Влияние нанотехнологий на политическую жизнь. Влияние нанотехнологий. Сокращение отходов производства и повышение энергетического к.п.д

В мире наблюдается бум вложений в наноотрасли. Большая часть инвестиций в наноразработки приходится на США, ЕС, Японию и Китай. Количество научных публикаций, патентов и журналов непрерывно растет. Существуют прогнозы создания уже к 2015 году товаров и услуг на $1трлн, включая и образование до 2 млн. рабочих мест.

В России Министерство образования и науки создало Межведомственный научно-технический совет по проблеме нанотехнологий и наноматериалов, деятельность которого направлена на сохранение технологического паритета в будущем мире. Для развития нанотехнологий в целом и наномедицины, в частности, готовится принятие Федеральной целевой программы по их развитию. Данная программа будет включать подготовку целого ряда специалистов в длительной перспективе.

Описанные во второй главе реферата успехи наномедицины станут доступны по разным оценкам только через 40-50 лет. Однако целый ряд последних открытий, разработок и инвестиций в наноотрасли привел к тому, что все больше аналитиков сдвигают эту дату на 10-15 лет в сторону уменьшения, и быть может это еще не предел.

С помощью достижений нанотехнологии в целом, и наномедицины в частности, станет возможной имплантация наноустройств в человеческий мозг, многократно увеличивая знания человека и скорость его мышления. Эти прогнозы, включая потенциал достижения личного бессмертия, и стали одним из главных факторов появления нового философского течения - трансгуманизма, согласно которому человеческий вид является не венцом эволюции, а промежуточным звеном. Этому виду еще только предстоит радикальное усиление своих интеллектуальных и физических возможностей.

Конечно же, «об руку» с достижениями идут и проблемы - например, биосовместимость наноматериалов и то, что мало изучаются, возможные вредные для здоровья человека последствия внедрения в организм наночастиц и микроустройств. Научных исследований, посвященных рискам нанотехнологий, публикуется несравненно меньше, чем работ, утверждающих их превосходство и необходимость.

Наномедицина и нанотехнология вообще являются новыми областями, и существует немного экспериментальных данных об их неблагоприятных эффектах. Нехватка знаний о том, как наночастицы будут встраиваться в биохимические процессы в человеческом теле, доставляет особое беспокойство. В недавней статье в Медицинском Журнале Австралии говорится, что правила безопасности для нанопрепаратов могут потребовать уникальных методов оценки риска, учитывая новизну и разнообразие продуктов, высокую подвижность и реакционную способность проектируемых наночастиц, и что их внедрение в практику вызовет размывание диагностических и терапевтических классификаций «лекарство» и «лечебное устройство». В настоящее время некоторые учёные говорят о ещё более глобальных проблемах наномедицины, ставя под вопрос её существование, как реальной науки, среди них - один из мировых ведущих экспертов в нанотоксикологии – Гюнтер Обердостер, профессор токсикологии в отделе экологической медицины в Университете Рочестера. «Во многом обещания наномедицины – это пускание пыли в глаза. Действительно, многие вещи выглядят очень многообещающими, но до сих пор проводились только исследования на животных, чтобы показать принцип работы»,-говорит Обердостер.

Кроме очевидных потенциальных рисков для пациентов, есть другие токсикологические риски, связанные с наномедициной. Существуют еще и проблемы по утилизации наноотходов и загрязнению окружающей среды в результате производства наномедицинских препаратов и материалов. «Эти потенциальные риски должны быть также тщательно оценены, – говорит Обердостер. – До сих пор этого не сделано».

Русские ученые обнаружили, что в среде обитания человека огромное множество биологически активных наночастиц, которые попадают в организм человека без врачебного контроля и влияют на организм человека далеко не самым лучшим образом. Например, вдыхание наночастиц полистирола не только вызывает воспаление легочной ткани, но также провоцирует тромбоз кровеносных сосудов. Есть сведения, что углеродные наночастицы могут вызывать расстройства сердечной деятельности и подавлять активность иммунной системы. Опыты на аквариумных рыбах и собаках показали, что фуллерены, многоатомные шаровидные молекулы углерода поперечником в несколько нанометров, могут разрушать ткани мозга. Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации.

Многе считают, что развитие наномедицины приведёт к ряду социальных проблем. Эрик Дрекслер - классик в области нанотехнологических разработок и предсказаний, отметил, что создание технологии производства репликаторов может, например, способствовать деспотическим формам правления (организация слежки за населением, контроль тела и сознания человека).

Может усилиться социальное неравенство, особенно на первых стадиях внедрения достижений нанотехнологии в медицину, когда стоимость новых лекарств и методов будет ещё достаточно высока. Вследствие этого усугубятся некоторые моральные проблемы, уже существующие в современной медицине.

Значительное увеличение продолжительности жизни вызовет необходимость пересмотра пенсионного законодательства и усугубит проблему перенаселения земли.

Основную проблему для нашей страны составляет переход от научных лабораторных исследований к экономически выгодному промышленному производству. В то время как в мировой практике вложение в нанотехнологию являются самыми доходными, в России пока мало частных компаний и лиц решаются инвестировать средства в нанотехнологию.

Широко обсуждается ещё одна проблема, которую Дрекслер назвал проблемой «серой слизи». Речь идёт о возможной потере контроля над наночастицами, которые начнут при этом безудержно размножаться. Однако учёные считают, что решение этой проблемы не является столь сложным, особенно по сравнению с основной проблемой создания этих частиц.

Нанотехнология принципиально изменит жизнь человечества, создаст для каждого человека новые перспективы не только в области бытовых удобств, но и в области здоровья. Положительное влияние нанотехнологий на все сферы человеческой жизнедеятельности, несомненно, перевешивает те опасности, которые сопутствуют её конкретным приложениям и которые требуют конкретных предосторожностей.

Нанотехнология – это не только научные и технические достижения. Появление этой науки знаменует собой принципиальные изменения в познании мира и во взаимодействии различных научных дисциплин и разных отраслей промышленности. Нанотехнология – междисциплинарное направление развития науки и техники. Она объединяет физику, химию, биологию, информатику, и, несомненно, в области нанотехнологии предстоит сделать ещё много великих открытий, способных изменить существующий мир.

Вывод

Можно сделать вывод о том, что нанотехнологии постепенно занимают все более важное место в нашей жизни. Внедрение нанотехнологий в нашу жизнь сможет значительно облегчить её, а развитие нанотехнологии в области медицины поможет бороться с самыми страшными болезнями человечества, например с онкологическими заболеваниями. В далёком будущем развитие наномедицины может привести даже к достижению бессмертия. Области применения нанотехнологий многочисленны. А диапазон применения этих технологий увеличивается день ото дня и сулит еще много интересного.

При этом, многие ждут от нанотехнологий очередного «промышленного переворота», какой в свое время произвели микро- или компьютерные технологии. Да, они способны решить некоторые наши остро наболевшие проблемы, но слишком много еще пока неясно в отношении нанотехнологий. Все еще не до конца ясно, насколько безвредны наноматериалы для человека и какие от них могут быть побочные эффекты – проще говоря, какие ограничения существуют для их применения. Требуется еще очень много времени для усовершенствования существующих технологий до того уровня, чтобы можно было говорить о технической революции.

Мы можем с уверенностью говорить что нанотехнология – наука будущего.

Список литературы.

1. Разумовская И.В. Нанотехнология: Учеб. Пособие. Элективный Курс М.: Дрофа, 2009.

2. Сайт о нанотехнологиях Nanotechnology News Network /// ссылка действительна на 18.04.2011

3. Интернет-журнал «Комерческая нанотехнология» /// ссылка действительна на 18.04.2011

4. Российский электронный наножурнал «Российские нанотехнологии» /// ссылка действительна на 18.04.2011

5. Научно-информационный портал по нанотехнологиям/nanotechnologies/ссылка действительна на 18.04.2011

6. Федеральный интернет-портал «Нанотехнологии и наноматериалы» /// ссылка действительна на 18.04.2011

7. Перспективы развития нанотехнологий в россии ///files/journalsf/item/20061107123532.pdf ссылка действительна на 18.04.2011

8. Энциклопедия культур Déjà vu ///main.htmlссылка действительна на 18.04.2011

9. Веб-журнал Futura /// home.php3 ссылка действительна на 18.04.2011

10. R. P. Feynman, "There"s Plenty of Room at the Bottom," Engineering and Science (California Institute of Tech-nology), February 1960, pp.22- 36. Текст лекции доступен в Интернет на странице http://nano.xerox.com/nanotech/feynman.html. Русский перевод опубликован в журнале "Химия и жизнь", № 12, 2002, стр. 21-26.

12. Ю. Д. Семчиков. "Дендримеры - новый класс полимеров". Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 12, стр. 45-51.

13. Robert A. Freitas Jr., "Exploratory Design in Medical Nanotechnology: A Mechanical Artificial Red Cell", Arti-ficial Cells, Blood Substitutes, and Immobil. Biotech. 26(1998):411-430.

14. "Магия микрочипов". "В мире науки", ноябрь, 2002, стр. 6-15.

15. Сканирующая зондовая микроскопия биополимеров. Под ред. И. В. Яминского. М., "Научный мир", 2007.

17. Isaac Asimov, "Is Anyone There?" Ace Books, New York, 1967.

18. Robert C.W. Ettinger, The Prospect of Immortality, Doubleday, NY, 1964. Русский перевод: Роберт Эттингер. Перспективы бессмертия. М., "Научный мир", 2003

19. Robert A. Freitas Jr., ""Nanomedicine. Vol. 1: Basic Capabilities". Landes Bioscience, Austin, Tx, 2009. Готовится к изданию русский перевод.

20. Р. Ф. Фейнман, "Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман?", изд. "Регулярная и хаотическая динамика", 2001 г.

21. A. MacKinnon, "Quantum gears: a simple mechanical system in the quantum regime", Nanotechnology 13 (Oc-tober, 2002) 678-681. Текст доступен в Интернете на странице http://arxiv.org/abs/cond-mat/0205647.

22. "Квантовые вычисления: за и против" (сборник). Ижевск, 1999.

23. С.D Howe. Nanotechnology: Slow Revolution. Forrester Research Corporation, August 2002, Cambridge, Maryland, USA, 21 p.

24. C.Б. Нестеров. Нанотехнология. Современное состояние и перспективы. "Новые информационные техноло-гии". Тезисы докладов XII Международной студенческой школы-семинара-М.: МГИЭМ, 2004, 421 с., с.21-22.

25. И.В. Артюхов, В.Н. Кеменов, С.Б. Нестеров. Биомедицинские технологии. Обзор состояния и направления работы. Материалы 9-й научно-технической конференции "Вакуумная наука и техника"-М.: МИЭМ, 2002, с. 244-247

26. И.В. Артюхов, В.Н. Кеменов, С.Б. Нестеров. Нанотехнологии, биология и медицина. Материалы 9-й на-учно-технической конференции "Вакуумная наука и техника"-М.: МИЭМ, 2002, с. 248-253

27. http://refdb.ru/look/1075853.html

28. http://www.gradusnik.ru/rus/doctor/nano/w57k-nanomed1/

29. http://dok.opredelim.com/docs/index-13571.html

30. http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2012/fknt/osipova/library/article5.htm

В ходе конференции посвященной проблемам биобезопасности нанотехнологии ученые предложили правительству принять определенный регламент по контролю за продуктами наноиндустрии.

Правительства многих стран в наше время организуют специальные конференции и выделяют значительные суммы на изучение влияния нанотехнологии на окружающую среду.

Одним из вопросов, которым задаются как ученые, так и обыватели, в особенности жители мегаполисов, является воздух, который мы вдыхаем. Ни для кого не секрет, что наличие гигантского количества заболеваний хроническим бронхитом и астмой, включая врожденные случаи данной болезни, объясняются токсическими и загрязненными выбросами в атмосферу промышленных предприятий и бытовых устройств.

В данной связи ученые проводят исследование поведения наночастиц в атмосфере и последствия их вдыхания человеком. В результате опытов над лабораторными грызунами была выявлена высокая чувствительность клеток эпителия дыхательной системы к наночастицам, которые накапливались в носовых путях подопытных животных, вызывая риниты и другие, более тяжелые заболевания.

Не меньшее внимание привлекает проблема влияния наноматериалов на окружающую среду. Так было проведено исследование о риске для окружающей среды пяти основных типов наноматериалов, включая нанотрубки, квантовые точки и бакиболы. Исследователи определяли различные типы рисков загрязнения для разных технологических операций, включая производство лекарств, очистку нефти. На основании полученых данных профессор по охране окружающей среды делает в статье вывод, что создание наноматериалов представляет меньший риск, чем текущие индустриальные процессы.

Наночастицы, попадающие в почву не причинят экосистеме никакого заметного вреда. Был проведен ряд опытов, в которых фуллерены помещали в различные виду почв и затем исследовали их поведение и их влияние на микроорганизмы и минеральные вещества. Фуллерены представляют собой каркасные сферические многогранники, составленные из правильных пяти- и шестиугольников с атомами углерода в вершинах. Существенные изменения могли бы стать фатальными для элементов пищевых цепочек растений. Однако результаты наблюдений показали, что никакой негативной динамики не производит: микроорганизмы живут и здравствуют, баланс веществ не затронут.

Нанотехнологии, безусловно, способствуют техническому прогрессу человечества - ученые регулярно рапортуют о новых успехах, способных изменить жизнь и быт людей к лучшему. Разработанные с использованием нанотехнологий наночастицы могут помочь в лечении раковых заболеваний, Однако некоторые наночастицы, напротив, могут вызывать рак в организме человека. Наночастицы из диоксида титана (TiO2), которые сейчас встречаются во множестве продуктов, накапливаются в организме и приводят к системным генетическим повреждениям. Наночастицы из диоксида титана (TiO2) приводят к разрыву одно- и двухцепочечных ДНК, а также приводят к повреждению хромосом.

Попадая в организм титановые наночастицы накапливаются в различных органах, поскольку в организме нет механизмов их выведения. Вследствие своих малых размеров они легко проникают в клетки и начинают влиять на их элементы.

Масштабы использования наночастиц в производстве косметики растут с каждым годом, и, как считают производители, в этом нет ничего дурного. Иной позиции придерживаются некоторые экологи. Использование наночастиц в косметике не менее вредно, чем добавки мышьяка и свинца, полагают австралийские представители международной экологической организации «Друзья Земли». Во всех выбранных наугад тестовых группах продуктов, исследователи обнаружили наночастицы.

Нанотехнологии применяются в косметике куда шире, чем полагают потребители. Помимо наличия наночастиц, семьдесят процентов протестированных продуктов содержит химические усилители, которые облегчают проникновение наночастиц через кожу в кровь. Не избежали обвинений многие популярные производители и марки косметики. Наночастицы нашли в продуктах Клиник, Лаком, Л"Ореаль, Макс Фактор, Ревлон, Ив Сан Лоран, при том, что в составе они не были указаны. А вот производитель косметики Кристиан Диор не только включил наночастицы в состав продукции, но и указал их в списке ингредиентов.

Результаты исследования явно указывают на опастность новой косметики. В 2009 году в Евросоюзе был введен закон, согласно которому все кремы от загара, содержащие наноматериалы и наночастицы, должны пройти тестирование до 2012 года.

Этот случай - далеко не первый, когда экологи и ученые поднимают вопрос опасности, которую могут представлять современные нанотехнологии. В частности, некоторые ученые полагают, что появление наночастиц в атмосфере в промышленных масштабах может изменить климат Земли, а также предупреждают об опасности употребления пищи, созданной с использованием нанотехнологий

Американские ученые обнаружили в атмосфере Земли значительное количество наночастиц, которое продолжает увеличиваться. По их мнению, наночастицы, отражая солнечные лучи, могут серьезно изменить климат на планете, вызвав очередной Ледниковый период.

По последним наблюдениям американских ученых, в атмосфере нашей планеты уже находится значительное количество наночастиц, невидимых глазом, но могущих оказать влияние как на погодные процессы.

Количество наночастиц в разных частях света увеличивается, но почему это происходит остается загадкой. Ученые занимались вопросом того, как образуются наночастицы и каким образом происходит увеличение их количества, когда они вступают во взаимодействия с различными органическими испарениями.

Однако, им удалось выяснить, что некоторые виды органики быстро растут в атмосфере. Собираясь в больших количествах, они отражают солнечный свет назад в космос - своего рода обратный парниковый эффект. Кроме того, отмечают ученые, распространение наночастиц в воздухе может обострить такие заболевания, как астму, эмфизему и другие легочные заболевания.

Нанотехнологии для меня -- это прежде всего а) самые разные датчики и б) компьютеры с малым энергопотреблением и большой вычислительной мощностью.

В течение буквально пяти лет произойдет огромный прогресс в датчиках всех органов чувств, причем в мобильном варианте. Военные технологии очень быстро окажутся у многих и многих людей -- в камерафонах, теленетбуках и прочих странных девайсах. Продвинутые оптические матрицы, продвинутая оптика, продвинутая механика для того, чтобы все это мгновенно фокусировалось и отслеживало объект съемки, огромная вычислительная мощность для обработки видео, бездонная память, которая проглотит любой видеопоток и бережно его сохранит, распределенные торрент-системы, которые передадут все это видео интересующимся. Ольфакторные чипы, которые унюхают все, что интересно их владельцу, и которыми будет оборудован каждый камерафон, букридер и т.д.. Вездесущая GPS и Galileo навигация. Повсеместный интернет, "постоянный коннект". Микрофоны, которые слышат с огромных расстояний. Четкие снимки через любое марево. Я постоянно пишу о подобных технологических новинках у себя в журнале (и сейчас даже ссылок не привожу, все это было). И все это -- нанотехнологии.

Далее empowering (превращение каждого отдельного ламера в крутого профи). Empowering -- это когда у меня сейчас на поясе болтается 200г. камера, готовая снимать HD. А через пять лет такое будет практически у каждого человека, а у особо заинтересованных будет третье поколение камер формата Micro Four Thirds. Почему важно, чтобы это было HD? Потому как это -- emotional broad band. C другой стороны, редко какие шпионы обладали такой аппаратурой, какой сегодня обладает любой подросток, вооруженный сотовым телефоном. Экстраполируйте это еще лет на пять. Все граждане будут экипированы, как журналисты, желающие провести крутое журналистское расследование. Анализ ДНК лет через пять-десять уже будет не проблема. Анализируй родословную своих собачек, птичек, а также родственников и проходящих мимо политиков. Все это нанотехнологии.

Ну и что? Сейчас в России в газетах свободно печатают информацию про политиков, из-за которой в приличных странах эти политики перестают быть таковыми. А в России не перестают. Да и не вся политика публична.

Мой первый пойнт: empowering приводит к тому, что вся политика будет публична, даже если государственное раскрытие информации стремится к нулю. Люди любопытны, и склонны информацией делиться. Нанотехнологии будут стремительно снижать стоимость действий по добыче интересной информации.

Как ни странно, я считаю, что empowering (когда один человек при помощи технологий начинает работать с такой же производительностью, как бригада) проходит сейчас со много большей скоростью, чем помощь со стороны технологий различным группам по интересам. В том числе группам по политическим интересам. Все эти "социальные сети" находятся в самом начале своего пути, ибо социальные сети должны опираться на технологии emotional broadband -- эмоциональной широкополосности. Видео, аудио, трехмерность. В социальных сетях виртуальные миры еще никак себя не показали. В виртуальные миры пока еще нельзя попасть в собственном образе, нужны аватары. Нельзя провести дистантный семейный совет по той же технологии Cisco Telepresence, по которой проходит совет директоров какой-нибудь крупной компании (напомню, что продает Cisco в этой технологии: натуральную величину людей, контакт глазами, голос без задержек и из правильного направления, возможность сохранить стандартное поведение в комнате во время встречи).

Технологии вебинаров угрюмы, лаги губительны для нормальных обсуждений. В асинхронных сервисах социальных сетей нет пока поддержки организации (хотя бы в объеме issue tracking базовой версии Trac) -- никто никому ничего не может поручить, а затем проверить исполнение (я имею ввиду теорию коммуникативного действия Хабермаса). Но это нормально. Софт, как всегда отстает. Ибо аппаратура уже почти готова: камерам не требуется специального освещения, экраны делаются карманным прожектором из любой стены, интернет-трафик после некоторых неизбежных ограничений опять рванет в облака. Аппаратура эта через пять-десять лет будет стоить копейки, а софт так и вовсе будет бесплатным, как и сегодня.

А дальше возможны интересные сценарии типа тех, которые мы наблюдали в Индии во время ликвидации колониального режима. Только сценарии эти будут не страновых масштабов, а весьма локальных. Но в эпицентре этих сценариев мало никому не покажется, ибо это будут такие своеобразные суды Линча. Именно суды Линча: я отнюдь не утверждаю, что технологии дадут ход лучшим свойствам человечьей натуры. Механизм тут ровно такой же, как в знаменитом Манеки-неко, http://zhurnal.lib.ru/4/40_s_z/maneki.shtml , но каждое общество получит от этих технологий то, что оно заслуживает в меру своего варварства.

Хотя у дикарского общества будет много больше возможностей стать менее дикарским: новые технологии прежде всего -- информационные, они продвигают прежде всего образовательные процессы, в какой бы извращенной форме (обсуждение очень неприглядных ситуаций) эти образовательные процессы не проходили. Политика -- это прежде всего образование масс, причем конкурентными образовательными программами. Вот эту-то конкуренцию с самых неожиданных сторон новые технологии и обеспечат. Конкуренцию дикости и цивилизации в том числе. Но в диспутах выиграть может и цивилизация, равно как в силовом физическом столкновении обычно побеждает варвар.

Новые технологии вывернут на свет божий столько грязи, сколько человечество еще не видело. Мир пока еще не большая дважды деревня -- дважды, ибо кроме традиционного смысла "все всех знают" есть еще и неожиданный смысл -- огромное большинство жителей планеты все еще деревенские жители, даже если они уже успели переехать в какие-нибудь пригороды мегаполисов. Мир в эту дважды деревню только-только начинает превращаться. И хорошо, что новые технологии прежде всего являются технологиями образовательными. Но сначала у деревенских дикарей будет empowering для их дикарских замыслов ("дикарского блага") и средства для их дикарской организации в орды, а только потом эти же технологии превратят дикарей в цивилизованных людей, использующих свои способности для благих ("благо цивилизации") целей. Эти же технологии позволят цивилизованным людям обсудить, что именно является этим "благом цивилизации" -- и не прийти ни к какому единому мнению.

Но все начнется с превращения разведтехнологий в массовые. Взять в интернете подробную справочку про текущего докладчика на совещании, где принимаются важные (в том числе и политические) решения, могут еще не все люди. Через пять лет это будет инстинктивным действием. И часто после этого будут приниматься другие решения, "на основании разведданных", а не на основании предоставленной тщательно отфильтрованной информации. Информация хочет быть свободной, а на базе освободившейся информации много-много людей начнет принимать самые неожиданные решения.

Мир изменится, и изменится очень круто. Я не говорю, что мир изменится в лучшую сторону.Просто всё (в том числе и политика) будет происходить много быстрее и разнообразнее, а не лучше или хуже. А в основе этих изменений лежат нанотехнологии -- именно они позволяют получить дешевые асферические линзы, именно они позволяют Intel в эти дни демонстрировать новое поколение процессоров для мобильных телефонов, которые потребляют вдесятеро меньше энергии, именно эти нанотехнологии позволяют создать карманные проекторы высокой четкости и яркости, именно нанотехнологии позволяют иметь много часов видеозаписи во флешке размером с ноготь, именно нанотехнологии переведут связную инфраструктуру на оптоэлектронику, которая сейчас отрабатывается на дорогущих GRID-сетях. А дальше -- emotional broadband, через который к нам ворвется новая политика. Вы только представьте себе какие-нибудь студенческие волнения лет через пять, в которых каждый студент имеет мобильные устройства, о которых военные сейчас только мечтают. И никакое отключение интернета им грозить не будет, ибо mesh-сети тоже на подходе. И никакие "закладки" в процессорах, ибо открытый код для процессоров тоже уже появляется.

Ох, нахлебаемся. Впрочем, это верно для любого уровня технологий: прошлого, нынешнего, будущего. Ох, нахлебались, нахлебываемся, нахлебаемся.

В перспективе нанотехнология может сыграть значительную роль в решении многих проблем, связанных с охраной окружающей среды. Речь идет, в первую очередь, об использовании наноустройств в системах исследования и контроля продуктов и отходов различных химических производств, о создании новых "чистых" технологий с минимальным выходом вредных отходов производства, а также о переработке мусора на свалках и очистке загрязненных водоемов. В дальнейшем предполагается осуществление непрерывного контроля и обработки обширных участков окружающей среды с целью их очистки от очень мелких частиц загрязняющих веществ, содержащихся в воде (размер < 300 нм) и в воздухе (< 20 нм).

Необходимо также учитывать, что наноструктурные материалы могут сами вызывать загрязнение окружающей среды, угрожающее здоровью человека. Загрязнение может быть связано как с существующей техникой (например, наночастицы в выхлопных газах дизельных двигателей), так и с новыми веществами или технологическими процессами. Во многих случаях нанотехнологии представляют собой новые производственные процессы, и их потенциальная опасность для окружающей среды должна быть тщательно оценена.

Сложные физико-химические процессы с участием наноструктур играют существенную роль во многих явлениях, определяющих изоляцию, высвобождение, подвижность и биологическую доступность различных веществ (полезных и вредных) в окружающей среде. Микропроцессы, происходящие на границах раздела природных физических и биологических систем, определяют разные проблемы медицины и биологии. Изучение динамики процессов, специфичных для наноструктур в природных системах, позволит не только понять механизмы переноса и биологического усвоения веществ, но и использовать для улучшения экологической обстановки.

В атмосфере, геологических породах, водной среде и биологических системах присутствует большое количество разнообразных естественных наночастиц и наноструктурных веществ, однако их влияние на здоровье человека пока не изучалось систематически. В некоторых случаях (например, при использовании кварцевых и асбестовых волокон) было обнаружено вредное воздействие наночастиц, в других — потенциальные опасности кажутся незначительными. Кроме того, следует учитывать, что аэрозоли из наноразмерных частиц постоянно участвуют в разнообразных атмосферных физико-химических процессах.

Нанотехнологии уже оказали значительное влияние на многие производства, связанные с окружающей средой и энергетикой. Некоторые примеры таких технологий приводятся ниже.

Сокращение отходов производства и повышение энергетического к.п.д.

Наиболее заметные успехи достигнуты в разработке новых методов катализа, где использование наноразмерных реагентов во многих случаях позволило резко повысить эффективность каталитических реакций (скорость, выход) как в гомогенных, так и гетерогенных системах. Использование наноразмерных материалов (например, аэрогеля или ксерогеля V205) в катодах литиевых аккумуляторов значительно повышает их емкость, срок службы и скорость зарядки/разряда.

Экологически безопасные композитные материалы

Совместимость композиционных материалов с наномасштабными инородными включениями открывает возможность производить высококачественные материалы специального назначения (например, для систем фильтрования). На основе таких композитов можно создавать системы, отличающиеся повышенной стойкостью к воздействию окружения, длительным сроком службы, низкой стоимостью обслуживания и ремонта, малым воздействием на окружающую среду. На их базе можно производить легкие и небольшие конструкции и устройства, характеризующиеся низким энергопотреблением. Композиционные наноматериалы отличаются большим структурным разнообразием и могут быть как очень простыми (сталь с включениями из оксидов или нитридов), так и очень сложными (гетерогенные композиты, обладающие заранее заданной, высокофункциональной структурой).

Переработка отходов

Наноструктурные материалы находят все возрастающее применение в процессах переработки и обезвреживания отходов, от окисления органических загрязнителей с помощью частиц ТЮг до связывания атомов тяжелых металлов наномасштабными поглотителями. Во многих случаях в качестве агентов окисления могут использоваться активированные облучением частицы (в растворах или аэрозолях). Недавно было обнаружено, что наноразмерные частицы ТЮг, подвергнутые УФ-облучению, могут очищать воздух от различных загрязнителей, включая опасные органические соединения, клетки, вирусы и ядовитые химикаты. Наноразмерные частицы, после соответствующей химической обработки их поверхности (образования производных соединений) лигандами или реагентами, могут эффективно связывать атомы тяжелых металлов или пассивировать загрязненные поверхности. Кроме того, предполагается, что нанотехнологии позволят так организовать химические производственные процессы, что в ходе их будет образовываться меньше отходов. В химии поверхностных явлений проводится изучение материалов со специально сконструированными наноструктурными поверхностями, которые обеспечат проведение требуемых реакций с образованием минимального количества отходов.

Преобразование энергии

Процессы, связанные с получением энергии (включая как непосредственное производство электрической энергии, так и добычу топлива, подлежащего транспортировке), наносят непоправимый вред окружающей среде. Наносистемы могут составить основу энергетических производств на возобновляемых источниках энергии, при функционировании которых образуется гораздо меньше вредных отходов. Примером может служить упомянутое выше использование наноразмерных или мезоразмерных материалов в электродах аккумуляторов или топливных элементах для транспортных средств.

В наше безумное время, когда человека отовсюду окружают современные технологии, когда с каждым днем всё больше совершенствуются технологии, а мы не успеваем следить за их новинками, вообще не представляем жизнь без них, стало появляться новое, часто звучащее на слуху, направление «нанотехнология». Что же такое нанотехнология? Чтобы в этом разобраться я провел небольшой опрос среди знакомых и друзей, что же они знают о нанотехнологиях:

25% ответили, что не знают;

65% ответили, что их применяют в компьютерах;

10% - что в военной промышленности.

Цель моей работы рассказать, что могут дать нанотехнологии людям и конкретно: как они могут быть использованы в моей будущей профессий. Мною был проведен обобщающий анализ статей, выступлений, теоретического материала в области нанотехнологий. Данная тема заинтересовала меня своими перспективами, которые открываются для человечества способностью вывести жизнь на абсолютно новый уровень.

Так что же такое нанотехнологии? Разберем само слово «нано» - это переход от микро к нано, «нано - это наименьшая часть микро», или 1нм = 10-9 м.

В наше время мы уже давно сталкиваемся с нанотехнологиями. Возьмем первый компьютер, который занимал целый спортзал, или современный сотовый телефон и сравним их возможности, так же уже давно знакомые нам CD диски производятся с применением нанотехнологий.

Нанотехнология – без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. В настоящее время нанотехнологии развиваются в разных направлениях.

Медицина. Создаются и уже созданы «молекулярные роботы-врачи», которые внедряются вовнутрь человека, устраняют или предотвращают как бы из нутрии, возникающие заболевания. Так же это позволит доносить организму те вещества, которые ему надо, они смогут восстанавливать поврежденные ткани.

Промышленность. Замена традиционных методов производства сборкой молекулярными роботами предметов потребления непосредственно из атомов и молекул.

Сельское хозяйство. Мы сможем заменять природных производителей пищи (растения, животных) аналогичными компонентами из молекул роботов, они будут воспроизводить те же химические процессы, что в нашем организме

Биология. Уже стало возможно внедрять в живые организмы наноэлементы, что позволит восстанавливать вымершие виды животных, даже создавать новые.

Экология. Внедрение нанотехнологий позволит устранить вредное влияние деятельности человека на окружающую среду. Это возможно с помощью роботов санитаров, которые превращают отходы в исходное сырье, что позволит перейти на безотходное производство.

Космос. Нанотехнологии позволят быстрому и лучшему освоению космоса. С помощью нанотехнологий станет возможным создать огромную армию нанороботов, и они смогут подготовить ближайшие планеты к проживанию на них людей.

Кибернетика. Уже происходит переход рабочей системы микросхем к уменьшению в размерах до величины белковой молекулы, что позволит увеличить в себе объем памяти от байта к терабайтам.

Основные этапы в развитии нанотехнологии.

Что такое нанотехногии мы уже разобрались. Давайте же узнаем, как давно они существуют. Рассмотрим основные этапы развития нанотехнологий.

1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

1959 г. Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман в своей лекции «Полно игрушек на полу комнаты» высказал мысль, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно.

1981 г. Создание Бинигом и Рорером сканирующего туннельного микроскопа - прибора, позволяющего осуществлять воздействие на вещество на атомарном уровне.

1982-85 гг. Достижение атомарного разрешения.

1986 г. Создание атомно-силового микроскопа, позволяющего, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.

1990 г. Манипуляции единичными атомами.

1994 г. Начало применения нанотехнологических методов в промышленности.

1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.

1999 год. Американские физики Джеймс Тур и Марк Рид определили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как молекулярные цепочки.

2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной

Инициативы в Области нанотехнологии. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено $500 млн.

2001 год. СМИ назвали нанотехнологии "прорывом года" (Science) и "новой многообещающей идеей" (Forbes).

Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение "новая промышленная революция".

Электронные элементы на основе нанотехнологий

Новые потенциальные технологические возможности нанотехнологии открыли новые типы транзисторов и электронных функциональных устройств, выполняющих соответствующие радиотехнические функции за счет особенности взаимодействия электронов с наноструктурами. К транзисторам новых типов относятся одноэлектронные транзисторы. Достоинством транзистора данного типа и функциональных приборов на его основе является исключительно низкое энергопотребление. К сравнительным недостаткам - наивысшие по трудности реализации требования создания нанометровых областей наименьших размеров, позволяющих осуществить работу данных устройств при комнатной температуре. К достоинствам транзисторов данного типа следует отнести сверхвысокое быстродействие, достигающее терагерцового диапазона, а к недостаткам - наивысшие требования к однородности материалов.

Так же было разработано новое семейство цифровых переключающих приборов на атомных и молекулярных шнурах. На этой основе разработаны логические элементы. Размер такой структуры ~ 10 нм, а рабочая частота ~ 1012 Гц. По своим размерам современные транзисторы могут быть всего в несколько раз больше молекулы. Однако даже эти компоненты намного больше, чем новое поколение наноэлементов, в которых вместо кремния будут использоваться органические соединения и углеродные нанотрубки. Нанотехнологии позволят не только уменьшить размеры микросхем, но и увеличить количество транзисторов в них, что значительно повысит производительность.

Электроника на нанотрубках.

Размеры углеродных нанотрубок сопоставимы с размерами молекул. Средний диаметр однослойной углеродной нанотрубки составляет около 1 нанометра. Если же удастся «заставить» одну нанотрубку хранить один бит информации, то память на их основе будет хранить колоссальные объемы информации, ведь современные ячейки flash-памяти, хранящие один бит информации, имеют размеры от 50 до 90 нанометров.

Квантовая электроника.

Так же удалось перенести старую технологию механоэлектрических выключателей на квантовый уровень. Создан миниатюрный механический выключатель, подобный тем,

7 которые по сей день используется во многих бытовых приборах. Принцип работы выключателя прост - при подаче напряжения на устройство, между двумя нанопроводниками возникает или распадается мостик из серебра, который выполняет роль проводника. Длина мостика, по которому протекает ток - всего 1 нанометр. На отрезке длиной 1 нанометр можно расположить 10 атомов водорода. Одной из перспективнейших отраслей применения нанотехнологий является компьютерная техника. Несмотря на значительную миниатюризацию и оптимизацию современных устройств, имеющихся на рынке, нанотехнологии смогут совершить в этой сфере настоящую революцию. В этом случае размеры действующих элементов микропроцессоров и устройств памяти приближаются к квантовым пределам, то есть границам мельчайших единиц материи и энергии - когда работает один электрон, один спин, квант магнитного потока, энергии и т. д. Это сулит быстродействие порядка ТГц (~1012 операций в секунду), плотность записи информации ~103 Тбит/см2, что намного порядков выше, чем достигнутые сегодня, а энергопотребление - на несколько порядков ниже. При такой плотности записи в жестком диске - размерами с наручные часы - можно было бы разместить громадную библиотеку национального масштаба или фотографии, отпечатки пальцев, медицинские карты и биографии всех жителей Земли.

Солнечные батареи.

Солнечную батарею толщиной в бумажный лист, которую можно гнуть и сворачивать, батарея в виде пленки имеет толщину от 1 до 3 микрометров - то есть, от одной до трех тысячных миллиметра. Это меньше современных аналогов примерно в сто раз. Слоями солнечных батарей планируется покрывать мобильные телефоны, автомобили и даже специальную одежду. Пленка площадью в две визитные карточки весит всего один грамм и обладает мощностью в 2,6 ватт, этого уже достаточно, чтобы обеспечить электропитанием велосипедный фонарь.

Батарейки и аккумуляторы.

Создана батарея, которая заряжается примерно в 60 раз быстрее обычной. За одну минуту её можно заправить на 80%, а полная ёмкость аккумулятора в 600 миллиампер-часов заполняется через несколько минут.

Технологическое машиностроение (на примере автомобильной промышленности).

Нанотехнологии открыли целый ряд выгод от широкомасштабного внедрения в массовое производство автомобилей. Так буквально каждый узел или компонент в конструкции автомобиля может быть в значительной степени усовершенствован.

Уже существуют легко очищающиеся и водоотталкивающие покрытия для материалов, основанные на использовании диоксида кремния

В форме наночастиц это вещество приобретает новые свойства, в частности, высокую поверхностную энергию, что и позволяет частицам SiO2 при высыхании коллоидного раствора прочно присоединяться к различным поверхностям, в первую очередь к родственному им по составу стеклу, образуя, тем самым, сплошной слой наноразмерных выступов.

Покрытие из наночастиц кремнезема делает обработанную поверхность гидрофобный - на поверхности с плёнкой из SiO2 капля воды касается субстрата лишь немногими точками, что во много раз уменьшает Ван-дер-ваальсовые силы и позволяет силам поверхностного натяжения жидкости сжать каплю в шарик, который легко скатывается по наклоненному стеклу, унося с собой накопившуюся грязь.

В силу наноразмерной толщины, такие покрытия совершенно невидимы, а благодаря биоинертности кремнезема - безвредны для человека и окружающей среды. Они устойчивы к ультрафиолету и выдерживают температуры до 400 °C, а действие водоотталкивающего эффекта длится в течение 4 месяцев.

Что касается в прямом понимании самоочищающихся поверхностей, то такая технология основана на использовании диоксида титана. Принцип действия материала с таким покрытием заключается в следующем: при попадании ультрафиолетового излучения на нанопокрытие из TiO2 происходит фотокаталитическая реакция. В ходе этой реакции испускаются отрицательно заряженные частицы - электроны, а на их месте остаются положительно заряженные ионы. Благодаря появлению комбинации плюсов и минусов на поверхности, покрытой катализатором, содержащиеся в воздухе молекулы воды превращаются в сильные окислители - радикалы гидроокиси (HO ), которые в свою очередь окисляют и расщепляют грязь, а также нейтрализуют различные запахи и убивают микроорганизмы.

Кроме покрытий для стёкол также разработаны и выпускаются составы с аналогичным действием для тканей, металла, пластика, керамики - и все они имеют потенциал для применения в автомобильной промышленности. Так же созданы самоочищающихся покрытия на основе нанопорошков, прозрачных лаков, изготовленных с использованием нанотехнологий. Новое лакокрасочное покрытие защищает кузов от царапин в три раза эффективнее, чем обычный лак

По результатам испытаний оказалось, что покрытые лаком нового типа машины сохраняют блеск на 40% сильнее, чем покрашенные обычной краской.

Новое лаковое покрытие не только защищает кузов от механических повреждений, но еще и полностью отвечает экологическим требованиям.

В настоящее время с использованием нанотехнологических подходов уже производятся высокоэффективные антифрикционные и противоизносные покрытия для автотранспорта. Состав предназначен для обработки механических деталей, испытывающих трение - двигатели, трансмиссия.

При применении состав позволяет создавать модифицированный высокоуглеродистый железосиликатный защитный слой (МВЗС) толщиной 0,1-1,5 мм в областях интенсивного трения металлических поверхностей, что дает возможность избирательной компенсации износа мест трения и контакта деталей за счет образования в этих местах нового модифицированного поверхностного слоя. Его использование позволяет увеличивать ресурс работы узлов и деталей в 2-3 раза; на 70-80% снижает токсичность выхлопа автомобиля без применения каких-либо других мер; за счет замены плановых ремонтов предупредительной обработкой снижаются вибрации и шум.

В аэрокосмической промышленности уже широко применяется семейство наноструктурированных аэрогелей. Так кремниевый аэрогель - лучший в мире твердый теплоизолятор, когда-либо обнаруженный или полученный. Для промышленности он представляет интерес, так как обладает высокой термической изоляцией - до 800° С (2,5-сантиметровый лист из силиконового аэрогеля надежно защищает руку человека от огня паяльной лампы) и акустической изоляцией - скорость звука при прохождении через аэрогель составляет лишь 100 м/сек. Развитие нанотехнологии позволит снизить себестоимость производства аэрогелей и сделает этот вид материалов доступным для применения в различных отраслях промышленности, в том числе автомобильной.

Большие перспективы имеются в улучшении электронных компонентов автомобиля: с помощью нанотехнологий позволяют объединять в одной микросхеме элементы, обеспечивающие как механическое перемещение физических частей, так и электронов в электрической схеме, которые уже широко используются в качестве сенсоров автомобильных подушек безопасности.

Вращающиеся акселерометры также используются для расширения возможностей антиблокировочных систем автомобиля (ABS). Кроме того, в автомобилях они находят применение в датчиках продольных и поперечных ускорений, датчиках крена и т. д. Определяя положение кузова, они служат источником информации для работы различных электронных систем стабилизации и контроля курсовой устойчивости. Также представляют интерес для

10 создания датчиков давления, температуры. В дорогих автомобилях количество датчиков и сенсоров АВS может составлять до нескольких десятков штук. Кроме измерения ускорений и детектирования перемещений, используется в системах GPS-навигации.

В результате эволюции происходит уменьшение до нано размеров механических компонентов систем, снижается их масса, при этом увеличивается их резонансная частота и уменьшаются константы взаимодействия, что сказывается на значительном повышении функциональности данного рода устройств. Точность измерения перемещения у лучших образцов таких устройств составляет 10 нанометров.

Также наиболее перспективными являются углеродные нанотрубки. Они обладают самым широким набором уникальных свойств, делающих их чрезвычайно перспективными для машиностроения.

Углеродные нанотрубки (УНТ) уже находят применение в конструкции современных автомобилей. Например, пластиковые бамперы и дверные панели автомобилей. Помимо повышения прочности и снижения массы, пластик со смолой из УНТ становится электропроводным, и его можно покрывать теми же красками с электрическим нанесением, что и металлические детали.

Практически всё, что обещает нам сегодня нанотехнология, можно ощутить благодаря смежным технологическим разработкам. Можно пожить в интеллектуальной техносреде – уже разработаны целые интеллектуальные дома, набитые умной техникой, включая пресловутый холодильник с доступом в интернет. Микроробототехникой занимается множество лабораторий по всему миру. Медицина – биоимплантаты, вживляемые в организм, несущие на борту от чипов с личной информацией до электронных органов. Нейропроцессоры и системы с параллельными алгоритмами. Они пусть медленно, но успешно работают. Конечно, эти разработки слишком велики по габаритам, чтобы сравниться с наноустройствами, однако уже сейчас мы можем оценить, как мы будем жить в будущем, причём не слишком отдалённом.

Возможности нанотехнологий поражают воображение, мощь – вселяет страх. Видимо будущее развитие технологии будет основываться на балансе между созиданием и разрушением. Я думаю, обязательно появятся военные и, более того, подпольно-хакерские, применения. Но и многообразие мирных задач, поставленных перед нанотехнологией сегодня, не даст покоя учёным. Нанотехнология в корне изменит нашу жизнь. Появятся новые возможности, идеи, вопросы и ответы.

Нанороботы в будущем создадут интеллектуальную среду обитания. Буквально все пространство будет пронизано ими, они, связываясь между собой, создадут глобальную сеть, с которой можно будет взаимодействовать без всяких терминалов. Благодаря огромному количеству этих роботов, сеть будет «распаралелленной», что позволит передавать информацию с невообразимой сегодня скоростью.

Мы используем достижения новой технологии сегодня и уже не можем отказаться от них. Нам уже сложно помыслить даже день без компакт-дисков, а также всего того, что мы не видим. Это то, что упрятано в корпуса машин, систем безопасности, контроля окружающей среды. Датчики на основе наноэлементов используются уже далеко не первый год.

Подводя итог своей работы, я бы хотел заметить, что нанотехнологии незаметно входят в нашу жизнь - хотим мы этого или нет. Я считаю, что нанотехнологии в моей будущей профессии дадут большое развитие, облегчат работу и повысят производительность. Произойдет переход от большого громоздкого оборудования, к его уменьшению, это облегчит его обслуживание и продлит работоспособность. Я считаю, что нанотехнологии, как и все новое в нашей жизни, делается для того, чтобы облегчить и улучшить жизнь человечества.