Научно-технический прогресс в Израиле и в мире. Пример для России

Научно-технический прогресс в Израиле и в мире

Мне часто и в России и в Украине задают вопрос, почему Израиль сегодня является самой технологичной страной планеты и мировым лидером по относительному объему инвестиций в развитие науки. За последние 15 лет только расходы государства на проведение различных научных исследований выросли на 164% и достигли весьма существенной доли госбюджета – 24 млрд. шекелей (это более 6,5 млрд. долларов США). Темпы роста инвестиций в науку в конце ХХ-начале ХХI века в Израиле были даже выше, чем в Ирландии и Финляндии – двух странах, совершивших в этот период мощный технологический рывок. И результаты этой государственной политики налицо – израильские ученые ежегодно публикуют в различных научных изданиях мира в среднем 1549 статей в расчете на миллион жителей страны. Для сравнения: в США ежегодно публикуется 900 научных статей на миллион населения, в странах ЕС – 729 статей. 2.74% всех выходящих в мире статей по математике и 2.22% статей по компьютерным наукам принадлежат перу ученых Израиля – страны, которую с трудом можно разглядеть даже на самой крупномасштаной карте мира

Ну, а что касается такого главного критерия качества научных работ, как цитируемость, то по этому показателю израильские ученые давно обогнали своих коллег из всех стран мира. Особенно часто цитируются работы израильтян в области молекулярной биологии и иммунологии. Первое место в мире держит Израиль и по числу ученых на каждые 10 000 госслужащих. В Израиле этот показатель равен 140, в то время как в США на каждые 10 000 госслужащих приходится только 83 ученых, в Японии – 80, в Германия – 60, а в Швейцарии – 55. Согласно той же статистике, Израиль занимает сегодня 3-е место в мире по числу регистрируемых патентов в доле населения, занятой в высокотехнологичных областях, а по уровню внедрения высоких технологий в сельское хозяйство – 4-е место в мире.

  • Возникшая еще два десятилетия назад идея создания «биологического компьютера» стала для многих биологов и кибернетиков почти такой же idea fix, как поиски доказательства теоремы Ферма или разработки общей теории поля.

В течение всего этого времени ведущие научно-исследовательские центры мира потратили миллиарды долларов на то, чтобы решить эту задачу, но все их усилия оказывались тщетными. Казалось, еще немного – и молекулярный компьютер будет приравнен к вечному двигателю, все исследования в этом направлении будут прекращены, и никто не даст больше на их финансирование ни одного цента. В конце прошлого года группа израильских ученых из НИИ Вейцмана сообщила, что ей удалось создать компьютер, все детали которого, база данных и программное обеспечение умещаются в одной пробирке. Причем вместо традиционных кремниевых чипов и металлических проводников этот компьютер состоит из молекул ДНК, РНК и ряда ферментов. Сами программы и введенные в них данные зашифрованы в этом компьютере парами молекул, формирующих цепочку ДНК. Таким образом, речь идет о самом настоящем биокомпьютере – первом в истории человечества. Руководитель этого проекта Эхуд Шапиро признает, что этот нано-компьютер может решать лишь самые простые задачи и выдавать лишь два типа ответов: «истина» и «ложь». Но ведь именно с этого начиналась история всех современных компьютеров!

  • Главное, что израильским ученым удалось доказать: биокомпьютеры – это реальность, и с помощью цепочек ДНК можно кодировать, а затем расшифровывать любую информацию. Эта новость мгновенно была опубликована во всех научных и научно-популярных журналах мира, а затем и в широкой прессе. В своих комментариях ведущие британские и американские ученые назвали достижение израильтян «грандиозным». Некоторые из них высказали идею, что такие биокомпьютеры можно будет вживлять в организм человека, и они будут постоянно следить за его состоянием. Как только в организме возникнет какой-то сбой, биокомпьютер даст указание синтезировать те или иные виды гормонов, ферментов и т.д., которые должны привести его в норму. И вот уже в 2012 году сотрудник Еврейского университета в Иерусалиме Итамар Вильнер сообщил, что ему удалось создать первый в мире «молекулятор». Пока самостоятельно исправлять возникшие в организме сбои «молекулятор» не может. Но, будучи имплантированным в человеческий организм, он способен непрерывно анализировать уровень различных ферментов и предоставлять эту информацию врачам.

Британский ученый Мартин Амос считает, что на основе изобретения Вильнера можно будет создать новое поколение биокомпьютеров, и они уже будут способны осуществлять точечную доставку лекарств в проблемные места организма и сами определять, в какой дозе препарата организм нуждается. И не исключено, добавляет обозреватель известного журнала «Новый ученый» Уилл Найт, что израильтяне и здесь снова окажутся первыми.

  • Немногие знают, что изобретение одноразовых детских подгузников, хотя и избавило пап и мам от необходимости стирать и гладить пеленки, но обернулось самой настоящей катастрофой для окружающей среды. Дело в том, что при их производстве используется абсорбент, изготовленный на основе акриловой кислоты. Опасность для ребенка сведена к нулю, но остается нерешенной другая проблема: акриловая кислота разлагается в природе только через 500 лет. Учитывая гигантские масштабы производства и использования подгузников, нетрудно представить, сколько опасных химикатов накапливается на свалках.

Израильская компания «Exotech» решила эту проблему – ее специалисты разработали новый полимер, который не менее эффективен, чем тот, что используется в подгузниках сегодня, но при этом совершенно безопасен для окружающей среды. Новый полимер получил название «этиленбиарамид» (EBS). Он обладает высокой абсорбирующей способностью и при этом полностью разлагается в природных условиях за два месяца. Кроме того, он дешевле в производстве и не представляет опасности для здоровья человека. При этом замена акриловой кислоты на EBS не требует никаких изменений в технологии производства подгузников, и цена внедрения нового компонента практически равна нулю. В ближайшее время компания «Exotech» намерена построить в Израиле небольшой завод по производству этиленбиарамида. По расчетам, вложения окупятся в первый же год: на строительство завода требуется 2.5 миллиона долларов, а уже сейчас общая сумма заказов, полученных компанией на производство EBS, превышает 10 миллионов долларов.

  • Необычное изобретение сделал израильский специалист Эдуард Грузберг, получивший патент США № 7,977,905. Им предложен электродвигатель, оснащённый системой управления, отключающей соответствующую обмотку ротора при её приближении к полюсу статора, а после прохождения полюса – включающей снова, но с противоположной полярностью. Предполагается, что такая схема позволит изменить отрицательное влияние противоЭДС в обмотках ротора, уменьшающее рабочий ток якоря, на положительное и, тем самым, повысить эффективность электропривода. К сожалению, в патенте отсутствует количественный анализ энергозатрат, необходимых для функционирования указанной системы управления.
  • Новый модификатор полифункционального действия для эпоксидных композиционных материалов разработан израильской компанией Polymate. Один из эффективных путей оптимизации свойств полимеров – создание гибридных полимерных материалов, сочетающих свойства высокомолекулярных соединений различных классов с взаимодополняющими ценными характеристиками, например, отвержденных эпоксидов и полиуретанов. При этом предпочтительно избегать использования сырья с повышенной токсичностью, отрицательным воздействием на окружающую среду и т.п., каковым являются изоцианаты – основной компонент традиционных полиуретанов. Одним из возможных путей решения этой проблемы является получение полиэпоксид-полигидроксиуретанов на основе эпоксидных соединений, циклокарбонатов и аминов без использования токсичных изоцианатов в качестве исходного сырья. Наличие активных гидроксильных групп, содержащихся в таких соединениях, предполагает эффект ускорения процесса отверждения эпоксидов аминами.

Гидроксиуретаны (другие названия: гидроксиалкилуретаны или гидроксиалкилкарбаматы) образуются в результате реакции циклокарбонатных групп (преимущественно пятичленных) с первичными аминогруппами. Использование гидроксиуретановых модификаторов (ГУМ) уменьшает потерю массы при абразивном износе образцов до 1,5–2 раз. Установлено также, что для модифицированных композиций на основе эпоксидно-диановых смол на 10–30% возрастают значения прочности при растяжении, несколько увеличиваются значения твердости и относительного удлинения при разрыве. Учёные установили также существенное повышение скорости процесса отверждения, а также улучшение абразивной стойкости и прочностных свойств.

  • Дополнительно следует отметить, что химическая стойкость материалов (в 10–20% щелочах и кислотах) не изменяется. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что эпоксиаминные композиции, модифицированные гидроксиалкилуретанами (HNIPU), обладают улучшенными физико-механическими, физико-химическими и технологическими характеристиками по широкому комплексу свойств. В результате данной разработки создана общая концепция получения новых модификаторов многофункционального действия, которые, обладая широким спектром водородных связей, встраиваются в эпоксиполимерную сетку и придают ей определенные улучшенные качества. Новые гибридные композиции, основанные на введении гидроксиалкилуретановых модификаторов (ГУМ) в эпоксидную матрицу, были запатентованы в США (патент США № 7,989,553) и промышленно производятся компанией Nanotech Industries, Inc. (США, Калифорния).

Важность сшитых полимеров для самых разных отраслей промышленности определяется их механической и тепловой стойкостью, а также устойчивостью к воздействию растворителей. Но эти замечательные материалы не обладают достаточной гибкостью, растворимостью и плавкостью, что резко затрудняет их обработку. Такие полимеры должны быть сразу же получены в нужной форме (что, конечно, совершенно неудобно), поскольку никакая повторная обработка такого пластика просто невозможна, в отличие, скажем, от термопластиков, которые можно обрабатывать снова и снова.

  • Научная группа из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) под руководством Чжибинь Гуань предложила оригинальный подход к решению проблемы пластичности сшитых полимеров. Исследователи показали, что добавление прямо в структуру полимера специального катализатора, который способствует разрыву старых и образованию новых связей, может сделать его пластичным. В качестве примера авторы работы использовали образец сшитого полимера полибутадиена (ПБД), коммерчески важного продукта, широко применяемого в качестве синтетической резины, в структуру которого был внедрён рутениевый катализатор Граббса. Такой катализатор инициирует протекание реакции метатезиса олефинов, при которой происходит перераспределение заместителей при двойных связях соседних алкенов. Несмотря на то, что ПБД обладает определённой степенью эластичности в зависимости от степени сшивания, этот полимер непластичен. Но в присутствии в структуре полимера рутениевого катализатора двойные связи получают возможность проводить «свопинг», который позволяет снимать избыточное механическое напряжение при приложении внешней силы. Таким образом, становится возможным менять первоначальную форму полимера, сохраняя ту же степень сшивания и то же число двойных связей, как и у оригинальной формы. Единственное, что действительно изменяется, – это топология полимерной сети. Как и следовало ожидать, чем больше рутениевого катализатора добавлено к полимеру, тем более высокая степень пластичности может быть достигнута.
  • Ученые из Государственного университета Наварры (Памплона, Испания) создали покрытие из наночастиц, которое при облучении солнечным светом способно уничтожать загрязнение. Новый материал создан на основе наночастиц, которые взаимодействуют с солнечным светом и вызывают химические фотокаталитические реакции, уничтожающие некоторые загрязнители. В частности, в ходе экспериментов наблюдалось снижение загрязнения атмосферы оксидами азота на 90%, углеводородами на 80% и оксидами углерода на 75%. Более того, покрытие также может разлагать определенные химические соединения, на которых могут жить такие носители опасных инфекций, как бактерии и грибки. Новое покрытие очень тонкое – менее микрона (миллионная часть метра) – и может наноситься на материал с практически любой формой поверхности. В настоящее время ученые разрабатывают специальную краску, содержащую наночастицы, с помощью которой можно наносить новое покрытие на самые разные материалы: от бетона и металла, до керамики.

В отличие от большинства антибактериальных покрытий, изобретение испанских ученых со временем не теряет своих свойств. Новое неорганическое покрытие длительное время в ответ на облучение солнечным светом выделяет свободные радикалы, которые эффективно «атакуют» загрязняющие вещества, находящиеся в воздухе.

  • Ученым из Технологического института Карлсруэ (KIT) удалось создать новый класс материалов, которые могут обладать практически любыми механическими свойствами.

На базе новых стабильных кристаллических метажидкостей можно создавать, например, уникальные акустические призмы и совершенно новые акустические и оптические системы. Новый материал относится к классу pentamode, предложенному ранее Грэмом Мильтоном и Андреем Черкаевым. Тогда это была чисто теоретическая концепция механического поведения материалов, таких как золото или вода, выраженного параметрами сжатия и сдвига. Немецкие ученые создали прототип уникального полимера, механическое поведение которого определяется остротой и длиной четырех отдельных «лучей» искусственной базовой наноструктуры. Для этого потребовалось соблюсти ряд сложных условий. С одной стороны нужно было создать специфические структуры в нанометровом диапазоне и соединить их друг с другом под прямым углом.

С другой стороны, необходимо было создать полноценную крупную трехмерную структуру, проще говоря, «кусок материала». Для этого пришлось применить технику записи лазерным лучом, разработанную компанией Nanoscribe. Она заключается в структурировании светочувствительных материалов в трех измерениях с помощью импульсного лазера и позволяет производить сложные микроскопические структуры заданной формы.

  • Создано новое поколение стабилизированных красителями солнечных батарей [dye-sensitised solar cell (DSSC)] – в них традиционный для солнечных батарей жидкий электролит заменен твердым неорганическим материалом с электронно-дырочной проводимостью. Меркири Канацидис (Mercouri Kanatzidis), профессор неорганической химии из Северо-западного Университета Чикаго решил использовать для создания солнечных ячеек принципиально новую стратегию. Исследователи решили заменить окислительно-восстановительную пару, обычно использующуюся в ячейках классического типа на новый материал, в котором дырки, образующиеся при возбуждении светом, перемещаются к электроду непосредственно, без окислительно-восстановительных реакций. Этот материал представляет собой недорогой полупроводник e p-типа: смешанный йодид олова-цезия (CsSnI3), легированный фторид-ионом. Соединение CsSnI3 хорошо растворяется в большинстве полярных органических растворителей, таких как ацетонитрил и диметилформамид. Растворимость CsSnI3 позволяет получать новые солнечные ячейки за счет переноса раствора смешанного йодида на подложку из диоксида титана с последующим испарением растворителя, что позволяет достичь очень тесного контакта между CsSnI3 и пористым TiO2. Красителем для ячейки нового типа был традиционный для DSSC бипиридильный комплекс рутения под коммерческим названием N719. Все это, по словам Канацидиса, позволит легко коммерциализовать методику получения солнечных ячеек нового типа. Нейл Робертсон (Neil Robertson), специалист по DSSC из Университета Эдинбурга говорит о системе Канацидиса, как перспективном направлении в исследовании солнечных ячеек, поскольку новая концепция позволяет надеяться на получение более устойчивых и долговечных солнечных ячеек.

Мировой опыт и опыт Израиля показывает, что для развития модернизационной экономики необходимо произвести коренное преобразование науки в России, направив её в инновационное русло. И, прежде всего, нужно изменить всю систему управления наукой, используя существующие в мире новые технологии (см., например, статью в журнале «Экология и жизнь», №12 (61), 2006 – http://www.courier-edu.ru/…701/3600.htm).

Вот и новый министр образования и науки Дмитрий Ливанов практически сразу после вступления в должность заявил о намерении провести «всесторонний аудит» Российской академии наук, подчеркнув, что сейчас международному уровню соответствуют лишь отдельные институты и лаборатории. В интервью интернет-порталу «Умная школа» министр отметил, что

«за последние 20 лет у нас такого анализа не проводилось». Необходимо дать нашим ученым, исследователям, научным группам потенциал для развития и роста, – заявил Ливанов. – Сейчас у нас мировому уровню соответствуют отдельные институты и лаборатории".

  • По словам министра, многие научные учреждения «не могут показать результаты за пять лет», поэтому их необходимо «переименовать». Но у меня есть сомнения, что может что-то решить только изменение какой-то конкретной организационной структуры. Надо приступать к системному решению проблемы управления наукой в России.

Проф. Олег Фиговский, академик Европейской Академии Наук

http://www.park.futurerussia.ru/…figovsk/246/



nikst аватар

Интересно. Информативно. Много информации для размышления и принятия решений!..

  • Главное – всё на поверхности: Копируй, экспериментируй, имитируй, твори, выдумывай, пробуй…

Мне кажется (да и не только мне), что сами по себе НИОКР уже давно никому не нужны. Ну, действительно, провёл исследования, поставил ещё один отчёт на полку и начинаешь новые исследования… Разумеется, эту манеру поведения диктует принцип разделения труда. Но сейчас (в наше время) нужно представить дело так, что НИОКР – это лишь необходимая, но явно НЕДОСТАТОЧНАЯ часть цельного процесса, который обязательно должен кончаться поставкой готового коммерческого продукта на рынок сбыта, его продажей и оценкой полученной прибыли, скорости окупаемости продукции. И вот только здесь (в случае необходимости – и для оптимизации результата) следует начинать новые исследования…

Разумеется, это слишком упрощённая и примитивная схема организации научно-исследовательской деятельности. Конечно, могут быть разного рода исключения, варианты и т.п. Но, на мой взгляд, бОльшая часть работ (примерно 95%) должна удовлетворять этому универсальному правилу. Исследования должны окупаться сами и давать средства для новых исследований и разработок. Иначе всё опять пойдёт в стол, на полку, в песок, на свалку… А этого никто не хочет…