Достижения современного естествознания в области нанотехнологии

Размещено на http://allbest.ru

Достижения современного естествознания в области нанотехнологии

Введение

нанотехнология общество разработка

Несмотря на отставание экспериментальных исследований от теоретических, в естествознании второй половины XX столетия благодаря развитию экспериментальной базы достигнуты значительные успехи. Невозможно перечислить все достижения во всех отраслях естествознания, но можно однозначно утверждать, что большинство из них воплотилось в современных наукоемких технологиях. Высокотемпературная сверхпроводимость, молекулярные пучки, химические лазеры, достижения ядерной химии, химический синтез ДНК, клонирование и т. п.

1.Нанотехнологии

Нанотехнология -- область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

На наших глазах фантастика становится реальностью - люди научились перемещать отдельные атомы и складывать из них, как из кубиков, устройства и механизмы необычайно малых размеров и поэтому невидимые обычным глазом. Появилась целая отрасль знаний - НАНОТЕХНОЛОГИИ, впитавшая в себя самые новые достижения физики, химии и биологии. Ученые-нанотехнологи работают с ничтожно малыми объектами, размеры которых измеряются в нанометрах. Нанотехнология не просто количественный, а качественный скачок от работы с веществом к манипуляции отдельными атомами..

В переводе с греческого слово «нано» означает карлик. Один нанометр (нм) - это одна миллиардная часть метра (10-9 м). Размер объектов, с которыми имеют дело нанотехнологи, лежат в диапазоне от 0,1 до 100 нм. Большинство атомов имеют диаметр от 0,1 до 0,2 нм, а толщина нитей ДНК - около 2 нм. Диаметр эритроцитов - 7000 нм, а толщина человеческого волоса - 80 000 нм. Среди подходов к определению понятия «нанотехнологии» имеются следующие:

1.В Техническом комитете ISO/ТК 229 под нанотехнологиями подразумевается следующее:

Знание и управление процессами, как правило, в масштабе 1 нм, но не исключающее масштаб менее 100 нм в одном или более измерениях, когда ввод в действие размерного эффекта (явления) приводит к возможности новых применений;

использование свойств объектов и материалов в нанометровом масштабе, которые отличаются от свойств свободных атомов или молекул, а также от объемных свойств вещества, состоящего из этих атомов или молекул, для создания более совершенных материалов, приборов, систем, реализующих эти свойства.

На территории Российской Федерации понятие нанотехнологий установлено в ГОСТ Р 55416-2013 «Нанотехнологии. Часть 1. Основные термины и определения».

Согласно «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года» (2004 г.) нанотехнология определяется как совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, хотя бы в одном измерении, и в результате этого получившие принципиально новые качества, позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба.

Практический аспект нанотехнологий включает в себя производство устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и наночастицами. Подразумевается, что не обязательно объект должен обладать хоть одним линейным размером менее 100 нм -- это могут быть макрообъекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов, либо же содержащие в себе нанообъекты. В более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.

Нанотехнологии качественно отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса), квантовые эффекты.

Нанотехнология и в особенности молекулярная технология -- новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям. Развитие современной электроники идёт по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается ненамного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология -- следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.

2.История

Учёным и технологам давно известно, что весьма мелкие частицы различных веществ обладают свойствами не адекватными свойствам этих веществ в относительно больших объёмных фазах. Например, древне римляне применяли сверхмалые частицы золота или серебра для придания различным стекляным изделиям (бокалам) специфическую окраску. На рис.1 изготовлен кубок, имеющий рубиновую окраску. Эффект достигнут за счёт введения в материал наночастиц золота, что придавало стеклу благородные цветовые рубиновые оптические свойства. При этом можно заметить, что здесь полученный эффект нельзя отнести к осознанному явлению. Это неосознанный процесс стеклодувов, полученный в результате многовековой практики. Аналогично можно сказать о коллоидных суспензиях, когда системы с частицами менее микрона в жидкой среде предствляют лекарственные препараты и т.д.

Истинным же первооткрывателем понятия НТи первое использование понятий НТ состоялось в докладе, который сделал физик Ричард Фейнман в американском Физическом Обществе, на встрече в Caltech 29 декабря 1959 года. Феёнман описал процесс, который способен управлять индивидуальными атомами и молекулами, который мог быть развит, используя один из наборов точных инструментов для создания другого набора с меньшими размерами и так далее -- для управления другими пропорционально меньшими частицами. В ходе доклада Фейнман отметил, что в оценке задачи появления эффекта изменения величин различных физических состояний существует опасность НТ в вопросах влияния поверхностной напряженности создаваемых веществ и др.

Тем не менее, дата отсчёта времени со дня появления термина «нанотехнология» отсчитывается от заявления профессора университета Науки Токио Норайо Танигачи[2], опубликованного в 1974 году:

-- Нанотехнология главным образом состоит из обработки, разделения, консолидации и деформации материалов одним атомом или одной молекулой.

В 1980-ых годах основная идея этого определения исследовалась с намного большей глубиною доктором К. Эриком Дрекслером, который развил технологическое значение явлений нано-масштаба и устройств в своих устных выступлениях и в книгах: «Прибывающая Эра Нанотехнологии и Наносистем», «Молекулярные Машины», «Производство, и Вычисление».[3] К этому времени уже появились новые материалы, микроскопическая структура которых определяла их существенно новые технологические свойства (керметы, ситаллы, композиционные материалы и композиционные покрытия, и др.). Однако началом эры нанотехнологии и нанонауки можно считать следующие события начала 1980-ых годов: рождение науки о нанопорошках; изобретение сканирующего туннельного микроскопа (STM).

Эти достижения, в частности, привели к открытию фуллеренов в 1986 году и углеродных нанотрубок несколько лет спустя. Затем были изучены синтез и свойства полупроводниковых нанокристаллов. Это приводило к быстрому прогрессу теоретических и прикладных исследований субмикроскопических частиц. Атомный силовой микроскоп был изобретен спустя шесть лет после того, как был создан STM.

В 2000 году была основана Национальная Инициатива Нанотехнологии Соединенных Штатов для координации тамошних общефедеральных научных исследований по нанотехнологии. [4]

Появлению понятия «нанотехнология» предшествало много сценариев в области литературы, в мире фантастики и всевозможных СМИ. В последнее время параллеллно этому развивается мощная индустрия применения нанопроцессов в получении новых материалов. Различного рода гипотезы из мира фантастики становятся реальностью. Важно своевременно выйти из состояния мистики и переключиться на реальные действия. Как говорится, «пора перейти от простого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике». Получаемые первые выдающиеся результаты опровергают высказывания многих скептиков и фантазёров. Не случайно на развитие научно-технической базы нанотехнологий ведущие страны мирового сообщества выделяют огромные средства.

В 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки НТ почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $10 млрд. На долю частных доноров -- корпораций и фондов -- пришлось примерно $6.6 млрд инвестиций, на долю государственных структур -- около $3.3 млрд. Мировыми лидерами по общему объему капиталовложений в этой сфере стали Япония и США. Япония увеличила затраты на разработку новых НТ на 126 % по сравнению с 2003 годом (общий объем инвестиций составил $4 млрд.), США -- на 122 % ($3.4 млрд.). В настоящее время (2008 год) финансирование России на развитие нанотехнологий значительно увеличено, но по сравнению с уровнем США оно намного меньшее.

Родоначальником понятия нанотехнологии считают греческого философа Демокрита, который в 400 г. до н.э., описывая самую малую частицу вещества, использовал термин «атом», который в переводе с греческого языка означает «нераскалываемый».

В 1661 г. ирландский химик Роберт Бойл ввел научное понятие «корпусколы», обозначив им сверхмалые детали, которые в разных сочетаниях образуют вещества и предметы. В1883 г. американский изобретатель Георг Истмэн разработал фотопленку и создал всемирно известную компанию KODAK.

В 1905 г. швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой установил размер молекулы сахарозы - около 1 нанометра (нм). Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска в 1931 г. создали электронный микроскоп, с помощью которого можно исследовать нанообъекты.

Сотрудники научного центра американской компании Bell Альфред Чо и Джон Артур в 1968 г. разработали теоретические основы нанотехнологии для обработки поверхностей.

В 1974 г. японский физик Норио Танигучи ввел в научный лексикон слово «нанотехнологии», для объектов размером менее микрона (1 мкм). 1981 г. - в Германии физики Герд Биннинг и Генрих Рорер создали микроскоп, с помощью которого стали возможными исследования на атомарном уровне.

В США в 1982 г. Бенуа Мандельброт ввел в математике нанопонятие «фракталы», в1985 г. - физики Роберт Керл, Хэрольд Крото, Ричард Смэйли разработали технологию определения размеров объектов в 1 нм. В 1986 г. футуролог Эрик Дрекслер предсказал бурное развитие нанотехнологии. В 1989 г. Дональд Эйглер - сотрудник компании IBM выложил название своей фирмы атомами ксенона. 1993 г. - в честь физика Ричарда Фейнмана в США стали присуждать Фейнмановскую премию (Р. Фейнман в 1959 г. заявил, что многие научные проблемы будут решены, когда ученые научатся работать на атомарном уровне; в 1965 г. стал лауреатом Нобелевской премии за исследования в квантовой электродинамике). 1999 г. - физики Джеймс Тур и Марк Рид установили, что отдельная молекула способна вести себя так же, как и молекулярные цепочки.

1998 г. - голландский физик Сеез Деккер создал на основе нанотехнологии транзистор.

Таким образом, история возникновения нанотехнологиии как области научных знаний имеет глубокие корни и длительный этап становления и развития. На рубеже XX и XXI вв. нанотехнология получила активное развитие и распространение во всех сферах человеческой деятельности от военно-промышленного комплекса до изготовления потребительских товаров и продуктов питания. В развитых странах мира активно финансируются и проводятся исследования в области нанотехнологии. Так, в США (2000 г.) создана федеральная организация National Nanotechnology Initiative с государственным финансированием 500 млн долл. в год.

В 2004 г. банк Credit Suisse First Boston (США) опубликовал аналитический доклад о будущем нанотехнологии, в котором утверждается, что: нанотехнология является классической «технологией общего назначения»;

нанотехнология - суть преобразования современной технологии;

нанотехнология послужит основой создания принципиально новой технологии и соответственно принципиально новых продуктов. Нанотехнологии придут на смену существующим технологиям подобно тому, как, например, электричество заменило пар, электронная почта - телеграф.

В июне 2005 г. на первой конференции Nano Food (Wageninger, Netherlands) впервые было введено понятие «нанопища» («нанопитание»). Нанотехнологии являются основой инноваций в пищевой технологии, а также тотального мониторинга качества и безопасности производства продуктов питания путем диагностики так называемых квантовых точек (наносенсоров), способных достоверно определять химические, биологические и другие включения.

По мнению зарубежных ученых, нанотехнологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Современному человеку это кажется фантастикой, но предполагается, что в будущем молекулярные роботы смогут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных, при этом предполагают возможность производства молока, минуя промежуточное звено - корову (цитируется по материалам INTERNET).

3.Фундаментальные основы

Методы атомно-силовой микроскопии

Микроигла в консолях для сканирования в микроскопах

Основным инструментом для работы в области микрочастиц на атомно-молекулярном уровне являются микроскопы. Исторически без микроскопа не возможно рассмотреть и познать микромир. Повышение разрешающей способности микроскопа и расширение знаний о элементарных частицах происходят одновременно. В настоящее время с помощью микроскопов: атомно-силового микроскопа (АСМ), cканирующего электронного микроскопа (СЭМ) можно не только увидеть отдельные атомы, но также избирательно воздействовать на них, в частности, перемещать атомы по поверхности. Учёным уже удалось создать двумерные наноструктуры на поверхности, используя данный метод. Например, в исследовательском центре компании IBM, последовательно перемещая атомы ксенонa на поверхности монокристалла никеля сотрудники смогли выложить три буквы логотипа компании, используя 35 атомов ксенона .

При выполнении указанных действий по перемещению, соединению или разъединению атомов или молекул возникает ряд технических трудностей. Для их преодоления, например, требуется создание условий сверхвысокого вакуума (10?11 тор), необходимо охлаждать подложку и микроскоп до сверхнизких температур (4-10 К), поверхность подложки должна быть чистой и гладкой на атомарном уровне. Поэтому применяются специальные технологии её механико-химической обработки. С целью уменьшения поверхностной диффузии осаждаемых атомов производится охлаждение подложки.

Отличительная особенность новых материалов в прцессе применения нанотехнологий при их получении -- это непредсказуемые получаемые физикотехническме характеристики, которые они приобретают. В связи с этим появляется возможность получения новых квантовых физикомеханических характеристик в веществах, у которых меняются обычные электронные структуры, что меняет обычную форму проявления в новых соединениях. Например, возможность уменьшения размера частицы не всегда поддаётся определению и замерам размеров элементарных частиц при помощи макро-микро измерений. Однако, это становится возможным, когда диапазон размеров наночастиц находится в зоне миллимикронов. Определенное количество физикомеханических свойств также изменяется с изменением размеров макроскопических элементов. В настоящее время новые необычные механические свойства наноматериалов -- предмет исследования наномеханики. Особое место в нанотехнологиях получения новых веществ занимает применение катализаторов, влияющих на необычное поведение наноматериалов во взаимодействии с биоматериалами.

Частицы, размерами от 1 до 100 нанометров обычно называют наночастицами. Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, получены прозрачные керамические материалы на основе нанопорошков размерами 2--28нм cо свойствами, лучшими, чем у крона (коэффициент преломления n=2,08 вместо n=1,52) и др. Получено взаимодействие искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров -- белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные, наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также проявляет небывалые ранее важные свойства.

Нанообъекты делятся на 3 основных класса:

Трёхмерные частицы, получаемые взрывом проводников, плазменным синтезом, восстановлением тонких плёнок и т.д.;

двумерные объекты -- плёнки, получаемые методами молекулярного наслаивания, CVD, ALD, методом ионного наслаивания и т.д.;

одномерные объекты -- вискеры, эти объекты получаются методом молекулярного наслаивания, введением веществ в цилиндрические микропоры и т. д.

Также существуют нанокомпозиты -- материалы, полученные введением наночастиц в какие либо матрицы. На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности матриц плоские островковые объекты размером от 50 нм, который применяется в электронике. В особенности следует отметить методы ионного и молекулярного наслаивания, поскольку с их помощью возможно создание реальных покрытий-плёнок (CVD, ALD) в виде монослоёв.

Важнейшей задачей, стоящей перед НТ -- как заставить молекулы или атомы группироваться определенным способом, самоорганизовываться, чтобы в итоге получить новые материалы или устройства. Этой проблемой занимается раздел химии -- супрамолекулярная химия. Она изучает не отдельные молекулы, а взаимодействия между молекулами, которые, организовываясь определенным способом, могут дать новые вещества. Возлагается надежда на то, что природа действительно имеет подобные системы и в ней осуществляются подобные процессы. Так, известны биополимеры, способные организовываться в особые структуры. Один из примеров -- белки, которые не только могут сворачиваться в глобулярную форму, но и образовывать комплексы -- структуры, включающие несколько молекул протеинов (белков). Уже сейчас существует метод синтеза, использующий специфические свойства молекулы ДНК. Берется комплементарная ДНК, к одному из концов подсоединяется молекула А или Б. Имеем 2 вещества: ----А и ----Б, где ---- -- условное изображение одинарной молекулы ДНК. Теперь, если смешать эти 2 вещества, между двумя одинарными цепочками ДНК образуются водородные связи, которые притянут молекулы А и Б друг к другу. Условно изобразим полученное соединение: ====АБ. Молекула ДНК может быть легко удалена после окончания процесса. Молекулярная НТ, иногда называемая молекулярным производством, рассмативает вопросы проектирования наносистем (машин), работающих и управляющих наночастицами на атомно-молекулярном уровне. Это особенно важно для создания машин, способных производить другие машины, позволяющие воспроизводить нужную последующую систему, более приспособленную к новым требованиям. Производство должно размежеваться от обычных технологий, например, изготовления углеродных наноматериалов типа фуллеренов и др.

Применение наночастиц и наноматериалов становятся во многих отраслях производства (керамика, металлургия) всё более эффективным. В настоящее время исследование наноматериалов стало одним из главных направлений работы многих научных коллективов.

Частицы малых размеров (атомы, молекулы и наночастицы, с размероми несколько нанометров, обладают склонностью к агрегации и слипанию, что мешает их использованию. Они часто образуют агломераты под действием сил поверхностного натяжения, электростатического взаимодействия (электризация). Возможный путь решения проблемы -- использование веществ--дисперсантов, таких как цитрат аммония (водный раствор), имидазолин, олеиновый спирт (нерастворимых в воде). Их можно добавлять в среду, содержащую наночастицы.

4.Нанотехнологии и общество

Влияние нанотехнологий на основные социальные сферы.

Среди этих социально значимых сфер, для исследования выделены: идеология, медицина, сфера информационных коммуникаций, экология, энергетика, военная сфера, сфера потребления.

Оказывая влияние на эти сферы, нанотехнология приведёт к изменению образа жизни, смене форм коммуникации и возникновению новых социальных общностей построенных на новых возможностях нейроинтерфейсов и виртуальной реальности полной загрузки. Новые социальные общности с участием мощного искусственного интеллекта. Новый способ технологического производства без использования физической силы человека в производстве макрообъектов. Суть нанотехнологии - в появлении молекулярных машин на неорганической основе произведёт переворот в способе производства материальных благ ранее невиданных и исторически беспрецедентных масштабов /4/.

Основными направлениями в военно-промышленном комплексе на базе нанотехнологии можно считать:

1. Создание новых мощных миниатюрных взрывных устройств.

2. Разрушение макроустройств с наноуровня.

3. Шпионаж и подавление боли с использованием нейротехнологий.

4. Биологическое оружие и наноустройства генетического наведения.

5. Наноснаряжение для солдат.

6. Защита от химического и биологического оружия.

7. Наноустройства в системах управления военной техникой.

8. Нанопокрытия для военной техники.

Наномедицина представлена следующими возможностями:

1. Лаборатории на чипе (исследование геномов и белков)направленная доставка лекарств в организме.

2. ДНК - чипы (создание индивидуальных лекарств).

3. Искусственные ферменты и антитела.

4. Искусственные органы искусственные функциональные полимеры (заменители органических тканей).

5. Нанороботы-хирурги (биомеханизмы осуществляющие изменения и требуемые медицинские действия, распознавание и уничтожение раковых клеток).

Важной социально значимой сферой является энергетика. Здесь следует выделить семь основных направлений по которым нанотехнология окажет воздействие на облик техногенной цивилизации:

- Создание поглощающих устройств и материалов. Создание высокоёмких, компактных и легких наноструктурных материалов для аккумулирования водорода и природных газов.

-Создание устройств накопления энергии нового поколения. Создание новых типов аккумуляторов с анодами и катодами из наноструктурных материалов.

- Создание новых устройств химического разделения веществ и катализаторов.

- Применение тонкоплёночных защитных покрытий для энергосистем.

- Увеличение КПД энергетических установок.

- Создание химических датчиков для контроля утечек.

- Применение энергопреобразующих систем. Применение наноструктурных материалов в новых, высокоэффективных устройствах преобразования энергии. Создание искусственных систем фотосинтеза. Создание эффективной системы "сбора" светового потока, на основе композитных структур.

Следующая социально значимая сфера - информационных и коммуника-ционных технологий. В информационной сфере нанотехнология представлена следующими направлениями своего развития:

1. Создание нанокомпьютеров.

2. Квантовые компьютеры.

3. Информационные сетевые устройства (оптическая связь - фотоника и новые типы волноводов, радиосвязь - электронные устройства со сверхширокой запрещённой зоной).

4. Наноустройства хранения информации (квантовая память, одноэлектронные запоминающие устройства, магнитные среды для сверхплотной записи, наносчитывающие головки, запись информации с использованием излучения ближнего поля, прецизионные приводы-позиционеры).

5. Наносистемное моделирование (создание автоматизированных систем контроля за обработкой поверхностей наноразмерного уровня).

6. Нейроэлектрические интерфейсы (построение наноустройств, которые позволят соединять компьютеры с нервной системой).

7. Искусственный интеллект и роботы.

Следующей социально значимой сферой является экология.

Нанотехнологии могут использоваться для контроля над состоянием окружающей среды. Можно выделить следующие направления развития нанотехнологии в формировании нового "безотходного" общества:

1. Отказ от производств, связанных с больших объемом отходов, и их замена на так называемые "зеленые" технологии.

2. Рационализация производственных процессов, позволяющая выпускать более легкие и мелкие изделия, что позволит снизить расходы материалов и энергии.

3. Изучение и регулирование природных явлений и процессов загрязнения окружающей среды с помощью нанодатчиков и наноэлектронных устройств.

И наконец сфера потребления, как социально значимая область в постиндустриальном обществе, с приходом нанотехнологии уже имеет целый спектр товарного воплощения. Условно можно выделить области в которых нанотехнология уже выходит к потребителю:

1. Продукты питания.

2. Бытовая электроника.

3. Бытовая электротехника.

4. Текстильная продукция.

5. Косметика.

6. Топливные присадки.

7. Строительные материалы.

8. Бытовая химия.

9. Товары для спорта.

5. Нанотехнологии и этика

Развитие нанотехнологий ведёт к возникновению новых реалий жизни. Эти реалии с необходимостью ставят новые этические вопросы. Так, например, мощный процесс патентирования открытий в нанотехнологии уже ставит вопрос об отношении ограничения патентами применения новых лекарств и здоровья большинства простых людей. При изучении данных ситуаций возникает вопрос, должны ли (а если да, то когда) здоровье и польза ставиться выше патентов и других ограничений. Если нанотехнология начнет предлагать лекарства от рака или даже позволит создать универсальные антивирусы, данные вопросы станут первостепенными /2-3/.

Нанотехнология даёт перспективу в решении экологической проблемы и связанных с ней этических вопросов. Правильно ли позволить людям и организациям загрязнять окружающую среду, если они за это платят (налоги или платежи) или участвуют в торговле нереализованными разрешениями на загрязнение? Имеется ли этичный способ вмешаться в дела страны, которая подвергает значительной опасности свое население или население других стран?

Период с 2010 года по 2025 год ставит новые проблемы этического плана. Этично ли увеличивать продолжительность жизни, чтобы это ни стоило? Этично ли восстанавливать вымершие биологические виды? Есть ли у нас право менять наши генетически определенные зародышевые характеристики, чтобы будущие поколения не могли унаследовать потенциальные возможности появления генетически связанных болезней или нарушений в организме? Поскольку машинно-мозговой интерфейс становится более совершенным и глобальным, превосходят ли требования к коллективному интеллекту те, которые связаны с индивидуальными особенностями? Когда информационное загрязнение становится преступлением? Приведет ли появление глобальных этических норм к наложению ненужных ограничений на различия среди групп людей или эволюцию ценностей? Должен ли индивидуум быть подвергнут психологическим, социальным или культурным воздействиям за склонность совершать преступления (включая, например, использование оружия массового поражения), даже если он или она еще их не совершили?

Рассмотрение отношения технологии и этики приводит к выводу, что этические положения, препятствующие научно-техническому прогрессу чаще трансформируются нежели остаются незыблимыми. Подтверждение этой точки зрения можно найти в статье А.А. Воронина, где на примерах достижений современной генетики показано драматическое столкновение развивающейся технологии и морали /1/. Тезис о необходимости технологического преобразования природы человека скрыто содержит предпосылку несводимости человечности к физической природе по аналогии с безразличным отношением информации к её материальному носителю. Более того, два принципа лежащие в основе такого этического миропонимания полагаются чем-то независимым от физической природы человека. Первый принцип необходимости бесконечного совершенствования и достижения новых возможностей для человека. Второй принцип этичности отказа от устаревших форм, ограничивающих эти возможности, во имя новых, более совершенных форм человеческого бытия. Фактически вновь воспроизводится принцип оптимизации человеческого существования, более привычный в сфере технического бытия. Снова происходит противопоставление этического и биологического в человеке. Здесь, как бы не замечают того, что сами эти принципы могут иметь своим источником генные структуры в человеке. Такие генные структуры, которые подтвердили свою эффективность в социальной практике и делают эту социальную практику (господства технологий для решения общественных проблем) доминирующей через своих носителей, имея целью лишь экспансию и умножение себе подобных (генетических копий). Этот аспект единства этики и биологии остаётся не прояснённым.

6.Индустрия нанотехнологий

В 2004 году мировые инвестиции в сферу разработки нанотехнологий почти удвоились по сравнению с 2003 годом и достигли $10 млрд. На долю частных доноров -- корпораций и фондов -- пришлось примерно $6.6 млрд инвестиций, на долю государственных структур -- около $3.3 млрд. Мировыми лидерами по общему объёму капиталовложений в этой сфере стали Япония и США. Япония увеличила затраты на разработку новых нанотехнологий на 126 % по сравнению с 2003 годом (общий объём инвестиций составил $4 млрд.), США -- на 122 % ($3.4 млрд.). Объём мирового рынка наноматериалов в 2001 году составлял 555 млн долларов, а в 2005 году он составил более 900 млн долларов

7.Отношение общества к нанотехнологиям

Прогресс в области нанотехнологий вызвал определенный общественный резонанс.

Отношение общества к нанотехнологиям изучалось ВЦИОМ и европейской службой «Евробарометр».

Ряд исследователей указывают на то, что негативное отношение к нанотехнологии у неспециалистов может быть связано с религиозностью, а также из-за опасений, связанных с токсичностью наноматериалов. Особо это актуально для широко разрекламированного коллоидного серебра, свойства и безопасность которого находятся под большим вопросом.

Реакция мирового сообщества на развитие нанотехнологий

C 2005 года функционирует организованная CRN международная рабочая группа, изучающая социальные последствия развития нанотехнологий.

В октябре 2006 г. Международным Советом по нанотехнологиям выпущена обзорная статья, в которой, в частности, говорилось о необходимости ограничения распространения информации по нанотехнологическим исследованиям в целях безопасности. Первые научные статьи о безопасности наночастиц появились только в 2001 г. В 2008 г. учреждена международная нанотоксикологическая организация (International Alliance for NanoEHS Harmonization) призванной установить протоколы для воспроизводимого токсикологического тестирования наноматериалов на клетках и живых организмах.

В 2004 г. в эстонском Институте физической химии создана научно-исследовательская группа по экотоксикологическим исследованиям нанооксидов металлов, которая уже получила международное признание. В 2011 г. присуждена Государственная премия Эстонии руководителю этой группы доктору наук Анне Кахру. за цикл работ по нанотоксикологии.

Организация «Гринпис» не требует полного запрета исследований в области нанотехнологий, но высказывает опасения по поводу опасности «наночастиц», под коими, видимо, подразумевает «серую слизь».

Тема последствий развития нанотехнологий становится объектом философских исследований. Так, о перспективах развития нанотехнологий говорилось на прошедшей в 2007 году международной футурологической конференции Transvision, организованной WTA

Реакция российского общества на развитие нанотехнологий :

26 апреля 2007 года президент России Владимир Путин в послании Федеральному Собранию назвал нанотехнологии «наиболее приоритетным направлением развития науки и техники». Он предположил, что для большинства россиян нанотехнологии сегодня -- «некая абстракция вроде атомной энергии в 30-е годы».

Затем о необходимости развития нанотехнологий заявляет ряд российских общественных организаций.

8 октября 2008 года было создано «Нанотехнологическое общество России», в задачи которого входит «просвещение российского общества в области нанотехнологий и формирование благоприятного общественного мнения в пользу нанотехнологического развития страны»[32]

6 октября 2009 года президент Дмитрий Медведев на открытии Международного форума по нанотехнологиям в Москве заявил: «Главное, чтобы не произошло по известному сценарию -- мировая экономика начинает расти, экспортный потенциал возрастает, и никакие нанотехнологии не нужны и можно дальше продавать энергоносители. Этот сценарий был бы для нашей страны просто губительным. Все мы должны сделать так, чтобы нанотехнологии стали одной из мощнейших отраслей экономики. Именно к такому сценарию развития я вас призываю», -- подчеркнул Д. Медведев, обращаясь к участникам форума. При этом президент особо отметил, что «пока эта (государственная) поддержка (бизнеса) носит безалаберный характер, пока мы не смогли ухватить суть этой работы, надо наладить эту работу». Д. Медведев также подчеркнул, что Роснано до 2015 года на эти цели будет выделено 318 млрд рублей.

Д. Медведев предложил Минобрнауки увеличить количество специальностей в связи с развитием потребности в квалифицированных кадрах для нанотехнологий, а также создать госзаказ на инновации и открыть «зеленый коридор» для экспорта высокотехнологичных товаров

8. Достижения нанотехнлогии в настоящее время

Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих:

Углеродные нанотрубки -- протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и заканчиваются обычно полусферической головкой.

Фуллерены -- молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие -- алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.

Графен -- монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему как только решат проблему формирования запрещённой зоны в этом полуметалле, обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах.

Наноаккумуляторы -- в начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li4Ti5O12 электродами имеют время зарядки 10-15 минут. В феврале 2006 года компания начала производство аккумуляторов на своём заводе в Индиане. В марте 2006 Altairnano и компания Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 успешно завершились испытания автомобильных наноаккумуляторов. В июле 2006 Altair Nanotechnologies получила первый заказ на поставку литий-ионных аккумуляторов для электромобилей.

Направление в современной медицине основанное на использовании уникальных свойств наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне.

ДНК -- используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур.

Промышленный синтез молекул лекарств и фармакологических препаратов четко определенной формы (бис-пептиды).

Компьютеры и микроэлектроника

Центральные процессоры -- 15 октября 2007 года компания Intel заявила о разработке нового прототипа процессора, содержащего наименьший структурный элемент размерами примерно 45 нм. В дальнейшем компания намерена достичь размеров структурных элементов до 5 нм. Основной конкурент Intel, компания AMD, также давно использует для производства своих процессоров НТ процессы, разработанные совместно с компанией IBM. Характерным отличием от разработок Intel является применение дополнительного изолирующего слоя SOI, препятствующего утечке тока за счет дополнительной изоляции структур, формирующих транзистор. Уже существуют рабочие образцы процессоров с транзисторами размером 45 нм и опытные образцы на 32 нм.

Жесткие диски -- в 2007 году Питер Грюнберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике за открытие GMR-эффекта, позволяющего производить запись данных на жестких дисках с атомарной плотностью информации.

Атомно-силовой микроскоп -- Сканирующий электронный микроскоп -- Флюоресцентный наноскоп.

Атомно-силовой микроскоп -- микроскоп высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца. Обычно под взаимодействием понимается притяжение или отталкивание кантилевера от поверхности из-за сил Ван-дер Ваальса. Но при использованиии специальных кантилеверов можно изучать электрические и магнитные свойства поверхности. В отличие от сканирующего туннельного микроскопа cканирующий атомно-силовой микроскоп, может исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности даже через слой жидкости, что позволяет работать с органическими молекулами (ДНК). Пространственное разрешение атомно-силового микроскопа зависит от размера кантилевера и кривизны его острия. Разрешение достигает атомарного по горизонтали и существенно превышает его по вертикали. Сканирующий атомно-силовой микроскоп применяется для фотографированя профиля поверхности и для изменения её рельефа, а также для манипулирования: перемещения, добавления, удаления микроэлементов (атомов и молекул) на поверхности объекта.

Сканирующий электронный микроскоп -- (СЭМ) -- микроскоп, отличающиийся возможностью получать сильно увеличенное изображение объектов, используя для их освещения электроны.Электрон обладая свойствами не только частицы, но и волны, позволяет использовать, как опорное электронное излучение в микроскопии. Длина волны электронного излучения зависит от его энергии, а энергия электрона равна E = Ve, где V -- разность потенциалов, проходимая электроном, e -- заряд электрона. Длины волн электронного излучения при прохождении разности потенциалов 200 000 В составляет разрешение порядка 0,1 нанометра.

Флюоресцентный наноскоп -- (микроскоп) (греч. мйксьт -- маленький и укпрЭщ -- смотрю) -- лабораторная оптическая система для получения увеличенных изображений малых объектов с целью рассмотрения, изучения и применения на практике с разрешающей способностью 10-30 нм, использующий эффект флюоресцентии - свечения покрашенных микроэлементов под действием лазерного облучения живых клеток организма и микроэлементов с выдачей оцифрованных цветных стереизображений 3D на экране монитора.

Антенна-осциллятор -- 9 февраля 2005 года в лаборатории Бостонского университета была получена антенна-осциллятор размерами порядка 1 мкм. Это устройство насчитывает 5000 миллионов атомов и способно осциллировать с частотой 1,49 гигагерц, что позволяет передавать с ее помощью огромные объемы информации.

Плазмоны -- коллективные колебания свободных электронов в металле. Характерной особенностью возбуждения плазмонов можно считать так называемый плазмонный резонанс, впервые предсказанный Ми в начале XX века. Длина волны плазмонного резонанса, например, для сферической частицы серебра диаметром 50 нм составляет примерно 400 нм, что указывает на возможность регистрации наночастиц далеко за границами дифракционного предела (длина волны излучения много больше размеров частицы). В начале 2000-го года, благодаря быстрому прогрессу в технологии изготовления частиц наноразмеров, был дан толчок к развитию новой области нанотехнологии -- наноплазмонике. Оказалось возможным передавать электромагнитное излучение вдоль цепочки металлических наночастиц с помощью возбуждения плазмонных колебаний.

Робототехника

Молекулярные роторы -- синтетические наноразмерные двигатели, способные генерировать крутящий момент при приложении к ним достаточного количества энергии.

Нанороботы(на данный момент (2009) фантастика) -- роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть самовоспроизводству, называются репликаторами. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге «Машины создания» американский учёный Эрик Дрекслер.

Молекулярные пропеллеры -- наноразмерные молекулы в форме винта, способные совершать вращательные движения благодаря своей специальной форме, аналогичной форме макроскопического винта.

С 2006 года в рамках проекта RoboCup (по футболу среди роботов) появилась номинация «Nanogram Competition», в которой игровое поле представляет из себя квадрат со стороной 2.5 мм. Максимальный размер игрока ограничен 300 мкм.

Концептуальные устройства

Nokia Morph - проект сотового телефона будущего, созданный совместно научно-исследовательским подразделением Nokia и Кембриджским университетом на основе использования нанотехнологических материалов.

9.Нанотехнологии в фантастике

В широко известном произведении русского писателя Н. Лескова «Левша» (1881 год) есть любопытный фрагмент: Если бы, -- говорит, -- был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, -- говорит, -- увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал Н. Лесков «Левша»

Увеличение в 5 000 000 раз обеспечивают современные электронные и атомно-силовые микроскопы, считающиеся основными инструментами нанотехнологий. Таким образом, литературного героя Левшу можно считать первым в истории «нанотехнологом».

Изложенные Фейнманом в лекции 1959 г. «Там внизу много места» идеи о способах создания и применения наноманипуляторов совпадают практически текстуально с фантастическим рассказом известного советского писателя Бориса Житкова «Микроруки», опубликованным в 1931.

Некоторые отрицательные последствия неконтролируемого развития нанотехнологий описаны в произведениях М. Крайтона («Рой»), С. Лема («Осмотр на месте» и «Мир на Земле»), С. Лукьяненко («Нечего делить»), С. Кинг («Серая дрянь»).

Главный герой романа «Трансчеловек» Ю.Никитина -- руководитель нанотехнологической корпорации и первый человек, испытавший на себе действие медицинских нанороботов.

В научно-фантастическом сериале «Звёздные врата: Атлантида» упоминается раса «репликаторов», возникшая в результате неудавшегося опыта Древних с использованием и описанием различных вариантов применения нанотехнологий.

Заключение

Нанотехнология - без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Возможности её поражают воображение, мощь - вселяет страх. Видимо будущее развитие технологии будет основываться на балансе между созиданием и разрушением. 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.

Сегодня кажется, что новый мир в наших руках. Однако на самом деле почти все массовые эксперименты ограничиваются лишь ловким гравированием атомами. Будущее же технологии закладывают ставшие уже традиционными области науки и техники. Микроэлектроника, робототехника, нейротехнология - привычные слуху названия, стоящие за сегодняшними науками, кажущимися практически бесполезными на фоне нанотехнологии.

Мы используем достижения новой технологии сегодня и уже не можем отказаться. 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.

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. К тому времени накопится достаточно «контента» для распространения, хотя кто знает, может быть по этим сетям будет передаваться и материя, ведь разработки в области телепортации также связаны с небезызвестным имненем IBM.

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

Список использованной литературы

1) Воронин А. А. Техника и мораль [Текст]/ А. А. Воронин//.-Вопросы философии. - 2004. № 10. - с. 93 - 101.

2) Наука и технологии [Электронный ресурс] / Наука и технологии- Электрон. текстовые дан. - Москва: 2014 - Режим доступа: http://www.nanonewsnet.ru/

3) Нанотехнологии в современном мире[Электронный ресурс]/ 3)Нанотехнологии в современном мире - - Электрон. текстовые дан. - Москва: 2014 - Режим доступа: http://www.twirpx.com/

4) Лускинович П.Н. Нанотехнология [Текст]/ Компьютерра. - 1997. - № 41. - с. 43

Размещено на Allbest.ru

...