Т.09. Прочие направления охватывают научно-технологические направления и процессы, связанные с нанотехнологиями и не включенные в другие группировки. В их числе – общие вопросы безопасности наноматериалов и наноустройств (при этом методы контроля и тестирования безопасности наноматериалов отнесены к направлению Т.06), наноэлектромеханические системы, трибология и износостойкость наноструктурированных материалов и др.

В заключение следует подчеркнуть, что предложенные общее определение нанотехнологий и проект классификации направлений  нанотехнологий призваны дать ответ  на ключевые вызовы, обозначив границы  и внутреннюю структуру этой слабо структурированной междисциплинарной области, обладающей высокой динамикой развития и неочевидными социально-экономическими последствиями. Определение фокусируется на отличительных особенностях нанотехнологий как научно-исследовательской, технологической и производственной сферы. Классификация, описывающая семь основных направлений нанотехнологий, сформирована на базе опыта ведущих международных организаций в области стандартизации и статистики и может служить инструментом для описания сферы нанотехнологий, формирования государственных информационных ресурсов и получения достоверной статистической информации о состоянии и развитии научных исследований и разработок в сфере нанотехнологий.    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Прогноз развития нанотехнологий c 2003 по 2050 гг

 Мир нанотехнологий развивается и что было раньше для нас «чудом», сейчас привычно в использование. Например, подводные лодки были достижением в нанотехнологиях, а сейчас это обычное дело. Поэтому  можно спрогнозировать, что могут дать нанотехнологии через несколько десятилетий, при сохранении современных темпов развития.

В 2003 году командой сайта Nanotechnology News Network была предпринята попытка составить широкий прогноз развития нанотехнологий с 2003 года по 2050. Большинство того, что 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 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.

Рис. Робот-амеба для освоения планет

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.

Рис. Искусственный фагоцит может уничтожать чужеродные бактерии и вирусы

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.

Рис. Пока эти нейрочипы и нейроинтерфейсы проходят лабораторные тесты

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.

Рис. Гибкие дисплеи и электронные газеты – уже не фантастика

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 Ralph Merkle, (Xerox, Palo Alto) «Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4 Разработки  в области нанотехнологий.

4.1 «Умная»  одежда

  Достижения в современной текстильной промышленности позволят уже через несколько лет выпускать платья, изменяющие цвет в зависимости от настроения хозяйки; белье, которое следит за состоянием здоровья; а также пальто со встроенным прогнозом погоды.

Не секрет, что одежда давно представляет собой  посредника в общении между людьми. В прошлом месяце компания France Telecom представила беспроводные дисплеи, которые, если поместить их на рукаве, отображают эмоции хозяина. Компания также разработала ряд гибких дисплеев, которые могут использоваться как записные книжки. При этом дисплеи будут пришиты в карманы одежды. Также новые дисплеи представляют собой компьютер, который может связываться с персональным компьютером для передачи данных. Занимается разработкой таких устройств дизайнер Элизабет де Сенневиль.

В видео-презентации  новой технологии «Communicating Clothes»  молодая женщина смеется, и сердце, нашитое на ее одежду, пульсирует красным цветом. По сравнению с тем, что было представлено компанией в 2002 году, прогресс налицо: LED-дисплеи стали тоньше, легче и работают по Bluetooth-технологии. Но главная революционная идея – передача изображения с нашивки на одежде в виде MMS на мобильный телефон. Сейчас компания проводит маркетинговые исследования для того, чтобы оценить объемы будущего рынка нового устройства. Как сказали руководители компании, выпуск коммерческого продукта планируется в ближайшем будущем.

В то время, как продукция France Telecom's пригодна для того, чтобы носить ее как атрибут одежды, Мэгги Орт, исследователь из Массачусетского технологического института (МТИ), пытается сделать одежду (футболку или вечернее платье), полностью состоящую из дисплеев. Ее компания, International Fashion Machines, производит ткань, которая не содержит никаких дисплеев, но сама по себе является дисплеем. Запатентованная Мэгги «электронная пряжа» представляет собой набор проводящих и непроводящих нитей, покрытых чернилами, изменяющими цвет в зависимости от температуры нитей.

Рис.  Анимированные декоративные элементы

Нагрев  нитей, вызванный протеканием по ним электрического тока, заставляет чернила изменять цвет, и нанесенный ранее «шаблон» (в виде конфигурации нитей) начинает проявляться на ткани. Для нагрева нитей используется низкое напряжение, поэтому такая одежда безопасна. Мэгги утверждает, что через год технологии «электронной пряжи» совместно с технологией «сенсора из ткани» будут использоваться в целом ряде продуктов: от больших экранов, вмонтированных в ковры, до ламп, изменяющих цвет от прикосновения.

Рис. «Электронная пряжа»

Для работы «электронной пряже» необходимо столько же электроэнергии, сколько потребляет обычная лампочка накаливания«, – говорит Мэгги. Такую одежду можно носить дома, где всегда можно "подзарядиться». Но, как говорит Мэгги Орт, есть надежда на использование в «электронной пряже» новых электрохромных чернил. Одежда на их основе будет потреблять меньше энергии. Также International Fashion Machines ведут разработки в области волновой оптики для производства новых дисплеев.

Одна  из любимых идей Мэгги – создание одежды, предсказывающей погоду. Плащ, оснащенный дисплеем, будет изменять цвет в зависимости от того, какая погода на носу. И если прогноз неблагоприятен, хозяину стоит сходить домой за зонтом. Узнавать погоду плащ будет по Интернету с помощью беспроводных технологий. 

Рис.  Кроссовки с индикатором скорости бега

Исследователи из университета штата Аризона (профессор  Фредерик Ценгаусерн и его команда) пытаются создать биометрическую одежду, интегрировав в обычное трико, которым часто пользуются спортсмены, гибкий дисплей, набор сенсоров для детекции вредных веществ, микроскопический топливный элемент, микронасосы и т.д. Неудивительно, что такая «навороченная» майка предназначается для военного применения.