3.3. Потенциал и тенденций развития технологий в контексте траектории информационно-технологической революции

Анализ много численных технологических прорывов наблюдаемых на протяжении последнего десятилетия, показывает, что современная волна технологического прогресса, по всей видимости, приведет к кардинальным изменениям технологического базиса современной экономики, на протяжении 20–30 лет [1; 2; 3].

Среди приоритетных прорывных технологий, непосредственно влияющих на информационно-технологический переворот и опирающихся на имеющиеся заделы которые, находятся на различных стадиях разработки, но имеющих первостепенное значение, как для будущего десятилетия, так и в более долгосрочной перспективе можно выделить [4; 5; 6; 7; 8; 9]:

1. Портативные информационные устройства, сочетающие возможности персонального компьютера, доступа в Интернет, получения изображения и телефонной связи. Данное направление предопределяет многие достижения в области как технических устройств нового поколения (чипы, содержащие полную информационную систему), так и программных продуктов (протоколы, позволяющие объединить все формы информации на любом устройстве).

В ближайшей перспективе произойдет технологический скачок с тысячекратным увеличением мощности компьютеров. К технологиям, способным экспоненциально увеличивать обрабатывающую мощность компьютеров, следует отнеси молекулярные или атомные технологии; ДНК и другие биологические материалы; трехмерные технологии; технологии, основанные на фотонах вместо электронов и, наконец, квантовые технологии, в которых используются элементарные частицы. Если на каком-нибудь из этих направлений удастся добиться успеха, то компьютеры могут стать вездесущими.

2. Квантовые компьютеры. Квантовый компьютер будет состоять из компонентов субатомного размера и обладать принципами квантовой механики. Квантовый мир обладает странными свойствами: объекты в нем могут занимать несколько положений одновременно. Но именно эта странность и открывает новые возможности.

Например, один квантовый бит может принимать несколько значений одновременно, то есть находиться сразу в состояниях «включено», «выключено» и в переходном состоянии. 32 таких бита, называемых q-битами, мо­гут образовать свыше 4 млрд комбинаций – вот истинный пример массово-параллельного компьютера. Однако чтобы q-биты работали в квантовом устройстве, они должны взаимо­действовать между собой. Пока ученым удалось связать друг с другом только три электрона.

Уже есть несколько действую­щих квантовых компонентов – как запоминающих, так и логи­ческих. Теоретически квантовые компьютеры могут состоять из атомов, молекул, атомных частиц или «псевдоатомов» – искусственно созданных ячеек для «от­лова» электронов. Ряд таких ячеек может служить проводником электронов, так как новые элек­троны будут выталкивать преды­дущие в соседние ячейки. Ком­пьютеру, построенному из таких элементов, не потребуется непре­рывной подачи энергии! Однаж­ды занесенные в него электроны больше не покинут систему.

Насколько близко мы подо­шли к действующему квантово­му компьютеру? Прежде всего, необходимо создать элементы проводников, памяти и логики. Кроме того, эти простые эле­менты нужно заставить взаимо­действовать друг с другом. Нако­нец, нужно выстроить узлы в полноценные функциональные чипы и научиться тиражировать их.

3. Молекулярные компьютеры. Недавно компания Hewlett-Packard объявила о первых успехах в изготовлении компонентов, из которых могут быть построены мощные молекулярные компьютеры. Ученые из HP и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе объявили о том, что им удалось заставить молекулы ротоксана переходить из одного состояния в другое – по существу, это означает создание молекулярного элемента памяти.

Следующим шагом должно стать изготовление логических ключей, способных выполнять функции И, ИЛИ и НЕ. Весь такой компьютер может состоять из слоя проводников, проложенных в одном направлении, слоя молекул ротаксана, и слоя проводников, направленных в обратную сторону. Конфигурация компонентов, состоящих из необходимого числа ячеек памяти и логических клю­чей, создается электронным способом. По оценкам ученых НР, подобный компьютер будет в 100 млрд раз экономичнее со­временных микропроцессоров, занимая во много раз меньше места.

Сама идея этих логических элементов не является революционной: кремниевые микросхемы содержат миллиарды точ­но таких же. Но преимущества в потребляемой энергии и разме­рах способны сделать компьюте­ры вездесущими. Молекулярный компьютер размером с песчинку может содержать миллиарды молекул. А если научиться делать компьютеры не трехслой­ными, а трехмерными, преодо­лев ограничения процесса пло­ской литографии, применяемо­го для изготовления микропро­цессоров сегодня, преимущест­ва станут еще больше.

Первые опыты с молекуляр­ными устройствами еще не га­рантируют появления таких компьютеров, однако массовое производство действующего мо­лекулярного компьютера вполне может начаться где-нибудь между 2005 и 2015 годами.

4. Биокомпьютеры. Применение в вычислительной технике биологических материалов позволит со временем уменьшить компьютеры до размера живой клетки. Пока это чашка Петри, наполненная спиралями ДНК, или нейроны, взятые у пиявки и подсоединенные к электрическим проводам.

Ихуд Шапиро из Вейцмановского института естествен­ных наук соорудил пластмассо­вую модель биологического компьютера высотой 30 см. Ес­ли бы это устройство состояло из настоящих биологических молекул, его размер был бы ра­вен размеру одного из компо­нентов клетки — 0,000 025 мм.

Билл Дитто из Технологиче­ского института штата Джорд­жия провел интересный экспе­римент, подсоединив микродатчики к нескольким нейро­нам пиявки. Он обнаружил, что в зависимости от входного сигнала нейроны образуют но­вые взаимосвязи. Вероятно, биологические компьютеры, состоящие из нейроподобных элементов, в отличие от крем­ниевых устройств, смогут ис­кать нужные решения посред­ством самопрограммирования. Дитто намерен использовать результаты своей работы для создания мозга роботов.

5. Оптические компьютеры. По сравнению с тем, что обещают молекулярные или биологические компьютеры, оптические ПК могут показаться не столь впечатляющими. Однако ввиду того, что оптоволокно стало предпочтительным материалом для широкополосной связи, всем традиционным кремниевым устройствам, чтобы передать информацию на расстояние нескольких миль, приходится каждый раз преобразовывать электрические сигналы в световые и обратно.

Целиком оптические компь­ютеры появятся через десятиле­тия, но работа в этом направле­нии идет сразу на нескольких фронтах. Например, ученые из университета Торонто создали молекулы жидких кристаллов, управляющие светом в фотонном кристале на базе кремния. Они считают возможным созда­ние оптических ключей и про­водников, способных выполнять все функции электронных компьютеров.

Однако прежде чем оптические компьютеры станут массовым продуктом, на оптические компоненты, вероятно, перейдет вся система связи – вплоть до "последней мили" на участке дома или офиса. В ближайшие 15 лет оптические коммутаторы, повторите­ли, усилители и кабели заменят электрические компоненты.

Примерно к 2015 г. возможно появление на рынке оптических компьютеров – как наиболее вероятной замещающей технологии.

Перспективы оптоэлектроники связаны с созданием протяженных и локальных волоконно-оптических систем связи, использованием в различных целях электрических, механических и тепловых датчиков, увеличением объема хранения и скорости переработки информации, разработкой и внедрением твердотелых лазеров, более высокого быстродействия, способных обеспечить работу в высокочастотном диапазоне, снизить вес, повысить плотность интеграции, улучшить тепловые характеристики (диссипацию тепловой энергии), обеспечить многофункциональный режим работы и снизить стоимость изделий.

Потенциальный рынок охватывает все отрасли промышленности, связанные с широким применением электронных компонентов: теле- и радиопромышленность, связь, ЭВМ, производство звуко- и видеозаписывающих устройств, медицинского оборудования, оборудования для обрабатывающей промышленности, производство разнообразных инструментов, аэрокосмическую промышленность, энергетику.

6. Выполнение высокопроизводительных вычислений.

Основные элементы новой технологии, которые позволяют повысить скорость вычислений, базируются на принципах использования модульного программного обеспечения, численного моделирования и нейронных сетей. Важнейшие области применения – прогнозирование погоды, гидродинамика, физика высоких энергий, военные системы.

7. Запоминающие устройства с высокой плотностью хранения информации. Заметный прогресс в этой области ожидается на основе двух различных подходов: применения магнитных дисков, использующих технологию тонкого слоя; применения магнитно-оптических дисков. Для первого подхода в настоящее время характерны быстрые темпы роста плотности записи (почти в 2 раза каждые 3 года), а также малое время, в течении которого обеспечивается доступ к необходимой информации. Второй подход дает очень высокую плотность данных и уменьшает опасность механического повреждения записи. Сфера применения запоминающих устройств с высокой плотностью хранения информации – бытовая и студийная аудио- и видеотехника, специальные устройства для хранения информации, вычислительная техника, связь, телевидение и пр.

8. Технология цифровой обработки изображения.

Важнейшие направления развития этой технологии – технические системы с высокой разрешающей способностью, телевидение высокой четкости, большие дисплеи, сжатие данных и обработка изображений. Их применение обещает дать положительный эффект в таких отраслях, как осуществление контроля за производственными процессами, неразрушающий контроль исполнения, ЭВМ, фотография, полиграфия, телевизионное вещание, связь, военное дело, медицинская диагностика, образование, наука и др.

9. Системы машин и производственных технологий новых поколений. Данный приоритет обусловлен необходимостью предстоящей в ближайшее десятилетие крупномасштабной заменой устаревших технологий в большинстве производств. Нужна оценка состояния и перспектив перехода к системам машин и технологий новых поколений. При этом приоритетные: КАЛС-технологии, гибкие высокоавтоматизированные производственные системы на основе ЭВМ, робототехнические (в том числе с искусственным интеллектом); системы автоматизированного проектирования, производства, использование и обновления машин и оборудования; автоматизированные системы испытания, измерения и контроля; принципиально новые лазерные, плазменные, электронные, ионные и мембранные технологии, безотходные, экологически чистые технологии и переработки природного сырья. Новый подход к организации работ в научно-индустриальном секторе, основанный на сочетании передовых технологий и методов управления, позволит снизить стоимость и время изготовления продукции, повысить ее качество, сократить издержки, связанные с накоплением запасов и их складированием. Инновации затронут автомобильную и аэрокосмическую промышленность, производство ЭВМ и их компонентов, строительство и ряд других отраслей экономики.

10. Генетически измененные организмы.

Биомедицина и биотехнология на основе генной инженерии имеют ключевое значения для укрепления здоровья людей и уменьшения их смертности, преодоления тенденции к депопуляции, увеличения ресурсов и увеличения качества продовольствия, освоения достижений второй "зеленой революции"; повышения извлечения полезных ископаемых (геобиотехнология), комплексной безопасной переработки природного сырья, ликвидации загрязнения окружающей среды. Назовем базовые технологии: биомедицина – энзимология и выращивание тканей, инженерная энзимология, биодиагностика, производство лекарственных препаратов методами биоинженерии; агробиотехнология – селекция высокоурожайных сортов растений и производственных пород животных методами генной инженерии, биотехнологические методы борьбы с вредителями растений и животных; геобиотехнологии – извлечение с использованием биотехнологических методов полезных компонентов при добыче и переработке минерального сырья, утилизации отходов и вторичного сырья; экобиотехнологии – биотехнологические методы снижения выбросов в окружающую среду, очисток загрязненных территорий. В новых условиях соединение биотехнологии с сельским хозяйством открывает огромные возможности. Многие крупные корпорации продолжают инвестировать в исследования и разработки, направленные на создание новых растений, устойчивых к болезням, способных к ускоренному росту, более богатых питательными веществами и т.д. Необходимость использования этой технологии вызывается рядом тенденций, прежде всего ростом численности населения и потребностью в существенном повышении урожайности сельскохозяйственных культур, а также в получении ряда лекарственных средств. Новая гигантская способность контроля над жизненными процессами действительно чревата опасностью, как и всякая технология, поэтому задача состоит и во внедрении защитных механизмов. В настоящее время генетически измененные пищевые продукты подвергаются нападкам и отвергнуты в ряде стран.

В целом же, перспективы биотехнологии связаны с производством в коммерческих масштабах ценных биологических продуктов, обеспечивающим производителям высокую добавленную стоимость, а также с возможностями модификации генетических структур клеток для продуцирования необходимых биохимических препаратов. Важнейшие направления технологического развития – повышение эффективности микробиологического производства (биопроцессинг, новые методы разделения и очистки веществ), конструирование лекарств, генетическая инженерия, биоэлектроника, создание биосенсоров для осуществления контроля за состоянием окружающей среды в реальном масштабе времени и других целей. Выгоду от внедрения новейших биотехнологий получат, прежде всего, фармацевтическая и пищевая промышленности. Ожидается формирование новых рынков, связанных с реализацией агрохимической и органолептической продукции, производством биотоплива (биогаз, спирт), защитой окружающей среды от загрязнения.

В ближайшие десятилетия информационная технология сольется с биологическими процессами, что откроет такие возможности, как создание искусственных имплантантов, интеллектуальных тканей, разумных машин, "новых" компонентов и человеко-машинных гибридов. Если закон Мура проработает еще 20 лет, уже в 2025 году компьютеры достигнут обрабатывающей мощности человеческого мозга – 20 000 000 миллиардов операций за секунду. А к 2060 году компьютер сравняется по силе разума со всем человечеством. Одной вероятности подобной перспективы достаточно, чтобы отбросить любые опасения по поводу применения био- и генной инженерии для расширения способностей человечества.

В течение одного-двух десятилетий огромные инвестиции в биогенетическую революцию принесут свои плоды. В частности, ожидаются: клонирование органов для пересадки примерно к 2020 г., лечение наследственных заболеваний к 2025 г., увеличение средней продолжительности жизни в развитых странах до 100 лет к 2030 г. Расшифровка генома человека приведет к возможности планирования жизни.

11. Компьютеризированное медицинское обслуживание. Эта сфера может существенно изменится с автоматизацией регистрации и ведения документации, диагностирования мониторинга и всех других граней медицинского обслуживания. Согласно оценкам, эти и многие другие усовершенствования в области здравоохранения получат распространение к 2009 году.

12. Медицинские приборы и средства диагностики. В ближайшее десятилетие расширятся возможности для обнаружения различных нарушений в организме (в том числе на клеточном уровне) и понимания механизмов этих нарушений. Улучшится система диагностики и лечения заболеваний. Этому будет способствовать применение новых биологических датчиков, волоконно-оптических зондов, фармацевтических препаратов направленного действия, радиационной терапии, компьютерной томографии, проведение исследований с помощью магнитного резонанса. Новые медицинские технологии уменьшат риск возможных травм в процессе диагностики и лечения. К 2030 году может начаться распространение вживленных устройств с прямыми доступами к нейронам.

13. Альтернативные источники энергии. Хотя ископаемые виды топлива — нефть, газ и уголь — сохранят свою ведущую роль в обозримом будущем, доля ветровой, геотермальной, волной, солнечной энергии, энергии биомассы и других альтернативных источников возрастет с 10% всей потребляемой энергии в настоящее время, до примерно 30% – к концу десятилетия. Несмотря на ряд противодействующих факторов, этому будут способствовать рост энергетических потребностей во многих частях мира, прежде всего в странах, переживающих процесс модернизации экономики (Китай, Индия, страны Южной Америки, Россия), рост цен на нефть при одновременном снижении стоимости альтернативных источников за счет технического прогресса, а также экологические и другие факторы. На протяжении 90-х годов потребление угля и нефти росло на 1% в год, тогда как солнечной энергии – на 20 и ветровой – на 26% в год.

Энергосберегающие технологии и нетрадиционные энергоресурсы приобретают первостепенное значение в связи с растущим исчерпанием богатых и доступных запасов нефти и газа. Базовыми являются принципиально новые энергосберегающие технологии (высокоэффективные миниэнергетические установки), новые технологии повышения нефтеотдачи пластов, энергосберегающие способы передачи энергии и т.п.; нетрадиционные энергоресурсы и новые поколения генераторов энергии (эффективные гидростанции, атомные генераторы нового поколения, тепловые насосы, эффективные технологии использования солнечной и тепловой энергии, подземного тепла и др.); средства и системы контроля за расходом и потерями энергии.

14. Интеллектуальные, мобильные роботы. Следующее поколение промышленных роботов будет способно воспринимать окружающую среду, принимать сложные решения и самообучаться. Другие области применения – выполнение поручений, ведение домашнего хозяйства, обслуживание инвалидов. Согласно оценкам, интеллектуальные роботы, способные выполнять столь сложные задачи, станут коммерчески доступными к концу десятилетия.

Более отдаленные прогнозы связаны с большей неопреде­ленностью и охватывают в основном области систем транспорта, биогенетики и освоения космоса [11].

В области транспорта прогнозируется тенденция замены индивидуальных средств транспортными системами. Сюда относятся поезда с магнитной подъемной силой и на воздушной подушке, автоматизированные скоростные автодороги, интеллектуальные дорож­ные сети, управляющие движением и др. Согласно прогнозам, такие системы войдут в строй во второй декаде XXI века. При этом предстоит преодолевать сложные проблемы аварийности и транспортных заторов. В ближайшее десятилетие будут приоритетны: глобальная система телекоммуникаций и экомониторинга; космические навигационные системы – космическая биотехнология, производство новых материалов в условиях невесомости, развитие спутниковых систем связи и космического туризма, разработка новых поколений средств железнодорожного, воздушного, автомобильного, водного транспорта с повышенными скоростями, энергосберегающими и экологическими характеристиками; развитие спутниковых, оптических и мобильных систем связи, видеотелефонов.

Базовые технологии должны обеспечить модернизацию, повышение эффективности и удешевление коммуникационно-транспортных систем, перевозок грузов и пассажиров [12; 13].

15. Топливно-аккумуляторные автомобили, т.е. автомобили с гибридными двигателями, основанными на применении водородно-кислородного топлива и электроэнергии. Экспериментальные модели подобных автомобилей уже появились. Они отличаются экологической безопасностью, надежностью, простотой конструкции и обслуживания. Коммерческое использование этой технологии все еще связано со значительными трудностями, прежде всего высокой стоимостью и взрывоопасностью, поэтому она нуждается в значительном усовершенствовании. Однако примеры её использования уже имеются в настоящее время, а в будущем она должна стать более эффективной по сравнению с традиционными источниками энергии.

16. Новые материалы. К группе новых материалов относятся конструкционная и функциональная керамика, новые поколения композитов, матричные композиционные материалы на основе керамики и материалов, термопластов и катализаторов, интерметаллические и сверхлегкие сплавы, аморфные материалы и сплавы, сверхтвердые материалы и сверхпроводники, новые полимерные материалы, материалы с модифицированными поверхностными свойствами, тонкие алмазные пленки, мембраны, биоматериалы и нелинейное оптическое стекло. Их применение позволит улучшить характеристики и расширить функциональные возможности самых разнообразных изделий. В ближайшие годы уменьшится производство металлов из-за сокращения запасов, поэтому увеличится спрос на нетрадиционные материалы.

17. Сенсорные технологии. Расширение использования сенсорных технологий в материаловедении, энергетике, различных отраслях промышленности (химической, фармацевтической, пищевой и других) связано с ожидаемым повышением точности измерения контролируемых параметров в условиях реального времени, благодаря применению лучших материалов, совершенствованию технологии изготовления датчиков, разработке более сложной электроники и систем обработки данных.

18. Искусственный интеллект. Электронные и электромеханические системы с использованием встроенных подсистем контроля на основе специальных баз знаний имеют хорошие перспективы в самых различных отраслях производства и обеспечении жизнедеятельности. Элементы искусственного интеллекта найдут применение при производстве узлов и деталей машин, роботов, строительного оборудования; при обработке материалов и работе с химическими реактивами; в системах автоматизированного проектирования; при обработке сигналов изображений; в медицинской диагностике.

19. Сверхпроводимость. Прогнозируется дальнейшее развитие этого направления как за счет использования керамических материалов, дающих эффект сверхпроводимости при температуре выше 77 К, так и за счет применения низкотемпературных сверхпроводников с улучшенными характеристиками и свойствами. Возможные области применения связаны с электроникой и обработкой информации, производством электротехнического оборудования, медицинской диагностикой (мощные магниты), транспортом (на магнитной подвеске), физикой высоких энергий (ускорением заряженных частиц).

20. Прециозное сельскохозяйственное производство, т.е. компьютеризированное управление производством зерновых культур с учетом земельных условий. Компьютер, получая данные о составе почвы, уровне вод, инвазии и т.п., выбирает режим посева, ирригации, внесения удобрений, пестицидов для оптимизации продуктивности земли, участок за участком. Производители сельскохозяйственной техники уже оснащают трактора такими системами стоимостью 6 тыс. долл. Это может привести к усилению концентрации сельскохозяйственного производства и исчезновению мелких фермерских хозяйств. В то же время мелкие хозяйства могут превратиться в центры прибыли крупных сельскохозяйственных корпораций, организованных по примеру промышленных на началах децентрализации.

21. Возникновение стиля жизни, связанного с использованием средств информатики и Интернета во всех ее аспектах – работы, обучения, совершения покупок и т.д., т.е. "жизни в телепространстве". Большую роль здесь сыграет коммерческое освоение больших мониторов на основе органических светодиодов, которые с 2001 г. уже конкурируют с современными жидкокристаллическими дисплеями.

22. Появление "виртуальных секретарей" — интеллектуальных компьютерных программ высокого уровня, помогающих решать многочисленные проблемы и ориентироваться в море информации, а со временем осуществляющих ряд рутинных операций и выполненных в виде робототехнических устройств. Примитивные версии уже существуют, в будущем таковым будет логическое решение проблемы информационной перегрузки. Эта технология станет возможной благодаря искусственному интеллекту, мощному техническому и программному компьютерному обеспечению.

Перспективы развития нанотехнологий. Ближе к середине XXI века в мире киберпространства будут царить микро и нанотехнологии (интеллектуальная пыль). Однако в ближайшем будущем нанотехнологии начнут применяться в производстве интегральных схем [14].

Существующие способы осаж­дения примесей в полупроводник (эпитаксии) по литографическим шаб­лонам уже практически приблизились к своему технологическому преде­лу. И дело не только в размерах элементов – еще существует опреде­ленная возможность их уменьшения. Дело в том, что нынешние техноло­гии фотолитографии позволяют изготовлять только пленарные структуры – когда все элементы и проводники расположёны в одной плоскости. А это накладывает существенные ограничения на схемотехнику: наиболее прогрессивные схемные решения не могут быть осуществлены по такой технологии. В частности, таким образом невозможно воспроизвести ней­ронные схемы, на которые возлагаются большие надежды. В то же время сейчас активно развиваются нанотехнологические методы, позволяющие создавать активные элементы (транзисторы, диоды) размером с молекулы и формировать из них многослойные (трехмерные) схемы. По-видимому, именно микроэлектроника будет первой отраслью, где "атом­ная сборка" будет осуществлена в промышленных масштабах.

Например, одна из крупнейших компьютерных компаний объявила о сенсационном изобретении своих инженеров. Им удалось создать элемент компьютерной цепи внутри одной молекулы [15].

Как сообщает агентство «Reuter», новый элемент в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса. В основе его лежат так называемые углеродные нанотрубки, которые, по мнению специалистов компании, представляют собой достойную альтернативу нынешним кремние­вым процессорам. Ученые активно ищут замену кремнию, так как в те­чение ближайших 10–15 лет ожида­ется, что возможности дальнейшей миниатюризации таких схем будут исчерпаны. Специалисты надеются, что на смену им придут углеродные нанотрубки. Возможно, на их базе будут созданы сверхскоростные компьютеры, использующие ни­чтожное количество электроэнер­гии. Углеродная нанотрубка – это молекула, которая примерно в 500 раз меньше, чем молекула кремния. К тому же выделяет в процессе ра­боты меньше тепла, использует меньше энергии и в 10 раз прочнее стали. В США исследования велись по двум направлениям – уменьшение размеров существующих материалов, включая оксиды металлов и использование новых производственных технологий для создания таких новых материалов, как нанотрубки и бакиболлз уменьшенных наноразмеров [16].

Углеродные нанотрубки, которые, по-видимому, будут играть значительную роль в производстве перспективных конструкционных материалов, уже находят применение при выпуске специальных композитов и фторполимеров.

Нанороботы являются сборщиками атомов. Человек повышает вероятность рождения нужных ему благ с помощью технологических механизмов. Нанороботы имеют дело с группами молекул, отдельными молекулами и даже атомами. Структура наноробота организована по такому принципу: молекулярный аккумулятор, передаточный механизм, атомно-молекулярный манипулятор, управляющее устройство и молекулярный движитель для перемещений. Такой наноробот впервые в мире создан в Японии для медицинских целей. Он вводится в вену человека, находит бляшки и их "съедает".

Природа разделила процессы производства живых существ на внутри- и внеклеточные. Вероятно по тому же пути пойдет нанотехнология. Во внутриклеточном производстве примут участие один или несколько нанороботов, несущие универсальные хранилища информации – аналог ДНК в живых организмах, где содержаться сведения о том, каким должен быть конечный результат производства и программа его достижения. Так можно вырастить изделия несложной формы – питательные вещества, одежду, обувь и т.д. Нанороботам будут доступны любые цвета и фактуры, разнообразные отделки. Появится возможность мгновенной смены моделей. Наконец, самим материалам, выращенным нанороботами, можно придать практически любые свойства – скажем, научить их реагировать на свет и тепло, запоминать свою изначальную форму, слушаться человеческого голоса.

Второй, более сложный тип нанопроизводства – выращивание из искусственных аналогов растительных и живых клеток. Сначала наноробот должен создать саму клетку, наделенную некими свойствами, а затем заставить ее делиться с определенной скоростью и в заданных направлениях, чтобы получился объект заданной формы. Предмет, выращенный из искусственных клеток можно также наделить свойствами регенерации – самовосстановления в случае структурных повреждений.

За процессом роста и развития изделия будет наблюдать технологический суперкомпьютер, он же возьмет на себя регуляцию поступления сырья. В качестве сырья выступит прежде всего морская вода. Ведь в ней содержатся почти все элементы таблицы Менделеева. Еще Вернадский называл природную воду минералом с переменной химической формулой. Из этой "живой воды" наноробот буквально по атому выловит нужные элементы. Причем сама нанотехнология, по определению, безотходна: то, что не пригодится в производстве, не извлекается из сырья, а все, что извлечено, утилизируется.

Что касается наномашин, то они обещают коренным образом изменить среду обитания человека. В 1992 г. один из идеологов нанотехнологий доктор Эрик Дрекслер, выступая перед комиссией Конгресса США, нарисовал картину обозримого будущего, когда нанотехнологии преобразуют мир. Будут ликвидированы голод, болезни, загрязнение окружающей среды и другие насущные проблемы, стоящие перед человечеством. Ключом к этим проблемам станут крошечные машины размером с молекулу, которые будут обладать способностью к самовоспроизведению и, используя в качестве строительного материала атомы, смогут производить все необходимое с недостижимой ранее эффективностью.

Между тем, люди издавна используют природные наномашины в своих целях. Например, дрожжи – самые настоящие наномашины вероятности, изменяющие ход процессов сбраживания в нужном русле. Шелковичные черви вырабатывают готовые к использованию нити для текстильной промышленности. В России создан бактериальный препарат ризоторфин – основу его составляют клубеньковые бактерии, помогающие любым культурным растениям усваивать атмосферный азот.

В основе разработки наномашин лежит простая идея. Хотя сейчас в нашем распоряжении и имеются средства для манипуляций отдельными атомами, вряд ли их можно "напрямую" применить для того, чтобы собрать что-то дельное: уже хотя бы только из-за количества атомов, которые придется "монтировать". Однако возможностей существующих технологий уже достаточно, чтобы соорудить из нескольких молекул некие простейшие механизмы, которые, руководствуясь управляющими сигналами извне (акустическими, электромагнитными и пр.), смогут манипулировать другими молекулами и создавать себе подобные устройства или более сложные механизмы. Те, в свою очередь, смогут изготовить еще более сложные устройства и т.д. В конце концов этот экспоненциальный процесс приведет к созданию молекулярных роботов – механизмов, сравнимых по размерам с крупной молекулой и обладающих собствен­ным встроенным компьютером. В создании таких нанокомпьютеров нет ничего фантастического, активные электронные элементы таких размеров уже получены в лабораторных условиях.

В НИИ "Дельта" (Москва) спроектировали скатерть-самобранку атомного века – так назвал эту наномашину один из ее конструкторов П. Лускинович. Функция ее в том, чтобы из атомов и молекул окружающей среды – например из воздуха, воды и грунта – собирать все, что пользователю будет угодно заказать, начиная от еды и питья и кончая ювелирными изделиями. П. Лускинович даже рискнул назвать дату, когда первые агрегаты подобного рода появятся в продаже: начало XXI века. Это подтверждается не только работами сотрудников возглавляемой им лаборатории, но и трудами зарубежных нанотехнологов [6, С. 12].

Наиболее вероятные отрасли применения нанотехнологий:

1. Медицина. В дальнейшем наиболее благоприятные для использования наноматериалов перспективы ожидаются в области здравоохранения и электроники на долю которых в 2020 г. в целом будет приходиться 2/3 всего сбыта этих товаров в США. Создание молекулярных роботов-врачей, которые '"жили" бы внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращали бы возникновение таковых, включая повреждения генетические. Прогнозируемый срок реализации - первая половина XXI века.

2. Геронтология. Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старе­ние клеток, а также перестройки и "облагораживания" тканей человече­ского организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных лю­дей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики. Прогнозируемый срок реализации: третья – четвертая четверти XXI века.

3. Промышленность. В ближайшие годы ожидается выпуск на рынок значительного числа товаров в рамках ассортимента, предназначенного для удовлетворения потребностей обрабатывающего сектора страны. Он включает абразивы для полировки кристаллических пластин и накопительные устройства высокой плотности, применяемые в электронной промышленности; усовершенствованные диагностические средства для медицинского освидетельствования; прозрачные солнечные экраны; топливосберегающие компоненты для автомобильной промышленности; улучшение сорта бумаги и красок для полиграфической промышленности. В ближайшем будущем производство молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул. Первые практические результаты могут быть получены в начале XXI века.

4. Сельское хозяйство. Замена "естественных машин" для производства пищи (растений и животных) их искусственными аналогами – комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки "почва – углекис­лый газ – фотосинтез – трава – корова – молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется "почва – углекислый газ – молоко (творог, масло, мясо – все, что угодно)". Стоит ли говорить о том, что подобное "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде, а производительности его хва­тит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда. По разным оценкам, первые такие комплексы будут созданы во второй – чет­вертой четвертях XXI века.

5. Биология. Станет возможным "внедрение" в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными – от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

6. Экология. Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы дея­тельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы. Прогнозируемый срок реализации: середина XXI века.

7. Освоение космоса. По-видимому, освоению космоса "обычным" порядком будет предшествовать освоение его нанороботами. Огромная армия роботов-молекул будет выпущена в околоземное космическое пространство и подготовит его для заселения человеком – сделает пригодными для обитания Луну, астероиды, ближайшие планеты, соорудит из подручных материалов" (метеоритов, комет) космические станции. Это будет намного дешевле и безопаснее существующих ныне методов.

8. Кибернетика. Произойдет переход от ныне существующих планарных структур к объемным микросхемам, размеры активных элементов уменьшаться до размеров молекул. Рабочие частоты компьютеров достигнут терагерцовых величин. Получат распространение схемные решения на нейроноподобных элементах. Появится быстродействующая долговременная память на белковых молекулах, емкость которой будет измеряться терабайтами. Станет возможным "переселение" человеческого интеллекта в компьютер. Прогнозируемый срок реализации: первая–вторая четверть XXI века.

9. Разумная среда обитания. За счет внедрения логических нано-элементов во все атрибуты окружающей среды она станет "разумной" и исключительно комфортной для человека. Прогнозируемый срок реали­зации: после XXI века.

Новые потенциальные технологические возможности нанотехнологии открыли пути к реализации новых типов транзисторов и электронных функциональных устройств, выполняющих соответствующие радиотехни­ческие функции за счет особенности взаимодействия электронов с наноструктурами. К транзисторам новых типов относятся одноэлектронные транзисторы, предложенные К. Лихаревым, в которых доминируют эффекты поодиночного прохождения электронов через транзистор и управление параметрами данного процесса под действием потенциала управляющего электрода. Достоинством транзистора данного типа и функциональных приборов на его основе является исключительно низкое энергопотребление. К сравнительным недостаткам – наивысшие по трудности реализации требования создания манометровых областей наименьших размеров, позволяющих осуществить работу данных устройств при комнатной температуре. К принципиально другому типу транзисторов следует отнести транзисторы Ааронова-Бома, в которых используются волно­вые свойства электронов. Под воздействием управляющего напряжения, создающего несимметричность параметров волнового распространения электрона по двум расходящимся, а потом сходящимся проводникам, происходит интерференция волновых функций электрона, приводящая к модуляции выходного электронного потока. К достоинствам транзисторов данного типа следует отнести сверхвысокое быстродействие, достигающее терагерцового диапазона, а к недостаткам – наивысшие требования к однородности материалов, выполнение которых необходимо для мини­мизации рассеяния электронов при распространении их по данным двум проводникам. К третьему типу нанотранзисторов относится полевой транзистор, сформированный на основе нанопроводников, в котором под воздействием управляющего напряжения происходит полевая модуляция проводимости проводника, по которому течет ток. Данный транзистор, хоть и не является рекордсменом по сравнению с первыми двумя по энергопотреблению и быстродействию, предъявляет наиболее простые технологические требования к технологии создания и позволяет достичь частотного диапазона в сотни гигагерц.

В цифровой вычислительной технике известны две проблемы стоящие на пути повышения производительности, или, другими словами, увеличения вычислительной мощности – это ограничения по частоте, от которой прямо зависит производительность, и ограничения по выделе­нию тепла в элементах, из-за которого ограничивается минимальный размер элементов. Нанотехнологии, как мы видим, позволяют решить обе эти проблемы.

Стремительное развитие науки и техники, осуществляемое на ос­нове развитой нанотехнологии, за рубежом называют наноиндустриальной революцией. В 1989 году была проведена международная конференция по сканирующей туннельной микроскопии, а в 1092 году – элитная конференция по нанотехнологии. Ежегодно в Японии ведутся работы примерно по дюжине нанотехнологических проектов. В 1992 году крупнейшим был "Angstrem Technology Project" самый крупный из серии японских проектов, направленных на разработку приборов манометрового размера. Проект стоимостью 185 млн долларов рассчитан на 10 лег. Для его реализации задействовано 50–80 японских фирм. На основе выпол­нения данного проекта была проведена реорганизация четырех мини­стерских лабораторий в исследовательском центре "Цукуба", а также создан новый междисциплинарный центр по исследованиям в области нанотехнологии.

Кроме этого проекта, лидирующими являются проекты "Atom Craft Project", фактически посвященный атомной сборке, проект квантовых функциональных приборов и другие. Руководители этих проектов одно­значно заявляют, что они создают технологию XXI века и планируют за­ложить основу для технологии терабитных кристаллов. Следует отме­тить, что из пяти направлений научных программ в Японии, начиная с 1995 года, фактически главным является направление по созданию функциональных приборов на основе наноструктур. Имеется ряд специа­лизированных журналов, где опубликовано много новых работ по созда­нию нанотехнологических комплексов, применению их для создания нанороботов и использованию не только на Земле, но и в космосе.

Во Франции даже создали клуб нанотехнологов, объединяющий ученых и промышленников различных отраслей. В Англии издаются журналы "Нанотехнология" и "Нанобиология", в 1983 году состоялась пятая международная конференция по нанотехнологии.

Возможные социальные последствия развития нанотехнологии заключаются в коренном преобразовании практически всех отраслей науки и техники.

В электронике будут создаваться сверхбыстродействующие компь­ютеры не только с обычными архитектурами, но и нейрокомпьютеры, сверхбыстродействующие функциональные устройства с рекордной производительностью; в оптоэлектронике будут синтезированы давно ожидаемые излучатели с перестраиваемым спектром и широкополосные фотоприемники с КПД во многие десятки процентов; кардинально изменится медицина, эффективно реализовав возможности генной инженерии, соз­дав эффективные молекулярные диагностические устройства и соответ­ствующие биосинтезаторы; коренным образом преобразуется химическая индустрия, превратившись из гигантских заводов в практически персональные синтезаторы.

Однако всех интересуют более точные сроки начала реализации нанотехнологии в повседневной практике. И хотя, например, отдельные наноэлектронные элементы уже существуют в ведущих лабораториях мира, по оценкам специалистов, начало более явного применения нано­технологии приходится на 2010 год. Нанотехнология станет основой зна­чительных эволюционных изменений, многие из которых настолько каче­ственно будут отличаться от сегодняшнего мира, что в настоящее время их просто невозможно описать.

В целом же нанотехнологии будут копировать природные процессы, переносить их в промышленную технологию.

В 2001г. продажи наноматериалов (в частности, спецхимикатов новейшего поколения) составляли около 125 млн долл. на американском рынке. В 2007 г. они превысили 1 млрд долл., а к 2020 г. достигнут 35 млрд долл. [16]. Высокими (с нулевой отметки в 2002 г.) будут темпы прироста сбыта новых видов наноматериалов, большинство из которых до сих пор еще не поступили в продажу. Столь высокие темпы прироста обусловлены быстрым наращиванием в последнее десятилетие научных исследований в данной области, завершившихся первыми коммерческими успехами.

Проведенные нами исследования позволяют сделать вывод о том, что нанотехнологии могут привести мир к новой технологической революции, полностью изменить не только экономику, но и среду обитания человека. Нанонаука оперирует малыми величинами, сопоставимыми разве только с размерами атома. Даже в рамках домашнего хозяйства люди сталкиваются с продуктами, созданными благодаря нанотехнологиям, например, цифровой видеодиск (DVD). На базе наноматериалов в медицине идут активные попытки (и весьма небезуспешные) создания роботов-врачей, способных "жить" внутри человеческого организма, устранять повреждения или предотвращать их возникновение. Использование нанотехнологий в сельском хозяйстве и промышленности сможет кардинально изменить и эти отрасли экономики. Большие возможности нанотехнологий применимы для стабилизации и улучшения экологической обстановки.

Поистине фантастические перспективы открывают наноматериалы для развития информационных технологий, космических исследований и т.д.

Результаты исследования позволяют сделать вывод о явной тенденции к увеличению объема новой научной информации, заключенной в продуктах, технологических процессах, факторах производства и во всех видах деятельности. Более того, наблюдается массовое замещение физических компонентов бытия их виртуальными формами в науке, торговле, в производственных и финансовых системах: физических моделей и экспериментов на виртуальные; физических денег – на виртуальные счета, платежные карты; натуральных подписей – на документах на цифровые (электронные); физических корпоративных сетей – на виртуальные при помощи специальных, например, туннельных технологий.

Автор пришел к выводу, что к традиционным технологиям, которыми располагают многие страны, присоединилась новая совокупность инновационных технологий, обладание которыми и определяет место страны в координатах мировою инновационного развития. Технологии инновационного экономического развития мы рассматриваем как одновременно уникальные и всеобщие, универсальные, многофункциональные и экологосберегающими.

Библиографический список

11. Владимирова О. Компьютеры будущего//Известия. 2000. 15 февраля.

12. Ворота в глобальную экономику/Пер. с англ. М.: Фазис, 2001. 440 с.

13. Японский прогноз развития науки, техники и технологии до 2025 года. М.: АСМС, 2001.

14. Валиев К., Ормековский А. От калькуляторов до клавишных компьютеров//Computer World-Россия. 2000. № 24. С. 32-34.

15. Вершинская С.К., Мельников И.И. Путь к технологиям ХХI века//ЭКО. 1997. № 9. С. 109-115.

16. Макарова В. И взял левша в руки атом…//Российская научная газета. 2003. 22 октября.

17. Мегатренды мирового развития/Под ред. М.В. Ильина, В.Л. Иноземцева. М.: Экономика, 2001. 295с.

18. Минс Г., Шнайдер Л. Метакапитализм и революция в электронном бизнесе: какими будут компании и рынки в XXI веке/Пер. с англ. М.: Альпина Паблишер, 2001. 280 с.

19. Надель С. Вероятность и перспективы будущей индустриальной революции//Мировая экономика и международные отношения. 2002. №9. С. 25-37.

20. Баюк Д. Глубина плоскости / Д. Баюк, А. Сергеев // Вокруг света. 2010. №12. С. 180-188.

21.Шипилов А. О дивный новый мир: http://www.cterra.com/218/ tema_nomera/chapter1.html

22. Фархольц Б. Экономика будущего изменяет мир//Internationale politik. 2001. №7. С. 4-11.

23. Фоломьев А.А. Техника нового типа закономерности воспроизводства. М.: Изд-во РАГС, 1994.345с.

24. Быков В. и др. Сканирующая зондовая, микроскопия для науки и промышленности: http://www.cterra.com/218/tema_nomera/chapter3.html

25. Нанотехнологии в ближайшем десятилетии/Под ред. М.К. Роко. М.: Мир, 2002. 292 с.

26. Перспективы рынка наноматериалов в США// БИКИ. 2003. №97. С.12.