Формування нанотехнологiчного способу виробництва та його вплив на розвиток свiтового господарства

Наноинструменты и ферментативные методики, применяемые в биотехнологии  и генной инженерии, позволяют решать эти задачи более быстрыми темпами. Так, бурно эволюционирует производство все новых сортов хорошо известной каждому генно-модифицированной сои. Традиционные сорта помидоров, картофеля, кукурузы, гороха, пшеницы, риса и т.д., а также экзотических батата и папайи в сельскохозяйственной практике уступают место созданным с помощью генной инженерии сортам, устойчивым к сорнякам и вредителям и обладающим повышенной урожайностью.

Экология. С помощью нанотехнологии можно защитить окружающую среду от вредных воздействий, связанных с повышением температуры атмосферы Земли, разрушением озонового слоя, загрязнением среды диоксином, кислотными дождями.

Разрушение озонового  слоя под воздействием широко используемых в промышленности и бытовой технике  фреонов (хладагентов, аэрозолей) может привести к значительному росту заболеваний раком кожи и лейкемией. Поэтому перед нанотехнологиями стоит задача создания веществ и материалов, заменяющих фреоны.

Проблема загрязнения  среды диоксином связана с широким применением хлорсодержащих соединений (поливинилхлорида, хлорированных углеводородов и т.д.) в промышленных целях.

С помощью нанотехнологий синтезируются новые материалы, способные заменить хлорсодержащие полимеры; создаются биодатчики длительного  и точного мониторинга за окружающей средой; производятся нанопорошки для борьбы с загрязнениями окружающей среды, и, в первую очередь, с разливами нефти; конструируются нанофильтры, позволяющие предотвращать поступления диоксина и других отходов в окружающую среду, в том числе и выбросы в нее оксидов серы и азота транспортными и промышленными установками. Для последней цели немаловажную роль могут сыграть и созданные с помощью нанотехнологий катализаторы и их носители.

Оптика. Уменьшение размеров кристаллических зерен до нанометровых масштабов позволяет создавать из стеклообразных материалов новые оптические среды с очень высокими и регулируемыми коэффициентами преломления, изменением окраски, прочности и т.д. Такие среды называют наностеклами. Области их применения чрезвычайно многообразны. Например, с применением нанотехнологий на поверхности стекол создаются сотовые структуры, которые заполняются различными наноматериалами. Такие стекла могут использоваться для создания высокоэффективных устройств хранения и передачи цифровой информации. Также наностекла в комплекте с коротковолновыми лазерами позволят производить сверхмощные оптические запоминающие устройства и пленочные материалы с повышенной четкостью изображения. Наностекла могут применяться для изготовления оптических переключателей и тонких оптических волноводов. В сознании обывателя очки «хамелеоны» и изменяющие интенсивность затемнения автомобильные стекла редко связываются с представлениями о наномире, а ведь это именно так.

В Центре водных видов  спорта в Пекине, где недавно завершилась  олимпиада, крыша была изготовлена с применением наностекол, способных изменять интенсивность окраски в зависимости от интенсивности естественного освещения, а также выгибаться вовнутрь или наружу в зависимости от температурного режима [10].

Нанотехнологии уже используют для обеззараживания воздуха и различных материалов, в том числе кормов и конечной продукции животноводства; обработки семян и урожая в целях его сохранения. Их применяют при стимуляции роста растений; лечении животных; улучшении качества кормов. Есть опыт внедрения этих технологий для уменьшения энергоемкости производства, оптимизации методов обработки сырья и увеличения выхода конечной продукции; разработки новых упаковочных материалов, позволяющих долго сохранять конечную продукцию.

В животноводстве разрабатывают  методы использования нанодобавок  в целях уменьшения доз ростовых факторов и гормонов, нейтрализации  патогенов на ранних стадиях их контакта с животными.

Конкурентоспособность сельскохозяйственного производства в условиях глобализации мировой  экономики возможна только при условии  быстрого внедрения инновационных  технологий. Это касается как интенсификации процессов производства продукции, так и повышения ее качества и безопасности, в том числе снижения негативного воздействия на окружающую среду. Одним из эффективных рычагов ускоренного решения поставленных задач является использование в практике сельхозпроизводства нанотехнологий [11].

Здоровье человека напрямую зависит от качества потребляемых продуктов  питания, поэтому сегодня, учитывая, что окружающая среда загрязнена промышленными и бытовыми отходами, специалисты всерьез обеспокоены  безопасностью мяса, молока, яиц, рыбы. В этой связи российская компания ПРОВИМИ в июле 2008 года подписала соглашение о сотрудничестве с французской компанией ОЛМИКС – мировым лидером по применению в сельском хозяйстве нанотехнологий и натуральных нанопродуктов. 

Из широкого спектра  проведенных компанией ОЛМИКС работ особо следует отметить исследования по созданию революционной натуральной наноальтернативы, получившей известность под торговой маркой Амадеит. Это уникальный наноматериал, представляющий собой минерало-органический комплекс – интеркалированную глину, адсорбционная способность которой на порядок превосходит все существующие аналоги. На основе Амадеита специалистами ОЛМИКС созданы уникальные препараты, предназначенные для очистки кормов от микотоксинов, бактериальных токсинов и патогенов – MTox+ и улучшения процесса биокатализа в пищеварительной системе животных – MFeed. 

Целью сотрудничества ПРОВИМИ  и ОЛМИКС являются разработки новых  видов добавок, составов и технологий для кормления животных на основе наноматериала Амадеит. Первым этапом такого сотрудничества стало проведение испытаний двух вышеназванных препаратов на производственной базе компании ПРОВИМИ в России. В течение года компании планируют создать в России совместное крупномасштабное производство нанокормов для животных. 

Компания ОЛМИКС, верная принципу сохранения экологической  чистоты, уже начала во Франции строительство  нескольких заводов по переработке  отходов животноводства, растениеводства  и морских водорослей в электроэнергию и биогаз. Такая же задача по утилизации отходов животноводства и превращению их в дешевый источник энергии стоит перед производственниками России. Руководители проекта надеются, что объединение зарубежного опыта по внедрению современных технологий и практических знаний российских компаний по организации работы на национальном рынке значительно ускорит применение инновационных технологий ОЛМИКС в практике сельхозпроизводства. 

Собственная экспериментальная  база компании позволяет разрабатывать  и апробировать на птице и свиньях  новые программы кормления, специальные продукты, включая наноматериалы. При разработке наукоемких продуктов привлекаются достижения в области биохимии, физиологии животных и птицы, новые ингредиенты кормов, учитываются положения даже такой науки, как эпигенетика. Инновационность политики ПРОВИМИ на рынке – использование последних достижений науки и немедленное их внедрение в практику.  Компания не только пользуется уже имеющейся информацией из зарубежных научных центров холдинга ПРОВИМИ, но и заключает договора с научными учреждениями России на разработку перспективных направлений. 

Подобный подход позволяет  компании удерживать значительную долю рынка кормов. С добавками ПРОВИМИ  в России производится 1,6 млн. ткомбикормов, что составляет почти 9% рынка. Объем реализации продукции превышает 4 млрд. руб. в год. В группу ПРОВИМИ входят шесть заводов, из них – четыре комбикормовые, расположенные в Ленинградской, Московской, Самарской и Ростовской областях, премиксный завод в Ростовской области, завод по производству концентратов и премиксов в Калининграде. С компанией работает свыше тысячи производителей мяса, молока, яиц, многие из них являются участниками национального проекта развития животноводства и успешно ведут свой бизнес.

Бывший руководитель корпорации «Роснанотех» Меламед Л.Б. сказал: «Российские предприятия к 2015 году должны произвести нанопродукции более чем на 4 трлн. руб., а на проведение фундаментальных и прикладных исследований в области нанотехнологий, развитие наноиндустрии в России в ближайшие пять лет будет выделено около 200 млрд. руб.» В этой связи сотрудничество двух крупных компаний – ОЛМИКС и ПРОВИМИ – несомненно, принесет ощутимые результаты на пути внедрения нанотехнологий в животноводство [12].

Нанотехнология стала  самостоятельной областью науки  и превратилась в долгосрочный технический  проект после детального анализа, проведенного американским учёным Эриком Дрекслером в начале 1980-х годов и публикации его книги «Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии».

По определению Дрекслера нанотехнология – «ожидаемая технология производства, ориентированная на дешевое получение устройств и веществ с заранее заданной атомарной структурой». Как считают многие специалисты, в течение следующих 50-ти лет многие устройства станут такими маленькими, что тысяча таких наномашин вполне смогут разместиться на площади, занимаемой точкой в конце этого предложения. Чтобы собирать наномашины, необходимо:

1. научиться работать с одиночными атомами – брать их и ставить на нужное место;

2. разработать сборщики (assemblers) – наноустройства, которые могли бы работать с одиночными атомами по программам, написанным человеком, но без его участия. Так как каждая манипуляция с атомом требует определённого времени, а атомов очень много, то по оценкам учёных необходимо изготовить миллиарды или даже триллионы таких наносборщиков, чтобы процесс сборки не занимал много времени;

3. разработать репликаторы – устройства, которые бы изготовляли наносборщики, т.к. их придётся изготовить очень и очень много.

Дрекслер дает ассемблеру следующее определение: Ассемблер - это молекулярная машина, способная  к саморепликации, которая может  быть запрограммирована строить  практически любую молекулярную структуру или устройство из более простых химических строительных блоков

Главная задача ассемблера соединение атомов и молекул в  заданном порядке. Он должен уметь строить  наносистемы любого назначения двигатели, станки, вычислительные устройства, средства связи и т.д. Это будет универсальный молекулярный робот со сменными программами на “перфолентах” типа цепочек РНК или ДНК.

Внешний вид сборщика можно представить себе как «ящик» нанометрового размера с «рукой» манипулятором длиной в сотню атомов. Исходным материалом для манипулятора могут служить атомы, молекулы и химически активные молекулярные конструкции. Внутри сборщика размещены устройства, управляющие работой манипулятора и содержащие программу всех его действий. Поскольку составление больших молекул со сложной структурой потребует особой точности в позиционировании, ассемблер должен иметь несколько таких манипуляторов.

Возможно,  ассемблер  будет чем-то похож на паука, при этом одними «лапами» он будет держаться за поверхность, а другими складывать сложные молекулярные структуры атом за атомом. Наиболее популярная схема наноассемблера представлена на рисунке А.2. (см. приложение А, рис. А.2) [13].

Управлять сборщиками должны будут нанокомпьютеры, программируемые  на каком-нибудь обычном языке управления промышленными роботами и имеющие связь с обычным компьютером, которым управляет человек. Представим, что человек-оператор моделирует на компьютере некоторую конструкцию, особым образом задавая её молекулярную структуру. «Нарисовав» нужный объект, он передает команду ассемблерам, которые начинают создавать его атом за атомом. И через некоторое время у конструктора появляется готовая вещь с заданными характеристиками при минимальном вмешательстве человека.

Ассемблеры могут работать в паре с дизассемблерами –  наномашинами, способными разбирать объект на атомы с записью его структуры на молекулярном уровне. Например, для создания копии какого-то объекта необходимо, чтобы дизассемблер разобрал его атом за атомом и передал всю информацию о типе атомов, их положении и т.д. ассемблеру, который потом может создавать копии объекта сколько угодно раз. Теоретически такая копия ничем не будет уступать оригиналу, она будет повторять его вплоть до отдельного атома. Дизассемблеры также помогут ученым лучше узнать вещи и их атомную структуру.

Как уже было сказано, ассемблеры будут обладать способностью к репликации (размножению).  Когда речь  идет  об эволюции, то репликатор – это объект, который способен сам себя скопировать, включая любые изменения, которым он мог подвергнуться (подобно гену, миму или компьютерному вирусу). Реплицируется (размножается путём создания своей копии) ассемблер по команде макрокомпьютера или в зависимости от окружения.

Таким образом, создав один единственный универсальный ассемблер, способный создавать копию себя, мы через несколько часов получим целую армию этих крошек, которые в буквальном смысле слова изменят нашу жизнь. Самой большой проблемой ассемблеров является сложность их первоначального конструирования. Тем не менее, лаборатории всех мировых держав борются за право быть первыми в этом революционном прорыве.

Возможности использования  нанотехнологий неисчерпаемы: от «проживающих» в организме нанокомпьютеров, убивающих раковые клетки и ремонтирующих поврежденные ткани и органы,  до автомобильных двигателей, не загрязняющих окружающую среду.

Сегодня Foresight Institute – базис всех мировых нанотехнологий – обещает 250.000 долл. США тому, кто построит наноманипулятор – «руку», которая сможет оперировать на молекулярном уровне, и тому, кто создаст 8-битный сумматор, умещающийся в кубике со стороной в 50 нанометров.

Ждать осталось не так  уж долго. Оптимисты считают периодом расцвета практических нанотехнологий первую четверть наступившего века. Пессимисты отодвигают срок до середины века. Значит, тем, кто сегодня определяет свою будущую профессию, стоит задуматься: быть может, программист нанороботов и конструктор молекулярных компьютеров станут наиболее популярными специальностями уже через несколько лет [14, с.18-19].