Нанотехнологии как фактор конкурентоспособности и безопасности национальной экономики

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное развитие нанотехнологий, их быстрое проникновение в производство и потребление и связанные с этим риски - социальные, этические, экологические - обусловливают актуальность скорейшего решения задачи формирования системы экономико-статистических измерений масштабов, структуры и динамики данного технологического направления и соответствующей ему сферы деятельности. Отсутствие необходимой для этого методологической базы и практического инструментария ведет к весьма расплывчатым, а часто и противоречивым представлениям о состоянии сферы нанотехнологий, ее экономических и социальных эффектах.

Обретя широкое признание в качестве одного из наиболее перспективных направлений научно-технологического развития, нанотехнологии стали объектом приоритетной поддержки во многих государствах мира. По имеющимся оценкам, едва ли найдется другая область науки, получившая в глобальном масштабе столь значительные государственные инвестиции за столь короткий период времени . Между тем, по замечанию А. Хульман, «вопрос о том, в какой степени «нано-шумиха» опирается на реальные экономические показатели, а в какой отражает лишь благие пожелания», остается открытым: оценки рынка товаров и у слуг, связанных с нанотехнологиями, в зависимости от используемого в них определения последних и «степени оптимизма» их aвторов варьируются от 150 млрд долл. к 2010 г. до 3.1 трлн долл. к 2015 г. Несмотря на несколько ажиотажный характер большинства прогнозов, многие эксперты сходятся в том, что нанотехнологии могут трансформироваться в «технологии общего назначения» вслед за информационно-коммуникационными и биотехнологиями. Вместе с тем формирование понятийного аппарата, прежде всего определений и классификаций, здесь существенно отстает от динамики самого рассматриваемого явления. С учетом масштабов инвестиций в эту сферу и неизбежной в такой ситуации склонности к преувеличению научно-технических и экономических эффектов в некоторых аналитических исследованиях и прогнозах, опирающихся на различную терминологию, подобное положение дел не может не вызывать озабоченности, поскольку способно оказывать дезориентирующее воздействие на принятие обоснованных управленческих решений.

Следует подчеркнуть, что разработка определений и классификаций в сфере нанотехнологий представляет собой довольно сложную задачу. В первую очередь, это связано с «универсальным» характером нанотехнологий - слабо структурированной области, отличающейся высокой динамичностью развития и растущим многообразием практических приложений. Нельзя не учитывать также мультидисциплинарный характер этой сферы и ее адаптивность как к новым научно-технологическим достижениям, так и к потребностям экономики и общества.

Проблема единства понятий и стандартов в области нанотехнологий неоднократно обсуждалась в зарубежной и отечественной литературе, в том числе и на страницах журналов Тодуа П.А. “Метрология в нанотехнологии” . Этот вопрос имеет ключевое значение для выработки единого подхода к пониманию сущности и особенностей развития нанотехнологий. Общий понятийный аппарат позволит более четко обозначить границы исследуемой области и оценить порождаемые ею научно-технологические и социально-экономические тенденции.

В дипломной работе на основе анализа международного опыта и лучших практик в организации научных исследований, стандартизации и статистического учета предложено базовое определение нанотехнологий и проанализирована тема как нанотехнологии как фактор конкурентоспособности и безопасности национальной экономики. Актуальность данной темы неоспорима. В 30-х годах прошлого века подобную революцию произвели ядерные разработки, которые сначала не признавались, но со временем они стали неотъемлемой частью жизни человека. О нанотехнологиях сейчас не говорит только что ленивый. Это понятие на слуху у многих, в СМИ каждый раз натыкаешься на новость об очередной разработке, в основе которой лежат нанотехнологии, или о создании компании, имеющей прямое отношение к продвижению и расширению сотрудничества российско-зарубежных нано-связей.

Автором был проведен обобщающий анализ статей, выступлений, теоретического материала в области нанотехнологтй. Данная тема работы заинтересовала автора своими перспективами, которые открываются для человечества способностью вывести жизнь людей на абсолютно новый уровень.

Длительное время нанотехнологии интересовали лишь ученых и фантастов, но за несколько лет эта сфера стала объектом внимания государства и бизнеса. В России создали госкорпорацию “Роснано” во главе с Анатолием Чубайсом, чтобы инвестировать миллиарды рублей в наносферу. В США, Евросоюзе и Японии, тоже выделяют миллиарды государственных долларов, евро и иен, на развитие нанотехнологий. Нанотехнологии зачастую расцениваются политиками и учеными как ключевой фактор будущего, как неотъемлемая часть жизни новых поколений. Для многих людей термины “нано”, “нанотехнологии” пока еще не совсем понятны. Хотя они, в общем-то, не новые.

Чем так привлекательны эти материалы? Представьте, что многие изделия электроники будут печататься как обои. В рулоны можно скручивать экраны и дисплеи, солнечные батареи и электронную бумагу и т.д. Причем вся эта техника фантастически дешевая, так как очень проста в производстве. Скажем, цена микросхем из полимеров может составлять всего 1-2 процента от затрат на изготовление чипов из кремния. Так что полимеры обещают огромный экономический эффект.

Степень научной разработанности проблемы. Последние десятилетия проблемы нанотехнологий, перехода к нано - экономическому росту стали предметом особого внимания как зарубежных, так и отечественных экономистов. Труды российских и зарубежных ученых внесли значительный вклад в исследование проблемы нанотехнологий как фактора экономического роста Й. Шумпетера, зарубежных ученых - Бр. Твисса, Д. Тисса, Т. Иорда, Б. Санто, Дж. Брайта, Кр. Фримена, Х. Хартманна, российских исследователей - С.Ю. Глазьева, С.В. Валдайцева, О.В. Мотовилова и др. Нанотехнологии как объект представлены в трудах зарубежных исследователей - С. Менделла, Д. Энниса, Ф. Янсена, современных российских ученых - А.Н. Фоломьева, Э.А. Гейгера, Л.М. Гохберга, В.А. Рубе, В.Н. Архангельского и др.

Цель и задачи исследования. Основная цель дипломной работы заключается в исследовании нанотехнологий как фактора конкурентоспособности и безопасности национальной экономики и перспективы развития.

Для достижения поставленной цели необходимо выделить задачи, а точнее, затронуть следующие вопросы:

- рассмотреть понятие, сущность и значение нанотехнологий;

- рассмотреть применение нанотехнологий не только в России, но и в мире;

- рассмотреть какую роль нанотехнологии играют в обеспечении конкурентоспособности и национальной безопасности;

- проанализировать деятельность госкорпорации “Роснано”;

- рассмотреть проекты Роснано и их перспективы;

- проанализировать финансирование Роснано в различных областях национальной экономики;

- проанализировать нанотехнологии Роснано в обеспечении конкурентоспособности и безопасности экономики;

- рассмотреть проблемы с нанотехнологиями в России;

- рассмотреть перспективы развития рынка нанотехнологий в России.

Объектом исследования служат конкурентоспособность и безопасность национальной экономики.

Предметом исследования выступают нанотехнологии как фактор обеспечения конкурентоспособности и безопасности национальной экономики.

Структурно дипломная работа будет построена на основе трех глав:

- 1 глава “Теоретические основы нанотехнологий”;

- 2 глава “Анализ нанотехнологий госкорпорации “Роснано”;

- 3 глава “Проблемы и перспективы развития нанотехнологий в России”.

Также в дипломной работе будет введение, заключение, список используемой литературы, приложения.

Теоретическая основа и методологическая база исследования. Теоретической основой исследования послужили фундаментальные концепции и гипотезы, подходы, представленные в классических и современных трудах отечественных и зарубежных ученых по проблемам нанотехнологий, информационного общества, экономического роста, вклада нанотехнологий в экономический рост, а также программные и прогнозные разработки государственных органов.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

1.1 Нанотехнологии: понятие, сущность, значение

С наступлением нового тысячелетия началась эра нанотехнологии. Стремительное развитие компьютерной техники, с одной стороны, будет стимулировать исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, облегчит конструирование наномашин. Таким образом, нанотехнология будет быстро развиваться в течение последующих десятилетий.

Многие источники, в первую очередь англоязычные, первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана “Там внизу много места”, сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предложил, что возможно механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

Впервые термин “нанотехнология” употребил Норио Танигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. В 1980-х годах этот термин использовал Эрик К. Дрекслер в своих книгах “Машины создания: грядет эра нанотехнологии” и “Nanosystems: Molekular Machinery, Manufacturing, and Computation”. Центральное место в его исследованиях играли математические расчеты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размерами в несколько нанометров.

Фактически американцы ввели в обиход термин - нанотехнологии, обобщивший уже ведущиеся в то время широким фронтом научные исследования, вызванные появлением соответствующего инструментария, в частности, сканирующих зондовых микроскопов.

Невольно новый термин оказался и удачным пиаровским ходом, ибо он не формулирует конкретной задачи, а предлагает с применением единого инструментария решения широкого спектра задач в самых разных областях человеческой деятельности.

Нанотехнология и, в особенности, молекулярная технология - новые области, очень мало исследованные. Развитие современной электроники идет по пути уменьшения размеров устройств. С другой стороны, классические методы производства подходят к своему естественному экономическому и технологическому барьеру, когда размер устройства уменьшается не намного, зато экономические затраты возрастают экспоненциально. Нанотехнология - следующий логический шаг развития электроники и других наукоемких производств.

Как показывает обзор литературы, нанотехнологии рассматриваются сегодня и как область исследований, и как направление технологического развития. С одной стороны, это отражает современные тенденции взаимосвязи науки и технологии, а с другой - порождает серьезную терминологическую путаницу. Противоречия начинаются уже в попытках обозначить область исследований в целом и дать определение понятия «нанотехнологии». Так, некоторые авторы выделяют «нанонауку» (nanoscience), занимающуюся познанием свойств наноразмерных объектов и анализом их влияния на свойства материалов, и «нанотехнологию» (nanotechnology), имеющую своей целью развитие этих свойств для производства структур, устройств и систем с характеристиками, заданными на молекулярном уровне. Иногда такое разделение имеет под собой сугубо методическую основу, когда речь идет об анализе научных публикаций (и тогда говорится о «нанонауке») либо патентов (в этом случае используется понятие «нанотехнологии»). На практике же провести различие между нанонаукой и нанотехнологией оказывается практически невозможным, поэтому во избежание путаницы отдельные исследователи предлагают ограничиться только одним термином - «нанотехнологии», объединив в нем обе составляющие. Принимая такой подход, важно предложить согласованное определение нанотехнологий, которое, в частности, призвано обозначить общие границы рассматриваемой области, исключив из нее лишнее.

Заметим, что, несмотря на наличие различных определений нанотехнологий, единого согласованного варианта, причем такого, который образовывал бы основания для построения соответствующих классификаций, пока не существует.

На международном уровне из всего многообразия подходов, встречающихся в научных публикациях, аналитических обзорах и политических документах разных стран, выделяются пять определений, пользующихся наибольшим влиянием (табл. 1).

Таблица 1 - Общие определения нанотехнологий

Организация-автор	Определение
VII Рамочная программа ЕС (2007-2013)	Получение новых знаний о феноменах, свойства которых зависят от интерфейса и размера; управление свойствами материалов на наноуровне для получения новых возможностей их практического применения; интеграция технологий на наноуровне; способность к самосборке; наномоторы; машины и системы; методы и инструменты для описания и манипулирования на наноуровне; химические технологии нанометровой точности для производства базовых материалов и компонентов; эффект в отношении безопасности человека, здравоохранения и охраны окружающей среды; метрология, мониторинг и считывание, номенклатура и стандарты; исследование новых концепций и подходов для практического применения в различных отраслях, включая интеграцию и конвергенцию с новыми технологиями.
Рабочий план Международной организации по стандартизации (ISO) от 23/04/2007	1) Понимание механизмов управления материей и процессами на наношкале (как правило, но не исключительно, менее 100 нанометров по одному или нескольким измерениям), где феномены, связанные со столь малыми размерами, обычно открывают новые возможности практического применения. 2) Использование свойств материалов, проявляющихся на наношкале и отличных от свойств отдельных атомов, молекул и объемных веществ, для создания улучшенных материалов, устройств и систем, основанных на этих новых свойствах.
Европейское патентное ведомство (EPO)	Термин «нанотехнология» покрывает объекты, контролируемый геометрический размер хотя бы одного из функциональных компонентов которых в одном или нескольких измерениях не превышает 100 нанометров, сохраняя присущие им на этом уровне физические, химические, биологические эффекты. Он покрывает также оборудование и методы контролируемого анализа, манипуляции, обработки, производства или измерения с точностью менее 100 нанометров.
США: Национальная нанотехнологическая инициатива (2001- н.в.)	Нанотехнология - это понимание и управление материей на уровне примерно от 1 до 100 нанометров, когда уникальные явления создают возможности для необычного применения. Нанотехнология охватывает естественные, технические науки и технологию нанометровой шкалы, включая получение изображений, измерение, моделирование и манипулирование материей на этом уровне.
Япония: Второй общий план по науке и технологиям (2001-2005)	Нанотехнология - междисциплинарная область науки и техники, включающая информационные технологии, науки об окружающей среде, о жизни, материалах и др. Она служит для управления и использования атомов и молекул размером порядка нанометра (1/1.000.000.000), что дает возможность обнаруживать новые функции благодаря уникальным свойствам материалов, проявляющимся на наноуровне. В результате появляется возможность создания технологических инноваций в различных областях.

Все эти определения были идентифицированы Рабочей группой по нанотехнологиям (РГН) Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) в качестве базы для создания унифицированной методологической рамки, необходимой для организации гармонизированной в международном масштабе системы сбора и анализа статистической информации о сфере нанотехнологий . Отметим, что предлагаемые теми или иными международными либо национальными организациями определения носят характер рабочих, отражая специфику тех конкретных программ и проектов, применительно к которым они и сформулированы, и различаются в зависимости от сферы их применения, решаемых задач и уровня полномочий этих организаций. К примеру, в определении нанотехнологий в VII Рамочной программе ЕС подчеркивается их научно-технологическая составляющая; подходы, принятые Европейским и Японским патентными ведомствами, нацелены на работу в сфере охраны интеллектуальной собственности, а формулировка из Национальной нанотехнологической инициативы США охватывает естественные, технические науки и технологии. Тем не менее не следует забывать, что состав приведенного набора определений продиктован, прежде всего, их политической операциональностью (ориентацией на принятие политических решений) и принадлежностью к странам (регионам) с максимальными объемами государственного финансирования научно-технологической сферы (ЕС, США, Япония). Список дополняют так называемое «рамочное» определение ISO, составляющее основу документов РГН, и определение Европейского патентного ведомства (EPO) - пока еще единственного источника международно-сопоставимой информации о нанотехнологиях. Указанные определения объединяет ряд общих черт, относительно которых следует сделать несколько дополнительных замечаний.

Во-первых, каждое из приведенных определений обращает внимание на масштаб рассматриваемого явления. Как правило, указывается диапазон от 1 до 100 нм, внутри которого могут быть зафиксированы уникальные молекулярные процессы.

Во-вторых, подчеркивается принципиальная возможность управления процессами, происходящими, как правило, в границах обозначенного диапазона. Это позволяет отличить нанотехнологии от природных явлений подобного рода («случайных» нанотехнологий), а также обеспечить возможность придания создаваемым материалам и устройствам уникальных характеристик и функциональных возможностей, достижение которых в рамках предшествующей технологической волны было невозможно. В свою очередь это означает, что в средне- и долгосрочной перспективе нанотехнологии могут не только содействовать развитию существующих рынков, но и способствовать возникновению новых рынков (продуктов или услуг), способов организации производства, видов экономических и социальных отношений.

В-третьих, характерной особенностью определений является их экономико-статистическая операциональность. Нанотехнологии представлены как явление, поддающееся количественной оценке, - это техники, инструменты, материалы, устройства, системы. Это делает их важным элементом цепочек создания стоимости, однако вопросы оценки вклада нанотехнологий в стоимость конечного продукта и пределов диверсификации существующих секторов производства при их применении требуют дополнительного рассмотрения.

В то же время обращают на себя внимание некоторые различия в указанных определениях. Прежде всего они касаются степени конвергентности и целевого назначения нанотехнологий. Так, в европейском варианте отмечается как интеграция различных технологий в границах наношкалы, так и их конвергенция с другими технологиями; выделяются отдельные сферы их применения. Японская версия подчеркивает инновационную природу нанотехнологии. К тому же европейское и японское определения со всей очевидностью отражают распространенное убеждение, что использование схожих «строительных элементов» (например, атомов и молекул) и инструментов анализа (микроскопы, компьютеры высокой мощности и др.) в различных научных дисциплинах может привести в будущем к синтезу информационных, био- и нанотехнологий.

Интересно также, что среди приведенных определений встречаются не только общие (базовые), но и так называемые «списочные», в том числе принятое в VII Рамочной программе ЕС. Обычно они формируются путем перечисления научно-технологических областей (направлений), которые относятся к соответствующей сфере. Как показывает случай с биотехнологиями, использование общего и списочного определений способствует эффективному решению различных задач в области статистики, анализа, научно-технической и инновационной политики. Так, базовые определения хорошо подходят для научных дискуссий, достижения консенсуса по общим вопросам, принятия рамочных политических решений. Списочные определения позволяют наладить коммуникацию с технологическими и производственными областями, где новые технологии могут иметь прикладное значение (например, для исследования рынков и компаний), а также обеспечить создание более строгой системы отбора и экспертизы проектов. В конечном итоге это позволяет повысить точность и достоверность получаемой информации.

В официальной российской практике вплоть до последнего времени действовали два различных базовых определения нанотехнологий, которые представлены, соответственно, в «Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года» и «Программе развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года» (табл. 2).

Таблица 2 - Российские определения нанотехнологий

Документ	Определение
Концепция развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года	Нанотехнологии - это совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы большего масштаба; в более широком смысле этот термин охватывает также методы диагностики, характерологии и исследований таких объектов.
Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года	Нанотехнологии - технологии, направленные на создание и эффективное практическое использование нанообъектов и наносистем с заданными свойствами и характеристиками.

Первая из этих двух версий фокусируется на изучении и создании объектов определенного (наноразмерного) масштаба, вторая - предлагает рассматривать процессы создания и использования нанотехнологий. В обоих случаях отсутствуют указания на особенности, связанные с уникальностью явлений и происходящие в пределах наношкалы. Кроме того, определение, представленное в Программе развития наноиндустрии, не несет новой информации о характеризуемом явлении и формулируется исходя из свойств и признаков одного порядка. Это делает его максимально абстрактным и лишает какого бы то ни было уровня операциональности.

С целью преодоления отмеченных выше проблем и выработки такого определения нанотехнологий, которое позволило бы отразить их специфический характер и могло бы быть использовано в сфере статистического наблюдения, а также научно-технологической и инновационной политики, нами была предпринята попытка синтеза эффективных элементов различных существующих подходов. Результатом соответствующих методических усилий стала новая версия базового определения нанотехнологий, которая прошла обсуждение в целом ряде представительных аудиторий, включая специализированные экспертные совещания и фокус-группы, рабочую группу Научно-координационного совета ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по направлению «Индустрия наносистем и материалов», редколлегию журнала «Российские нанотехнологии», первый и второй Международные форумы по нанотехнологиям и т.п. Финальный вариант предлагаемого определения выглядит следующим образом…

Под нанотехнологиями предлагается понимать совокупность приемов и методов, применяемых при изучении, проектировании и производстве наноструктур, устройств и систем, включающих целенаправленный контроль и модификацию формы, размера, взаимодействия и интеграции составляющих их наномасштабных элементов (около 1-100 нм), наличие которых приводит к улучшению либо к появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских характеристик и свойств получаемых продуктов.

Данное определение учитывает комплексный научно-технологический характер рассматриваемого явления, указывает на специфическую размерность и управляемость основных процессов, подчеркивает их определяющее влияние на свойства создаваемых продуктов и отношение к рыночной новизне. Оно может быть использовано для целей проведения научно-технической экспертизы, формулирования критериев отбора и оценки отдельных проектов, связанных с нанотехнологиями, организации статистического наблюдения в этой сфере.

Предложенное определение было рассмотрено правлением Государственной корпорации «Роснанотех» в сентябре 2009 г. и принято в качестве рабочего.

Как уже было отмечено выше, междисциплинарный характер нанотехнологий обусловливает целесообразность дополнения базового их определения списочным, которое охватывало бы научно-технологические направления, объединенные общим понятием «нанотехнологии». В ходе работы были выделены семь таких крупных направлений, которые составляют списочное определение и образуют основу проекта классификации направлений нанотехнологий.

1.2 Области применения нанотехнологии и их классификация направлений

Области применения наноматериалов очень обширны, т.к. они являются основой всего живого и не живого мира.

Не секрет что гонка вооружений не прекращается ни на минуту. Правительства всех стран стремятся усовершенствовать свою боевую мощь. Именно нанотехнологиям уделяется особый интерес, и тратятся огромные деньги.

В производстве машиностроения и металлообработке наноразработки играют очень важную роль, например, покрытия металлорежущих инструментов, модифицированные наноалмазами, позволяют продлить срок службы в 4-5 раз, тем самым сократить колоссальные затраты.

Серийное производство прецизионных, экологически чистых электрохимических станков нового поколения

Серийное производство прецизионных, экологически чистых электрохимических станков нового поколения для изготовления деталей из любого типа металлов и сплавов

Производство деталей на электрохимических станках, имеющих высокую производительность и низкую стоимость эксплуатации

Общий бюджет проекта: 285 млн.рублей

Конкурентные преимущества

Низкие эксплуатационные расходы (высокая производительность, отсутствие износа инструмента)

Высокая точность копирования и нанометрическая точность поверхностей

Место размещения производства

г. Уфа, Республика Башкортостан

Электрохимические станки, выпускаемые в рамках проекта, будут предназначены для прецизионной нанометрической обработки практически всего спектра металлов, включая твердые сплавы и наноструктурированные металлы. Технология, используемая в станках, сопоставима, а по таким параметрам, как производительность и стоимость эксплуатации, превосходит технологии ведущих мировых производителей. Кроме того, благодаря разработанному в России программному обеспечению значительно расширяются возможности обработки поверхностей. Данные станки могут быть использованы как в производстве имплантатов и хирургических инструментов, так и для изготовления сложных деталей из высокопрочных материалов, применяемых в авиадвигателях или энергетических турбинах.

В настоящее время в России практически отсутствует производство станков подобного класса (менее 0,1% объема мирового рынка прецизионного станкостроения в 2008 г.). Реализация проекта позволит использовать передовые разработки отечественной школы электрохимии и внедрить современные технологии обработки поверхностей в высокотехнологичных отраслях промышленности: микроэлектронике, точном приборостроении, аэрокосмической технике, энергетике, медицине, автомобилестроении и других отраслях.

Износостойкие изделия из наноструктурированной керамики и металлокерамики

Изделия и узлы с уникальными свойствами (высокая прочность, износостойкость, коррозиестойкость, теплостойкость):

подшипники скольжения и кольца торцовых уплотнений

осевой инструмент, сменные многогранные пластины

Общий бюджет проекта: 1 607 млн.рублей

Сфера применения

Нефтедобывающая, химическая, атомная, кабельная, горнодобывающая и целлюлозно-бумажная отрасли

Металло- и деревообрабатывающие предприятия

Конкурентные преимущества

Увеличение срока эксплуатации машин

Возможность работы в критических условиях

Социальный эффект

Создание более 200 рабочих мест

В рамках проекта будет создан полный производственный цикл по выпуску из наноструктурных керамик и металлокерамик различных триботехнических изделий (узлов, подверженных трению и износу), работающих в сложных условиях эксплуатации, в том числе для насосной техники. Данные материалы по сравнению с металлами и полимерами имеют целый ряд важных преимуществ, например: повышенную износостойкость, расширенный диапазон рабочих температур, химическую инертность. Использование наноструктурных материалов в этом случае позволяет повысить ресурс и надежность промышленного насосного оборудования на 20 - 30%.

Кроме того, на предприятии будет освоен выпуск керамического и металлокерамического режущего инструмента для обработки металлов и композиционных материалов, характеризующихся высокой твердостью, прочностью и термостойкостью. Его применение для соответствующих материалов позволит увеличить производительность обрабатывающего оборудования, повысить точность и неизменность геометрических параметров при обработке деталей.

Сверхвысокопрочные пружины

Создание массового производства сверхвысокопрочных пружин по технологии контролируемого формирования однородных наносубструктур в материале

Общий бюджет проекта: 1 110 млн.рублей

Сфера применения

Железнодорожный транспорт

Автомобилестроение

Производство спецтехники

Конкурентные преимущества

Кратное повышение долговечности и релаксационной стойкости пружин без удорожания исходного сырья

Объем рынка в 2013 году:

Рынок железнодорожных пружин СНГ - 10%

Рынок железнодорожных пружин Европа - 2%

Рынок автомобильных пружин СНГ - 7%

Место размещения производства

г. Ижевск, Удмуртская республика

Социальный эффект к 2015 году

Создание 200 рабочих мест

В основе новой технологии производства сверхвысокопрочных пружин лежит операция горячей навивки пружины при оптимальном сочетании температуры нагрева, степени деформации при навивке, схемы и режима охлаждения-закалки последовательно каждого витка навиваемой пружины. В результате этих операций формируются наноразмерные субструктуры, обеспечивающие высокие прочностные характеристики изделий.

Применение данной технологии открывает возможность производства пружин с увеличенным в несколько раз сроком службы, повышенным уровнем допустимых напряжений не менее чем в 2 раза, исключением их осадки и соударения витков, а также повышенной работоспособностью в условиях низких температур.

Только на железнодорожном транспорте применение новых пружин позволит значительно сократить затраты на ремонт и эксплуатацию подвижного состава и повысить объемы грузоперевозок за счет увеличения нагрузки на вагонную ось. По оценкам, эффект от полного перевода вагонного парка (1 млн. вагонов) на новые пружины может составить примерно 4,0 млрд. рублей.

В медицине позволяют решать множество важных задач, наиболее приоритетные - поиск и создание лекарственных препаратов. Это особо актуально в наше время, когда появляются такие тяжелые заболевания, как птичий и свиной грипп, и др. Лекарственные препараты состоящие из нанокомпонетнов эффективно борятся с самыми тяжелыми заболеваниями. Лекарства убивают микробов и разрушают опухоли. Новейшие разработки ждут революционных достижений в борьбе с раком.

Микроисточники и микросферы для брахитерапии

Изготовление и комплектация микроисточников для брахитерапии с использованием изотопа 125I.

Создание производства наноструктурированных микросфер на основе аморфных материалов с использованием изотопа 90Y для лечения рака печени и поджелудочной железы

Общий бюджет проекта: 928 млн.рублей

Конкурентные преимущества

Не имеет российских аналогов

Конкурентная цена

Объем рынка

2010 г.- 10% 2011 г.- 40% 2012 г.- 70% 2013-2015 гг. - 80%

Брахитерапия - метод лечения больных со злокачественными образованиями, представляющий собой вид радиотерапии, когда источник излучения вводится внутрь пораженного органа. При этом максимальная доза радиации доставляется непосредственно в опухоль без поражения прилегающих тканей и органов. Брахитерапия активно применяется в мировой практике: эта процедура уже более 13 лет используется в 800 медицинских центрах США и Западной Европы.

В рамках проекта будет создано отечественное производство микроисточников. Они представляют собой титановую капсулу с модифицированной поверхностью для лучшей ультразвуковой визуализации. Внутри нее находится золотая проволока - рентгеновский маркер и радио-нуклид 125I (йод-125) в виде йодида серебра.

Еще одним видом выпускаемой продукции станут наноструктурированные микросферы из частиц полимера, стекла или кремния диаметром около 30 микрон, в структуру которых включены атомы радиоактивного изотопа.

Сфера применения микроисточников - лечение рака предстательной железы, печени и поджелудочной железы. Проект имеет высокую социальную значимость: в России сегодня больше 2,5 млн онкологических больных, которым жизненно необходимы новые эффективные методы лечения рака, а рак предстательной железы - одно из самых распространенных заболеваний.

Трековые мембраны для каскадной фильтрации плазмы крови

Производство трековых мембран с диаметром пор от 20 до 100 нм и 400 нм

Производство многофункциональных аппаратов для мембранного плазмафереза, каскадной плазмофильтрации и иных методик гемокоррекции

Общий бюджет проекта: 2 690 млн.рублей

Конкурентные преимущества

Уникальная технология промышленного производства трековых мембран на циклотроне

Простота в применении

Мобильность

Доступность для широких слоев населения

Место размещения производства

г. Дубна, Московская обл.

Каскадная фильтрация плазмы - высокотехнологичный метод очистки крови, позволяющий выборочно удалять только вирусы и вредные белки, являющиеся причиной болезни, сохраняя при этом полезные компоненты крови.

Ключевой элемент новых фильтров - трековые мембраны из полиэтилентерефталата с размером пор от 20 до 100 нанометров. Такие размеры получают, бомбардируя полимер ионами инертных газов с большим атомным весом, ускоренными до высоких энергий на циклотроне. Следы, оставленные ионами в материале (треки), поддаются избирательному воздействию ультрафиолетового света и химического травления, благодаря чему формируются поры с требуемыми геометрическими характеристиками.

Новая техника будет использована для лечения атеросклероза, ишемической болезни сердца, стенокардии, сердечной недостаточности, острых отравлений и других заболеваний.

Уникальность проекта заключается в том, что он находится на стыке сразу нескольких высокотехнологичных областей: медицины, ядерной физики и приборостроения. Помимо медицинской области применения, технологии нанофильтрации жидких и газообразных сред находят все большее применение в самых различных областях промышленности, что позволит компании «Трекпор технолоджи» развивать в будущем целый спектр фильтрационных технологий на базе трековых мембран.

Лекарства нового типа, предназначенные для борьбы с различными возрастными заболеваниями.

Лекарства нового типа, предназначенные для борьбы с различными возрастными заболеваниями (глаукома, катаракта, ишемическая болезнь сердца, аритмия сердца, ревматоидный артрит, рассеянный склероз и др.).

Общий бюджет проекта: 1 832 млн.рублей.

Продукция

Глазные капли - простой фармакологический способ терапии неизлечимых на данный момент офтальмологических болезней.

Капсула - препарат системного действия против сердечно-сосудистых и аутоиммунных заболеваний.

Социальный эффект к 2015 году.

Увеличение качества и продолжительности жизни человека.

Место размещения производства г. Москва и Московская область.

«Ионы Скулачева» - инновационные антиоксиданты с размером молекулы около 1,5 нанометра - нейтрализуют активные формы кислорода в энергетических центрах клеток - митохондриях. Уникальность «Ионов Скулачева» в том, что положительно заряженные молекулы сохраняют свои гидрофобные свойства. Это позволяет им проникать через мембраны митохондрий, концентрируясь в их внутреннем пространстве.

Благодаря адресной доставке в митохондрии для достижения нужного эффекта требуется очень малое количество мощного антиоксиданта. Размер молекулы и ее конструкция подобраны таким образом, что входящий в ее состав антиоксидант позиционируется внутри клетки с точностью до нескольких нанометров и располагается вблизи от самой уязвимой для активных форм кислорода точки митохондриальной мембраны - именно там, где антиоксидантное воздействие необходимо более всего.

Этим объясняется высокая для антиоксидантов биологическая активность «Ионов Скулачева», что обуславливает значительный потенциал их применения в качестве инновационных лекарственных средств нового поколения, способных достаточно эффективно лечить те заболевания, которые медицина наших дней классифицирует как трудноизлечимые и даже отдельные неизлечимые болезни.

Уникальные приборы для диагностики свертывания крови.

Инновационное медицинское оборудование для диагностики как недостаточной (гемофилия), так и избыточной активности свертывающей системы крови (тромбозы).

Общий бюджет проекта: 1 079 млн.рублей.

Конкурентные преимущества.

Способность прогнозировать тромбозы.

Конкурентная цена.

Продукция проекта.

Диагностические приборы для выявления нарушений свертывающей системы крови в рамках одного теста.

Место размещения производства.

Московский регион.

Для диагностики в кювете коагулометра моделируются естественные механизмы свертывания крови. Цифровая камера прибора следит за тем, как тромб образуется в кювете на стенках активатора, покрытых специальным наноструктурированным покрытием толщиной 30 - 50 нанометров, которое имитирует поврежденную стенку сосуда.

Покрытие представляет собой искусственный аналог клеточной мембраны, на котором расположены правильно ориентированные молекулы белка тромбопластина, запускающего весь сложный механизм свертывания крови. Метод позволяет определить длительность различных фаз свертывания и диагностировать в одном тесте как повышенную, так и пониженную свертываемость крови, что не было реализовано ни в одном из известных и распространенных на текущий момент тест-систем. Прибор позволяет производить одновременный анализ образцов крови от четырех пациентов. Продолжительность диагностического цикла составляет 30 минут: таким образом, за час прибор позволяет делать диагностику свертывания крови от 8 пациентов.

Высокая точность диагностики, невысокая цена теста и его доступность даже для младших медицинских сотрудников позволят новому прибору занять доминирующие позиции на российском рынке коагулометров и выйти на мировой рынок.

В производстве компьютеров наноисследования имеют преимущественное значение. Сюда относится создание мощных процессоров и микросхем. Для изготовления лазерных компакт-дисков так же применяют новейшие технологии, в т.ч. полирование поверхности.

Нанокомпьютер - вычислительное устройство на основе электронных (механических, биохимических, квантовых) технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры.

ДНК-компьютер - вычислительная система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК. Биомолекулярные вычисления - это собирательное название для различных техник, так или иначе связанных с ДНК или РНК. При ДНК_вычислениях данные представляются не в форме нулей и единиц, а в виде молекулярной структуры, построенной на основе спирали ДНК. Роль программного обеспечения для чтения, копирования и управления данными выполняют особые ферменты.

Атомно_силовой микроскоп _ сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения, основанный на взаимодействии иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца. В отличие от сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), 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.

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.

В быту наноматериалы используются в строительстве (различные добавки к бетону), в фильтрах для очистки воды и воздуха, в солнечных батареях. Все это делает наши дома более удобными, надежными и безопасными.

Сегодня для достижения мировых рекордов очень важно пользоваться современным спортивным инвентарем.

Нанокосметика придает коже не только красоту и изящество, но и оказывает лечебное воздействие, путем проникновения микроэлементов в определенные слои кожи и доставки питательных веществ.

Робототехника

Нанороботы _ роботы, созданные из наноматериалов и размером сооставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ. Нанороботы, способные к созданию своих копий, т.е. самовоспроизводству, называются репликаторами.

В настоящее время уже созданы электромеханические наноустройства, ограниченно способные к передвижению, которые можно считать прототипами нанороботов.

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

Как и в случае с определениями, классификации направлений нанотехнологий в настоящее время находятся в процессе формирования. Прежде всего, это связано с отсутствием международных терминологических стандартов в сфере нанотехнологий. Большинство материалов Рабочей группы ISO по стандартизации наноразмерных объектов и процессов носят предварительный характер, а российские стандарты, согласно проекту Программы стандартизации в наноиндустрии, предложенному ГК «Роснанотех», должны быть разработаны в период с 2010 по 2014 гг., в зависимости от направления.

К настоящему моменту опубликованы проекты трех основных стандартов: терминология и определения нанообъектов в части наночастиц, нановолокон и нанопластин (ISO/TS 27687:2008), принципы безопасности и защиты здоровья при использовании нанотехнологий в профессиональной деятельности (ISO/TR 12885:2008), определения углеродных нанообъектов (ISO/TS 80004-3:2010). Практически завершена работа над проектом методологии классификации и категоризации наноматериалов (ISO/TR 11360: 2010).

Как было отмечено выше, формированию классификационных группировок предшествует выработка общего (базового) определения нанотехнологий. Затем предстоит идентифицировать ключевые области анализа, которые должны быть описаны с помощью ограниченного набора основных определений, и структурировать их с выделением самостоятельных подгрупп, описывающих выбранную область. Подобного рода подходы к группировке направлений нанотехнологий уже представлены в нормативных документах международных организаций, а также в материалах национальных органов научно-технической политики и статистических служб (табл. 3).

Таблица 3 - Примеры группировок основных направлений нанотехнологий

Статистическая служба Канады	EPO	ISO	NRNC	Статистическая служба Австралии	ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы»
Нанофотоника	Нанобиотехнологии	Нанобиотехнологии	Электроника	Нанотехнологии для окружающей среды	Наноэлектроника
Наноэлектроника	Нанотехнологии для обработки, хранения и передачи информации	Наноэлектроника	Оптоэлектроника	Молекулярная и органическая электроника	Наноинженерия
Нанобиотехнологии	Нанотехнологии для материалов и науки о земле	Наномедицина	Медицина и биотехнологии	Нанобиотехнологии	Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества
Наномедицина	Нанотехнологии для распознавания, взаимодействия и манипулирования	Нанометрология	Измерение и производство	Наноэлектромеханические системы	Функциональные наноматериалы для энергетики
Наноматериалы	Нанооптика	Нанооптика	Охрана окружающей среды и энергетика	Наноэлектроника	Функциональные наноматериалы для космической техники
Квантовые вычисления	Наномагнетизм	Нанофотоника	Наноматериалы	Выращивание, самосборка и производство наноструктур	Нанобиотехнологии
Самосборка		Нанотоксикология		Производство нанопродукции	Конструкционные наноматериалы
Инструменты				Наноматериалы	Композитные наноматериалы
Прочее				Наномедицина	Нанотехнологии для систем безопасности
				Нанометрология
				Нанофотоника
				Нанодиагностика
				Нанотоксикология, здоровье и безопасность
				Прочее

Работа ISO по формированию терминологии и стандартов в сфере нанотехнологий сосредоточена на определении базовых понятий, установлении критериев различения технологических и производственных нанопроцессов, выявлении подходов и требований к измерению, построению классификации наноматериалов, устройств и других «нанотехнологических» приложений. (См. материалы выступления К. Уиллиса на секции «Форсайт, дорожные карты и индикаторы в области нанотехнологий и наноиндустрии» Первого международного форума по нанотехнологиям (2008 г.).

Статистические службы Канады и Австралии решают задачи сбора данных о состоянии сферы науки и технологий в своих странах, включая развитие системы индикаторов для охвата соответствующих возникающих областей знания. Наконец, патентные службы с помощью классификационных группировок осуществляют регистрацию новых и маркировку уже зарегистрированных объектов интеллектуальной собственности, имеющих отношение к нанотехнологиям. Каждая из перечисленных задач требует специальных усилий по кодификации и классификации часто очень разных процессов и объектов, связанных с нанотехнологической волной.

Независимо от целей деятельности организаций, работающих в области стандартизации, классификации и статистики, объектом их внимания являются направления применения либо использования нанотехнологий, среди которых можно выделить ряд общих позиций. Так, ISO предусматривает на верхнем уровне семь направлений, тогда как в классификациях статистических служб Канады и Австралии их, соответственно, девять и четырнадцать. Варианты, предложенные EPO и Центром исследований нанотехнологий Японии (NRNC), - причем последний стал базовым для отбора патентных классов, связанных с нанотехнологиями, в Международной патентной классификации, - включают по шесть направлений. В России ключевым документом, охватывающим собирательную группировку тематических направлений деятельности в сфере нанотехнологий, является ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы». Она предусматривает девять позиций, пять из которых можно объединить в категорию наноматериалов, представленную в том или ином виде в каждом из рассматриваемых примеров. Кажущееся исключение составляет вариант ISO, однако при более детальном знакомстве с рабочими документами организации выясняется, что наноматериалы выделены в них в качестве самостоятельного подраздела, который является сквозным для всей классификации. К числу обязательных для всех рассматриваемых подходов направлений относятся также наноэлектроника, нанофотоника (в ряде случаев она связана с нанооптикой), нанобиотехнологии и наномедицина. Отдельно рассматриваются технологические процессы и инструменты, ориентированные на создание, измерение, стандартизацию и производство в сфере нанотехнологий. В некоторых случаях в качестве самостоятельных групп представлены нанотехнологии выращивания и самосборки наноматериалов и наноструктур, методы диагностики и манипулирования нанообъектами, обеспечения безопасности здоровья и окружающей среды.

Для построения проекта российской классификации направлений нанотехнологий (КНН) нами была предпринята попытка обобщить указанные подходы и сформировать систему, открытую для дальнейшего расширения и детализации. Назначением такой классификации является, прежде всего, решение задач в области учета, анализа и стандартизации научной, научно-технической, инновационной и производственной деятельности в сфере нанотехнологий. Классификация может быть также использована для отбора и экспертизы проектов, оценки деятельности в области защиты прав интеллектуальной собственности, проведения статистических исследований, унификации научно-технической или иной информации в этой области. Все это должно обеспечить структурированное описание нанотехнологий как научно-технологической и экономической сферы, способствовать выработке приоритетов, формированию и реализации политики, основанной на фактах.

В результате работы были выделены семь основных направлений нанотехнологий: наноматериалы, наноэлектроника, нанофотоника, нанобиотехнологии, наномедицина, наноинструменты (нанодиагностика), технологии и специальное оборудование для создания и производства наноматериалов и наноустройств. Для каждого из выделенных направлений были сформулированы соответствующие определения и предложено первичное наполнение (как правило, от трех до пяти групп технологий). Для уточнения наименований классификационных позиций и определений широко использовались материалы административных источников, базы данных научных публикаций и патентов и т.п. Комбинация материалов позволила получить разнообразную информацию о возможных подходах к выявлению направлений применения нанотехнологий и предложить проект их классификации. Кроме того, для оценки полноты и адекватности разработанного перечня направлений, уточнения их наименований, определений и последовательности, проверки корректности формулировок была сформирована группа, включавшая более пятидесяти экспертов из различных областей науки и производства. Проводились и дополнительные обсуждения с участниками рабочей группы Научно-координационного совета ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по направлению «Индустрия наносистем и материалов», ведущими специалистами РАН, Российского фонда фундаментальных исследований, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Российского научного центра «Курчатовский институт», членами редколлегии журнала «Российские нанотехнологии» и др. Формирование проекта классификации осуществлялось в тесном сотрудничестве с Росстатом и Департаментом научно-технической экспертизы ГК «Роснанотех». В процессе работы и по ее итогам прошли обсуждения в Минобрнауки России.