Прогноз развития нанотехнологий c 2003 по 2050 гг

Пример наномеханизма – простой наноподшипник Пример наномеханизма – простой наноподшипник

Прогноз развития нанотехнологий в будущем, а также отрасли человеческой деятельности, которые будут при этом затронуты

Эта статья рассчитана на тех, кто только что познакомился с миром нанотехнологий и хочет узнать, что же будет дальше – каких чудес и разочарований ждать через 20, 30, 40 лет? На подобные вопросы всегда трудно ответить точно, поэтому мы предлагаем прогноз того, что могут дать нанотехнологии через несколько десятилетий, при сохранении современных темпов развития.

В 2003 году командой сайта Nanotechnology News Network была предпринята попытка составить широкий прогноз развития нанотехнологий с 2003 года по 2050. Большинство того, что мы предвидели, сбылось, и, даже удивило темпами развития. Это касается наноэлектроники, спинтроники, квантовых вычислений, материаловедения и других отраслей. Были и ошибочные прогнозы, связанные с развитием нанобиологии и наномедицины, но, как показывает динамика развития этих отраслей, в недалеком будущем они также могут обогнать наши прогнозы.

Основной проблемой в наноиндустрии на сегодняшний день является управляемый механосинтез, т.е. составление молекул из атомов с помощью механического приближения до тех пор, пока не вступят в действие соответствующие химические связи. Для обеспечения механосинтеза необходим наноманипулятор, способный захватывать отдельные атомы и молекулы и манипулировать ими в радиусе до 100 нм. Наноманипулятор должен управляться либо макрокомпьютером, либо нанокомпьютером, встроенным в робота-сборщика (ассемблера), управляющего манипулятором.

На сегодня подобные манипуляторы не существуют. Зондовая микроскопия, с помощью которой в настоящее время производят перемещение отдельных молекул и атомов, ограничена в диапазоне действия, и сама процедура сборки объектов из молекул из-за наличия интерфейса «человек – компьютер – манипулятор» не может быть автоматизирована на наноуровне.

Институтом Молекулярного Производства (IMM) разработан предварительный дизайн наноманипулятора с атомарной точностью. За изготовление такого устройства назначена премия только из фонда IMM в размере $250,000. Как только будет получена система «нанокомпьютер – наноманипулятор» (эксперты прогнозируют это в 2010–2020 гг.), можно будет программно произвести еще один такой же комплекс – он соберет свой аналог по заданной программе, без непосредственного вмешательства человека.

Такая «самосборка» называется репликацией, а репликатор – ассемблером. Бактерии, используя репликативные свойства ДНК, способны развиваться за считанные часы от нескольких особей до миллионов. Таким образом, получение ассемблеров в массовом масштабе не потребует никаких затрат со стороны, кроме обеспечения их энергией и сырьем.

Управляемый наноманипуляторУправляемый наноманипулятор – одна из самых востребованных вещей в нанотехнологиях

На основе системы «нанокомпьютер – наноманипулятор» можно будет организовать сборочные автоматизированные комплексы, способные собирать любые макроскопические объекты по заранее снятой либо разработанной трехмерной сетке расположения атомов. Компания Xerox в настоящее время ведет интенсивные исследования в области нанотехнологий, что наводит на мысль о ее стремлении создать в будущем дубликаторы материи. Комплекс роботов (дизассемблеров) будет разбирать на атомы исходный объект, а другой комплекс (ассемблеры) будет создавать копию, идентичную, вплоть до отдельных атомов, оригиналу (эксперты прогнозируют это в 2020–2030 гг).

Дерево развития нанотехнологий Дерево развития нанотехнологий

Это позволит упразднить имеющийся в настоящее время комплекс фабрик, производящих продукцию с помощью «объемной» технологии, достаточно будет спроектировать в компьютеризированной системе любой продукт – и он будет собран и размножен сборочным комплексом. Благодаря репликации можно будет наделять отдельные продукты этим свойством, например, нанороботов.

Робот-амебаРобот-амеба для освоения планет

Станет возможным автоматическое строительство орбитальных систем, самособирающихся колоний на Луне и Марсе, их освоение многозвенными роботами-амебами, производство подводных строений в мировом океане, на поверхности земли и в воздухе (эксперты прогнозируют это в 2050 гг.). Возможность самосборки может привести к решению глобальных вопросов человечества: проблемы нехватки пищи, жилья и энергии. Схематически прогресс нанотехнологий с 2003 по 2050 года представлен на дереве развития нанотехнологий.

Благодаря нанотехнологиям существенно изменится конструирование машин и механизмов – многие части упростятся вследствие новых технологий сборки, многие станут ненужными. Это позволит конструировать машины и механизмы, ранее недоступные человеку из-за отсутствия технологий сборки и конструирования. Эти механизмы будут состоять, по сути дела, из одной очень сложной детали.

С помощью механоэлектрических нанопреобразователей можно будет преобразовывать любые виды энергии с большим КПД и создать эффективные устройства для получения электроэнергии из солнечного излучения с КПД около 90%. Утилизация отходов и глобальный контроль за системами типа «recycling» позволит существенно увеличить сырьевые запасы человечества. Станут возможными глобальный экологический контроль, погодный контроль благодаря системе взаимодействующих нанороботов, работающих синхронно.

Искусственный фагоцитИскусственный фагоцит может уничтожать чужеродные бактерии и вирусы

Биотехнологии и компьютерная техника, вероятно, получат большее развитие благодаря нанотехнологиям. С развитием наномедицинских роботов станет возможным отдаление человеческой смерти на неопределенный срок. Также не будет проблем с перестройкой человеческого тела для качественного увеличения естественных способностей. Возможно также обеспечение организма энергией, независимо от того, употреблялось что-либо в пищу или нет.

Различные нейроинтерфейсы и импланты, разработанные на сегодняшнее время будут значительно улучшены и их биологическая совместимость с нервными тканями человека станет еще более полной. Тогда настанет время «настоящей» виртуальной реальности и полноценного взаимодействия с компьютерами через нервную систему человека.

НейрочипПока эти нейрочипы и нейроинтерфейсы проходят лабораторные тесты

Благодаря этому компьютерная техника трансформируется в единую глобальную информационную сеть огромной производительности, причем каждый человек будет иметь возможность быть терминалом – через непосредственный доступ к головному мозгу и органам чувств.

Средства отображения информации уже пополнились прозрачными и гибкими дисплеями на основе нанотрубок или квантовых точек. Через несколько лет с их помощью можно будет реализовать сворачиваемые электронные газеты, обновляемые непосредственно через беспроводные сети.

Современные транзисторы уже выполняются по технологическому процессу 65 нанометров, а впереди еще несколько переходов до границы в 11 нанометров. Но даже после этой «последней» границы, препятствующей дальнейшему уменьшению наноэлектроники, есть путь еще ниже: это квантовые компьютеры и спинтроника.

Гибкие дисплеиГибкие дисплеи и электронные газеты – уже не фантастика

Область материаловедения существенно изменится – появятся т.н. «умные» материалы, способные к мультимедиа-общению с пользователем. Также появятся материалы сверхпрочные, сверхлегкие и негорючие (на основе алмазоида).

Что касается сырьевой проблемы, то для постройки большинства объектов нанороботы будут использовать несколько самых распространенных типов атомов: углерод, водород, кремний, азот, кислород, сера, и др. в меньшем количестве. С освоением человечеством других планет проблема сырьевого снабжения будет решена.

Таким образом, на основании прогнозов, нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. Как сказал Ralph Merkle, (Xerox, Palo Alto) «Нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией».

Автор: аналитик www.nanonewsnet.ru Свидиненко Юрий

2004–2007, www.NanoNewsNet.ru, Все права защищены

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.6 (315 votes)


вввввввуаляяя аватар

уууух, наконец-то добралась до финиша. ну держитесь..много я натерпелась пока читала все комментарии, были моменты когда еще чуть-чуть и ноут полетел бы на встречу со стеной! многие сообщения хотела прокомментировать но уже забыла какие именно.скажу только что вас просто само слово «нанотехнологии» пугает вот и придумываете себе всякие самостоятельные нано-роботы которые поработят все человечество(если я не ошибаюсь, то программированием «мозгов» этого робота будет занимать кибернетика), а вот репликатом может быть одна стволовая клетка,созданная искусственным путем при помощи нанотехнологий. Так вот эта клетка ничем не будет отличаться от тех же клеток организма (ну разве что только происхождением да еще и кроме того что заменит больную/мертвую так еще и восполнит недостаток, создавая себе подобных уже не под супермикроскопом. а любителей эпатажных фильмов с неверными представлениями в серьезные темы просьба не соваться!

aswern123 аватар

Потрясные перспективы, но сколь же страшны они по своей сути и возможностям.

rainbowtigra аватар

вскоре и паспорт не нужен будет – а у нас будет прошивка

Rumaruka аватар

Надеюсь все будет по плану и наука сделает шаг к новым открытиям

Vanessa аватар

Отличная статья! Ждем нанокомпьютер :)

avfedotov аватар

По поводу перспектив я хотел бы своеобразно выразить свое мнение. Я написал тезисы для предстоящей конференции по нанотехнологиям в МГУ. И там в качестве требований выставлены обычные совковые требования к публикации которые занимают время и унижают автора который с своим самопределившимся мнение в этой отрасли просто не станет ничего там публиковать. Я бы на месте рганизаторов в качестве основной их деятельности вменил в обязанности самим определять степень достоверности и значимости присланных статей и тезисов. Это я к слову о перспективах развития отрасли. Если я ученый мне не составит труда оценить тезисы любого профиля и назначения тем более с вожностями современного интернета узнать три слова из тезисов являются авторскими или переписаны. Но вернемся к перспективам нанобиоматериалов с которыми я уже 25 лет тружусь на ниве российкой науки если такова еще осталась. Фибронектины – новый билогический наноматериал клеточного матрикса – как новая система кластерного реконструирования ткани. А.Федотов

На основе моих 25 летних экспериментальных и теоретических исследований ( с 1987г.) семейства белков – фибронектинов сделано предположение, что после формирования и завершения жизненного цикла полимеризованного фибронектина ( в литературе он получил название – нерастворимый и на мой взгляд это очень обедняет понимание истинной его роли в организме) – деградирует и переходит в растворимое состояние циркулирующий в крови -старый Фн а на его место поступает, вновь образованный Фн, который играет роль структурированного механосенситивного сенсора в клеточных оболочках и способен переключаться между этими двумя динамично-устойчивыми состояниями. Это может иметь значение для нанотехнологий биоматериалов и для понимания новых теоретических принципов регуляции в биологических системах. А именно – существовании систем реструктурирования в органах и тканях, где в ходе биологических циклов активно протекают процессы апоптоза клеток и в связи с этим должна происходить их активная утилизация путем фагоцитоза и миграция in situ новых клеток для этих паттернов ткани органов. Таким образом в новой системе, которую я назвал реконструктивной используется свойство молекулы фибронектина физико-химической и механического обнаружения старых клеток. И он (Фн) служит сенсором для поиска, утилизации и реконструкции таких клеток путем модуляции системы сигналов внутри этой автономной системы контроля на реконструкцией и следовательно – управления в живых организмах, организующих и нправляющих этот новый механизм реконструкции наноструктур поверхности клеток. На компьютерных моделях такое свойство механосенситивности достаточно убедительно изучено и прямые наблюдения в настоящее время проводятся в ряде известных лабораторий Америки и Швейцарии с приличным финансированием и на мой взгляд аторитетными для того что бы обратить внимание на это направление сообщества нанотехнологов в России и принять хоть какие то меры по самостоятельному развитию в этом направлении. среда, 4 апреля 2012 г. г..Москва awfedotov@rambler.ru

yalta аватар

Отличная статья! Много полезной информации, которую невозможно не запомнить! Это действительно интересно!

vazonov11 аватар

Интересная и познавательная статья для начинапющих.

max201216 аватар

Cогласен,статья великолепная,поскорее бы все это реализовалось.

tmakarova аватар

Жаль, что аналитик Юрий Cвидиненко перестал появляться.

popovka аватар

Пришествие роботов не за горами.

Lin аватар

Если подумать о том, с какой геометрической прогрессией развиваются наука и технологии, то вполне логично предположить, что к 2050 году появятся изобретения гораздо более фантастичные, чем описанные выше.  Но это все-таки в большей мере зависит от того, какую политику будут вести государства в этой сфере.  Мы с коллегами недавно обсуждали последние продвижения в российской науке.  Наши мнения сошлись на том, что большим шагом явилось создание крупных организаций, повышающих авторитет российской науки, проводящих конференции, семинары, гранты, создавших систему жилищных сертификатов и специальных фондов (Премия президента, Гранты для кандидатов и докторов наук и т.д.) Также благодаря активным действиям государственных и частных финансовых организаций (например, создание Российской молодежной премии), проблема  молодых ученых  становится не такой злободневной, как в недавнем прошлом. 

cee06 аватар

Для меня пока фантастика орбитальные станции на Луне и Марсе, хотя к 2015 году американцы говорят что будут первые колонии. Но больше всего удивило, когда Путин еще в должности премьера встречался с молодыми учеными, ответили на вопрос почему уезжают и переквалифицируются, спутники запускаем, а что дальше, где развитие науки

maxpayne777 аватар

В фильме «Назад в будущее» машины летали уже в 2000-х г :)