Формування нанотехнологiчного способу виробництва та його вплив на розвиток свiтового господарства

В основном сейчас рассматривается  возможность механического манипулирования  молекулами и создание самовоспроизводящихся  манипуляторов для этих целей. 

Как уже было сказано, это позволит многократно удешевить  любые существующие продукты и создать  принципиально новые, решить все  существующие экологические проблемы. Также такие манипуляторы имеют  огромный медицинский потенциал: они  способны ремонтировать повреждённые клетки человека, что приводит фактически к реальному техническому бессмертию человека. С другой стороны, создание наноманипуляторов может привести к сценарию «серой жижи». Здесь имеется в виду разработка на молекулы объекта, который владельцы наносборщика-разборщика решили уничтожить. Это делает возможным сценарий, когда определённая группа людей получает полное управление над таким манипулятором и использует его, чтобы полностью утвердить свою власть над другими людьми. Если этот сценарий осуществится, получится идеальная монополия, которую, по-видимому, невозможно будет уничтожить.

Особую важность для  нанотехнологических разработок имеют  научные национальные нанотехнологические программы. Более 50 развитых стран объявили о старте собственных нанотехнологических программ [5].

Таким образом, показав, что именно следует понимать под  нанотехнологиями, перейдем к освещению  их использования в различных направлениях деятельности человека.

1.2. Смена укладов  и способ производства в соответствии  с нанотехнологиями

На сегодняшний день в экономической науке все  больше внимания уделяется главным  закономерностям развития современной  экономики - цикличности и неравномерности, характеризующихся сменой базисных технологических процессов, а также росту и развитию экономики на основе инновационных преобразований. Теория смены технологических укладов основана на концепциях Кондратьева Н., Шумпетера Й., Менша Г., где была предпринята попытка связать смену технологических укладов с активностью предпринимателей в производстве и внедрении базисных технологических инноваций. Далее эту концепцию поддержали и развили Глазьев С., Маевский В., Дагаев А., Яковец Ю. и др.

По определению Глазьева С.Ю., технологический уклад – это макроэкономический воспроизводственный контур, охватывающий все стадии переработки ресурсов и соответствующий тип непроизводственного потребления. В рамках одного технологического уклада осуществляется добыча первичных производственных ресурсов, прохождение всех стадий их переработки и выпуск набора конечных продуктов, удовлетворяющих соответствующему типу общественного потребления. Другими словами, он может быть представлен как некий хозяйственный уровень, характеризующийся единым технологическим уровнем составляющих его производств, связанных между собой потоками качественно однородных ресурсов, опирающихся на ресурсы квалифицированной рабочей силы, научно-технический потенциал и т.д. Ядром технологического уклада является совокупность базисных технологических процессов, которые лежат в основе соответствующих технологических совокупностей (совокупностей технологически сопряженных производств) и связанных между собой определенными однотипными технологическими цепями. Технико-экономическое развитие происходит при становлении новых технологических цепей, которые, в свою очередь, складываются на основе объединяющихся сопряженных технологических совокупностей, образуя новый технологический уклад. Предпосылками появления и распространения нового технологического уклада являются определенный уровень развития производительных сил и производственных отношений, науки, появление новых видов энергии и т.д. Переход от уклада к укладу сопровождается революционными преобразованиями в производстве, производительности труда, усложнением хозяйственных связей и отношений, высокими темпами роста объемов прибыли, обновлением продукции, внедрением базисных инноваций, причем большинство инноваций внедряется в фазе доминирования предшествующего технологического уклада. Смена за счет внедрения инноваций каждого технологического уклада новым сопровождается серьезными сдвигами в международном разделении труда, изменением конкурентоспособности стран и т.д. [6].

В ходе исторического  развития в экономической литературе принято выделять пять технологических укладов или пять волн:

Первая волна (1785-1835 гг.) сформировала технологический уклад, основанный на новых технологиях  в текстильной промышленности, использовании  энергии воды.

Вторая волна (1830-1890 гг.) связана с развитием железнодорожного транспорта и механического производства во всех отраслях на основе парового двигателя.

Третья волна (1880-1940 гг.) базируется на использовании в промышленном производстве электрической энергии, развитии тяжелого машиностроения и электротехнической промышленности на базе использования стального проката, новых открытий в области химии. Были внедрены радиосвязь, телеграф, автомобили, самолеты, начали применяться цветные металлы, алюминий, пластмассы и т. д. Появились крупные фирмы, картели, тресты. На рынке господствовали монополии и олигополии. Началась концентрация банковского и финансового капиталов.

Четвертая волна (1930-1990 гг.) сформировала уклад, основанный на дальнейшем развитии энергетики с использованием нефти и нефтепродуктов, газа, средств связи, новых синтетических материалов. Это эра массового производства автомобилей, тракторов, самолетов, различных видов вооружения, товаров народного потребления. Появились и широко распространились компьютеры и программные продукты для них, радары. Атом используется в военных и затем в мирных целях. Организовано массовое производство на основе фордовской конвейерной технологии. На рынке господствует олигопольная конкуренция.

Пятая волна (1985 – 2035 гг.) опирается на достижения в области микроэлектроники, информатики, биотехнологии, генной инженерии, новых видов энергии, материалов, освоения космического пространства, спутниковой связи и т. п. Происходит переход от разрозненных фирм к единой сети крупных и мелких фирм, соединенных электронной сетью на основе Интернета, осуществляющих тесное взаимодействие в области технологии, контроля качества продукции, планирования инноваций, организации поставок по принципу «точно в срок» [7].

Способ производства - единство двух взаимообусловленных сторон - производительных сил и производственных отношений, характеризующее уровень, достигнутый в производстве необходимых для жизни средств производства и предметов потребления. В этом диалектическом единстве производственные отношения являются общественной формой развития производительных сил. Но форма всегда неразрывно связана с содержанием, зависит от него.

 Производительные  силы, характер и уровень их  развития определяют экономические  отношения людей, и прежде всего  форму собственности на средства производства. Производственные отношения, со своей стороны, оказывают на производительные силы активное воздействие. Они могут обеспечить их мощное развитие, но могут и тормозить его, а при определенных условиях даже обрекать производительные силы на частичное разрушение. Когда производственные отношения общества перестают соответствовать уровню производительных сил, то возникает объективная необходимость замены отживающего способа производства новым, более прогрессивным [8].

В процессе смены технологических укладов в рамках отдельных стран формируются и эволюционируют национальные инновационные системы. Они представляют собой совокупность взаимосвязанных организаций (структур), занятых производством и коммерческой реализацией научных знаний и технологий в пределах национальных границ, - мелких и крупных компаний, университетов, гослабораторий, технопарков и инкубаторов.

 В период развития  пятого технологического уклада  каждая страна для получения  конкурентного преимущества высшего порядка пытается разработать новый инновационный продукт, чтобы за счет его монопольного производства опередить своих конкурентов. В ядре технологического уклада в настоящее время находятся США, Япония, Германия, Великобритания, Франция. Такие страны, как Нидерланды, Швеция, Канада, Италия и др., тоже пытаются попасть в технологическое ядро мирового развития. Поэтому в настоящее время в мире происходят концентрация наукоемких отраслей, монополизация производства микроэлектронной и программной продукции, значительный рост затрат на НИОКР [9].

С учетом сегодняшнего состояния  экономики инновационная политика на современном этапе рыночных реформ должна способствовать развитию научно-технического потенциала, формированию современных  технологических укладов в отраслях экономики, вытеснению устаревших укладов и повышению конкурентоспособности продукции. Определяющей особенностью передачи результатов научных исследований для их освоения в производстве является создание и развитие системы коммерческих форм взаимодействия науки и производства.

1.3. Внедрение нанотехнологий в производство

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.

Рис. 1.1 Применение нанотехнологий в различных сферах 
жизнедеятельности общества [10]

Энергетика. Альтернативой использованию ископаемого топлива (природного газа, нефти, угля и др.) является применение фотоэлектрических элементов, которые непосредственно превращают солнечный свет в электрическую энергию, – так называемых солнечных батарей и повышение их КПД (коэффициент полезного действия). В основе таких устройств лежат, в первую очередь, кремний и, реже, германий. Кремниевые фотоэлементы используются в жилищном строительстве и промышленном производстве, а также в калькуляторах и др. Солнечный свет фокусируется на полупроводнике, в роли которого выступает один кристалл кремния или его поликристалл. Получение таких кристаллов и является задачей нанотехнологии. Другая альтернатива использования энергии, получаемой от сжигания ископаемого топлива, – создание новых топливных элементов, например углеродных нанотрубок, обладающих высокой адсорбционной способностью к водороду.

Опосредованно энергетические проблемы с помощью нанотехнологий решаются возможностью применения наноустройств в полупроводниковых информационных технологиях.

Электроника. Уже сейчас нанотехнология позволяет изготавливать полупроводниковые элементы размером от 30 до 100 нм. В перспективе размер таких элементов будет снижен до 35–50 нм. Такую возможность предоставит использование в электронной отрасли промышленности углеродных нанотрубок и запоминающих устройств нового типа (например, одноэлектронная память). В свою очередь, это позволит повысить скорость передачи информации примерно до 10 гигабит в секунду. Кроме этого, важное значение имеет совершенствование техники хранения информации, которая решается через создание терабитовых запоминающих устройств, позволяющих повысить степень плотности записи на магнитных дисках примерно в 1000 раз.

Нанотрубка  – это полая внутри молекула, состоящая из порядка 1.000.000 атомов углерода и представляющая собой однослойную  трубку диаметром около нанометра  и длиной в несколько десятков микрон. На ее поверхности атомы  углерода расположены в вершинах правильных шестиугольников (см. приложение А, рис. А.1).

Авиация и космонавтика. В авиации нанотехнологии, в первую очередь, влияют на такой фактор развития авиационного транспорта, как создание новых конструкционных материалов. Два других фактора: развитие моторостроения и улучшения аэродинамики летательных аппаратов, – от нанотехнологии также зависят, но в меньшей степени. С помощью нанотехнологий будут созданы термостойкие керамические композитные материалы (т.е. материалы, состоящие из двух и более компонентов), способные выдерживать температуру 1000-1600°С  и полимерные композиты, выдерживающие температуру 200-400 °С. В космонавтике требования к композитам еще выше: они должны быть очень термостойкими (выдерживать температуры около 3000 °С), сверхлегкими и сверхпрочными. Именно такие материалы были использованы для изготовления нашего «Бурана» и используются при изготовлении американских «Шаттлов».  

Медицина. Нанотехнологии позволяют создать материалы с «молекулярным распознаванием» и организовать массовое производство биодатчиков, способных длительное время осуществлять мониторинг за организмом человека, что даст возможность проводить раннюю диагностику некоторых заболеваний. Кроме этого, существует перспектива использования для диагностики и лечения заболеваний особых наноскопических устройств, называемых нанороботами. Введенные в организм человека, они смогут очистить сосуды от атеросклеротических отложений, уничтожить молодые раковые опухоли, исправить поврежденные молекулы ДНК, провести полную диагностику, доставить лекарство к конкретным органам и даже клеткам и др. Создание и совершенствование так называемых ДНК-чипов позволит легко осуществлять анализ генетической информации отдельно взятого человека и проводить лечебный курс на основе создания индивидуальных лекарственных средств в соответствии с этой информацией. Применение нанотехнологий дает возможность получать новые биоматериалы и искусственные функциональные полимеры – заменители тканей человека.

С помощью нанотехнологий создаются наноинструменты и наноманипуляторы, используемые в медицине. Так, уже появились нанопинцеты и наноиглы. Например, для изготовления нанопинцета применяются две углеродные нанотрубки диаметром в 50 нм, расположенные параллельно на подложке из стеклянного волокна. Эти трубки сходятся и расходятся при подаче на них напряжения, имитируя пинцет. Японцы создали нанопинцет, длина которого всего 3 нм, что позволяет манипулировать отдельными молекулами. Отечественные ученые из Новосибирска предложили свои наноинструменты – наноиглы, способные производить инъекции внутрь клеток.

Нанотехнологии позволят также организовать производство биологически активных веществ методами самосборки. Самосборка – это такой метод нанотехнологий, который основан на способности атомов или молекул самостоятельно собираться в более сложные молекулярные структуры. Принцип самосборки основан на принципе минимума энергии – постоянном стремлении атомов и молекул перейти на самый нижний из доступных для них уровней энергии. Если этого можно добиться, соединившись с другими молекулами, то исходные молекулы соединятся; если же для этого нужно изменить свое положение в пространстве, то они переориентируются.

 Для решения этой проблемы нанотехнологи особое внимание уделяют эмбриональным стволовым клеткам, которые способны превратиться в клетки различных органов человека (нервные, эпителиальные, клетки печени и т.д.). Процессы превращения стволовых клеток связаны с механизмами самосборки клеточных структур. Использование стволовых клеток поможет произвести замену поврежденных органов и частичный «ремонт» поврежденных участков.

Биотехнология. Эта область применения нанотехнологий уже была рассмотрена, но еще раз стоит обратить внимание на взаимосвязь и значение этих двух технологий. В первоначальном значении биотехнологией называлось использование методов синтеза ДНК для получения определенных белков на наноуровне. В роли «фабрик» белкового производства выступали бактерии кишечной палочки, у которой заменяли фрагмент ДНК на участок, необходимый для синтеза конкретного белка. Наиболее яркими примерами подобного конструирования являются получение инсулина, фактора роста организма (соматотропина) и фактора VIII (или коагулирующего фактора, вызывающего свертывание крови и используемого при гемофилии), которые широко используются в медицине. 

Сельское хозяйство. По данным ООН, в настоящее время на Земле проживает около 7 млрд. человек, а по прогнозам к 2050 г. население планеты может достигнуть 100 млрд. человек. Уже сейчас продовольственная проблема является глобальной для человечества. Любой обыватель может наблюдать за ростом цен на продукты питания изо дня в день. Решение продовольственной проблемы человечества зависит, в первую очередь, от широкого применения генной инженерии и биотехнологии для создания сортов растений с повышенной урожайностью и питательной ценностью, а также в создании высокопродуктивных пород животных и штаммов микроорганизмов.