Риски и возможности Риски и возможности нанотехнологий. нанотехнологий.

Профессор Малинецкий Г.Г.

Институт прикладной математикиим.М.В.Келдыша РАН

09.04.2009

E-mail: gmalin@keldysh.ru

Тел: 250-79-16

Клуб инновационного развития РАН

Сайты: www.keldysh.ruwww.smi-svoi.runonlin.ruspkurdyumov.narod.ru

Институт философии РАН

22

Нанотехнологическая Нанотехнологическая программа Россиипрограмма России

Евгений Велихов

Михаил Ковальчук Анатолий Чубайс

Цель России – занять к 2015 году 3% мировогорынка высокотехнологичной продукцииЗа 8 лет будет потрачено 106,4 млрд. руб.бюджетных денег (20 млрд. в 2008 г.) и 300 млрд. должен дать частный бизнес.В 2007 г. «Роснанотех» получил 130 млрд. рублей

«Сегодня в сфере высоких технологий в нашей странеденег больше, чем идей» В.Зубков

33

Где здесь место РоссииГде здесь место России??

США - 40-45%Европа 15-20%Япония 25-30%Азия 5-10%

Раздел рынка нанотехнологий

44

Где здесь место РоссииГде здесь место России??

Биотехнологии - 9%Устройства хранения данных - 15%Полупроводники - 18%Новые материалы - 30%Другое - 15%Оптика - 2%Электрохимия - 3%Полимеры - 8%

55

Цикл воспроизводства инновацийЦикл воспроизводства инноваций

Фундаментальные исследования

Прикладная наука и опытные образцы

Создание технологий и вывод на рынок

Реализация товаров, услуг, появившихся возможностей

1

10

100

Анализ стратегических Анализ стратегических рисков с позиции рисков с позиции теории сложноститеории сложности

Институт сложности в Санта-ФеИнститут сложности в Санта-ФеТеория инновационного развития Брайана Теория инновационного развития Брайана

АртураАртураТеория техноциноза Л.Г. Бадалян, В.Ф. Теория техноциноза Л.Г. Бадалян, В.Ф.

КриворотоваКриворотоваСтруктурно-демографические модели П.В. Структурно-демографические модели П.В.

ТурчинаТурчина

.11

3

4 20

23

02

2

tyiss

dt

dy

dt

dy

dt

yd

Уравнение А. Акаева:Уравнение А. Акаева:

Н.Д. Кондратьев Н.Д. Кондратьев (4.03.1892-17.09.1938)(4.03.1892-17.09.1938)

•Большие волныБольшие волны•Смена технологических укладовСмена технологических укладов•Шестой технологический уклад – Шестой технологический уклад – биотехнологии, проектирование биотехнологии, проектирование живого, высокие медицинские живого, высокие медицинские технологиитехнологии

Кризисный оптимизмКризисный оптимизм

Технологические укладыТехнологические уклады

IVIV технологический уклад технологический уклад•Массовое производствоМассовое производство

•АвтомобилиАвтомобили•СамолетыСамолеты

•Тяжелое машиностроениеТяжелое машиностроение•Большая химияБольшая химия

VIVI технологический уклад технологический уклад•БиотехнологииБиотехнологии

•НанотехнологииНанотехнологии•Вложения в человекаВложения в человека

•Новое природопользованиеНовое природопользование•Новая медицинаНовая медицина

VV технологический уклад технологический уклад•КомпьютерыКомпьютеры

•Малотоннажная химияМалотоннажная химия•ТелекоммуникацииТелекоммуникации

•ЭлектроникаЭлектроника•ИнтернетИнтернет

О. Тоффлер (1928)О. Тоффлер (1928)«Футурошок» «Футурошок»

99

Основная идея нанотехнологийОсновная идея нанотехнологий

Р.Фейнман : «Внизу полным-полно места». Р.Фейнман : «Внизу полным-полно места». Лекция в Калтехе, канун 1960г.Лекция в Калтехе, канун 1960г.

Р. Фейнман предлагал идти «сверху Р. Фейнман предлагал идти «сверху

вниз»вниз»

Туннельный микроскоп сделал эту Туннельный микроскоп сделал эту

надежду реальностью.надежду реальностью.

Ричард Фейнман

1010

Шкала масштабовШкала масштабов

Атомное ядро 1-7 фм

Атом кремния (в кристаллической решетке) 0,24 нм

Молекула воды 0,37 нм

Углеродная нанотрубка 0,7 – 3 нм

ДНК 2 нм

Транзистор 100 нм

Клетка 2 – 20 мкм

Волос 5 – 100 мкм

1 нм = 10-9 м1 мкм = 10-6 м

1111

Пределы ростаПределы роста

• Задачи экспоненциальной сложности.

• 30 нм – технологический предел размера элемента чипа (7-8 лет).

• Оценка числа примесей в основаниях транзисторов.

• Мы не умеем решать задач, которые успешно решаются системами обработки информации в клетках.

Время поиска новой парадигмы вычислений

Число электронов для хранения 1 бита

BlueGene/L• 32768 процессоров• Rpeak = 91750 GFlops• Rmax = 70720 GFlops

1212

Синергетика – теория Синергетика – теория самоорганизациисамоорганизации

Парадигмы синергетики

Диссипативные структуры

Динамический хаос.

Сложность

Главная современная проблема – выяснение законов самоорганизации на наномасштабах

И.Р.ПригожинНобелевская премия1977 года

М.ЭйгенНобелевская премия1967 года

1313

Главная надежда нанотехнологийГлавная надежда нанотехнологий

Выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты «снизу вверх».

Первый ключ к нанотехнологиям:

самоорганизация

самоформирование

самосборка

Второй ключ – междисциплинарность

Третий ключ - активный мониторинг и сопровождение

1414

Принципиальная роль Принципиальная роль междисциплинарностимеждисциплинарности

«Эльфийский плащ».Линза Веселаго-Пендри.

Проблема коллективных действий роботов

В.Г.Веселаго

1515

Расчет прохождения света через Расчет прохождения света через фотонный кристаллфотонный кристалл

Проблема состоит в том, что размерПроблема состоит в том, что размер

неоднородностей, необходимых длянеоднородностей, необходимых для

«эльфийского плаща» или управления излучением«эльфийского плаща» или управления излучением

должен быть сравним с длиной волны. должен быть сравним с длиной волны.

Схема В.Д.Левченко

1616

Основные направления работ Основные направления работ по нанотехнологиям по нанотехнологиям

в ИПМ РАНв ИПМ РАН

• Вычислительная нанофизика• Моделирование

• нанооптика;• магнитные наноструктуры;• наноструктурирование поверхностей; • плазменные источники излучения для наноэлектроники;• спинтроника;

• Супервычисления для технологического расчета наноструктур

Научный семинар «Математическое моделирование нанопроцессов и нанотехнологии»(руководитель чл.-корр. РАН Ю.П.Попов»

1717

Междисциплинарность – от сложного Междисциплинарность – от сложного к простому к простому

(мозг -> клетка -> структуры)(мозг -> клетка -> структуры)

Дж. фон Нейман – самовоспроизводящиеся Дж. фон Нейман – самовоспроизводящиеся

аавтоматывтоматы..

А.Тьюринг.Вычислительная сложность.

Р.Пенроуз. Тени разума.

NanoBioInfoCognito – США,3 конференции в год

1818

Биовычисления,Биовычисления,нейронауканейронаука

•Многоагентные системы•ДНК-вычисления•Нейронные сети•Генетические алгоритмы•Клеточные автоматы•Иммунные сети

Т Ц Г А

А Г Ц Т

Г Ц Г Ц

Ц Г Ц Г

Г Ц Г А

Ц Г Ц Т

Т Ц Г Ц

А Г Ц Г

Т Ц Г А

А Г Ц Т

Г Ц Г Ц

Ц Г Ц Г

Г Ц Г А

Ц Г Ц Т

Т Ц Г Ц

А Г Ц Г

1919

Пример: прототипы для промышленного внедрения, Пример: прототипы для промышленного внедрения, созданные в ЯрГУ им П.Г.Демидовасозданные в ЯрГУ им П.Г.Демидова

1. Полевой транзистор с поперечным легированием канала

2. Сверхтонкие палладиевые мембраны с поддерживающей системой для водородной энергетики

3. Кремниевые фотоэлементы (солнечные батареи)

4. Наноструктурированные стекла (медицина)

5. Решетчатый поляризатор (D<25 нм)

6. Защита драгоценных камней маркерами 1мкмx1мкм

2020

НанотрубкиНанотрубки

ВозможностиРиски

- В 100 раз прочнее стали и в 6 раз легче её- Броня, бронежилеты, системы защиты- Космический лифт: 36 000 кмгеостационарная орбита,канат – 100 000 км.

- Утилизация «абсолютных»материалов- Загрязнение ближнего космоса- Новый виток гонки вооружений- Формирование новоготехнологического укладананонеравенства

Фуллерен С60

2121

Модификация Модификация человекачеловека

1844 - 1900

Риски Возможности- продление жизни (120-150 лет)- радикальное продлениежизни (300-500 лет)- нанороботы, чистящиекровеносную систему- респироциты, переносящиев 20 раз больше кислорода- укрепление костей и зубовс помощью алмазов- индивидуальные лекарства- изменение механизмабиосинтеза- наделение сверхспособностями- новые органы чувств

- новое неравенство(короткоживущие противдолгоживущих – И.Ефремов)- проклятие вечности - людей нечем занять (гражданин России 3ч 40 мину телевизора ежедневно)- распад человечества на несколько рас (Стругацкие «Волны гасят ветер»)- неясная взаимосвязьразличных способностейчеловека (проклятие Люцифера)

2222

Революция в Революция в военном делевоенном деле

Прогноз Дрекслера: машины уничтоженияПрогноз Дрекслера: машины уничтожения Наноассемблеры – путь к принципиально новым Наноассемблеры – путь к принципиально новым

системам вооруженийсистемам вооружений Системы искусственного интеллекта, угроза Системы искусственного интеллекта, угроза

появления «серой слизи»появления «серой слизи» Микробиологические войныМикробиологические войны Сценарий Джеремия 1995 г.Сценарий Джеремия 1995 г. Микродатчики, имплантируемые в организм Микродатчики, имплантируемые в организм

структуры, роботы – андроидыструктуры, роботы – андроиды

2323

Революция в военном Революция в военном деледеле

Прогноз Л.Хэмли: мокрые и сухие нанотехнологии – Прогноз Л.Хэмли: мокрые и сухие нанотехнологии – военное применение через 20 летвоенное применение через 20 лет

Биологическое оружие триггерного действияБиологическое оружие триггерного действия Проект «наблюдающей пыли»Проект «наблюдающей пыли» Боевые насекомыеБоевые насекомые Прогноз Б.Джоя – 2000 г. «Почему будущее не Прогноз Б.Джоя – 2000 г. «Почему будущее не

нуждается в нас?»нуждается в нас?» Генетика + нанотехнологии + робототехника (JNR)Генетика + нанотехнологии + робототехника (JNR) Вероятность выживания человечества - 30%Вероятность выживания человечества - 30%

2424

Революция в Революция в военном делевоенном деле

Прогноз С. Мецца – 2000 г.: микросистемные технологии Прогноз С. Мецца – 2000 г.: микросистемные технологии + нанотехнологии (МЦТ)+ нанотехнологии (МЦТ) Создание клопов-роботовСоздание клопов-роботов Создание наноспутников и наступление эпохи сетевых Создание наноспутников и наступление эпохи сетевых

войнвойн «Битвы огненных муравьев»«Битвы огненных муравьев» Боевые животные после имплантации в их организмы Боевые животные после имплантации в их организмы

датчиков и управляющих системдатчиков и управляющих систем

2525

Системы тотального контроля и Системы тотального контроля и наблюдениянаблюдения

Возможности Риски

- Контроль за инфрастуктурой(мониторинг целостности)- Контроль за передвижениями- Контроль за состоянием организма- Контроль за психикой и сознанием- Контроль общества в целом- Радикальное повышение безопасности- Многократное повышение наблюдаемости и управляемости социальных процессов

- Злоупотребление информацией- Манипулирование обществомв личных целях- Новые виды преступлений- Деградация социальных структур- Сверхзависимость от программных средств. Возможность перехода от сообщества людей к сообществу программ (С.З. Любимский)- Оруэлл «1984»«Война – это мир, свобода - это рабство, незнание -сила»- Замятин «Мы»

2626

Двухнедельная Двухнедельная технологическая революциятехнологическая революция

Принципиально новые устройства могут быть созданы в маленькой Принципиально новые устройства могут быть созданы в маленькой лаборатории. Стоимость новых форм живого – 200 тыс. $лаборатории. Стоимость новых форм живого – 200 тыс. $

Возможность редактировать геном (евгеника)Возможность редактировать геном (евгеника)

Наноассемблеры позволяют производить все желательные вещества Наноассемблеры позволяют производить все желательные вещества очень быстроочень быстро

Плотность записи информации 10Плотность записи информации 101515 / см / см2 2 (сейчас 10(сейчас 1088/см/см22))

Принципиально новые растения, животные, другие формы Принципиально новые растения, животные, другие формы жизни (Пущинский центр – суперсосна)жизни (Пущинский центр – суперсосна)

Универсальные анализаторы. Постоянный мониторинг Универсальные анализаторы. Постоянный мониторинг состояния организмасостояния организма

Распад цивилизаций (все можно произвести на месте)Распад цивилизаций (все можно произвести на месте)

2727

НаномечтыНаномечты

Мобильные нанороботыМобильные нанороботы Универсальные молекулярные ассемблерыУниверсальные молекулярные ассемблеры Самовоспроизводящиеся структурыСамовоспроизводящиеся структуры Модификация биохимииМодификация биохимии Искусственные органыИскусственные органы Предотвращение старенияПредотвращение старения Компьютерное бессмертиеКомпьютерное бессмертие Имплантация в мозгИмплантация в мозг Работа в космосеРабота в космосе

2828

Главная опасность для России Главная опасность для России и человечестваи человечества

Вывод гонки вооружений на наноуровень. (Договоры о запрещении нановооружений нужно начинать сейчас).

Биороботы в оборонной сфере представляются сейчас более значимыми, чем ядерный или космический проект.

2929

«Философы лишь различным образом объясняли мир, а дело заключается в том, чтобы изменить его» К. Маркс, 19в.

... чтобы сохранить его, 21 в.