«Принеси то, не знаю что»: стадия алхимии
«Принеси то, не знаю что»: стадия алхимии
То, что проекту отечественного нанотеха быть, это ясно без всяких колебаний. Однако выполнение этого решения представляет очень сложную задачу, требующую сверхусилий от руководителей, исследователей, представителей промышленности и оборонного комплекса.
Первое серьезное усилие состоит в том, чтобы понять: что такое нанотехнология? Куда и как надо вкладывать деньги и на каких направлениях вести организационную работу? Ведь пока здесь полный туман неопределенности.
Дело в том, что нанотехнология, повторяя развитие химии, сегодня находится явно на донаучной, алхимической стадии. Приверженцы нанотеха сейчас говорят о его предельном развитии: создании сверхмалых нанороботов-сборщиков. Они должны собирать из атомов нужные изделия прямо из исходного сырья, сделав ненужной промышленность нынешнего типа. С другой стороны, нанороботы должны вводиться в человеческий организм, побеждая болезни, «ремонтируя» клетки нашего тела и тем самым продлевая нашу активную и здоровую жизнь на десятки лет. А то и дольше. А попутно технологии операций на уровне атомов должны дать материалы невиданной легкости и прочности, сверхъемкие аккумуляторы, компьютеры, различимые лишь в сильный микроскоп и т. д.
Все это очень сильно напоминает предшественницу химической науки – алхимию. Она развивалась со II до XVII века. Алхимики ставили целью получить эликсир жизни, дарующий бессмертие (из этого направления и выросла органическая химия), и философский камень, позволяющий превращать свинец в золото (развитие этого направления привело к неорганической химии). Сравните это с нынешними грезами нанотехнологов о производстве вещей из песка и воды и о продлении жизни человека с помощью крохотных нанороботов в крови. Алхимия была связана с мистикой, магией, большими деньгами, неоправданными надеждами и обилием шарлатанов. Они тоже говорили: «Дайте нам побольше денег и мы создадим вам и камень для превращения свинца в золото, и продлим вашу жизнь до тысячи лет». Этим грешил даже великий Парацельс. И только Роберт Бойль (1627–1691) создал химию как науку, введя в нее понятие элемента и количественные соотношения (число). Мистические задачи химии сменились реальными.
Следующий этап начался с появлением развитых математических моделей, с создания вычислительной химии (в 1998 году Нобелевская премия по химии впервые была присуждена математикам). Сейчас проектирование лекарств, выявление действующих субстанций во многих случаях неотделимо от сложных квантово-механических расчетов, требующих математических моделей, программных комплексов и суперкомпьютеров.
На наш взгляд, нанотехнологии во многом переживают ныне стадию алхимии. Не осознаны задачи нанотехнологии как области знания. Кроме того, отсутствуют многие необходимые математические модели и понимание ряда важнейших процессов.
Итак, давайте поймем и договоримся: чем мы будем заниматься? Сегодня головным по нанотехнологиям стал неакадемический РНЦ «Курчатовский институт» (Институт ядерных исследований). Но ведь нанотех – не только ядерная физика. Не меньшее право называться нанотехнологами имеют и те, кто работает с веществом на атомном уровне: генные инженеры и биотехнологи. Или исследователи из области микроэлектроники, умеющие располагать один миллиард элементов микросхемы на одном кристалле. В наноэлектронике речь пойдет уже о сотне миллиардов элементов на один кристалл. Однако тут понадобятся специалисты, имеющие дело по крайней мере с миллионами. Со специалистами в области искусственного интеллекта.
Но наноэлектроника уже сравнима по количеству элементов с головным мозгом человека – стало быть, тут нужны и специалисты по центральной нервной системе. А еще и те, кто занимается технологиями мелкодисперсных порошков, где те или иные вещества дробятся до размеров наночастиц и обретают новые свойства. Но почему-то эти исследователи оказались в стороне от российского нанотехпроекта. Определив приоритеты, мы сможем подключить к проекту фундаментальную науку и создать то, без чего немыслим серьезный проект, – математические модели.
Значит, помимо всех названных исследователей, нужно привлекать к делу и математиков, и исследователей поведения сложных, «непредсказуемых» систем из многих хаотических элементов. Проблема развития нанотеха поэтому носит ярко выраженный междисциплинарный характер.
Главная надежда нанотехнологий связана с тем, что удастся двигаться не «сверху вниз», а «снизу вверх». То есть не строить машины, которые будут строить еще меньшие машины, а те – еще меньшие и так далее, а выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты из атомов. Главная мечта нанотехнологов – нанотехнологически собирать готовые изделия: хоть ракетные двигатели, хоть готовые ботинки. Но для всего этого требуются три ключа:
1. Нужно организовать процессы так, чтобы наноструктуры собирались сами, образуя то, чего бы нам хотелось. Другими словами, это процессы самоорганизации, самоформирования и самосборки.
2. Решение многих проблем нанотехнологий требует совместной деятельности физиков, химиков, математиков, биологов – общего языка, понятий и моделей – междисциплинарного подхода. Кроме того, именно широкий междисциплинарный взгляд дает понимание того, чего в принципе возможно и хотелось бы достичь и – главное – чего хотелось бы избежать. Здесь первостепенное значение приобретает проектирование будущего, в котором технологические, экономические, политические, военные и социальные проблемы оказываются значительно более взаимосвязаны, чем ныне. Это обусловлено совершенно новыми технологическими возможностями.
3. В самом деле, чтобы нанотехнологии не остались научной фантастикой, они должны найти свое место в экономике, включиться в существующие экономические циклы или создать новые. Это требует активного мониторинга и сопровождения на всех этапах – от лаборатории до рынка. Это качественно новый уровень управления, позволяющий решать организационно-экономические проблемы невиданного уровня сложности. Представьте себе, что новые отрасли экономики будут рождаться не раз в несколько десятилетий, а раз в несколько лет.
В настоящее время активно развивается теория самоорганизации, или синергетика. В ней получены важные и значимые результаты, построены интересные модели. Однако все это относится к макромасштабу. Механизмы самоорганизации на наномасштабах только начали изучаться. Чтобы состоялись нанотехнологии, опережающими темпами должна развиваться нанонаука.
Приведем один пример. Наноструктуры позволяют создавать покрытия с невиданными свойствами. Они в принципе дают возможность идеально маскировать объекты, делать их невидимыми (технология «эльфийского плаща»). В основе этих работ лежат метаматериалы, существование которых было предсказано Виктором Георгиевичем Веселаго в 1967 году. Эта работа нобелевского уровня не была замечена и оценена по достоинству целых 40 лет. Но сейчас именно она определяет развитие большой области нанофизики. Как видите, в основе лежит фундаментальное исследование, давшее плоды через десятки лет.
Однако для того, чтобы проектировать наноматериалы, требуются уникальные компьютерные расчеты. Например, в ИПМ имени Келдыша рассчитывалось распространение волны в фотонном кристалле. Для этого потребовалось создание новых моделей, принципиально новых алгоритмов и расчетов на многопроцессорных комплексах. Насколько нам известно, в других организациях и странах мира так считать пока не умеют.
В ИПМ ведутся работы, связанные с нанотехнологиями. Они имеют принципиальное значение для нанонауки и нанотехнологии. Среди них:
1) системы математических моделей нанопроцессов;
2) компьютерные расчеты на кластерах и суперЭВМ;
3) подготовка специалистов для этих задач (бакалавры и магистры по специализации «Вычислительная физика и нанотехнологии»).
Таким образом, создание внятной программы развития нанотеха начинается с более или менее определенного круга исследований и работ. С создания междисциплинарного «пула» исследователей и экспертов. Тогда будет ясно, куда вкладывать деньги и на что рассчитывать. При этом избегая дублирования работ, «изобретения велосипедов» и сильно ускоряя движение вперед.
Сделано это в РФ? Нет! А деньги уже вкладываются, и немалые – почти полмиллиарда долларов в год. Подо что? Под «найти то, не знаю что». Но это риск для банального разворовывания денег! За бортом остались многие коллективы и научные центры по всей стране, которые имеют реальные достижения в нанотехе, пусть и на уровне «алхимии».
Например, в Ярославском государственном университете есть сильная нанотехнологическая команда Александра Рудого, к 2007 году сумевшая добиться впечатляющих результатов. Например, она создала полевой транзистор с поперечным легированием канала. Разработала сверхтонкие палладиевые мембраны для водородной энергетики и кремниевые солнечные батареи с улучшенными характеристиками. Выдала на-гора наноструктурированные стекла для медицины. И это – на грошовом финансировании! Однако нанотехнологи ЯрГУ не привлекались к работе по созданию «Роснанотеха». Никто их мнений и предложений не спрашивал. Есть и другие команды в ряде институтов РАН с нанодостижениями – в Саратове, Томске, Красноярске, Перми. И они оказались выключенными из процесса. Более того, в самой Москве есть институты в области военной электроники, которые принимали участие в разработке советской программы наноэлектронного прорыва (программа начала разрабатываться в 1984-м, была принята в 1989-м и погибла в 1991-м). Их опыт и потенциал также остался невостребованным. А попытки участвовать в проекте на стадии формирования оного пока отбиты.
Поэтому проект уже сейчас вызывает огромное недоверие в научной среде. Слишком многие уверены в том, что все делается для простого «пиления» бюджетных денег.
Давайте посмотрим для сравнения, как нанотехнологии развивают у нашего главного противника – в Соединенных Штатах. С чего они начали?
Они поняли, что к цели можно идти не только от простейших структур, от уровня атомов к созданию сложных объектов, но можно двигаться иначе: вначале разобраться с организацией сложных систем. Понять, что же мы хотим сконструировать и на каких принципах, и потом для этого искать адекватный строительный материал на наноуровне. В США междисциплинарный комплекс исследований, связанных с таким подходом, называется «NanoBiolnfoCognito». То есть американцы с самого начала поняли, что нанотех теснейшим образом связан с генно-инженерными (биологическими), информационными и когнитивными технологиями (технологиями познания). На этом стыке рождаются новые направления в прикладной математике, дающие принципиально новые возможности. Обычно их называют биовычислениями, или нейронаукой. Это интереснейшие и важнейшие направления, которыми в Институте прикладной математики (да и в России в целом) занимаются, увы, лишь отдельные энтузиасты.
В 2000 году американцы выпустили «белую книгу» по нанотехнологиям, где честно признали: первых плодов работы нужно ждать минимум через десятилетие. Зато они скрупулезно собрали информацию о том, что в стране уже сделано в области нанотеха, какие ученые (с указанием их координат) работают по теме и каких они добились успехов. То есть было сформировано экспертное сообщество.
Ничего подобного в РФ при организации «Роснанотеха» не сделано! Получилось, что многие исследователи, реально добившиеся первых успехов, остались «за бортом». Их как бы нет.
То, что делают с нанотехнологическим проектом в РФ 2000-х годов, сильно смахивает на события тридцатилетней давности, когда СССР решил рывком наверстать отставание от Запада в суперкомпьютерах. Можно было поступить по-сталински: найти людей, показавших реальные достижения в компьютеростроении, и выдвинуть их наверх. Так, чтобы вокруг них сплотились новые силы. Но поступили, к сожалению, иначе: сначала открыли Отделение информатики АН СССР, создали высокооплачиваемые должности и многочисленные штаты, назначили «гениев» и «светил», раздали регалии и только потом стали заниматься компьютерами. В итоге отставания так и не преодолели. Теперь брежневщина повторяется и в нанотехе четверть века спустя.
И это неудивительно. Нынешняя «элита» пятидесятилетних формировалась в теплом застойном болоте брежневщины. Немудрено, что она копирует милые сердцу «напевы».
Неудивительно, что деньги загоняются исключительно в «Курчатник». Ведь возглавляет его Михаил Ковальчук, член сложившегося клана Ковальчуков. Его брат – крупный банкир, весьма близкий к Телу. Ну, к Самому. Смекаете?
Естественно, при Сталине такие нити и связи стали бы объектом пристального внимания со стороны НКВД.
Не определена область работ. Не создано научное междисциплинарное сообщество, а уже спешно испекается государственная суперкорпорация с обильнейшим финансированием. С правом тратить 10 процентов своего огромного бюджета на управленческие расходы. С обязательством вкладывать всю прибыль в развитие нанотеха (который пока неизвестно что). По сути, корпорация никому неподотчетная, кроме как президенту и правительству. Но справятся ли они с контролем над такой сложнейшей областью? В наблюдательном совете «Роснанотеха» будут семь чиновников и семь неизвестных пока «представителей науки и бизнеса».
Пока что все это создает почти тепличные условия для обычного «освоения» огромных бюджетных средств. Тем более что критериев успешности работы «Роснанотеха» нет! Они с самого начала не определены.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.