По-английски эта знаменитая фраза из лекции нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана, прочитанной в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества в 1939 году, звучит так: «There’s plenty of room at the bottom» («Там, внизу, полно места»).
Слово «внизу» в этой фразе означает мир очень малых размеров, который занимает область, определяемую нанометрами (1нм = 10-9 м).
Это выступление Фейнмана считается точкой отсчёта в нанотехнологической революции в науке и технике. Фейнман предположил, что можно легко освоить микромир, если создать машину-робота, способного делать уменьшенную в несколько раз и работоспособную копию самого себя. Если этот процесс будет повторяться, то робот может достигнуть в конце концов нанометрических размеров. Фейнман говорил в своей лекции также о перспективах синтезирования новых материалов путём атомной сборки, когда появятся устройства, способные оперировать отдельными атомами.
Один из когорты гениальных физиков ХХ века Ричард Фейнман родился в 1918 году в Нью-Йорке в обеспеченной еврейской семье потомков иммигрантов, переехавших в Америку в конце XIX века из России и Польши. Он получил образование в Массачусетском технологическом институте и в Принстоне. Во время войны разрабатывал механические счётные машины для расчёта баллистики при артиллерийских стрельбах. Затем был приглашён в Манхэттенский проект создания атомной бомбы и присутствовал на первых её испытаниях. После войны работал в Калифорнийском университете над собственной теорией квантовых превращений и был одним из создателей квантовой электродинамики, за что получил Нобелевскую премию в 1965 году. Он также внёс большой вклад в разработку теории сверхтекучести и в создание теории слабых взаимодействий в атомном ядре. Его лекции по физике до сих пор считаются одним из лучших учебников для студентов.
Призыв Фейнмана к исследованию наноматериалов сыграл важнейшую роль в развитии науки, побудив учёных и технологов к интенсивной работе в этом направлении, которая привела к целому ряду выдающихся результатов. Наноматериалы и нанотехнологии стали приоритетными во всём мире. Учёные разных национальностей внесли свой вклад в нанотехнологии, и среди них, нужно отметить, немало евреев.
Так, выдающийся американский учёный в области искусственного интеллекта Марвин Ли Минский, обладатель ряда престижных премий, в начале своей научной карьеры в 1963 году получил патент на разработанный им сканирующий микроскоп, предшественник современных лазерных сканирующих микроскопов. Но главный прорыв в этой области совершили в 1981 году швейцарец Генрих Рорер и немец Герд Карл Биннинг, которые создали сканирующий зондовый атомно-силовой микроскоп, позволяющий не только видеть атомы, но и передвигать их, создавая на поверхности наноструктуры. За эту работу они получили Нобелевскую премию в 1986 году. А в 1990 году американец Дон Эйглер показал возможности такого микроскопа, впервые переместив 35 атомов ксенона и сложив из них на никелевой пластинке название своей компании IBM. Позднее он смог измерить магнитные свойства отдельных атомов и силы, необходимые для их перемещения.
Наноструктуры можно собирать не только из отдельных атомов, но также и из молекул и молекулярных блоков, которыми являются фуллерены, углеродные трубки и графен.
Фуллерены, третью модификацию углерода после графита и алмаза, открыл английский физик еврейского происхождения Харольд Крото, который получил за это открытие Нобелевскую премию в 1996 году совместно с американским физиком Ричардом Смоли и английским ученым Робертом Керлом.
Молекула фуллерена, состоящего из 60 атомов, представляет собой сферу диаметром около 1 нм, поверхность которой образуют правильные пяти- и шестиугольники, в вершинах которых расположены атомы углерода. Название это молекулярное соединение получило в честь американского архитектора Фуллера, применявшего для постройки сферических куполов своих зданий материалы в виде пяти- и шестиугольников, обеспечивающих при определённом их соотношении сферическую форму. Изображение фуллерена считают символом нанотехнологий.
В 1991 году японский учёный Сумио Ииджима открыл углеродные трубки диаметром около 1 нм и длиной около 40 нм, модуль Юнга которых на порядок выше стали. Сейчас учёные работают над получением нанотрубок большой длины.
Графен состоит из одиночного слоя атомов углерода. Технологию его получения разработали российские учёные, работающие в настоящее время в Великобритании, — Андрей Гейм и Константин Новосёлов. Они же провели исследования его уникальных свойств и показали возможности применения графена в различных областях электроники, за что получили Нобелевскую премию в 2010 году.
Андрей Гейм, родители которого, по его словам, русские немецкого происхождения, в то же время говорил, что бабушка его матери была еврейка и что он страдал в России от антисемитизма, поскольку его принимали за еврея. Кстати, когда Гейма после присуждения Нобелевской премии активно стали приглашать работать в российском центре Сколково, он заявил: «Там у вас люди что, с ума посходили совсем? Считают, что если они кому-нибудь отсыпят мешок золота, то можно всех пригласить?»
Выдающийся американский учёный Нэд Симан более 20 лет назад основал ДНК-технологию получения различных наноструктур. Молекулы ДНК, как и другие биологические молекулы (РНК, белки), обладают строгой организацией на наноразмерном уровне, что позволяет их использовать для конструирования наноструктур и наноизделий. Кроме того, важным качеством молекулы ДНК является её способность распознавать и связывать близкие ей основания других молекул.
Дальнейшие работы Симана и других нанотехнологов привели к созданию на базе ДНК нанороботов, способных избирательно захватывать различные биомолекулы, создавая новые нанокомпозиции. Уже созданы нанороботы, способные передвигаться с помощью так называемых ДНК-ножек по цепочкам других ДНК. Считают, что нанороботы смогут произвести переворот в медицине, устранив генетические заболевания, излечив тяжёлые болезни и отодвинув старость.
Нэд Симан и Дон Эйглер в 2010 году получили премию Кавли в размере одного миллиона долларов каждому, учреждённую Норвежской академией наук и норвежским мультимиллионером и филантропом Фредом Кавли за выдающиеся достижения в астрофизике, нанотехнологиях и неврологии.
Ещё один выдающийся американский нанотехнолог Чарльз Либер и его коллеги в Гарварде создали нанотранзистор, который можно вводить в живую клетку, не нарушая её работы, и использовать для диагностирования её деятельности. Они же создали нанопровод, диаметр которого не превышает размера вируса (около 10 нм), и нанопроцессор на основе этих проводов. Эти достижения позволят врачам отслеживать работу органов человека в режиме реального времени, не дожидаясь результатов лабораторных тестов.
Либер получил 25 патентов США и основал по своим изобретениям нанотехнологическую компанию Nanosys. Также он является лауреатом премии имени Фейнмана, которая присуждается за выдающиеся достижения в нанотехнологиях. Эту же премию получили американские учёные Чад Миркин, Марк Ратнер и израильтянин Узи Ландман.
Чад Миркин по цитируемости своих работ стоит на втором месте в мире среди химиков и на пятом месте среди медиков. Последнее связано с его работами по генотерапии с использованием наноструктур, что позволяет внедрить в клетку молекулы ДНК или РНК, способные избирательно отключить генетические механизмы, связанные с тем или иным заболеванием. По словам Миркина, основное достоинство новых наноструктур в том, что они открывают огромные перспективы в разработке новых методов генной терапии для лечения большого количества заболеваний, в основе развития которых лежат известные генетические механизмы.
Работы Марка Ратнера были основополагающими в развитии и успехе нанотехнологий в электронике. Узи Ландман первый создал компьютерное моделирование наноструктур.
Считают, что нанобум начался в 2000 году, когда президент Билл Клинтон выступил с такой инициативой в Конгрессе США. В 2003 году президент Джордж Буш-младший подписал акт об исследованиях и развитии нанотехнологий в XXI веке и выделил для этого 3,7 миллиарда долларов. Этот акт предполагает решение проблем нанотехнологий как в фундаментальном, так и в прикладном направлениях, связанных с электроникой, биотехнологией, электромеханикой, энергетикой, медициной, компьютерной техникой, робототехникой, аэронавтикой, экологией и другим.
Созданная в США инфраструктура включает ведущие университеты, национальные лаборатории и производственные структуры, входящие в состав венчурных предприятий, то есть предприятий малого бизнеса, занимающихся опытно-конструкторскими разработками или другими наукоёмкими работами, благодаря которым осуществляются рискованные проекты.
Вслед за США в области нанотехнологий активно занимаются исследованиями и коммерческими проектами Япония, страны Евросоюза, Израиль.
Критика нанотехнологий сосредоточилась в основном в двух направлениях: прикрытие своей деятельности термином «нанотехнология» организациями, занимающимися выкачиванием бюджетных средств, и технологические ограничения, препятствующие использованию нанотехнологий в промышленности. Об этом идет речь в книге американского профессора Дэвида Берубе «Nano-Hype: The Truth Behind the Nanotechnology Buzz», название можно перевести как «Наношумиха: правда, стоящая за эйфорией нанотехнологий». Дэвид Берубе проинтервьюировал многих инженеров и бизнесменов и представил доказательства, что деньги, выделяемые для развития нанотехнологий, часто идут под обычные химические и физические проекты. Он также считает, что нанотехнологический бум связан во многом со спекуляциями, преувеличениями, а также лоббированием со стороны заинтересованных государственных чиновников.
В 2007 году в России была создана госкорпорация «Роснанотех», в уставной капитал которой были направлены огромные по меркам российской науки деньги — 130 миллиардов рублей. В марте 2011 года она была перерегистрирована в открытое акционерное общество «Роснано». Чтобы понять, чем занимается эта структура, для примера рассмотрим, куда она собирается инвестировать 300 миллионов долларов. «Роснано» инвестирует их в металлургическое производство КАМАЗа, где будет создан комплекс порошковой металлурги с использованием нанотехнологий.
Порошковой металлургией и разработкой новых материалов на кафедре материаловедения Нижегородского технического университета я занимался более 35 лет своей жизни и могу сказать, что нанотехнологиями здесь наверняка даже не пахнет. Это блеф, позволяющий под прикрытием нано получить дополнительное финансирование КАМАЗу. Более того, позвольте мне усомниться и по поводу комплекса порошковой металлургии.
В 70-х годах в СССР партия и правительство решили (при подсказке странных советников из числа учёных), что с помощью порошковой металлургии можно поднять машиностроение и другие отрасли промышленности. И после соответствующего постановления на многих заводах без знания ограниченной специфики этой технологии, без соответствующих специалистов стали создавать цеха и участки, оснащать их дорогостоящим оборудованием и приборами (чуть ли не электронными микроскопами). Кончилось всё это безобразие тем, что в скором времени цеха закрылись, а оборудование выбросили, даже не передав кое-что на нужды науки.
Вот что писала «Независимая газета» от 22 августа 2011 года: «Глава “Роснано” Анатолий Чубайс показал Путину плоды многолетних трудов корпорации — 60-ваттную светодиодную лампочку, которая почти в 100 раз дороже обычной лампочки, а также подобие китайской электронной книги, которая в 2–3 раза дороже обычной. Единственный способ продать эти изобретения — это впарить их государству, организовав централизованные бюджетные закупки».
Известный борец с коррупцией в России Алексей Навальный в дебатах с Чубайсом на ТВ «Дождь» в 2015 году сказал ему: «Мы проанализировали ваши крупнейшие проекты. Все они провальные». В общем, перефразировав слова Фейнмана, скажем так: «Там, наверху, всегда полно места для хитроумных схем освоения бюджета за счёт тех, для кого полно места внизу (молекул, атомов и не только их)».
А вот пример достижения настоящих нанотехнологов: учёные из израильского Техниона создали нано-Библию, уместив весь её текст на поверхности кристалла кремния размером 0,5 квадратного миллиметра.
В связи с темой этого очерка можно назвать ещё и литературного героя, которого считают (в шутку, конечно) первым нанотехнологом. Это лесковский Левша, который подковал блоху.
«Если бы, — говорит, — был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, — говорит, — увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал» (Николай Лесков. Левша). Увеличение в пять миллионов раз обеспечивают современные атомно-силовые микроскопы, считающиеся основными инструментами современных нанотехнологий.
Читайте очерки автора в «Фейсбуке»
Юрий Шоткин
Оцените пост
(голосовало: 2, средняя оценка: 3,00 из 5)
Загрузка...
