Текст книги "Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности"

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.

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]28
  http://www.nano.gov/html/society/EHS.htm. See also the nanotechnology Web sites at the Food and Drug Administration (http://www.fda.gov/nanotechnology/), the Environmental Protection Agency (http://www.epa.gov/ordntrnt/ORD/accomplishments/nanotechnology.html), and the National Institute for Occupational Safety and Health (http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/).


[Закрыть].

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]29
  NNI Strategic Plan, http://www.nano.gov/NNI_Strategic_Plan_2004.pdf, Preface, p. iii.


[Закрыть]. 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.

Поэтому, возможно, самой важной задачей правительства и связанных с ННИ агентств станет именно обеспечение возможностей использования сложной аппаратуры и оборудования самым широким кругом ученых и инженеров, работающих в университетах, лабораториях фирм или в одиночку. Руководство ННИ придает этому аспекту своей деятельности очень большое значение и предпринимает серьезные шаги для того, чтобы все исследователи в данной области могли получить доступ к современной аппаратуре и приборам, основываясь лишь на профессиональной квалификации и личных достижениях. Наиболее важными элементами программы ННИ в этом направлении выступают два очень крупных проекта: (1) создание Министерством обороны США пяти крупных региональных центров Национальной сети для разработчиков нанотехнологий (Nanoscale Science Research Center, NSRC) по всей стране и (2) создание Национальным научным фондом так называемой Национальной сети инфраструктуры нанотехнологических исследований, объединяющей тринадцать ведущих университетов и находящуюся в их распоряжении аппаратуру[30]30
  Cm. http://nnin.org/.


[Закрыть]. Кроме того, Национальный научный фонд поддерживает и другую систему, в которую входят семь университетов со своим специализированным оборудованием, относящимся к моделированию поведения наноструктур и связанных с ними систем[31]31
  Network for Computational Nanotechnology, http://ncn.purdue.edu/.


[Закрыть]. [Более подробно читатель может ознакомиться с политикой ННИ в создании инфраструктуры наноисследований и другими программами в книге «Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований». М., Мир, 2002. Прим. перев.]

Еще одна очень важная обязанность правительственных организаций состоит в поддержке разнообразных исследований, связанных с разработкой дорогостоящей аппаратуры для наноисследований. Все последние годы прогресс в описываемой области был связан с атомно-силовыми и другими зондовыми микроскопами, позволяющими оперировать отдельными атомами. Естественно ожидать, что дальнейшее развитие нанонауки потребует создания какой-то совершенно новой аппаратуры и новых приборов. В разработке инструментальной базы ключевую роль может играть Национальный институт стандартов и технологии (NIST), а также связанные с нанотехнологиями некоторые университеты, получающие финансирование от Национального научного фонда.

Программа ННИ рассматривает нанонауку и нанотехнологию в качестве следующей «научно-технической и промышленной революции»[32]32
  NNI Strategic Plan, http://www.nano.gov/NNI_Strategic_Plan_2004.pdf, Executive Summary, p. i.


[Закрыть], однако для реализации этой концепции требуется, чтобы результаты научно-исследовательских и конструкторских разработок могли быть быстро и эффективно переданы частным корпорациям, которые обеспечат коммерциализацию новых товаров или услуг. Роль правительственных организаций в этом случае выглядит крайне простой и сводится к обеспечению прямого контакта (поскольку задачу коммерциализации нанотехнологий как таковую частный сектор экономики способен решить наиболее эффективно), и поэтому проблема передачи технологий включена в число четырех основных целей программы ННИ. Сложность связана лишь с конкретным механизмом передачи технологий, который может осуществляться несколькими путями: публикацией результатов финансируемых правительством исследований, направлением в промышленные корпорации подготовленных по программам ННИ специалистов или лицензированием прав на интеллектуальную собственность, возникшую в результате финансируемых федеральным правительством научно-технических разработок.

Естественно, что в последнем из предложенных вариантов ключевую роль должно играть Ведомство патентов и торговых знаков США, которое уже включилось в выработку юридических норм, связанных с правами на интеллектуальную собственность в области нанонауки и нанотехнологии. В частности, задействованы учебные программы по патентованию в этой области, налажены деловые отношения с патентоведами Европы и Японии и начата работа по идентификации и классификации патентов, связанных с нанотехнологиями, что должно значительно облегчить патентный поиск и оформление лицензий. Наиболее сложной проблемой в передаче технологий в целом всегда была организация связи между специалистами, осуществлявшими научно-исследовательские и конструкторские разработки, и теми лицами или организациями, которые организуют на этой основе коммерческое производство, продажу и последующее обслуживание выпускаемых товаров. Деятельность по организации передачи информации от участвующих в ННИ научных организаций в конкретные секторы промышленности осуществляет Подкомитет по науке, инженерии и технологии в области нанотехнологий (NSET). Такое взаимодействие уже создано и успешно функционирует в электронике, полупроводниковой технике и химии, а в настоящее время оно устанавливается и в других отраслях производства (биотехнологии, аэрокосмическая техника и автомобильная промышленность).

Агентства, вовлеченные в ННИ, постоянно организуют встречи и конференции, на которых ученые из университетов и правительственных лабораторий встречаются с представителями промышленности и бизнеса, рассказывая о последних результатах и их возможных приложениях. Совместное использование аппаратуры и приборов в упомянутых выше региональных центрах Национальной сети для разработчиков нанотехнологий также способствует развитию связей между всеми заинтересованными сторонами, повышая вероятность интересных научных идей и их коммерциализации. Очень важную роль при этом играют и две более обширные программы правительства США, нацеленные на развитие инновационных фирм и малого бизнеса в целом: Small Business Innovation Research и Small Business Technology Transfer. Эти программы часто поддерживают нанотехнологические инновации на самой ранней стадии развития, особенно если мелкие предприятия возникают на основе академических исследований.

Наконец, следует отметить очень важную роль правительственных учреждений в разработке и поддержанию системы стандартов, которые жизненно необходимы для успешной коммерциализации любой технологии. Этой проблемой занимаются два института, отвечающие в США за систему стандартов. Во-первых, еще в сентябре 2004 года Национальный институт стандартов США (American National Standards Institute, ANSI) образовал специальный Совет по нанотехнологическим стандартам (Nanotechnology Standards Panel, NSP), в котором сопредседателем со стороны правительства выступает директор Национальной службы координации нанотехнологических исследований (National Nanotechnology Coordination Office, NNCO). Кроме того, известный и весьма авторитетный Национальный институт стандартов и технологии NIST (National Institute of Standards and Technology) отдельно разрабатывает по правительственному заказу систему стандартов в области нанотехнологий.

Важность и разнообразие нанотехнологических исследований, а также возможность их революционного воздействия на промышленность и социальную структуру общества, требуют от правительства очень серьезного изучения всех потенциальных последствий применения новых технологий, включая опасности и риски. Ответственное развитие нанотехнологии было названо одной из четырех главных целей принятого в 2004 году Стратегического плана ННИ. Важность проблемы ответственности отмечалась и в предыдущих программах и документах руководства ННИ, особенно относящих к образованию и исследованиям. Конкретные действия в рамках ННИ включают разнообразные исследования по воздействию развития нанотехнологий на состояние окружающей среды, здоровье граждан и безопасность условий жизни. Кроме того, многие исследовательские и образовательные программы в этой области посвящены различным аспектам влияния новых технологий и наноматериалов на общественную и социально-экономическую ситуацию в широком смысле слова, включая вопросы образования, трудоустройства, этики и законодательства.

Некоторые потенциально опасные последствия развития нанотехнологий уже начали беспокоить общественное мнение и средства массовой информации. Из них следует прежде всего выделить действительно серьезную проблему возможной опасности новых технологий и наноматериалов для окружающей среды и здоровья людей. Упоминавшийся выше Подкомитет по науке, инженерии и технологии в области наноисследований (Subcommitee on Nanoscale Science, Engineering and Technology, NSET) уже сформировал специальную межведомственную рабочую группу для обмена информацией между всеми заинтересованными исследовательскими и правительственными организациями, включая Исполнительный комитет (Executive Office) при президенте США[33]33
  Interagency Working Group on Nanotechnology Environmental and Health Implications (NEHI). See http://www.nano.gov/html/society/EHS.htm.


[Закрыть]. Эта рабочая группа помогает также организовывать теоретические и прикладные социологические разработки, имеющие отношение к развитию нанотехнологий и научным прогнозам последствий их развития, а также содействует сбору и распространению информации по всем вопросам, относящимся к этим технологиям. Некоторые промышленные группы и организации уже неоднократно выражали желание, чтобы правительство выработало ясную юридическую процедуру безопасной и разумной коммерциализации нанотехнологических процессов и товаров, считая выработку такой правовой базы одной из основных задач правительства для успешного развития бизнеса в новой отрасли.

Проблема юридического обоснования деятельности сейчас волнует многих специалистов, промышленников и бизнесменов, которые опасаются, что развитие нанотехнологий приведет к появлению в дальнейшем новых законодательных актов и ограничений, связанных с обеспечением охраны окружающей среды, здоровья населения, техники безопасности на производстве или даже экономической стабильности страны. Эти вопросы действительно очень сложны, поскольку у нас пока слишком мало серьезных исследований возможных социальных, экологических и медицинских последствий широкого применения нанотехнологий. С другой стороны, представляется разумным, что развитие нанотехнологий не должно привести к значительному изменению существующих сейчас правовых и юридических норм регулирования научной и коммерческой деятельности. Ниже обсуждаются некоторые юридические нормы, процедуры и правила, относящиеся к здоровью населения и безопасности, которые могут быть связаны с развитием нанотехнологий. Возможно, опыт прошлого позволит нам в будущем избежать серьезных изменений в законодательстве, регулирующем коммерческую деятельность.

Федеральные ведомства и правительственные организации, занимающиеся руководством и финансированием различных научно-технических исследований, к настоящему времени накопили огромный опыт решения связанных с наукой этических, медицинских и социальных проблем. Любая организация, лаборатория или юридическое лицо, пользующиеся финансовой поддержкой Национального научного фонда (ННФ), обязаны дать письменное обязательство подчиняться всем правилам и ограничениям, определяемым федеральным законодательством и дополнительными актами. Это касается, в первую очередь, любых разработок в области рекомбинантных ДНК и опытов над людьми, экспериментов с животными и т. д. ННФ обладает вполне достаточной властью и возможностями, чтобы приостановить или вообще прекратить любые осуществляемые с его участием исследования, ссылаясь на то, что они нарушают условия финансирования или просто на «другие разумные причины»[34]34
  See the NSF Grant Policy Manual, http://www.nsf.gov/pubs/2002/nsf02151/, in particular Chapter VII, «Other Grant Requirements», and the sections in Chapter IX on research misconduct and on termination policies and procedures.


[Закрыть]. Обычно представители ННФ строго контролируют финансируемые ими программы, проводя регулярные проверки на местах, во время которых тщательно изучаются условия работы, а также методы и цели конкретных исследований. Все другие связанные с научные исследованиями правительственные организации также создали подобные системы контроля.