Нанотехнологии как фактор конкурентоспособности и безопасности национальной экономики

3.2 Программа развития нанотехнологий в России с 2003-2050 годы года

Наряду с информационными и биотехнологиями, нанотехнологии являются фундаментом научно-технической революции в ХХI веке, одним из наиболее перспективных и востребованных направлений науки, технологий и промышленности в индустриально развитых странах. По оценкам экспертов, в 2008 году объем продаж продукции наноиндустрии составит около 700 млрд. долларов США. Уже начался активный раздел мирового рынка в этой сфере, завершение которого ожидается к 2015 году, когда объем рынка нанопродукции возрастет до 1,2-1,5 трлн. долларов США.

Сегодня Россия значительно отстает от мировых нанотехнологических лидеров - США, Японии, стран Евросоюза по абсолютным показателям развития науки, технологий, степени промышленного освоения и коммерциализации разработок наноиндустрии. Россия более чем в 10 раз уступает США по числу нанотехнологических центров. Её доля в числе международных нанотехнологических патентов составляет менее 0,2%. Несмотря на то, что фундаментальные, поисковые исследования и разработку нанотехнологий, а также образовательную деятельность в сфере наноиндустрии в настоящее время в России осуществляют около 250 организаций и около 60 российских организаций производят и реализуют продукцию наноиндустрии, Россия все еще значительно уступает США по общему числу научных статей в области наноматериалов и нанотехнологий, числу международных патентов в области нанотехнологий и умению инкорпорировать нанотехнологические прорывы в новое производственное оборудование и готовые продукты. В России сегодня нет постоянно действующих масштабных нанотехнологических форумов и конференций мирового уровня, большинство российских специализированных конференций и выставок имеет локальный характер, мала доля российского представительства на крупных зарубежных конференциях и выставках.

В России существуют значительный разрыв между высоким качеством проводимых исследований, созданных научно-технологических заделов и низким уровнем инфраструктуры наноиндустрии в стране, а также недостаточная координация проводимых государством работ в этой области. Низкая восприимчивость промышленности к разработкам в области нанотехнологий в условиях перехода экономики на инновационный путь развития является главным сдерживающим фактором. В результате потребность отечественного рынка в нанотехнологической продукции во многих социально значимых сферах (медицина, энергетика, экология, ЖКХ и др.) значительно (в десятки раз) превышает объемы ее реального производства.

Ускорение решения задач по развитию в России работ в области нанотехнологий и наноматериалов и освоение достигнутых результатов промышленностью возможно только при наличии масштабной государственной поддержки в финансовой, организационной, кадровой, нормативно-правовой сферах.

Формирование национальной наноиндустрии должно стать важнейшим приоритетным стратегическим направлением, определяющим новые подходы к преобразованию отечественной промышленности.

К настоящему времени в Российской Федерации реализуется ряд федеральных целевых программ, Федеральная адресная инвестиционная программа, программы Российской академии наук и Российского фонда фундаментальных исследований, предусматривающие развитие специализированных направлений наноиндустрии.

На реализацию государственной политики в области развития наноиндустрии нацелена государственная корпорация "Российская корпорация нанотехнологий", созданная в соответствии с Федеральным законом от 19 июля 2007 г. № 139-ФЗ.

Программа направлена на концентрацию и координацию финансовых и организационных ресурсов для проведения междисциплинарных исследований и формирования в Российской Федерации интегрированного саморазвивающегося комплекса производственных, научных, образовательных и финансовых организаций различных форм собственности, осуществляющих деятельность по созданию конкурентоспособной интеллектуальной и промышленной наукоемкой продукции с высоким уровнем добавленной стоимости и ранее недостижимыми технико-экономическими показателями. Программа, основанная на высоком научно-образовательном потенциале России, прогрессивных и междисциплинарных исследованиях, научно- и экономически обоснованном практическом использовании новых нетрадиционных свойств и функциональных возможностей материалов и систем различной физико-химической природы при переходе к наномасштабам, обеспечит создание и развитие эффективной системы коммерциализации научных знаний, формирование ожиданий и потребностей потребителей, новых рынков сбыта инновационной продукции, а также создание конкурентных преимуществ России на мировом рынке высоких технологий и формирование научно-технического потенциала России, адекватного современным тенденциям мирового технологического развития.

Настоящая Программа является важным звеном реализации президентской инициативы "Стратегия развития наноиндустрии" (№ Пр-688 от 24 апреля 2007 г.), обеспечивающим развитие и логическое продолжение Концепции развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года (одобрена Председателем Правительства Российской Федерации 18 ноября 2004 г. № МФ-П7-6194), Программы координации работ в области нанотехнологий и наноматериалов в Российской Федерации (одобрена распоряжением Правительства Российской Федерации от 25 августа 2006 г. № 1188-р) и переход от научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области нанотехнологий и наноматериалов к формированию конкурентоспособного рынка нанопродукции в России.

Стратегической целью Программы является создание высокотехнологичного российского сектора наноиндустрии, способного конкурировать с экономически развитыми странами мира на внутреннем и внешнем рынках нанопродукции в ключевых областях обеспечения обороноспособности, технологической безопасности и экономической независимости государства, повышения качества жизни населения.

Реализация стратегической цели Программы включает два этапа: первый этап - 2008-2011 годы, второй этап - 2012-2015 годы.

Цель реализации первого этапа ? к 2011 формирование году конкурентоспособного сектора исследований и разработок в области наноиндустрии для поддержания научно-технического паритета Российской Федерации с экономически развитыми странами мира по перспективным направлениям науки, определяющим стратегию развития наноиндустрии и безопасность применяемых наноматериалов и нанотехнологий для здоровья и жизни человека, рост объемов производства уже выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий безопасной для жизни и здоровья человека, насыщение соответствующих рынков, разработка новых нанотехнологий и видов нанотехнологической продукции, которые могут быть доведены до промышленного внедрения и производства в течение последующих двух- трех лет, создание эффективной системы коммерциализации объектов интеллектуальной собственности в области нанотехнологий.

Для ее достижения необходимо решение следующих задач:

Формирование современной инфраструктуры наноиндустрии на уровне экономически развитых стран, включая ее приборно-инструментальную, информационно-аналитическую и методическую составляющие.

Формирование условий устойчивого функционирования и развития системы подготовки, переподготовки и закрепления кадров для обеспечения эффективности исследований и разработок в области наноиндустрии.

Опережающее развитие исследований и разработок, обеспечивающих создание новых конкурентоспособных нанотехнологий и видов нанотехнологической продукции, которые могут быть доведены до промышленного внедрения и производства в течение двух-трех лет.

Создание системы содействия продвижению продукции наноиндустрии на внутренний и внешний рынки высокотехнологичной продукции, системы обеспечения единства измерений, стандартизации, оценки соответствия и безопасности в наноиндустрии с целью кардинального увеличения объемов производства уже выпускаемой и востребованной продукции нанотехнологий, насыщения указанной продукцией нанотехнологий соответствующих рынков.

Цель второго этапа развития наноиндустрии в Российской Федерации (2012-2015 годы) заключается в формировании институциональных условий для масштабного наращивания объема производства новых видов продукции наноиндустрии и выхода профильных российских компаний на мировой рынок высоких технологий.

Для ее достижения должна быть решена задача совершенствования механизмов масштабной коммерциализации научных результатов исследований и разработок в области наноиндустрии, в том числе на основе государственно-частного партнерства.

В результате реализации Программы за счет использования нанотехнологий будет значительно увеличен объем валового внутреннего продукта и достигнут существенный экономический эффект в базовых отраслях экономики, в том числе в социально значимых сферах, кардинально повысится качество медицинского обслуживания населения России, улучшится экологическая обстановка.

Анализ проводимых в Российской Федерации и экономически развитых странах работ в области наноиндустрии дает основания определить приоритетные направления формирования и развития наноиндустрии с учетом: опережающего развития фундаментальных исследований в направлениях, обеспечивающих теоретический фундамент для перспективного развития нанотехнологий и наноматериалов, а также сохранение и упрочение интеллектуального лидерства в стратегически важных областях; обеспечения конкурентоспособности, технологической независимости, обороноспособности и безопасности государства; повышения качества жизни населения и экономической эффективности; потенциальных возможностей успешной коммерциализации и завоевания значимых позиций на рынке продуктов наноиндустрии, а именно:

создание в Российской Федерации современной инфраструктуры национальной нанотехнологической сети (ННС) с обеспечением ее организаций научно-исследовательским, метрологическим и технологическим оборудованием мирового уровня и доступа в установленном порядке всех участников ННС к её составляющим;

сохранение и развитие кадрового потенциала наноиндустрии, в том числе создание условий для привлечения и закрепления в области наноиндустрии талантливой молодежи;

поддержка проектов, которые находятся на стадии подготовки промышленного производства продукции наноиндустрии, и перспективных проектов с высоким потенциалом коммерциализации и международной конкурентоспособности в области создания наноструктурированных и нанокомпозитных конструкционных и функциональных материалов, наноэлектроники и нанофотоники, микро- наносистемной техники;

увеличение объемов производства и продаж отечественной продукции наноиндустрии, востребованной рынком, в общем объеме продукции, произведенной и реализованной в Российской Федерации и на внешних рынках;

реализация перспективных научных тематических направлений деятельности организаций ННС для использования в ключевых областях науки и техники, ресурсо- и энергосбережении, промышленном производстве, здравоохранении и производстве продуктов питания, в том числе по оценке безопасности применяемых нанотехнологий, наноматериалов, и продукции полученной с использованием нанотехнологий, а также для поддержания необходимого уровня обеспечения обороноспособности и безопасности государства;

поддержка развития рынков продукции наноиндустрии, совершенствование механизма взаимодействия участников инновационного процесса в сфере наноиндустрии, включая организацию взаимодействия научных организаций и высших учебных заведений с промышленными организациями и организацию взаимодействия участников рынков инновационной продукции в области нанотехнологий;

активное участие Российской Федерации в международной научно-технической кооперации в сфере наноиндустрии, прежде всего через использование членства России в существующих международных научно-исследовательских организациях; обеспечение экономически значимого присутствия России на мировом рынке продукции наноиндустрии, в том числе закрепление ключевых конкурентных позиций на рынках наноиндустрии государств-членов СНГ;

совершенствование механизмов повышения эффективности внедрения нанотехнологий в реальном секторе экономики и оценки влияния нанотехнологий на социальные изменения в обществе и уровень обеспечения обороноспособности государства;

развитие необходимой нормативно-правовой базы, включая вопросы регулирования безопасности разработки, производства и использования нанопродуктов, управления интеллектуальной собственностью, метрологии, стандартизации и подтверждения соответствия в области нанотехнологий.

Среди наиболее важных отечественных разработок, имеющих ближайшую перспективу масштабного освоения можно отметить: конструкционные материалы; наноструктурированные покрытия; наноструктурированные материалы для специальных применений (радиопоглощающие, магнитные материалы, использование наноматериалов как компонентов и модификаторов быстропротекающих процессов горения и взрыва энергетических конденсированных сред); нанотехнологии химической и физической модификации полимеров, эластомеры, новые типы герметиков, резин, клеев, огне- и теплозащитных материалов, лакокрасочных покрытий, смазочные композиции; наноматериалы для экологии и переработки сырья; промышленные средства измерений в нанометровом диапазоне для позиционирования инструмента; наноматериалы и нанотехнологии для энергетики и энергосбережения; наноматериалы и устройства наноэлектроники и нанофотоники; средства метрологического обеспечения в нанометровом диапазоне.

В 2003 году командой сайта NanotechnologyNewsNetwork была предпринята попытка составить широкий прогноз развития нанотехнологий с 2003 года по 2050. Большинство того, что мы предвидели, сбылось, и, даже удивило темпами развития. Это касается наноэлектроники, спинтроники, квантовых вычислений, материаловедения и других отраслей. Были и ошибочные прогнозы, связанные с развитием нанобиологии и наномедицины, но, как показывает динамика развития этих отраслей, в недалеком будущем они также могут обогнать наши прогнозы.

Основной проблемой в наноиндустрии на сегодняшний день является управляемый механосинтез, т.е. составление молекул из атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи. Для обеспечения механосинтеза необходим наноманипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. Наноманипулятор должен управляться либо макрокомпьютером, либо нанокомпьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего манипулятором.

На сегодня подобные манипуляторы не существуют. Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время производят перемещение отдельных молекул и атомов, ограничена в диапазоне действия, и сама процедура сборки объектов из молекул из-за наличия интерфейса «человек - компьютер - манипулятор» не может быть автоматизирована на наноуровне.

Институтом Молекулярного Производства (IMM) разработан предварительный дизайн наноманипулятора с атомарной точностью. За изготовление такого устройства назначена премия только из фонда IMM в размере $250,000. Как только будет получена система «нанокомпьютер - наноманипулятор» (эксперты прогнозируют это в 2010-2020 гг.), можно будет программно произвести еще один такой же комплекс - он соберет свой аналог по заданной программе, без непосредственного вмешательства человека.

Такая «самосборка» называется репликацией, а репликатор - ассемблером. Бактерии, используя репликативные свойства ДНК, способны развиваться за считанные часы от нескольких особей до миллионов. Таким образом, получение ассемблеров в массовом масштабе не потребует никаких затрат со стороны, кроме обеспечения их энергией и сырьем. Управляемый наноманипулятор - одна из самых востребованных вещей в нанотехнологиях

На основе системы «нанокомпьютер - наноманипулятор» можно будет организовать сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать любые макроскопические объекты по заранее снятой либо разработанной трехмерной сетке расположения атомов.

Компания Xerox в настоящее время ведет интенсивные исследования в области нанотехнологий, что наводит на мысль о ее стремлении создать в будущем дубликаторы материи. Комплекс роботов (дизассемблеров) будет разбирать на атомы исходный объект, а другой комплекс (ассемблеры) будет создавать копию, идентичную, вплоть до отдельных атомов, оригиналу (эксперты прогнозируют это в 2020-2030 гг).

Это позволит упразднить имеющийся в настоящее время комплекс фабрик, производящих продукцию с помощью «объемной» технологии, достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт - и он будет собран и размножен сборочным комплексом. Благодаря репликации можно будет наделять отдельные продукты этим свойством, например, нанороботов.

Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, их освоение многозвенными роботами-амебами, производство подводных строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это в 2050 гг.). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии. Схематически прогресс нанотехнологий с 2003 по 2050 года представлен на дереве развития нанотехнологий.

Благодаря нанотехнологиям существенно изменится конструирование машин и механизмов - многие части упростятся вследствие новых технологий сборки, многие станут ненужными. Это позволит конструировать машины и механизмы, ранее недоступные человеку из-за отсутствия технологий сборки и конструирования. Эти механизмы будут состоять, по сути дела, из одной очень сложной детали.

С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация отходов и глобальный контроль за системами типа «recycling» позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества. Станут возможными глобальный экологический контроль, погодный контроль благодаря системе взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно.

Биотехнологии и компьютерная техника, вероятно, получат большее развитие благодаря нанотехнологиям. С развитием наномедицинских роботов станет возможным отдаление человеческой смерти на неопределенный срок. Также не будет проблем с перестройкой человеческого тела для качественного увеличения естественных способностей. Возможно также обеспечение организма энергией, независимо от того, употреблялось что-либо в пищу или нет.

Различные нейроинтерфейсы и импланты, разработанные на сегодняшнее время будут значительно улучшены и их биологическая совместимость с нервными тканями человека станет еще более полной. Тогда настанет время «настоящей» виртуальной реальности и полноценного взаимодействия с компьютерами через нервную систему человека.

Благодаря этому компьютерная техника трансформируется в единую глобальную информационную сеть огромной производительности, причем каждый человек будет иметь возможность быть терминалом - через непосредственный доступ к головному мозгу и органам чувств.

Средства отображения информации уже пополнились прозрачными и гибкими дисплеями на основе нанотрубок или квантовых точек. Через несколько лет с их помощью можно будет реализовать сворачиваемые электронные газеты, обновляемые непосредственно через беспроводные сети.

Современные транзисторы уже выполняются по технологическому процессу 65 нанометров, а впереди еще несколько переходов до границы в 11 нанометров. Но даже после этой «последней» границы, препятствующей дальнейшему уменьшению наноэлектроники, есть путь еще ниже: это квантовые компьютеры и спинтроника.

Область материаловедения существенно изменится - появятся т.н. «умные» материалы, способные к мультимедиа-общению с пользователем. Также появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие (на основе алмазоида).

Что касается сырьевой проблемы, то для постройки большинства объектов нанороботы будут использовать несколько самых распространенных типов атомов: углерод, водород, кремний, азот, кислород, сера, и др. в меньшем количестве. С освоением человечеством других планет проблема сырьевого снабжения будет решена.

Таким образом, на основании прогнозов, нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. Как сказал RalphMerkle, (Xerox, PaloAlto) «Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией»

Примерные виды деятельности в различных областях развития наноиндустрии приведены в приложении 1.

Примеры отечественных разработок в области наноматериалов и нанотехнологий, имеющих ближайшую перспективу промышленного освоения представлены в приложении 2.

Финансирование программы представлено в приложении 3.

Направления и источники инвестиционных вложений ГК “Роснанотех” представлены в приложении 4.

3.3 Мировой рынок нанотехнологий

Мировой рынок наноиндустрии заметно растет с начала XXI века (рис. 3). В старте крупномасштабной национальной программы развития нанотехнологий РФ отстала от США на 7 лет. Сегодня ставятся задачи формирования и реализации стратегии развития наноиндустрии в РФ для того чтобы обеспечить участие страны в формирующемся мировом рынке нанопродукции, который к 2015 г. составит 1,2-1,5 триллионов долларов США.

Рис. 3 - Прогноз мирового рынка нанотехнологий, амер. долл.

Планируемый темп роста продаж российской продукции наноиндустрии - (в 45 раз за 7 лет) - поистине скачок в сравнении с темпами роста мирового рынка (1,7 - 2,1 раза, табл. 6)

Таблица 6 - Показатели роста наноиндустрии в мире и РФ

Показатели роста наноиндустрии	2008	2015	Темп роста 2015/2008, %	Среднегодовой темп роста,%
Мировой рынок нанопродукции, млрд. долл США	700	1200-1500	171,4-214,2	108 -112
Объем производства продукции наноиндустрии в РФ, млрд. рублей	20	900 (в т.ч. 180 - экспорт)	4500	172
Доля РФ на мировом рынке нанопродуктов,%	0,07	3	4285,7	330,3

Программа развития наноиндустрии имеет как результативную, так и ресурсную часть, которая должна обеспечить достижение радикальных результатов (табл.6). ФЦП развития инфраструктуры наноиндустрии поставлены задачи господдержки национальной нанотехнологической сети, формирующейся в РФ.

Таблица 7 - Показатели развития наноиндустрии (из Программы развития наноиндустрии РФ до 2015 г.)

Показатели развития наноиндустрии (программа развития наноиндустрии РФ до 2015 гг.	2008	2011	2015
1.	Объем произв-ва продукции наноиндустрии в РФ, млрд.рублей	20	240	900
2	Стоимость лицензионных платежей при введении в хозяйственный оборот объектов интеллектуальной собственности в области наноиндустрии , млрд. руб.	0,6	7,0	27
3	Удельный вес отечественной продукции наноиндустрии в общем объеме продукции наноиндустрии, реализованной на мировом рынке высоких технологий (доля РФ на мировом рынке),%	0,07	0,8	3,0
4	Объем экспорта продукции наноиндустрии, млрд. руб	4	31	180
5	Выданные в России патенты на изобретения в области нанотехнологий на имя российских организаций и индивидуальных изобретателей, нарастающим итогом, ед.	35	115	430
6	Удельный вес публикаций России по проблематике наноиндустрии в общем числе публикаций в ведущих научных журналах мира по наноиндустрии	0,2	1,8	3,5
7	Доля уникальных, высокоточных, измерительных, аналитических, технологических приборов и оборудования, уникальных стендов и комплексов не старше 8 лет (с учетом их модернизации) в общей стоимости машин и оборудования, %	25	50	70
8	Средний возраст научного и специального оборудования, приборов и устройств головных организаций отраслей в составе ННС (Национ.нанотехнологической сети )	12	6	6
9	Численность персонала, проводящего исследования в области наноиндустрии, тыс. чел.	20,5	22	24
	в том числе исследователей	10,3	11,2	12.4
10	Доля исследователей, проводящих исследования в области наноиндустрии, в общей численности исследователей,%:
	До 39 лет	31	40	50
	Докторов наук	2,7	6	10
	Кандидатов наук	17,4	18,4	20
11	Объем внутренних затрат на выполнение исследований и разработок по перспективным направлениям развития наноиндустрии , млрд. руб	10,3	28	100
12	Объем средств федерального бюджета на выполнение исследований и разработок по перспективным направлениям наноиндустрии млрд. руб.	6,7	16,5	43
13	Доля внебюджетных средств в финансировании инновационных проектов в области наноиндустрии в общем объеме финансирования проектов наноиндустрии	38	41,5	53

Значимость нанотехнологий как национального приоритета ведущих стран мира обусловлена стратегической ролью нанотехнологий в определении геополитического устройства мира в ближайшие годы. Генеральный директор концерна «Наноиндустрия» М.А.Ананян считает нанотехнологии ответом на глобальные вызовы человечеству 21-го века: истощение традиционных энергоресурсов, глобальное потепление, нарастающий дефицит чистой питьевой воды, терроризм, военное противостояние цивилизаций, глобальное потепление и загрязнение окружающей среды. Он считает, что проблематику развития нанотехнологий в РФ нужно рассматривать с позиции геополитических интересов страны.

Нанотехнологии обещают человечеству создание принципиально новой материальной базы, большего количества пищи, энергии, доступных водных ресурсов, новых возможностей медицины. Развитие нанотехнологий способно трансформировать мировую энергосистему. А также радикально изменить, совершить буквально переворот в экономике, политике, вооруженных силах государств. Поскольку нанотехнологии могут обеспечить страны необходимыми ресурсами, возможно изменение структуры мирового хозяйства, снижение роли и значимости ресурсодобывающих стран. Сложившаяся сегодня в мире геополитическая ситуация в значительной степени опирается на систему глобального контроля уровня вооружений и военной техники технологически развитых стран. Однако если существующее оружие массового поражения можно контролировать, то контроль нанотехнологий практически невозможен или сильно затруднен.

«Появление молекулярных нанотехнологий в распоряжении отдельно взятого государства способно изменить геополитическую расстановку сил на планете в его пользу радикальнее, нежели появление ядерного оружия в США. «Тот, кто раньше овладеет нанотехнологией, займет ведущее место в техносфере следующего столетия», - таков прогноз «отца водородной бомбы» Эдварда Теллера.». По данным академика Велихова, биороботы - гораздо более серьезное оружие, чем атомная бомба или космические ударные системы.

Нанотехнологическое освобождение экономики и общества от ресурсозависимости может иметь значимые социальные последствия. Миллионы людей будут вынуждены либо сменить профессию либо остаться безработными. В силу высокой стратегической значимости, развитие нанотехнологий представляет собой важнейшую конвенциальную (требующую обсуждения) проблему, которая должна быть сформулирована и рассмотрена обществом.

Межотраслевой масштаб нанотехнологий, глобальность отраслей применения нанотехнологий, комплексность социально-политических аспектов этой сферы предопределяют необходимость междисциплинарного подхода к решению проблем развития наноиндустрии в РФ.

Развитие нанотехнологий в США, Западной Европе, Японии заметно более успешно, чем в РФ. Бизнес-сфера развитых стран уже осознала выгоды использования нанотехнологий. По оценкам известной американской аналитической компании в области нанотехнологий Lux Research, 2008 год стал первым годом в истории развития этого сектора мировой экономики, в течение которого вливания частных компаний в нанотехнологические R&D (порядка $6,57 млрд.) превысили госфинансирование сектора ($6,22 млрд), а с учетом венчурного капитала ($700 млн) - существенно обогнали .

Одна из основных проблем российской наноиндустрии, по словам первого заместителя директора по научной работе РНЦ «Курчатовский институт», - в коммерциализации исследований и разработок (Нарайкин (2008), Коммерциализация - это введение продукта на полномасштабный рынок, которое по определению предполагает работу с потребителями. Ориентация на спрос и рынок - один их значимых факторов успеха инновации. Учитывая опыт США и развитых стран, предполагается, что для роста эффективности усилий по формированию наноиндустрии в РФ важно использование маркетингового подхода к инновационной деятельности всех участников рынка нанопродуктов.

Программы перспективных разработок в области инноваций в Великобритании, Евросоюзе и США на среднесрочную перспективу (до 2012 года).

США Материалы и промышленное производство:

- разработка наноструктурированных металлов, керамик и полимеров строго определенных форм без механической обработки, - улучшение печати вследствие применения наночастиц, обеспечивающих наилучшие свойства как красителей, так и пигментов, - карбиды с вяжущими и гальваническими покрытиями и покрытия для режущих инструментов, электронные, химические и структурные приложения, - новые стандарты измерения в наномасштабе, - наноконструирование микросхем с высоким уровнем интегральности и функциональности.

Наноэлектроника и компьютерная технология:

- наноструктурированные микропроцессоры, что продолжает тенденцию к понижению энергозатрат и стоимости в пересчете на вход и улучшает эффективность компьютеров в миллионы раз,

- коммуникационное оборудование с более высокой передающей частотой и более полной утилизацией оптического спектра для обеспечения, по крайней мере, десятикратного увеличения полосы пропускания с последующим использованием в бизнесе, образовании, индустрии развлечений и обороне,

- легкие запоминающие устройства с емкостями порядка мультитерабитных, в тысячи раз лучше современных,

- интегральные наносенсорные устройства минимального размера, веса, энергопотребления, способные собирать, обрабатывать и передавать огромное количество данных.

Медицина и здоровье:

- быстрое, более эффективное проектирование генома, что вызовет революцию в диагностике и терапии, эффективное и менее дорогое здравоохранение при использовании дистанционных и вживляемых устройств, - новые составы и маршруты доставки лекарств, что значительно расширит их терапевтический потенциал, программируя доставку новых типов лекарств к ранее недостижимым участкам организма;

- повышение надежности стойких к отторжению искусственных тканей и органов, - создание устройств для улучшения зрения и слуха;

- сенсорные системы, обнаруживающие возникновение заболевания в организме, что в конечном итоге, сместит акценты здравоохранения от лечения к раннему обнаружению и профилактике.

Аэронавтика и исследование космического пространства:

- маломощные, радиационно защищенные, высокопроизводительные компьютеры, - нанооборудование для микроспутников;

- авиационная электроника, появившаяся благодаря наноструктурированным сенсорам и наноэлектронике;

- теплозащитные и износостойкие наноструктурные покрытия.

Окружающая среда и энергетика:

- открытие упорядоченных мезопористых материалов МСМ41, вырабатываемых нефтяной промышленностью, с размерами пор в интервале 10-100?нм, широко используемых для удаления ультратонких загрязнений,

- развитие упрочненных полимерных наноматериалов, которые могут заместить металлические компоненты в автомобильной промышленности, широкое использование таких нанокомпозитов может привести к уменьшению потребления бензина на 1,5 млрд. литров за срок всего годового выпуска автомобилей и уменьшить соответствующее выделение углекислого газа более чем на 5 млрд. кг ежегодно,

- замена сажи в шинах наночастицами неорганических глин и полимеров является новой технологией, что приводит к производству экологически чистых, износостойких шин.

Биотехнология и сельское хозяйство:

- сконструированные на молекулярном уровне биоразрушаемые химикаты для питания растений и защиты от насекомых, улучшение генофонда животных и растений, снабжение генами и лекарствами животных и растений, - технология "поток через конденсатор" создана для опреснения морской воды с 10-кратной экономией энергии, этот процесс реализуется при изготовлении электродов с сильно развитой поверхностью, электроды токопроводящие за счет ориентированных углеродных нанотрубок, - наиболее перспективным считается создание основанных на наномассивах тестовых технологий для тестирования ДНК, такие технологии позволят растениеводам узнать, какие гены активизируются в растении при засолении или засухе, применение нанотехнологий в сельском хозяйстве только начинает становиться существенным.

Государственная безопасность:

- более изощренные системы виртуальной реальности, основанные на наноструктурной электронике, обеспечивающие более доступные и эффективные тренировки,

- возрастающее использование улучшенной автоматики и робототехники для компенсации сокращения личного состава армии, уменьшения риска в войсках и улучшения эксплуатационных качеств транспорта. Так, например, несколько тысяч фунтов может быть сброшено с беспилотного бомбардировщика, при этом полетная дальность и маневренность бомбардировщика могут быть значительно увеличены без необходимости учитывать ограничения пилота на ускорение, в результате повышается эффективность боевых действий,

- достижение более высоких эксплуатационных качеств (меньший вес, более высокая прочность), требуемых для орудийных платформ, с одновременным уменьшением аварийности и снижением стоимости обслуживания, - крайне необходимые улучшения в химических, биологических, радиационных датчиках и в уходе за ранеными, - конструктивное улучшение систем, используемых для управления и контроля за нераспространением ядерного оружия, - комбинированные нано- и микромеханические приборы контроля систем ядерной защиты,

- более легкое и безопасное оборудование для транспортных систем, измерение, контроль и нейтрализация загрязнителей, - развитие судебных исследований, высококачественные печать и гравировка защищенных от подделки документов и валюты.

Европейский Союз

Информационные обмены:

- системы хранения и передачи больших объемов информации, - электронная (гибкая) бумага и газета.

Охрана здоровья:

- самоочищающиеся покрытия,

- теплозащитные покрытия,

- новые лекарственные препараты,

- материалы для новой техники,

- антивандальные материалы.

Транспорт, наука о материалах, безопасность жизни нанотехнологии (фундаментальные аспекты):

- понимание взаимосвязи структуры и свойств,

- теория и моделирование структур,

- перспективные методы диагностики и анализа,

- контролируемый синтез и производство.

Энергетика: - материалы для водородной энергетики и топливных элементов.

Охрана окружающей среды:

- нанопористые (керамические и полимерные) материалы.

Питание, сельское хозяйство и биотехнологии:

- разработка новых химических технологий и реакций,

- промышленная биотехнология.

Великобритания Социально-экономические проблемы:

Нанотехнологии и смарт материалы:

- пьезоэлектрики,

- материалы, обладающие электострикцией и магнитострикцией,

- сплавы с эффектом памяти формы,

- смарт гели.

Нанотехнологии для новой технологии окружающей среды:

- снижение вредных выбросов в окружающую атмосферу,

- улучшение состояния окружающей среды и мониторинг,

- фильтрация и очистка воды,

- конверсия энергии и ее хранение,

- альтернативные источники энергии,

- токсикология.

Применяемые материалы - катализаторы, нанопористые мембраны, сенсоры для контроля и анализа, материалы биозащиты, материалы для фотокаталитической дезинфекция воды, топливные элементы, солнечные батареи.

Нанотехнологии для смарт и чувствительных тканей:

- углеродные нанотрубки для тканей, применяющихся в электронике,

- полимеры с эффектом памяти формы для "интеллигентных" тканей,

- нановолокна для космических, автомобильных, биомедицинских устройств, для текстиля, керамики, полимеров и улучшенных композитов,

- биоактивные материалы для заживления ран.

Нанотехнологии для защиты дома и собственной безопасности:

- не пригорающие пленки,

- покрытия для гигиенических поверхностей,

- наночастицы для антибактериального применения,

- наноэмульсии и герметизация,

- биофункциональные наногибриды для контролируемого выпуска витаминов.

Нанотехнологии для продуктов и напитков:

- наночастицы для контролируемой экстракции и выпуска,

- наноносители для продуктов,

- патогенные возбудители в продуктах и напитках,

- воздухопроницаемые пленки для упаковки продуктов,

- углеродные нанотрубки для новых типов упаковок с улучшенными функциональными свойствами,

- нанодиспергированные силикаты в упаковке для продуктов.

Нанотехнологии следующего поколения потребителей:

- материалы для защиты дома, включающие антисептические и противогрибковые поверхности,

- моющие средства,

- самоочищающие средства,

- антибактериальные и ароматические средства,

- средства по уходу за ребенком,

- средства для личной гигиены.

Нанотехнологии для автомобильной промышленности и транспорта:

- технологии, направленные на замещение хрома,

- прочные и легкие компоненты,

- стойкие к истиранию покрытия,

- нанокомпозиты,

- нанокатализаторы для снижения нежелательных выбросов из двигателей внутреннего сгорания,

- катализаторы для топливных ячеек,

- новые охлаждающие жидкости и феррожидкости,

- хранение водорода для топливных ячеек,

- фильтры для контроля состояния воздуха,

- электрохромные стекла,

- краски.

Нанотехнологии тканей для одежды и технического использования:

- ароматические ткани,

- фотокаталитические тканевые покрытия,

- смарт-текстиль,

- полимеры с эффектом памяти формы для "интеллигентных" тканей,

- углеродные нанотрубки для тканей, применяющихся в электронике,

- магнитные нановолокна для защиты от подделок одежды,

- биоактивные покрытия для заживления ран.

Нанотехнологии для антибактериальных и самоочищающихся покрытий:

- предотвращение образования биопленок в медицинской аппаратуре,

- антибактериальные поверхности для использования продуктов и напитков,

- антибактериальная герметизация,

- фотокаталитические покрытия для уничтожения бактерий,

- гидрофильные и супергидрофобные покрытия.

Нанотехнологии для упаковки и безопасности продуктов:

- магнитные нанокомпозитные материалы для сенсоров,

- полимерные нанокомпозиты для улучшенных барьерных свойств, - волоконные покрытия с полимерными нанокомпозитами.

Нанотехнологии для нефтяной и энергетической промышленности:

- наножидкости для улучшения передачи тепла,

- контроль за потерями (энергии),

- селективная адсорбция газа/конверсия/разделение,

- нанореакторные клетки для исключительных реакций,

- селективное разделение с использованием управляемых мембран.

Нанотехнологии для композитов, поверхностных покрытий и сенсоров:

- контейнеры из нанокомпозитов для долговременного хранения химических веществ, - самозаживающие нанокомпозиты,

- материалы, стойкие к усталости,

- смарт поверхности/покрытия,

- химически/электрически настроенные композиты, содержащие углеродные нанотрубки, как эффективные материалы для самоочистки и молекулярные сенсоры, - износостойкие и коррозионно-стойкие покрытия,

- биосенсоры,

- композиты на основе углеродных нанотрубок и волокон,

- сенсорные сетки с нанотрубками.

С начала 90-х годов XX века натонехнология стала развиваться как новая и перспективная отрасль. По прогнозам Национального фонда науки США, к 2015 году годовой оборот рынка нанотехнологий достигнет одного триллиона долларов. Сегодня ежегодное государственное финансирование исследований и разработок в этой области составляет в США 800 миллионов долларов, в ЕС - 750 миллионов долларов, в Японии - до 500 миллионов долларов, в Китае - более 100 миллионов долларов.

Большая часть инвестиций в нанотехнологии осуществляется в интересах военных ведомств. К примеру, Пентагон ежегодно получает от 425 до 450 миллионов долларов на реализацию нанопрограмм.

США

В середине 1990-х годов Пентагон включил нанотехнологии в список шести стратегических областей фундаментальных исследований, что предопределило стабильное финансирование данной научной области на долгосрочный период.

В 2000 году президент Билл Клинтон объявил о начале реализации "Национальной нанотехнологической инициативы", и под программу стали интенсивно выделяться достаточно большие средства. В период с 2005 по 2008 годы на изыскания в этой области США выделили около 3,7 миллиарда долларов (включая и гражданские проекты).

В 2004 году был составлен обновленный стратегический план "Национальной нанотехнологической инициативы", рассчитанный на период до 2015 года.

Он предусматривает финансирование следующих направлений: фундаментальные нанометрические явления и процессы; наноматериалы; нанометрические устройства и системы; исследование контрольно-измерительных приборов, метрология и нанотехнологические стандарты; производство наноизделий; создание специализированных лабораторий для проведения исследований и приобретение контрольно-измерительной аппаратуры.

Особую роль в достижении поставленных целей играет созданный на базе Массачусетского технологического института Институт военно-прикладных нанотехнологий. Институт занимается разработкой экипировки и вооружения в рамках семи проектов, каждый из которых посвящен повышению возможностей "солдата будущего". Среди первых опытных образцов, созданных в рамках одного из проектов, необходимо отметить боевой бронежилет толщиной несколько миллиметров. Такая "динамическая броня" будет содержать сложные наномолекулярные соединения, благодаря которым новая форма будет одновременно совмещать в себе бронежилет, а также экзоскелет и универсальное медицинское оборудование.

Для повышения жесткости костюма к нановолокнам добавляются наночастицы, которые соединяются между собой и упрочняют общую структуру. Кроме того, добавление различных наночастиц к нановолокнам позволит изменить электропроводность. Таким образом, существует возможность создания отдельных проводящих участков костюма, обеспечивающих связь расположенных внутри него сенсоров с управляющей системой и передачу энергии к наноактюаторам экзоскелета.

Компания NanoTriton ведет разработку новых материалов на основе нескольких полимеров, которые позволят защитить военнослужащего от пуль и осколков. В настоящее время ведутся разработки в направлении создания энергопоглощающих полимеров на основе жидких кристаллов. Ключевыми материалами для перспективного костюма военнослужащего будут нановолокна на основе полиуретана, а также нанополимеры.

Ведутся научно-исследовательские и опытно-констукторские работы (НИОКР) в области создания нанокерамических материалов. В частности, при использовании наноструктур из карбида кремния удалось в три раза повысить жесткость материалов по сравнению с обычными изделиями из этого материала. На их основе выпускаются различные покрытия, в частности NanoTuf, которое состоит из наночастиц в растворе и в несколько раз увеличивает прочность пластика.

Кроме того, Пентагон ежегодно выделяет компании Inframat Corp. около двух миллиардов долларов в год на исследования "нанокраски", которая позволит менять цвет наподобие хамелеона, а также предотвратит коррозию и сможет "затягивать" мелкие повреждения на корпусе машины.

Ученые, которые занимаются созданием нанооружия, утверждают, что благодаря потенциалу наносборки и молекулярного конструирования станет возможным создание невидимых видов вооружения, которое будет в десятки раз мощнее обычного оружия. Оно будет напоминать облако пыли, способное взорвать любой объект, в том числе и подземный.

По мнению ряда зарубежных военных специалистов, разведка местности с помощью "умных молекул" станет возможна уже через 7-10 лет. Облако "умной пыли" будет состоять из пылинок, представляющих собой часть системы наблюдения и анализа. Среди них будут видеокамеры с возможностью передачи информации, каналы связи, узлы обработки разведданных. Такой разведцентр, напоминающий небольшое дымное облако, должен самостоятельно перемещаться и обладать высокой степенью живучести и защищенности.

Несмотря на широкое распространение информации о достижениях США в области нанотехнологий, теоретические наработки, принципы создания новых материалов и практические результаты их исследований держатся в строжайшем секрете. По мнению американских военных специалистов, технологический прорыв в области нанотехнологий предоставит США небывалые военно-политические преимущества как над предполагаемым противником, так и над своими союзниками.

Израиль

Израильские специалисты работают над несколькими военными проектами, в которых предполагается использование нанотехнологий. Один из самых амбициозных - боевой робот-шершень.

Предполагается, что такой летательный аппарат будут использовать для обнаружения и уничтожения противника на поле боя, в первую очередь в районах жилой застройки. Шершень планируется оборудовать видеокамерой, которая позволит передавать картинку на пункт управления войсками, также он сможет нести на себе заряд взрывчатки.

Помимо боевых нанороботов, израильские ученые разрабатывают систему микродатчиков, которые можно будет разбрасывать на территории противника, чтобы с их помощью в режиме реального времени получать всевозможную информацию о происходящем на месте.

Также в Израиле идут исследования, направленные на создание новых видов индивидуальной защиты военнослужащих. Ученые создают легкий и суперпрочный материал для производства специальной одежды для бойцов, которая призвана заменить тяжелые бронежилеты. В настоящее время в городе Кирьят-Гате построен завод стоимостью более 3,5 миллиарда долларов для разработки и производства подобных материалов.

Великобритания

Наиболее интересным нанопроектом в Великобритании является MFI (Micromechanical Flying Insect - механическое летающее насекомое). В рамках программы предполагается создание микроробота-шмеля. Доктор Джон Баркер, профессор Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго, уже создал математическую модель процесса собирания микроустройств в стаи и обмена информацией между ними для совместных действий.

Ведутся разработки моделей боевого применения групп MFI в различных видах боя. Планируется, что себестоимость таких насекомых составит около 10 центов, а производить их будут так называемые "нанофабрики" прямо на поле боя.

Китай

В настоящее время в Китае насчитывается около 800 компаний, занимающихся внедрением нанотехнологий, и более 100 научно-исследовательских лабораторий. Характер их работы традиционно остается закрытым. Однако не исключено, что большинство из них ориентировано на удовлетворение нужд оборонно-промышленного комплекса. Наибольший интерес у китайских военных вызывают микрочипы, способные повышать живучесть личного состава при применении противником оружия массового поражения.

Россия

Для реализации различных проектов в области нанотехнологий в России создана госкорпорация "Роснанотех", разработана "Стратегия развития нанотехнологической отрасли". Согласно этому документу, на развитие "наноиндустрии" к 2015 году будет выделено 180 миллиардов рублей. Освоение средств возложено на "Роснанотех", работающий под контролем правительства. При этом "Роснанотех" выведен из-под действия закона о банкротстве. Таким образом, созданы оптимальные условия для реализации нанопроектов.

Основными направлениями исследований российских ученых являются создание высокопрочных материалов (в частности, "жидкая броня"), мощных энергоисточников ("аморфный кремний", над которым работает НПП "Квант"), невидимых и меняющих цвет нанообъектов, наноматериалов для униформы военнослужащих, новой защиты от оружия массового поражения и других.

К 2015 году Россия должна стать одним из лидеров в мировой наноиндустрии, а сам глобальный рынок нанотехнологий к этому моменту вырастет до 3 трлн долларов в год. Такую оценку высказал на третьем международном форуме по нанотехнологиям глава госкорпорации «Роснано» Анатолий Чубайс.

«Мы немного запоздали. В мире уже с десяток стран рванули вперед, но Россия за последние два года не стояла на месте», - заявил он. По словам Чубайса, «задача в том, чтобы мы попали (к 2015 году ) в высшую лигу мировых нанотехнологических лидеров».

Глава Роснано также отметил, что в мире сегодня происходит нанотехнологический бум. Если верить экспертным оценкам, в 2001 году объем производства нанотехнологической продукции в мире был на уровне 54 млрд долларов, а в 2009 году он уже достиг 250 млрд долларов.

По самым осторожным прогнозам, в 2015 году он вырастет более чем втрое - минимум до 800 млрд долларов. Некоторые эксперты вообще ожидают более чем десятикратный рост - до 3 трлн долларов.

Президент Дмитрий Медведев, который также выступил на форуме, заявил, что Россия должна к 2015 году нарастить объем производства продукции с использованием нанотехнологий до 1 трлн рублей. Тогда, согласно расчетам, страна сможет занять 3% мирового рынка нанопродукции.

По словам Медведева, Россия открыта интеграции в мировое нанотехнологическое общество, а отечественные институты развития: Роснано и ВЭБ - уже продвигают свои проекты за рубежом.

К слову, к настоящему моменту госкорпорация уже утвердила 94 проекта в 30 регионах России. Роснано обещает вложить в них 4,1 млрд долларов, а еще 6 млрд долларов готов внести частный бизнес.

Президент назвал важнейшей задачей создание в российских регионах наноцентров, которые бы вовлекали в эту работу малый и средний бизнес, и коснулся темы спроса - продукция нанопредприятий должна быть востребована на внутреннем рынке.

По мнению Медведева, частично этот спрос можно сформировать в рамках госзаказа. Он уточнил, что речь идет о медицинских вакцинах, об энергосберегающих системах освещения на основе светодиодов, об аккумуляторных батареях для городского электротранспорта и многом другом. «Подчеркну, что все это продукция массового потребления», - заметил глава государства.

По мнению экспертов, главный вопрос не в том, какую долю займет Россия на рынке нанотехнологий и к какому году, а что правильно считать нанотехнологиями.

Аналитик «Инвесткафе» Георгий Воронков отмечает, что в России до сих пор не закреплено само понятие нанопродукции, отсутствует четкая классификация.

Эксперты особо подчеркивают: основные силы государство должно бросить на стимулирование спроса. «Рынок сбыта для нанопродукции отечественного производства сейчас во многом организовывается на госуровне - сбыт реализуется через госпредприятия, стимулировать спрос пока достаточно сложно», - указывает Воронков.

Пока эксперты думают о том, каким образом можно эффективнее простимулировать развитие нано- и инновационных технологий, Анатолий Чубайс строит большие планы. В интервью телеканалу RT он признался, что в «закромах» Роснано есть три проекта, способные изменить мир.