"Макроэкономика и геополитика наночастиц"

Текст, с которым вы сейчас познакомитесь, на самом деле не произнесенная в Госдуме речь героя нашего предшествующего выпуска доктора физико-математических наук, заместителя директора Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН Георгия Малинецкого. Георгий Геннадьевич получил приглашение от председателя Комитета Госдумы по делам СНГ и связи с соотечественниками Андрея Кокошина выступить на заседании фракции «Единая Россия» по проблемам нанотехнологий. Малинецкий тут же вооружился ручкой и написал: «Уважаемые депутаты, дорогие коллеги…». Как выяснилось вскоре, поспешил… Человек аккуратный и организованный, он чрезвычайно серьезно отнесся к правительственной телеграмме и очень скоро не только приготовил свое выступление, но и отправил его в Думу, пусть, дескать, ознакомятся, будет о чем поговорить. Но говорить с ним, как оказалось, никто не собирался. Сотрудники аппарата г-на Кокошина, обнаружив по тексту критически мыслящего докладчика, вместо того чтобы этому факту обрадоваться, решили не пускать его на заседание. Россия-то единая, думали эти кокошинские мыслители г-да Лисс и Фисенко (сообразительные, далеко пойдут), зачем тут умничать… И стали уговаривать Г. МАЛИНЕЦКОГО не приходить к ним. А тот уже пригласил экспертов, журналистов. Все-таки проблема государственная, какие деньги выделяются… Не тут-то было. Не пустили. И пропуск не заказали. И даже других не дали послушать. Согласитесь, странновато начинают входить в нашу жизнь нанотехнологии…

Нынешнее развитие нанотехнологий во многом повторяет развитие химии. Со II до XVII века развивалась алхимия. 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). Алхимия была связана с мистикой, магией, большими деньгами, неоправданными надеждами и обилием шарлатанов. 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 неотделимы 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, а кроме того, отсутствуют многие необходимые математические модели и понимание ряда важнейших процессов.

Большую роль в возникновении нанонауки сыграла фантастическая мечта, сформулированная выдающимся физиком Ричардом Фейнманом в 1959 году. Он предлагал создавать машины, способные строить еще меньшие машины, которые будут строить еще меньшие. Иными словами, он считал магистральным путем путь «сверху вниз», от макрообъектов к микрообъектам, а от микрообъектов — к нанообъектам. Однако развитие пошло по другому пути. На начальном этапе туннельный микроскоп (макрообъект) позволил оперировать отдельными атомами (нанообъектами). Это был прорыв в науке, не имеющий, однако, отношения к, собственно, технологии.

Идея оперировать наночастицами и строить различные структуры на этом уровне без использования представлений фундаментальной науки — своеобразная нанотехнологическая алхимия — также дает отдельные интересные и многообещающие результаты. В качестве примера можно привести разработки, которые выполнены только в одной организации — в Ярославском государственном университете им. П.Г. Демидова.

Однако главная надежда нанотехнологий связана с тем, что удастся двигаться не «сверху вниз», а «снизу вверх», т.е. выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты. Нанотехнологии требуют больших объемов материалов и собирать их атом за атомом невозможно. Поэтому есть три ключа к нанотехнологиям.

Нужно организовать процессы так, чтобы наноструктуры собирались сами, образуя то, чего бы нам хотелось. Другими словами, это процессы самоорганизации, самоформирования и самосборки.
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 достичь, чего 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.
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. Другая важная проблема — это образование и подготовка кадров. В настоящее время издательством URSS издается серия книг по теории самоорганизации или синергетике «Синергетика: от прошлого к будущему». Ежедневно в стране продается более 60 книг этой серии. Однако это очень мало. Попытки организовать подготовку специалистов по нанонауке, по компьютерному моделированию нанопроцессов, по синергетике, которые мы предпринимали в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова и Московском физико-техническом институте, пока не дали результатов и не заинтересовали руководство этих уважаемых вузов. Реализация амбициозного российского проекта в области нанотехнологий столкнется с жестким кадровым голодом, утолить который не могут никакие миллиарды.

Приведу еще один пример. Наноструктуры позволяют создавать покрытия с невиданными свойствами. Они в принципе дают возможность идеально маскировать объекты. 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 около 40 лет. Но сейчас именно она определят развитие большой области нанофизики. Однако для того, чтобы проектировать наноматериалы, требуются уникальные компьютерные расчеты. На слайде представлено распространение волны в таком материале, рассчитанное в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН и потребовавшее новых моделей, принципиально новых алгоритмов и расчетов на многопроцессорных комплексах. Насколько нам известно в других организациях и странах мира так считать пока не умеют.

Реализация идеи Веселаго требует внесения в материал наночастиц, сравнимых по размерам с длиной волны. Эта же идея лежит в основе фотонных кристаллов - объектов, позволяющих маскировать предметы и эффективно управлять падающим излучением.

Приведем ряд примеров работ, связанных с нанотехнологиями, которые выполнены и выполняются в настоящее время в ИПМ.

Иными словами, принципиальное значение в нанонауке и нанотехнологиях имеют:

системы математических моделей нанопроцессов; компьютерные расчеты на кластерах и суперЭВМ; специалисты, готовые взяться за эти задачи.

В нейронауке можно идти 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 комплекс исследований, связанных с таким подходом, называется NanoBioInfoCognito. Этими проблемами занимались выдающиеся математики: Дж. фон Нейман (теория самовоспроизводящихся автоматов), Алан Тьюринг (вычислительная сложность) и Роджер Пенроуз (физические основы сознания).

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 нашем институте, да и в России в целом занимаются отдельные энтузиасты.

Считаю необходимым обратить внимание уважаемых депутатов на главную опасность, которая связана с развитием нанотехнологий. Это вывод гонки вооружений на наноуровень. Биороботы в оборонной сфере могут оказаться более значимыми, чем ядерный или космический проекты. Речь идет о принципиальной возможности целенаправленного уничтожения отдельных групп людей или даже отдельного человека с автоматической селекцией целей по профессиональным, этническим или генетическим особенностям. Это даст невиданные возможности по управлению людьми.

Нанотехнологии в перспективе позволят модифицировать человека как вид. В сфере национальной безопасности все это с большой остротой ставит вопрос об эффективном асимметричном ответе. Переговоры о запрещении гонки вооружений на наноуровне следует начинать уже сейчас.

Обращу внимание на организационные особенности реализации проекта. Цикл воспроизводства инноваций состоит из фундаментальных исследований, прикладных разработок, создания технологий и вывода их на рынок, из реализации товаров, услуг и появившихся возможностей, часть доходов от которых вновь должна быть вложена в образование и разработки. Затраты между фундаментальными разработками, прикладными исследования и созданием технологий делятся в отношении 1:10:100. Нынешняя проблема российской обрабатывающий промышленности и нанотехнологий в частности заключается в развале прикладных исследований, в ликвидации большинства организаций, способных выводить высокотехнологичную продукцию на российский и тем более мировой рынок. И если всерьез говорить о проекте нанотехнологий, то эти два звена предстоит создать, первое — заново, а второе — впервые в отечественной истории.

Кроме того, у нас пока не нашлось и одного рубля для нанонауки, который должен быть вложен в воспроизводственный цикл на самом верхнем уровне. Все приведенные примеры опирались на исследования, предпринятые по собственной инициативе или инициативе зарубежных заказчиков, нуждающихся в расчетах, которые они сами были не в состоянии произвести.

Замечу, что российские экономические, технологические, образовательные и научные реалии не позволяют копировать американский сценарий развития нанотеха. Кроме того, было бы очень важно выяснить, каким же мы хотим видеть место России в мировом рынке нанотехнологий.

Подведем итоги

Еще раз обратим внимание на опасности развития проекта нанотехнологий для партии «Единая Россия». Во многом развитие этого проекта граждане нашей страны будут связывать с теми решениями, которые поддержала партия. Успех проекта будет работать на партию, провал - дискредитирует ее. Наиболее серьезные опасности таковы:

отсутствует необходимый для выполнения проекта организационный ресурс, который предстоит создать;
нанотехнологии — не нефть, чтобы использовать достижения — их вначале нужно иметь;
не очерчена область нанотехнологий и не выделены приоритеты их развития;
проигнорирован региональный аспект исследований, хотя в ряде регионов работают ученые, которые могли бы внести важный вклад в общее дело, что вызывает нескрываемое недоверие к организаторам проекта;
ставка в проекте сделана на донаучные методы исследования, на «алхимию» в ущерб «химии» и «вычислительной химии», а без серьезной нанонауки, которую предстоит создать, нанотехнологии не состоятся;
отсутствие междисциплинарности и кооперации со специалистами макроуровня (чтобы создавать нанороботы и биороботы нужны специалисты и в обычной робототехнике; чтобы разместить на кристалле сто миллиардов элементов, что предполагается в нанотехнологии, нужно иметь специалистов, которые понимают, как использовать хотя бы сто миллионов);
отсутствие комплексной и ответственной координации работ по проекту; острый кадровый голод, нехватка специалистов и в области нанонауки, и в области технологий, и в сфере доведения наукоемкой продукции до рынка.

В Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН осознают масштабность задач, связанных с нанотехнологиями, и огромное значение этих проблем для России. Потенциал Института может быть использован при выполнении этого проекта.

ВЕРНУТЬСЯ НА САЙТ
С.П. КУРДЮМОВА