Риски и возможности нанотехнологий.

Нанотехнологическая программа России
Евгений Велихов
Михаил Ковальчук
Анатолий Чубайс
Цель России – занять к 2015 году 3% мирового
рынка высокотехнологичной продукции
За 8 лет будет потрачено 106,4 млрд. руб.
бюджетных денег (20 млрд. в 2008 г.) и
300 млрд. должен дать частный бизнес.
В 2007 г. «Роснанотех» получил 130 млрд.
рублей
«Сегодня в сфере высоких технологий в нашей стране
денег больше, чем идей» В.Зубков

Где здесь место России?
Раздел рынка нанотехнологий

Где здесь место России?

Цикл воспроизводства инноваций
Фундаментальные исследования
Прикладная наука и опытные образцы
Создание технологий и вывод на рынок
Реализация товаров, услуг, появившихся возможностей
1
10
100

Анализ стратегических рисков с позиции теории сложности
Институт сложности в Санта-Фе
Теория инновационного развития Брайана Артура
Теория техноциноза Л.Г. Бадалян, В.Ф. Криворотова
Структурно-демографические модели П.В. Турчина
Уравнение А. Акаева:
Н.Д. Кондратьев
(4.03.1892-17.09.1938)
Большие волны
Смена технологических укладов
Шестой технологический уклад – биотехнологии, проектирование живого, высокие медицинские технологии

Кризисный оптимизм

Технологические уклады
IV технологический уклад
Массовое производство
Автомобили
Самолеты
Тяжелое машиностроение
Большая химия
VI технологический уклад
Биотехнологии
Нанотехнологии
Вложения в человека
Новое природопользование
Новая медицина
V технологический уклад
Компьютеры
Малотоннажная химия
Телекоммуникации
Электроника
Интернет
О. Тоффлер (1928)
«Футурошок»

Основная идея нанотехнологий
Р.Фейнман : «Внизу полным-полно места». Лекция в Калтехе, канун 1960г.
Р. Фейнман предлагал идти «сверху вниз»
Туннельный микроскоп сделал эту надежду реальностью.
Ричард
Фейнман

Шкала масштабов
1 нм = 10-9 м
1 мкм = 10-6 м

Пределы роста
Задачи экспоненциальной сложности.
30 нм – технологический предел размера элемента чипа (7-8 лет).
Оценка числа примесей в основаниях транзисторов.
Мы не умеем решать задач, которые успешно решаются системами обработки информации в клетках.
Время поиска новой парадигмы вычислений
Число электронов для хранения 1 бита
BlueGene/L
32768 процессоров
Rpeak = 91750 GFlops
Rmax = 70720 GFlops

Синергетика – теория самоорганизации
Парадигмы синергетики
Диссипативные структуры
Динамический хаос.
Сложность
Главная современная проблема – выяснение законов
самоорганизации на наномасштабах
И.Р.Пригожин
Нобелевская премия
1977 года
М.Эйген
Нобелевская премия
1967 года

Главная надежда нанотехнологий
Выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты «снизу вверх».
Первый ключ к нанотехнологиям:
самоорганизация
самоформирование
самосборка
Второй ключ – междисциплинарность
Третий ключ - активный мониторинг и сопровождение

Принципиальная роль междисциплинарности
«Эльфийский плащ».
Линза Веселаго-Пендри.
Проблема коллективных действий роботов
В.Г.Веселаго

Расчет прохождения света через
фотонный кристалл
Проблема состоит в том, что размер
неоднородностей, необходимых для
«эльфийского плаща» или управления излучением
должен быть сравним с длиной волны.
Схема В.Д.Левченко

Основные направления работ
по нанотехнологиям
в ИПМ РАН
Вычислительная нанофизика
Моделирование
нанооптика; магнитные наноструктуры;
наноструктурирование поверхностей;
плазменные источники излучения для наноэлектроники;
спинтроника;
Супервычисления для технологического расчета наноструктур
Научный семинар «Математическое
моделирование нанопроцессов и нанотехнологии»
(руководитель чл.-корр. РАН Ю.П.Попов»

Междисциплинарность – от сложного к простому
(мозг -> клетка -> структуры)
Дж. фон Нейман – самовоспроизводящиеся
автоматы.
А.Тьюринг.Вычислительная сложность.
Р.Пенроуз. Тени разума.
NanoBioInfoCognito – США,3 конференции в год

Биовычисления,
нейронаука
Многоагентные системы
ДНК-вычисления
Нейронные сети
Генетические алгоритмы
Клеточные автоматы
Иммунные сети

Пример: прототипы для промышленного внедрения, созданные в ЯрГУ им П.Г.Демидова
1. Полевой транзистор с поперечным легированием канала
2. Сверхтонкие палладиевые мембраны с поддерживающей системой для водородной энергетики
3. Кремниевые фотоэлементы (солнечные батареи)
4. Наноструктурированные стекла (медицина)
5. Решетчатый поляризатор (D<25 нм)
6. Защита драгоценных камней маркерами 1мкмx1мкм

Нанотрубки
Возможности
Риски
- В 100 раз прочнее стали
и в 6 раз легче её
- Броня, бронежилеты,
системы защиты
- Космический лифт: 36 000 км
геостационарная орбита,
канат – 100 000 км.
- Утилизация «абсолютных»
материалов
- Загрязнение ближнего
космоса
- Новый виток гонки
вооружений
- Формирование нового
технологического уклада
нанонеравенства
Фуллерен С60

Модификация
человека
1844 - 1900
Риски
Возможности
- продление жизни
(120-150 лет)
- радикальное продление
жизни (300-500 лет)
- нанороботы, чистящие
кровеносную систему
- респироциты, переносящие
в 20 раз больше кислорода
- укрепление костей и зубов
с помощью алмазов
- индивидуальные лекарства
- изменение механизма
биосинтеза
- наделение сверхспособностями
- новые органы чувств
- новое неравенство
(короткоживущие против
долгоживущих – И.Ефремов)
- проклятие вечности -
людей нечем занять
(гражданин России 3ч 40 мин
у телевизора ежедневно)
- распад человечества на
несколько рас
(Стругацкие «Волны гасят
ветер»)
- неясная взаимосвязь
различных способностей
человека (проклятие Люцифера)

Революция в военном деле
Прогноз Дрекслера: машины уничтожения
Наноассемблеры – путь к принципиально новым системам вооружений
Системы искусственного интеллекта, угроза появления «серой слизи»
Микробиологические войны
Сценарий Джеремия 1995 г.
Микродатчики, имплантируемые в организм структуры, роботы – андроиды

Революция в военном деле
Прогноз Л.Хэмли: мокрые и сухие нанотехнологии – военное применение через 20 лет
Биологическое оружие триггерного действия
Проект «наблюдающей пыли»
Боевые насекомые
Прогноз Б.Джоя – 2000 г. «Почему будущее не нуждается в нас?»
Генетика + нанотехнологии + робототехника (JNR)
Вероятность выживания человечества - 30%

Революция в военном деле
Прогноз С. Мецца – 2000 г.: микросистемные технологии + нанотехнологии (МЦТ)
Создание клопов-роботов
Создание наноспутников и наступление эпохи сетевых войн
«Битвы огненных муравьев»
Боевые животные после имплантации в их организмы датчиков и управляющих систем

Системы тотального контроля и наблюдения
Возможности
Риски
- Контроль за инфрастуктурой
(мониторинг целостности)
- Контроль за передвижениями
- Контроль за состоянием организма
- Контроль за психикой и сознанием
- Контроль общества в целом
- Радикальное повышение
безопасности
- Многократное повышение
наблюдаемости и управляемости
социальных процессов
- Злоупотребление информацией
- Манипулирование обществом
в личных целях
- Новые виды преступлений
- Деградация социальных
структур
- Сверхзависимость от
программных средств.
Возможность перехода от
сообщества людей
к сообществу программ
(С.З. Любимский)
- Оруэлл «1984»
«Война – это мир, свобода -
это рабство, незнание -сила»
- Замятин «Мы»

Двухнедельная технологическая революция
Принципиально новые устройства могут быть созданы в маленькой лаборатории. Стоимость новых форм живого – 200 тыс. $
Возможность редактировать геном (евгеника)
Наноассемблеры позволяют производить все желательные вещества очень быстро
Плотность записи информации 1015 / см2 (сейчас 108/см2)
Принципиально новые растения, животные, другие формы
жизни (Пущинский центр – суперсосна)
Универсальные анализаторы. Постоянный мониторинг
состояния организма
Распад цивилизаций (все можно произвести на месте)

Наномечты
Мобильные нанороботы
Универсальные молекулярные ассемблеры
Самовоспроизводящиеся структуры
Модификация биохимии
Искусственные органы
Предотвращение старения
Компьютерное бессмертие
Имплантация в мозг
Работа в космосе

Главная опасность для России и человечества
Вывод гонки вооружений на наноуровень. (Договоры о запрещении нановооружений нужно начинать сейчас).
Биороботы в оборонной сфере представляются сейчас более значимыми, чем ядерный или космический проект.