Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности

Фостер Линн

6.2.1. Участие федерального правительства в развитии нанотехнологий. Проблема разделения фундаментальных и прикладных исследований

Политические партии в последние годы часто спорят об участии федерального правительства в различных научно-технических разработках прикладного характера, однако они единодушны в том, что фундаментальные исследования должны финансироваться государством. Такое согласие вызвано очевидным пониманием как важности таких исследований, так и столь же очевидным фактом, что частные организации никогда не смогут их финансировать. Фундаментальные исследования могут продолжаться десятилетиями, зачастую не обещая никаких прямых прибылей или преимуществ. Более того, в последние годы роль федеральной поддержки таких исследований значительно возросла, так как многие научно-технические разработки стали

исключительно дорогостоящими, вследствие чего даже очень крупные и богатые корпорации, такие как AT&T и RCA, вынуждены сворачивать или ограничивать свои научноисследовательские отделы. В этих условиях ключевую роль в организации фундаментальных исследований в нанонауке начинают играть связанные с ННИ организации, такие как Национальный научный фонд, Отдел науки в Министерстве экономики (это министерство занимается в США проблемами ядерной физики) и т. д.

В отличие от фундаментальных исследований (где значение правительственной поддержки никем не оспаривается) участие федеральных ведомств в прикладных научно-технических разработках часто вызывает серьезные общественные дебаты. Разделение исследований на фундаментальные и прикладные не очень существенно для специализированных правительственных ведомств (Министерство обороны, НАСА или Национальный институт здоровья), поскольку они чаще всего бывают заинтересованы именно в прикладных разработках или даже в конкретных материалах или изделиях. Этим агентствам обычно легко вводить нанотехнологические разработки в свои планы и находить для них соответствующие источники финансирования. Например, Министерство обороны всемерно поддерживает проекты создания нанодатчиков (для регистрации или обезвреживания опасных химических, биологических, радиологических или взрывчатых веществ), а НАСА – щедро финансирует работы по созданию сверхлегких и сверхпрочных наноматериалов для космической отрасли. Через Национальный институт здоровья давно финансируются исследования наноструктур, способных проникать в больные ткани и использоваться при радиационной или химической терапии.

Гораздо сложнее обстоит дело с финансированием междисциплинарных исследований, связанных одновременно с несколькими научными или техническими дисциплинами. Именно такие разработки часто являются очень важными и перспективными в нанотехнологических исследованиях, и правительственным ведомствам приходится придумывать новые механизмы для их организации, поддержки и финансирования. С одной стороны, уже существуют и продолжают создаваться небольшие междисциплинарные исследовательские команды, нацеленные на решение конкретных задач. С другой стороны, одновременно правительственные агентства стремятся организовать крупные научно-исследовательские центры, оборудованные разнообразной аппаратурой, а также внести изменения в существующую систему высшего образования для подготовки новых научных кадров – молодых исследователей, не связанных с традиционными специальностями.

6.3. Образование и подготовка научных и технических кадров

Организация системы обучения и подготовки следующего поколения ученых и инженеров, способных решать связанные с нанотехнологией специфические научные проблемы, является одной из важнейших задач федеральных органов. Национальная нанотехнологическая инициатива (ННИ) включает в себя прямую поддержку программ обучения для студентов-старшекурсников, аспирантов и постдоков в университетах, государственных лабораториях и других организациях. Кроме того, связанные с ННИ федеральные министерства и организации имеют собственные системы для привлечения молодых специалистов и их обучения.

Агентства ННИ разрабатывают новые учебные курсы для вузов, специально предназначенные для профессиональной подготовки следующего поколения исследователей и инженеров. В этих курсах особый упор делается на междисциплинарный характер изучаемых явлений и объектов. Кроме того, подготавливаются учебники и программы, призванные ознакомить с основными идеями нанонауки учеников старших и средних классов в общеобразовательных школах и колледжах. Блестящие перспективы, которые открывает нанотехнология для карьеры и бизнеса, служат дополнительным стимулом для привлечения студентов в научно-технические высшие учебные заведения.

Столь же важной представляется задача профессионального обучения техников и рабочих, которым в близком будущем придется организовывать

новые нанотехнологические производства. Решение этой задачи помимо прямого профессионального обучения включает в себя создание нового учебного оборудования. Агентства ННИ серьезно занимаются этой проблемой, создавая программы подготовки технических кадров, подготовленных для производства и дальнейшей эксплуатации новых устройств и оборудования. Эти программы предназначаются в первую очередь для молодежи в местных колледжах и училищах, так как они будут способствовать созданию новых рабочих мест.

Очень интересной и сложной задачей является проведение продуманной политики подготовки населения страны к грядущим изменениям, связанным с развитием нанотехнологии в целом. К сожалению, широкое распространение научно-фантастической литературы невысокого качества и легкомысленная информация, распространяемая многими сайтами в Интернете, уже привело к массовым заблуждениям и предрассудкам относительно нанотехнологии. Широкая общественность чаще всего воспринимает нанотехнологию в качестве либо фантастической возможности решения всех стоящих перед человечеством проблем, либо наоборот – в качестве страшной опасности. Предсказывать будущее (особенно будущее столь сложного явления, как развитие нанотехнологий и их воздействие на жизнь общества) всегда очень трудно, однако правительство обязано разъяснять гражданам, что в близкой перспективе новая наука не способна ни решить все мировые проблемы, ни превратить все окружающее в «серую слизь», как любят предсказывать некоторые мрачные фантасты.

Ознакомление населения с достижениями нанотехнологий удобнее всего осуществлять организацией выставок (например, в научных музеях), а также лекциями, которые работники научных центров ННИ могли бы проводить в школах и колледжах. Конечно, население должно быть предупреждено и о реальных опасностях, которые могут быть связаны с развитием новых технологий (например, уже сейчас ясно, что некоторые виды наночастиц могут вызывать аллергию или другие заболевания). Было бы очень полезно, если бы агентства ННИ могли объяснять населению задачи и цели правительства в этой области и шире знакомить людей с реальным состоянием исследований и ситуации в целом (например, следует пропагандировать сайт ННИ, посвященный воздействию нанотехнологий на здоровье населения и состояние окружающей среды) [28] .

6.4. Оборудование и аппаратура

Нанотехнологические исследования все чаще требуют разработки очень сложного оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры. Можно даже сказать, что одним из ключевых моментов в создании нанонауки стала разработка сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) лабораторией фирмы IBM (Цюрих) в 1980-х годах. Именно аппаратура типа СТМ позволяет ученым «изображать, измерять, моделировать и манипулировать материальными объектами в нанометрическом диапазоне» [29] . Эффективное использование столь сложных инструментов создает, в свою очередь, дополнительные технические трудности, например, требует строительства специальных помещений и зданий, способных обеспечить очень высокий уровень вибро-, термо– и звукоизоляции, и т. д. Многие нанотехнологические исследования и процессы просто не имеет смысла проводить без создания мощной и сложной инфраструктуры.

Программа ННИ предусматривает несколько вариантов решения этой сложной проблемы, поскольку лишь некоторые, очень крупные исследовательские организации могут создавать такую инфраструктуру за счет собственного бюджета. Известно, что интересные научные открытия часто осуществляются небольшими исследовательскими группами или даже учеными-одиночками, которые не могут закупать сложное и дорогое оборудование. Кроме того, даже самое блестящее научное достижение должно пройти длительный путь, прежде чем сможет стать полноценным коммерческим продуктом, вследствие чего на этапе внедрения любой исследователь сталкивается с необходимостью иметь доступ к специальной и сложной контрольно-измерительной аппаратуре. Повторю, что только очень большая корпорация или организация может позволить себе организовать собственную инфраструктуру для решения нанотехнологических задач, а правительство США заинтересовано в максимально широком вовлечении небольших высокотехнологических стартовых компаний, которые всегда служили «двигателем» американской экономики и осуществляли наиболее важные инновационные и коммерческие проекты в нашей истории.