Читати книгу Нанотехнології

Поданий фрагмент твору розміщено за погодженням із розповсюджувачем легального контенту ТОВ "ЛітРес" (не більше 20% вихідного тексту). Якщо ви вважаєте, що розміщення матеріалу порушує чиїсь права, то повідомте нам про це.

Сплатили, але не знаєте, що робити далі?

Автор книги: Лінн Фостер

Жанр: Технічна література, Наука та Освіта

Поточна сторінка: 1 (загалом у книги 36 сторінок) [доступний уривок для читання: 24 сторінок]

Лінн Фостер Нанотехнології. Наука, інновації та можливості

Передмова сенаторів Джозефа Лібермана та Джорджа Аллена

Різноманітність та багатство потенційних можливостей нанотехнологій не залишилися непоміченими громадськістю та урядом. За останні роки з'явилося багато публікацій про наукові, економічні та інвестиційні проекти у цій галузі. Нанотехнології стали складовою мейнстриму засобів масової інформації, наочно свідчивши не лише про підвищення інтересу до цієї галузі, а й доводячи, що нові технології та наукові досягнення вже вийшли зі стадії лабораторних розробок. Нанотехнологія стає, як кажуть американці, фронтиром (кордоном, що розширюється, передовою лінією) розвитку, і зараз настав час задуматися про те, як фундаментальні наукові відкриття та цікаві лабораторні досліди можуть бути втілені в нові технології та нові товари. Йдеться не лише про суто економічні проблеми, а ще й про те, що, виходячи з попереднього досвіду, ми зобов'язані думати і про серйозні небезпеки, пов'язані, наприклад, з впливом нових виробництв на екологію тощо. Як свідчать поміщені у книзі оглядові статті з різних проблем нанотехнології, вже зараздосягнуто значного прогресу у багатьох напрямах.

сенатор Джо Ліберман

сенатор Джордж Аллен

За минуле століття технічний прогрес невпізнанно змінив навколишній світ. Середня тривалість життя зросла вдвічі, а транспортні та інформаційні системи досягли рівня, який здавався фантастичним ще кілька поколінь тому. Однією з характерних рис сучасної науки і життя взагалі стало немислиме раніше прискорення темпів самого розвитку, постійне оновлення способу життя, зумовлене науковим прогресом та технічними інноваціями.

У наші дні наука впритул підійшла до можливості прямого впливу на окремі атоми і молекули, що створило новий метанапрямок розвитку, який отримав загальну назву нанотехнології і має велике значення як для самої науки в цілому, так і для промислового застосування. Розміри об'єктів та пов'язаних з ними процесів, що становлять інтерес для нанотехнології (і пропонованої книги). становлять 100 нанометрів і менше (нагадаємо, що 1 нанометр = 10-9 м, тобто дорівнює одній мільярдній частині метра, а для порівняння просто вкажемо, що товщина людської волосини становить 50 000 нанометрів). Основною особливістю нової науки з погляду чистої фізики є те, що за таких розмірів і масштабів перестають працювати звичні закони фізики (передусім так звана класична, або ньютонівська механіка), а розвиток процесів визначається законами і постулатами квантової механіки.

У деяких конкретних, причому найбільш передових областях (комп'ютерна техніка, біотехнологія, матеріалознавство) використання нанотехнологій дозволяє вже в найближчому майбутньому сподіватися на результати, порівняні з тим, що було досягнутокілька останніх десятиліть. Наприклад, вона робить реальним створення надпотужних комп'ютерів, дуже легких і міцних матеріалів для авіації, нових лікарських препаратів проти найнебезпечніших хвороб, високоефективних перетворювачів сонячної енергії тощо. Підкреслю, що йдеться про безліч досягнень різного масштабу в різноманітних галузях науки і техніки, тобто про цілий «каскад» або «хвилю» відкриттів та застосувань, а не про одне велике відкриття надвеликого масштабу. Історики науки і техніки люблять використовувати термін «нова велика річ» (маючи на увазі під цим, наприклад, транзистор або лампу розжарювання Едісона). Нанотехнологія обіцяє нам цілий набір нових великих речей, що зводяться не до істотної зміни навколишнього світу та побутових умов (подібно до того, як лампочка Едісона перетворила життя суспільства), а до масштабної зміни глобальних принципів наук і технологій. Наприклад, нанотехнології дозволить нам створити систему автоматичного управління всім освітленням (або навіть електропостачанням) у цілих містах чи регіонах, що має на увазі принципову зміну життя суспільства.

Для великих сучасних міст, до речі, створення автоматичної та «розумної» системи управління рухами може виявитися такою ж важливою подією, що і лампочка Едісона для освітлення індивідуальних жител. Не боячись повторитися, скажу, що нанотехнологія являє собою не конкретне, одиночне відкриття, а цілий набір фізичних явищ та їх застосувань (обумовлених розмірними ефектами), що використовуються як інструменти, прийоми або ідеї в різних наукових дисциплінах. Саме в цьому і полягає основне значення та роль нанотехнологій, оскільки властивості матеріалів та процесів у наномасштабі істотно відрізняються від властивостей у звичному наммакроскопічному оточенні, що створює абсолютно несподівані можливості нового застосування. Наприклад, наноматеріали можуть суттєво відрізнятися від звичних нам речовин за своєю реакційною здатністю (у перерахунку на одиницю поверхні), внаслідок чого їх застосування як лікарські препарати призводить до ефектів, неможливих у класичній медицині.

Дуже важливою особливістю нанотехнології є те, що розмір об'єктів, що вивчаються в ній, практично збігається з розмірами багатьох мікроорганізмів і (що представляється особливо цінним) біологічних клітин організму людини, що відразу відкриває найширші перспективи застосування наноматеріалів в медицині. Наприклад, нанотехнології дозволяють створити «бомбу» у вигляді ультрадисперсної частки (начиненої необхідним препаратом), яка впроваджується в намічені клітини організму і «вибухає» там, виділяючи препарат у клітину або систему кровообігу. Вже зараз злиття нанотехнологій і біотехнологій дозволяє проектувати безліч дивовижних пристроїв медичного призначення (наприклад, є проект створення пристроїв, в яких електрика вироблятиметься не з батарей, що імплантуються в організм, а безпосередньо на місці, за рахунок розкладання глюкози, що міститься в крові).

Майбутнє нанотехнології забезпечується талантом та енергією безлічі людей, які вже працюють у цій галузі та заклали основи як найновішої науки, так і її приватних додатків. Можна з упевненістю констатувати, що можливості нанотехнологій значно перевершують усе, що зазвичай вкладалося в поняття біотехнологій чи інформаційних технологій. Практично проблема полягає в тому, що промисловість ще не готова до розуміння та «перетравлення» нових можливостей та відкриттів, що можна пояснити як їх нерозумінням.сенсу, і нездатністю комерційного ринку пристосуватися до швидкого темпу технічного прогресу. Строго кажучи, швидкість застосування будь-яких наукових відкриттів визначається деяким, дуже складним і складним середнім етапом між самим відкриттям і створенням певного прототипу можливого його застосування на практиці (фізик придумав би для цього деякі «коефіцієнти тертя» між наукою, виробництвом та ринком споживання). Для появи на ринку як повноцінний комерційний продукт кожне наукове відкриття має пройти складні етапи (об'єднання з вже існуючими товарами, загальна оцінка можливостей, обговорення проблем контролю тощо), після чого реальний ринок реагує на появу нового товару та «голосує» за нього (доларовими вкладеннями). Пропонована книга створювалася з метою ознайомлення якомога більшої кількості читачів, що цікавляться нанотехнологіями, з реальними перспективами і можливостями цієї нової галузі діяльності.

Розділ II є, мабуть, центральним у книзі, оскільки присвячений безпосередньо тому колу талановитих людей (вченим та організаторам), чиєю волею та знанням здійснюється прогрес у аналізованій галузі. У розділах 4 і 5 з економічної точки зору теоретично розглядаються абстрактні постаті та форми діяльності «венчурних капіталістів», тобто підприємців, які враховують зв'язок технологій та вироблених товарів у довгостроковій історичній перспективі та здійснять цілком реальні капіталовкладення у нанотехнологічні виробництва. У розділі 6 аналізується роль та поточна діяльність уряду США як координатора ефективного розвитку нової галузі науки і промисловості, а глави 7 та 8 присвячені специфічній проблемі академічних досліджень (науково-дослідних робіт урамках вищих наукових закладів) та можливостей їх подальшої комерціалізації, тобто впровадження у реальне виробництво. Глава 9 показує, які проблеми ставить розвиток нанотехнологій перед юристами, що з патентним і комерційним правом США. У розділі 10 пояснюється, чому саме приватне підприємництво має відігравати ключову роль у розвитку нових областей і брати на себе ризик організації первинних виробництв, а в розділі 11 обговорюються складнощі, які очікують на великі корпорації та організації, які бажають зв'язатися з новими технологіями та продуктами. Остання глава другого розділу містить короткий нарис діяльності національних лабораторій США в галузі нанотехнологій та комерціалізації результатів.

У четвертому розділі розглянуто найзагальніші питання нанотехнології, які вже зараз хвилюють багатьох дослідників. Йдеться про те, що на нанорівні досліджень усі відомі нам наукові дисципліни якось «зливаються» в єдине ціле, що не тільки є новим науковим підходом, а й обіцяє у майбутньому формування нової науки, що означало б революційний прорив у пізнанні природи. розділ 18). З цим пов'язаний і занепокоєння деяких учених щодо етичних проблем, які неминуче виникатимуть у міру розвитку нанотехнологій (глава 19). Книгу завершує дуже цікавий епілог (глава 20), де наведено текст розмови, що раніше не публікувалася, на цю тему з легендарним фізиком Річардом Фейнманом, який справедливо вважається «пророком» нанотехнологій.

Практичні дослідження на рівні окремих атомів і молекул повинні призвести до серйозних змін у житті людства, і вже зараз можна передбачити, що дослідження, що описуються в книзі, змінять світ і суспільство значно сильніше, ніж комп'ютери та біотехнології.

Насамкінець я хотів би висловити глибоку подяку багатьом людям і організаціям, які допомагали мені не тільки у створенні цієї книги, але й протягом усієї моєї професійної діяльності. Особливу подяку я висловлюю своїй дружині Міріам.

Лінн Е. Фостер входить до керівників відділу розвитку новітніх технологій однієї з найбільших у США юридичних фірм (Greenberg Traurig LLP), що спеціалізуються в галузі впровадження та передачі нових технологій, ліцензування та патентного права, а також організації співробітництва та інвестицій у технічні проекти.

Розділ I Керівництво та організація

Глава 1 Уроки інноваційної політики та комерціалізації, пов'язані з біотехнологічною революцією

Джеральд Голвас

Джеральд Голлвас має багатий досвід щодо впровадження біомедичних технологій ще з середини 60-х років, коли він зайнявся бізнесом, пов'язаним із створенням та постачанням діагностичного обладнання у відомій фірмі Beckman Instruments. Група, яку він очолює, успішно впровадила нову апаратуру, засновану на кінетичних вимірах швидкостей хімічних реакцій першого порядку, що використовується при клінічній діагностиці крові. Багато років він займався випробуваннями та постачанням медичного обладнання в США, Європі та Японії та керував багатьма дуже важливими проектами розвитку та впровадження нової техніки. Є спеціалістом міжнародного класу з питань планування, організації, маркетингу та управління. Має ступінь бакалавра з хімії, отриманий в університеті Сан-Дієго.

«Ми створюємо та формуємо інструменти, а пізніше вони починають формувати нас самих».

Взагалі кажучи, сучасне суспільство створене успіхами хімії, яку можна розглядати як найбільш загальну науку проречовин і матеріалів, з яких побудовано майже всі використовувані нами об'єкти, від знарядь праці до ліків. Процес формування та використання нових об'єктів триває: кремнієві та германієві чіпи складають основу електроніки, водень та кисень є головними компонентами ракетного палива, а рекомбінантна ДНК служить для створення нових лікарських препаратів або рослин, стійких до дії пестицидів. Цікаво, що роль хімії в історії для багатьох залишається досі не до кінця зрозумілою, неоціненою та неясною, в результаті люди частіше схильні звертати увагу швидше на недоліки хімії (наприклад, її шкоду для навколишнього середовища), ніж те, що саме вона створює багато звичних умов існування. Давньокитайська приказка говорить, що «тільки дурні можуть займатися передбаченням майбутнього», але пропонована читачеві книга цілком присвячена роздумам про майбутній розвиток науки, і ми вправі запитати себе хоча б про те, які уроки ми, власне, витягли з аналізу бурхливого розвитку хімії в попередні сторіччя? При серйозному розгляді з'ясовується, що жодного загального висновку з розвитку хімії поки що не існує, тому як приклад потужного розвитку однієї з областей науки (особливо з погляду інновацій та комерціалізації) зручніше розглянути історію біотехнології, що протікала на наших очах у новітній час.