Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности

Фостер Линн

• Естественно, в этот период будут получены новые экспериментальные и теоретические данные о свойствах атомно-молекулярных систем, что значительно расширит наши знания о строении вещества на нанометрическом уровне. Возможно, накопление новых знаний позволит даже создать некую новую парадигму учебного процесса, основанную не на теориях из разрозненных научных дисциплин, а на представлениях о природе. Образование, по-видимому, будет характеризоваться дальнейшим сближением процессов обучения с непосредственным научным поиском, что может привести к существенному повышению качества и уровня получаемых знаний.

• Значительно активизируется деятельность различных коммерческих и промышленных организаций, связанных с нанотехнологиями. По мере развития новых технологий, то есть появления новых материалов и устройств, все чаще будет возникать проблема их совместимости с существующими приборами и устройствами, а также объединения новых и традиционных технологий в рамках единых производственных процессов, что, кстати, может создать сложные технические проблемы.

Исходя из общих представлений и закономерностей специалисты предполагают, что развитие нанотехнологий будет происходить через перекрывающиеся стадии, характеризующиеся все большим усложнением и развитием средств контроля над веществами и процессами в наномасштабе. Наиболее вероятным представляется появление четырех «поколений» нанотехнологических материалов и продуктов, перечисляемых ниже. Начало каждого этапа может быть отнесено к появлению первых коммерческих прототипов, производство которых связано с определенным уровнем развития нанотехнологий.

• Первое поколение наноматериалов и устройств фактически уже существует. Коммерческие нанотовары, появившиеся в 2001 году, представляют собой так называемые пассивные структуры, синтезированные для обеспечения заранее заданных макроскопических характеристик или функций создаваемых из них объектов. К этому поколению могут быть отнесены нанопокрытия, дисперсии наночастиц и некоторые объемные материалы (например,

наноструктурированные металлы, полимеры и керамические изделия). Значительно сложнее выглядят нанообъекты второго поколения, представляющие собой активные структуры, способные реагировать на внешние воздействия (механические, электронные, магнитные, фотонные, биологические и т. д.) и объединенные с другими микроскопическими устройствами и системами. Такие наноизделия и наноматериалы только недавно стали производиться коммерчески, в некоторых случаях сменяя товары первого поколения. К ним можно отнести новые типы нанотранзисторов, некоторые компоненты усилителей на КМОП-структурах, лекарства и химические препараты остронаправленного действия, некоторые типы приводов, так называемые «искусственные мускулы», адаптивные структуры и т. п.

• Через несколько лет можно ожидать появления коммерческих нанопродуктов следующего, третьего поколения, для которых будет характерно использование трехмерных структур, синтезируемых различными методами, включая биологические методы иерархической самоорганизации, при которой структуры напоминают развивающихся микророботов, обладающих собственным и меняющимся поведением. Технически такой синтез представляет собой очень сложную задачу, включающую не только операции по сборке молекулярных соединений, но и создание иерархических структур по неясным пока принципам. В настоящее время исследования в этом направлении сосредоточены на построении гетерогенных наноструктур и супрамолекулярных систем, в поведении которых можно уловить некоторые принципы эволюционного развития. По-видимому, в число типичных нанообъектов и продуктов этого поколения войдут искусственные «органы» чувств и биологические «ткани» человеческого организма, получаемые, например, направляемой и иерархически организованной самосборкой. В электронике появятся вычислительные и информационные наноустройства, действие которых будет основано на квантовых взаимодействиях или принципах фотоники и спинтроники (вычислительная техника на основе использования спина электронов). Можно также предсказать дальнейшее развитие микротехники, то есть производство (например, на основе самоорганизующихся систем) нанометрических механоэлектрических устройств (НЭМС), а также продуктов и материалов неизвестных сейчас типов, которые неизбежно возникнут в результате интеграции и слияния технологий в рамках концепции NBIC. Некоторые из этих материалов и устройств будут производиться многостадийными технологиями, что подразумевает использование различных методик на разных уровнях иерархического производства.

• Еще через 5—10 лет следует ожидать первого появления продуктов гораздо более развитого, четвертого поколения, которые, скорее всего, будут представлять гетерогенные молекулярные наноструктуры. В устройствах этого типа каждая сложная молекула является специализированной наноструктурой с особым строением и высокой функциональностью. Строго говоря, молекулярные структуры четвертого поколения можно назвать молекулярными устройствами, поскольку в эти молекулы еще при «конструировании» и синтезе будут закладываться сложнейшие функциональные возможности. На этом этапе развития новых технологий речь пойдет уже об атомарно-молекулярной инженерии, основанной на пока неизвестных закономерностях самоорганизации вещества. Изучение и использование этих закономерностей позволит осуществлять почти фантастические технологические проекты: «проектирование» макромолекул с заданными свойствами; создание наноразмерных механических устройств; направленная и многоуровневая самоорганизация атомарных структур с квантово-механическим контролем процессов сборки; создание наноустройств для медицинского контроля или лечения и т. п. Особого внимания заслуживает задача обеспечения непосредственного взаимодействия между человеком и вычислительными устройствами на уровне контакта нервных окончаний с электронными сетями и т. д. Перспективы развития в этих направлениях во многом связаны с тем, насколько успешно и быстро будет происходить почти неизбежная конвергенция наук и технологий.

В заключение автор хотел бы подчеркнуть, что многие краткосрочные прогнозы в описываемой области, конечно, могут показаться излишне оптимистичными, однако в долгосрочной перспективе можно утверждать, что большинство специалистов явно недооценивают нарастающее влияние нанотехнологий на развитие промышленности, медицины, экологии и общественных отношений.

Заключение

Многие древние цивилизации возникли на основе представлений о всеобщей взаимозависимости процессов в окружающем нас мире, что позднее нашло отражение в идеалах эпохи Ренессанса, связанных с единством природы. Развитие науки и технологий вновь приводит нас к созданию единой научно-технической картины мироздания, причем построение причинно-следственных связей в разных масштабах объектов и действий (от нанопроцессов до макроскопических событий) позволяет нам расширить и углубить идеи и представления Ренессанса. На основе слияния разных научных дисциплин и их синергизма может произойти бурное развитие новых технологий, способное привести к революционным преобразованиям в промышленности, экономике, социальном устройстве и т. д. Важность новых технологий и связанная с их развитием смена парадигм науки требуют особого внимания к социальным и этическим проблемам, неизбежно возникающим при их планировании, внедрении и реализации.

Работа финансировалась Национальным советом по науке и технологии и Национальным научным фондом, однако высказанные в ней мнения отражают лишь личную точку автора на рассматриваемые проблемы.

Глава 19 Этические проблемы, связанные с развитием нанотехнологий

Вильям Симс Бейнбридж

Вильям С. Бейнбридж окончил Гарвардский университет и является известным специалистом и автором множества книг и статей, посвященных проблемам развития науки и технологий, а также их связи с социальными и религиозными проблемами. В соавторстве с М. Роко он написал несколько книг о возможном воздействии нанотехнологий на развитие человечества. Является автором и пропагандистом многих идей, относящихся к возможному слиянию различных наук и технологий при дальнейшем развитии нанотехнологий. В. Бейнбридж является активным участником многих программ и научных дискуссий, относящихся к информационным технологиям, взаимодействиям в системах (человек/компьютер), возможностям создания искусственного интеллекта и т. п.

Этические проблемы всегда представляли важность для бизнеса, науки и промышленности, как и для общества в целом. Без установившейся профессиональной этики невозможно сотрудничество между людьми, фирмами, общественными группами, правительственными учреждениями и т. д. Наличие доверительных отношений является насущной необходимостью в самых разных областях, от академических учреждений и общественных организаций до крупных корпораций. Соблюдение норм деловой этики является основой любого серьезного бизнеса, связанного с корпоративными интересами и отношениями на коммерческом рынке, а их нарушение всегда приводит к неприятным и тяжелым последствиям как в бизнесе, так и в общественно-политической деятельности.

Соблюдение нравственных норм необходимо прежде всего для установления нормальных отношений внутри любой организации, так как успешная деятельность научного или делового коллектива требует взаимного уважения и доверия. Значение моральных факторов лишь усиливается в фирмах и организациях, связанных с наукоемкими и инновационными технологиями. Нельзя забывать и о том, что моральная репутация любой организации и ее руководства имеет огромное значение для акционеров или потенциальных инвесторов. Представляется очевидным, что эффективное и разумное осуществление сложных, социально значимых научнотехнических проектов требует от руководства и всего персонала не только технической подготовки и дисциплины, но и развитого чувства социальной ответственности.

Вообще говоря, проведение научных исследований, внедрение их результатов в промышленность и связанная с этим коммерческая деятельность всегда ставили ученых и предпринимателей перед сложными моральными проблемами. Нанотехнологии не составляют исключения в этом отношении, а лишь вносят некоторые дополнительные осложнения при рассмотрении этих проблем. Наиболее распространенными и понятными являются следующие вопросы, неизбежно сопровождающие любую научно-техническую и инновационную деятельность.

• Кто должен нести ответственность, если в результате осуществления проекта будет нанесен вред отдельным людям, обществу или окружающей среде?

• Граница между чистой наукой и технологией при изучении и использовании нанообъектов и нанопроцессов является очень условной. Каким образом в новых условиях следует определять права на интеллектуальную собственность и какие юридические нормы защиты должны при этом использоваться?

• Представляется естественным, что общественность должна быть надлежащим образом информирована относительно последствий внедрения новых технологий, связанных с появлением новых товаров и услуг. Каким образом может и должен соблюдаться баланс между требованием о полноте информации и законным требованием изобретателя на защиту авторских прав, секретов производства и коммерческой тайны?

• Развивая новые технологии и создавая новые товары, следует отдавать предпочтение более дорогим товарам для небольших групп населения или дешевым товарам массового потребления?

В этой главе используются многие источники, однако ее основное содержание взято из двух публикаций, непосредственно относящихся к социальным последствиям развития и коммерциализации нанотехнологий [135] [136] .

19.1. Сущность этических

проблем

Для удобства изложения и большего понимания автор хотел бы, прежде всего, дать более четкие определения этического поведения вообще и принципов научного или теоретического подхода к проблемам этики. Такое уточнение представляется необходимым хотя бы в силу того, что лишь очень небольшое число этических понятий может отнесено к общепризнанным и бесспорным. Кроме того, этические представления вообще кажутся расплывчатыми и являются не столько следствием серьезного философского анализа, сколько отражением общедемократических идеалов западного общества. Одной из причин этой неопределенности является то, что этическими проблемами занимаются многие социальные учреждения и специалисты по различным общественным наукам, которые никак не могут выработать единой точки зрения и точных определений в этой сложной области человеческих отношений. Кроме того, этические нормы тесно связаны с идеологией и интересами различных общественных групп, зачастую придерживающихся противоположных точек зрения на обсуждаемые вопросы.

Традиционным источником этических и моральных норм человечества выступали различные религиозные доктрины [137] [138] . Считается, что религии западного мира более терпимо относятся к научно-техническому прогрессу (возможно потому, что в них обычно Бог выступает творцом, создающим мир для людей и ради их будущего блага), вследствие чего такие учения легко допускают мысль о господстве человека над природой. Однако и западные религиозные теории могут содержать явные запреты на некоторые виды научных исследований, что особенно остро проявляется сейчас в спорах о допустимости клонирования человеческих существ, использования эмбрионов и т. п. [139] Проблемам теологического анализа этических представлений, связанных с научно-техническим прогрессом, постоянно уделяет внимание журнал Zygon.

Создатели тех современных обществ, в которых церковь отделена от государства, предполагали, что с развитием цивилизации строгие этические принципы будут базироваться не на религиозных догматах, а на философских выводах, носящих характер научных доктрин. На первый взгляд это кажется вполне разумным, поскольку именно философия формально занимается правильной постановкой вопросов (и поиском ответов на них), касающихся отношения людей к окружающему миру. Философия действительно оказалась одной из важнейших компонент образования и развития в окружающем нас мире (по крайней мере, в демократических и либеральных странах), однако стоит признать, к сожалению, что в умении тонко формулировать сложные вопросы философы преуспели гораздо больше, чем в умении давать на них четкие и определенные ответы. Ценность философского образования для тех людей, которые принимают решения и руководят современной общественной жизнью, состоит лишь в том, что оно помогает им быть более последовательными и логичными, то есть учитывать не только очевидные, но и неявные факторы, связанные с этическими проблемами.

Сложность рассматриваемых проблем остро проявилась в ситуации, возникшей несколько лет назад на Международной конференции по социальным аспектам развития нанотехнологии ( Societal Implications of Nanoscience and Nanotechnology II: Maximizing Human Benefit). Серьезнейшие разногласия участников этой конференции привели к тому, что они вообще не смогли сформулировать общую точку зрения по вопросам этики. Философы пытались ввести в коммюнике общие положения о справедливости, равноправии и качестве жизни, в то время как специалисты в области нанотехнологии выразили сомнение в том, что представители общественных и гуманитарных наук вообще способны анализировать возникшую в науке ситуацию ввиду отсутствия специальных знаний. По мнению ученых и инженеров, современная философия перестала вырабатывать идеи и представления, способные приносить реальную пользу общественности или ученому сообществу, так как суждения и выводы философов почти всегда являются просто политическими декларациями.

Основная проблема этики и философии в отношении научных исследований и их применения заключается в том, можно ли дать какие-то объективные, научные оценки представлений о добре и зле или эти величины по-прежнему остаются всего лишь субъективными представлениями, которые люди всегда будут оценивать лишь на основе собственного опыта или интересов [140] [141] [142] .

Философская проблема определения добра и зла является одной из самых сложных в истории человеческой мысли. Среди множества существующих теорий можно отметить известную теорию немецкого философа Фридриха Ницше, который доказывал, что мораль всегда создается правящими общественными классами для подавления угнетаемых [143] . К сожалению, множество людей в мире ведет себя в соответствии с этой теорией. Более разумная позиция сводится к тому, что моральные нормы устанавливаются в обществе по общему соглашению для повышения социальных связей, эффективности совместных действий и индивидуальных усилий каждого из членов сообщества [144] [145] .

Например, основываясь на существующих в обществе моральных принципах и традиционных политических действиях, правительственные организации могут вырабатывать законы, защищающие права отдельных граждан, обеспечивающие защиты окружающей среды, регулирующие трудовые отношения и т. д. Наличие этических норм позволяет судьям разбирать сложные юридические проблемы, глубоко затрагивающие интересы граждан, и выносить разумные решения в запутанных ситуациях. Любые технические и общественные нововведения, особенно те, роль и значение которых остаются неясными для публики, могут привести к дебатам и ожесточенным спорам как в прессе, так и политических организациях. Кстати, именно в этом заключается опасность для развития нанотехнологий, так как некоторые специалисты и промышленники берут на себя смелость слишком активно пропагандировать достоинства новых технологий и их потенциальные возможности. В настоящее время очень трудно выносить какие-то окончательные решения и оценки относительно добра и зла, связанного с развитием многих новых методов, поэтому следует быть особо осторожными в суждениях и прогнозах. Нельзя забывать, что в современном мире любое этическое суждение быстро приобретает политическую окраску.

Строго говоря, проблемы этики являются предметом непосредственного исследования по меньшей мере двух наук – социологии и антропологии, поскольку именно они занимаются систематизацией и изучением факторов, связанных с развитием этических норм в различных сообществах. Социологи и антропологи в своей работе постоянно сталкиваются с динамикой процессов установления этических правил при социальных и научно-технических изменениях в обществе, однако и в этих науках отсутствуют единые критерии и оценки полезности технического прогресса. Исторически сложилась ситуация, когда специалисты в этих областях науки традиционно «симпатизируют» слабым и социально незащищенным группам населения. Известно, например, что социологи почти всегда с недоверием и предвзятостью оценивают действия правительства и крупных корпораций, которые, в свою очередь, чаще всего выступают инициаторами развития новых технологий. С другой стороны, антропологи и социологи не могут договориться даже друг с другом относительно важнейших теоретических принципов возникновения этических норм. Социологи традиционно полагают, что моральные установления отражают материальные интересы различных общественных групп, в то время как антропологи постоянно подчеркивают культурный релятивизм этических норм, связывая их с огромной разницей в условиях существования.

Практически огромную пользу могло бы принести открытое и серьезное обсуждение возникающих проблем. Было бы наивным полагать, что общественные диспуты приведут нас к согласию по сложным этическим проблемам, однако сам факт обсуждения приблизил бы общество к некоторым соглашениям и общим выводам, которые могут оказаться важными в дальнейшем.

С другой стороны, признание того факта, что другие люди и группы населения имеют право на собственную точку зрения, само по себе является большим шагом к достижению консенсуса. Люди должны осознать наличие культурных ценностей и интересов, отличающихся от их собственных, что может стать основой для переговоров между социальными и национальными группами, ведущих к своеобразным «сделкам», позволяющим сторонам прийти к взаимным уступкам и общим соглашениям. Признание чужих ценностей вовсе не означает отказа от собственных, а лишь создает условия для выработки взаимоприемлемых решений или компромиссных законодательных актов.

19.2. Этика индивидуального поведения

Проблемой возникновения и становления нравственных норм отдельного человека (их можно назвать кодом этического поведения личности) занимаются многие науки, в первую очередь – социология, социальная психология и криминалистика [146] [147] . Эти нормы тесно связаны с конкретными условиями существования, поэтому, например, развитие промышленности привело к разработке высоких моральных и юридических стандартов в области защиты окружающей среды, техники безопасности на производстве, определения авторских прав и т. п. С другой стороны, представляется совершенно очевидным, что самые прекрасные законы и правила морали окажутся бесполезными в обществе или организации, где каждый человек в отдельности будет вести себя эгоистично и незаконно, добиваясь собственных преимуществ за счет нарушения порядка и прав окружающих. Этот фактор должен постоянно учитываться в групповой психологии любой фирмы и организации, включая и те, которые вовлечены в нанотехнологические исследования. Основные правила для руководителя, возглавляющего научный или производственный коллектив, могут быть, в самой общей форме, сведены к трем положениям.

1. Каждый член группы или коллектива не должен надолго терять связи с общим ходом работы, коллегами и социальной жизнью внутри организации. Накопленный в научных лабораториях опыт доказывает, что к нарушению этических норм и правил поведения чаще всего склонны те сотрудники, чьи социальные связи внутри и вне коллектива ослаблены или подавлены.

2. Постоянно следите за тем, чтобы требования или условия работы не становились чрезмерно тяжелыми. Стремление к профессиональному росту и заработку часто играет положительную роль и может служить хорошим стимулом для изобретений и рационализаторских предложений, однако повышение требований к производительности труда или активности должно быть разумным. Ситуации, когда требования к сотрудникам превосходят их реальные возможности, опасны и часто приводят к нервным срывам, неэтичному поведению, обману в отчетности и т. д.