Компьютерра - Журнал Компьютерра №724

Пока что наши нанотехнологии - самые большие нанотехнологии в мире. Однако если поездить по Москве, другим городам и даже поселкам городского типа, можно найти места, где технология шагнула за следующий масштабный рубеж. Ангстремные технологии. Причем достаточно развитые - им доступна практически любая атомная структура, в любом количестве и по доступным ценам. Я сейчас про классическую химию, в первую очередь органическую. Те читатели, что окончили среднюю школу, могут с гордостью именовать себя нанотехнологами. В школьном курсе органической химии [Сейчас это 10.й класс], например, есть лабораторная работа по синтезу сложного эфира уксусной кислоты и этилового спирта. Размер молекулы - порядка нанометра. Дальше - больше: растворы полимеров, коллоидная химия, гетерогенный катализ… Размеры частиц от десятков ангстрем до микрон. То есть как раз та область на шкале пространственного масштаба, что отводит себе новое направление - нанотехнология. А ведь эти области знания развиваются уже не одно столетие (особенно гончарное дело и строительные связующие). Я не хотел бы сводить все к "не там ищете" или "этому дала, этому дала, а этому не дала" [Сорока Белобока. Кашу], просто в очередной раз отмечаю, что корни нанотехнологий уходят в глубь тысячелетий. Нанотехнологии знали взлеты и периоды застоя. Они существенно определяют сегодняшнее лицо мира, да и раньше были не на последних ролях. Но развитие "древнейших нанотехнологий" всегда протекало более.менее гладко. Бывали бурные периоды, но без эксцессов.

Сегодня же мы ожидаем от развития нанотехнологий как раз эксцессов - стремительного взлета, прорыва, того, что синергетики называют "режимом с обострением". Пример такого процесса дает каменный уголь или любезные сердцу москвичей торфяники. Уголь и торф окисляются на воздухе, причем даже при комнатной температуре. Другое дело, что скорость окисления в этих условиях очень мала и без специальных приборов не регистрируется.

Но если уголь или торф собрать в большую кучу, то незначительное тепло, что выделяется в ходе реакции окисления, не будет успевать рассеиваться в окружающую среду.

уча угля или торфяник начнет саморазогреваться, скорость процесса и мощность тепловыделения возрастет (она экспоненциально зависит от температуры), и через некоторое время "без искры возгорится пламя". Классики советской науки Н. Н. Семенов, А. Д. Франк.Каменецкий и А. Г. Мержанов разработали для таких случаев теорию теплового взрыва, в рамках которой нашли предельные размеры куч, способных самовозгореться. Вот и сейчас правительство намерено собрать все нанотехнологии в одну кучу, хорошенько утрамбовать, напитать деньгами и… Однако, как показывает та же теория теплового взрыва, одного концентрирования недостаточно.

В общем случае для возникновения "режима с обострением" необходима положительная обратная связь (в приведенном примере это аррениусовская зависимость скорости химической реакции от температуры) и особый (не слишком сильный) режим рассеивания энергии (в приведенном примере это свободно.конвективный теплообмен). Продолжая параллель с развитием нанотехнологий, это можно выразить так: при некотором "критическом объеме" финансирования, правильно организованных положительных обратных связях и низкой диссипации средств нанотех перейдет в режим обострения, а вспыхнувший факел знаний осветит всю нашу экономику. Россия поднимется с колен, преодолеет вековую отсталость, задышит полной грудью… [А может, и в таком порядке: "преодолеет", "задышит" и "поднимется"]

В области построения полуизолированных и изолированных систем опыт у нашей страны огромный: можем шарашку организовать, а можем по примеру закрытых атомоградов "нано.десятку" отстроить. Нам только дай! Поэтому процессы диссипации рассматривать не будем, а обратимся сразу к положительным обратным связям. Тем более что такой опыт у нас тоже есть, но в основном отрицательный. Например, футболистам у нас платят хорошо, а играют они все равно плохо.

В последней нанотехнологической волне один из режимов обострения был ясно виден с самого начала.

Эрик Дрекслер скрестил идею Фейнмана о манипулировании материей на уровне атомов с идей фон Неймана о саморазмножающихся автоматах. Наноустройство-репликатор, захватывая атомы и энергию из окружающей среды, создает другие наноустройства - манипуляторы.

Они, в свою очередь, соединяясь друг с другом и тоже захватывая атомы и энергию из окружающей среды, создают нано., микро. и макрообъекты, в том числе и новые репликаторы.

Замечательная, красивая идея. Если манипуляторы на начальном этапе расходуются только на построение репликаторов, то количество последних растет в геометрической прогрессии. Цена их, разумеется, падает, а обратная величина соответственно растет. Так образуется положительная обратная связь (между количеством репликаторов и обратной ценой) и возникает режим с обострением.

Сегодня главным недостатком такого подхода является полное непонимание того, как создать хоть один действующий репликатор. Очевидно, что в первый образец можно вложить любые деньги, ибо через несколько шагов воспроизводства цена упадет очень сильно. Но как эти любые деньги вложить? Вот в чем вопрос. Подходы есть, начиная от изготовления на атомном силовом микроскопе и кончая использова.

нием в качестве репликатора модифицированных рибосом или целых бактерий. Пока же репликатор "страшно далек от народа". Большинство ученых, занятых в области нанотехнологий, рассматривает идеи Дрекслера как чистую фантастику, но не будем забывать, что сейчас время малых грантов. Как показывает практика, изменение масштаба финансирования может менять устоявшиеся взгляды достаточно радикально.

Еще один режим обострения роста нанотехнологий связан с замыканием положительной обратной связи по "финансовому контуру". В теории это выглядит так: первоначальные вложения в инфраструктуру (оборудование и организации), образование и фундаментальные исследования приводят к росту числа квалифицированных нанотехнологов, снижают риски НИР и повышают их коммерческую привлекательность. Это вызывает приток в отрасль сторонних инвестиций, что еще больше развивает инфраструктуру, образование и фундаментальные исследования. Соответственно, еще больше снижаются стоимость и риски НИР и т. д.

Разбирая "режим с обострением", следует отметить, что вопреки устоявшемуся мнению вложения собственно в науку не такие уж и рискованные. ВМС США заявляют об успешности 75% всех проводимых ими НИР [Г. Я. Гольдштейн, "Стратегический инновационный ме. неджмент: тенденции, технологии, практика". Таганрог, изд. ТРТУ, 2002 (www.aup.ru/books/m78)]. Это те исследования, которые были доведены до получения результата. Статистика же венчурного инвестирования куда менее оптимистична - до коммерческой реализации удается довести не более одного.двух проектов из десяти. Таким образом, узким местом этого режима является стадия внедрения и возврата средств. Именно на ней происходят наибольшие потери. Для наших условий это означает, что основные средства надо вкладывать в работу с конструкторами.