Максим Калашников - Цунами 2010-х годов

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.