Э. Мейнар-ду можно объединить в следующей таблице (табл. 1).

Основные технологии будущего

Геоинженерия (Geoengineering) К 2009 г. эта технология превратилась из второстепенной в ведущую. Сама идея управления климатом в глобальных масштабах не нова, но как только стало понятно, что человечество неспособно (или не желает) сократить выбросы углекислого газа настолько, чтобы остановить глобальное потепление, данная технология вышла на политическую повестку дня. В ближайшие 10 лет эта тема будет очень актуальна. Исследования позволят эффективно и экономично влиять на окружающую среду. Одновременно усилятся социально-политические трения по данному вопросу - страны либо глобально придут к общему соглашению о правилах геоинженерии или каждая страна будет делать все, что ей угодно в ущерб другим странам. Последний сценарий может разрушительно повлиять на Землю.

Интеллектуальные энергетические системы (Smart grids) Рядовому потребителю электроэнергии неизвестно, что ее генерация, накопление и передача связаны с растущими трудностями. Потребность в электричестве растет и поэтому надо внедрять интеллектуальные системы ее использования именно там, где это нужно. Интеллектуальные энергетические системы соединяют производителей и потребителей энергии через взаимосвязанную «умную» систему. Такая система кроме централизованного обеспечения включает в себя даже маленькие электростанции, ветровые станции и солнечные панели. Энергия накапливается и перераспределяется по сетевому принципу. Здесь производители электроэнергии могут быть и потребителями и наоборот. Централизованные энергостанции таким образом могут быть дополнены и даже заменены другими, менее мощными источниками электроэнергии. По мере роста требований к чистоте выработки электроэнергии и роста спроса не нее ближайшие 10 лет возрастет значение интеллектуальных энергетических систем.

Радикальные материалы (Radical materials) Большинство из современных материалов имеют как-либо природные недостатки. Они могут быть исправлены на атомном и молекулярном уровне. Новые материалы станут более прочными, легкими, способными проводить или сопротивляться теплу и прочее. Такие материалы будут применяться во всех отраслях - от медицины до электроники.

Синтетическая биология (Synthetic biology) Новое направление, основанное на контроле ДНК-кода. Скоро можно будет создать даже живую бактерию по данные ее кода. Это своеобразное программирование биологических систем - можно задавать новые характеристики кода и создавать новые или улучшенные биологические организмы, ткани.

Индивидуальная геномика (Personal genomics) Становится все дешевле рассчитать индивидуальный ДНК-код человека. Сейчас это стоит около 5000 долл. Эту информацию можно применять в целях синтетической биологии и многими другими способами в целях отдельного живого существа.

Окончание табл. 1

Био интерфейсы (Bio-interfaces) Эти технологии стирают грань между человеком и машиной, позволяя иметь искусственные органы, управляемые напрямую мозгом (без посредства центральной нервной системы), пользоваться разнообразными имплантами внутри человеческого организма, разнообразными сенсорами и датчиками. По мере нарастания конвергенции нано-био-невро направлений эта технология будет нарастать. До 2020 г. вряд ли будет сделан существенный прорыв, но за ближайшие годы будет проделана важная фундаментальная работа в данном направлении.

Информационные интерфейсы (Data interfaces) Объемы доступной информации через Иитернет стали настолько огромны, что в ней уже сложно ориентироваться - и пришло время научиться «умной» ее фильтрации, творческой обработке в соответствии с приоритетами того или иного пользователя. Такие программные продукты уже появились - некоторые из них дают ответы на сложные вопросы вместо того, чтобы просто искать информацию на заданные слова. Это и программам Bing от Microsoft, и программы MIT Media Lab. Все больше бытовых устройств становятся оснащенными электроникой и связанными друг с другом (от автомобилей, телефонов и видеокамер до тележек в супермаркете). Такая сеть взаимодействующих элементов позволяет по-новому пользоваться Интернетом и иными беспроводными связями.

Солнечная энергетика (Solar power) Это технология всевозможного использования солнечной энергии. Для ее сбора используют микро солнечные элементы, которые объединяются на базе особой краски или чернил и составляют огромные уловители энергии. Пока это дорогая технология, но планируется сделать такие покрытия не много дороже цены обычной краски и тогда выгода от сбора и использования солнечной энергии станет очевидной.

Ноотропные препараты (Nootropics) Препараты, укрепляющие умственные способности - это ноотропики. Эти препараты не новы, но сейчас они по-новому используются. Их все более активно на регулярной основе используют ученые, студенты и инженеры творческих специальностей. По данным последних опросов, около 70 % пользуются такими препаратами. В будущем сила таких препаратов превысит любые чисто природные умственные преимущества. И ожидается бум производства таких препаратов.

Препараты, сочетающие косметику и фармацевтику - космецевтика (Cosmeceuticals) Объединяются два различных «мира» - мира фармацевтики, где лекарства лечат или предупреждают заболевание и мира косметики, где просто помогают лучше выглядеть, прикрыв возрастные и прочие естественные недостатки. Теперь эти две функции объединены. Такие препараты уже существуют - солнцезащитные лосьоны и шампуни, снимающие раздражение и усталость. Пока есть много регулирующих вопросов, но вскоре эти товары будут все более популярны. Многие продукты будут реально омолаживать человека, а не просто скрывать возрастные недостатки.

А. Мейнард считает, что к перечисленным в таблице технологиям можно добавить еще несколько технологий и радикальных продуктов:

Новые энергоемкие батареи,

Биотпливо,

Стволовые клетки,

Клонирование,

Робототехника,

Низкоорбитные космические полеты,

Мемристоры (memory resistors), запоминающие резисторы (созданные компанией HP как чет-

со вертый фундаментальный элемент электронных

о схем - в дополнение к резистору, конденсатору и

^ индуктору; состоит из тонкого слоя диоксида ти-

£ тана, расположенного между двумя платиновыми

3 электродами) .

^ Похожие списки «технологий будущего» состав-

ит ляются и отдельными американскими компаниями. S Так, по прогнозам (2011 г.) авторитетной в инно-^ вационных вопросах компании IBM, в ближайшие tfl 5 лет наиболее коммерчески привлекательными для X бизнеса будут следующие инновационные направ-J ления:

1. мобильные устройства коммуникации с возможностью трехмерного голографического изображения;

2. батареи, подзаряжающиеся от воздушных источников;

3. приборы, автоматически собирающие информацию геолого-климатического характера;

4. умные навигационные системы;

5. системы отопления зданий при помощи компьютерных систем .

Нанотехнологии как основа будущих промышленных технологий, создают четыре поколения продуктов, отличающихся растущей структурной и динамической сложностью:

1. Пассивные наноструктуры

2. Активные наноструктуры

3. Наносистемы

4. Молекулярные наносистемы.

Ближайшие 10 лет вызовы для нанотехнологии примут новые направления, так как осуществляются изменения доминирующих тенденций развития: Фокус на создание отдельных компонентов нано-уровня, доминировавший последние десять лет,

сменился на новую целевую установку: создание активных, сложных наносистем.

Наметился переход от специализированных исследований, создающих отдельные прототипы наноструктур к массовому применению нано-технологий в производстве наиболее передовых материалов, химических веществ, электроники и фармацевтических аппаратов.

От сфер применения в областях производства передовых материалов, наноэлектроники и химической промышленности развитие идет в направлении распространения нанотехнологий в новых областях, таких как энергетика, пищевая промышленность и сельское хозяйство, нано-медицина и инженерное моделирование нано-уровня.

Осуществляется переход от рудиментарных попыток понимания исходных принципов нанотех-нологий к ускорению развития знаний в такой мере, чтобы при сохранении высокой интенсивности изобретений совершалось все больше практических перемен в сферах практического применения новых знаний в области нанонаук.

Осуществляется переход от практически неспециализированных инфраструктурных условий прошлого десятилетия к хорошо институализи-рованным программам, к созданию специализированных ресурсов (в том числе, лабораторий и баз данных) для полноценного осуществления нанотехнологических исследований, подготовки специалистов соответствующего профиля, стандартизации всех необходимых для производства материальных и правовых ресурсов. Исследования в области нанотехнологий ближайшие 10 лет будут осуществляться по четырем основным направлениям:

1. Лучшее постижение природы наноуровня, обеспечивающее развитие знаний.

2. Экономические и социальные новации, позволяющие обеспечить ощутимый прогресс в этой области.

3. Развитие международного сотрудничества для обеспечения устойчивого роста нанотехнологий.

4. Сотрудничество представителей человечества друг с другом для осуществления равноправного управления и контроля над соответствующими процессами, гарантирующее урегулирование всех моральных вопросов, связанных с развитием на-нотехнологий.

Характерным является сама эволюция определения «нанотехнологии». Если до 2000 г. они определялись с точки зрения овладения первоначальными знаниями в этой области (определение наноразмеров, перечисление основных элементов из которых создаются нанотехнологии), то последние годы изменилась сама природа этого определения - упор теперь делается на практическое применение наработанной в последнее время огромной системной информации в области нанотехнологий.

Образно говоря, произошел переход от разработки алфавита или базовой таблицы умножения в области нанотехнологий к форсированному применению этих фундаментальных знаний в интересах экономического развития. Если в период разработки первого определения (1998-2000 гг.) ученые США консультировались с учеными 20 стран, то согласование последнего определения (2010-13 гг.) происходит с учеными и практиками уже 60 стран. Сейчас речь идет о согласовании конкретных стандартов в применении нанотехнологий, поскольку без этого невозможно получение государственных разрешений на их использование. Речь идет о здоровье и безопасности текущего и будущего поколений населения большинства стран мира .

Важно подчеркнуть, что новые технологии показывают тенденцию к взаимопересечению и конвергенции различных областей знаний, которая будет усиливаться. В итоге возрастает вероятность возникновения принципиально новых комбинаций и технологических гибридных направлений. Тем самым, разговоры и дискуссии о том, какая из NBIC-техно-логий является лидером - сводятся на «нет». Вопрос о доминировании той или иной технологии в период конвергенции отпадает .

Раньше развитие технологий обычно определялось в течение длительных периодов каким-либо одним ключевым открытием или прогрессом в одной области (открытие металлургии, использование силы пара, открытие электричества и т. п.).

Так, К. Фримен, характеризуя длинные волны как смену технико-экономических парадигм (систем), определил ключевые характеристики технологических парадигм, которые сменяли друг друга в течение более чем 2 столетий (табл. 2).

Таким образом, К. Фрименом выделяются 5 технологических циклов. Каждый такой цикл начинается, когда в распоряжение производителей поступает новый комплект инноваций. Так, начало 5-го цикла связывают с развитием новых средств коммуникации, цифровых сетей, компьютерных программ и генной инженерии. Начало каждого цикла характеризуется подъемом экономики, тогда как завершение - упадком.

Сегодня благодаря ускорению научно-технического прогресса, наблюдается пересечение во времени целого ряда волн научно-технической революции. И особенно значимым является взаимовлияние именно информационных технологий, биотехнологий, нанотехнологий и когнитивной науки.

С учетом новых факторов технологического развития, проявившихся в последние годы, в таблицу К. Фримена можно внести уточняющие и продолжающие ее положения. Исходя из тенденции сокращения времени господства укладов, срок последнего уклада в таблице К. Фримена можно было бы ограничить 2020 г. Кроме этого, используя прогнозы дальнейшего технологического развития, можно попытаться примерно описать особенности следующего, шестого уклада (табл. 3).

Периодизация основных циклов инновационного развития

Длинные волны Длинные волны Состояние науки и образования Инфраструктура Инфраструктура Универсальный дешевый ресурс

(временные рамки) (характеристика цикла) Транспорт и связь Энергия

1780-1840 Промышленная революция: фабричное производство текстиля Обучение на рабочем месте, университеты и научные общества Каналы и грунтовые дороги Гидроэнергия Хлопок

1840-1890 Цикл пара и железных дорог Массовое начальное обучение, первые технические ВУЗы, инженеры Железные дороги, телеграф Энергия пара Уголь, железо

1890-1940 Цикл электричества и стали Первые ИР лаборатории в корпорациях, технические стандарты Железные дороги, телефон Электричество Сталь

1940-1990 Цикл автомобилей и синтетических материалов Бурный рост в корпорациях и в госсекторе, массовый доступ к высшему образованию Автострады, авиалинии, радио и телевидение Нефть Нефть, пластмассы

1990-? Компьютерная революция Глобальные ИР-сети, непрерывное образование и профессиональное обучение Информационные сети, Интернет Газ, нефть Микроэлектроника

Свойства по химии