Прочетете книгата Нанотехнологии

Представеният фрагмент от произведението е поставен в съгласие с разпространителя на легално съдържание LLC "LitRes" (не повече от 20% от оригиналния текст). Ако смятате, че публикуването на материал нарушава нечии права, моля, уведомете ни.

Платихте, но не знаете какво да правите?

Автор на книгата: Лин Фостър

Жанр: Технически, Научно-образователни

Текуща страница: 1 (общата книга има 36 страници) [достъпен откъс за четене: 24 страници]

Лин Фостър Нанотехнологии. Наука, иновации и възможности

Предговор от сенаторите Джоузеф Либерман и Джордж Алън

Разнообразието и богатството на потенциала на нанотехнологиите не остана незабелязано от обществеността и правителството. През последните години се появиха много публикации за научни, икономически и инвестиционни проекти в тази област. Нанотехнологиите се превърнаха в неразделна част от мейнстрийма на медиите, което ясно показва не само нарастване на интереса към тази област, но и доказателство, че новите технологии и научни постижения вече са напуснали етапа на лабораторно развитие. Нанотехнологиите се превръщат, както казват американците, в frontier (разширяваща се граница, фронтова линия) на развитие и сега е моментът да помислим как фундаменталните научни открития и интересните лабораторни експерименти могат да бъдат въплътени в нови технологии и нови продукти. Говорим не само за чисто икономически проблеми, но и за това, че въз основа на предишен опит трябва да мислим и за сериозни опасности, свързани например с въздействието на нови индустрии върху околната среда и т.н.беше постигнат значителен напредък на много фронтове.

Сенатор Джо Либерман

Сенатор Джордж Алън

През изминалия век технологичният прогрес промени неузнаваемо света около нас. Заслужава да се отбележи, че средната продължителност на живота се е удвоила, а транспортните и информационните системи са достигнали ниво, което изглеждаше фантастично преди няколко поколения. Една от характерните черти на съвременната наука и живота като цяло се превърна в немислимото преди ускоряване на темповете на самото развитие, постоянното обновяване на начина на живот, дължащо се на научния прогрес и техническите новости.

В наши дни науката се доближи до възможността за пряко въздействие върху отделни атоми и молекули, което създаде нова метанасока на развитие, която получи общото наименование нанотехнология и е от голямо значение както за самата наука като цяло, така и за индустриалните приложения. Размери на обекти и свързани процеси, представляващи интерес за нанотехнологиите (и предложена книга). са 100 нанометра или по-малко (припомнете си, че 1 нанометър = 10-9 m, което е равно на една милиардна част от метъра, и за сравнение просто посочете, че дебелината на човешкия косъм е 50 000 нанометра). Основната характеристика на новата наука от гледна точка на чистата физика е, че при такива измерения и мащаби обичайните закони на физиката престават да работят (на първо място, така наречената класическа или нютонова механика), а развитието на процесите се определя от законите и постулатите на квантовата механика.

В някои специфични и най-напреднали области (компютърни технологии, биотехнологии, наука за материалите) използването на нанотехнологиите позволява в близко бъдеще да се надяваме на резултати, сравними с постигнатото през последните години.последните няколко десетилетия. Например, той дава възможност да се създават свръхмощни компютри, много леки и здрави материали за авиацията, нови лекарства срещу най-опасните болести, високоефективни преобразуватели на слънчева енергия и т.н. Подчертавам, че говорим за много постижения от различен мащаб в различни области на науката и технологиите, тоест за цяла „каскада“ или „вълна“ от открития и приложения, а не за едно голямо откритие в свръхголям мащаб. Историците на науката и технологиите обичат да използват термина "ново велико нещо" (което означава например транзистор или лампа с нажежаема жичка на Едисон). Нанотехнологиите ни обещават цял набор от нови велики неща, които не се свеждат до значителна промяна в заобикалящия свят и условията на живот (точно както електрическата крушка на Едисон преобрази живота на обществото), а до мащабна промяна в глобалните принципи на науката и технологиите. Например, нанотехнологията ще ни позволи да създадем автоматична система за управление на цялото осветление (или дори електричество) в цели градове или региони, което предполага фундаментална промяна в живота на обществото.

За големите съвременни градове, между другото, създаването на автоматична и „умна“ система за контрол на трафика може да бъде толкова важно събитие, колкото крушка Edison за осветление на отделни домове. Без да се страхувам да се повтарям, ще кажа, че нанотехнологията не е конкретно, единично откритие, а цял набор от физични явления и техните приложения (поради размерни ефекти), използвани като инструменти, техники или идеи в различни научни дисциплини. Именно това е основното значение и роля на нанотехнологиите, тъй като свойствата на материалите и процесите в наномащаба се различават значително от свойствата в обичайния начин.макроскопична среда, която създава напълно неочаквани възможности за нови приложения. Например, наноматериалите могат значително да се различават от веществата, с които сме свикнали, по своята реактивност (по отношение на единица повърхност), в резултат на което използването им като лекарства води до ефекти, невъзможни в класическата медицина.

Много важна особеност на нанотехнологиите е, че размерът на изследваните в него обекти практически съвпада с размера на много микроорганизми и (което изглежда особено ценно) биологични клетки на човешкото тяло, което веднага отваря най-широките перспективи за използването на наноматериали в медицината. Например, нанотехнологиите позволяват да се създаде „бомба“ под формата на ултрадисперсна частица (напълнена с необходимото лекарство), която се въвежда в целевите клетки на тялото и „експлодира“ там, освобождавайки лекарството в клетката или кръвоносната система. Сливането на нанотехнологиите и биотехнологиите вече дава възможност да се проектират много невероятни медицински устройства (например, има проект за създаване на устройства, в които електричеството ще се генерира не от батерии, имплантирани в тялото, а директно на място, поради разграждането на глюкозата в кръвта).

Бъдещето на нанотехнологиите се осигурява от таланта и енергията на много хора, които вече работят в тази област и полагат основите както на самата нова наука, така и на конкретните й приложения. Със сигурност може да се каже, че възможностите на нанотехнологиите далеч надхвърлят всичко, което обикновено се влага в концепцията за биотехнологии или информационни технологии. На практика проблемът е, че индустрията все още не е готова да разбере и „смила“ новите възможности и открития, което може да се обясни с неразбирането им.смисъл и неспособността на търговския пазар да се адаптира към бързите темпове на технологичните промени. Строго погледнато, скоростта на внедряване на всякакви научни открития се определя от някакъв много труден и сложен среден етап между самото откритие и създаването на определен прототип на възможното му приложение в практиката (един физик би измислил някакви „коефициенти на триене“ за това между науката, производството и потребителския пазар). За да се появи на пазара като пълноценен търговски продукт, всяко научно откритие трябва да премине през сложни етапи (асоцииране със съществуващи продукти, обща оценка на възможностите, обсъждане на проблемите на контрола и т.н.), след което реалният пазар реагира на появата на нов продукт и „гласува“ за него (с доларови инвестиции). Предлаганата книга е създадена с цел да запознае възможно най-голям брой читатели, интересуващи се от нанотехнологиите, с реалните перспективи и възможности на тази нова сфера на дейност.

Раздел II очевидно е централен в книгата, тъй като е посветен пряко на онзи кръг от талантливи хора (учени и организатори), чиято воля и знания напредват в разглежданата област. В глави 4 и 5 от икономическа гледна точка теоретично се разглеждат абстрактни фигури и форми на дейност на „венчър капиталисти“, т.е. предприемачи, които отчитат връзката между технологиите и произведените стоки в дългосрочна историческа перспектива и правят съвсем реални инвестиции в нанотехнологично производство. Глава 6 анализира ролята и текущите дейности на правителството на САЩ като координатор на ефективното развитие на нов клон на науката и индустрията, а глави 7 и 8 са посветени на специфичния проблем на академичните изследвания (изследователската работа ввисши научни институции) и възможностите за последващата им комерсиализация, тоест въвеждането им в реално производство. Глава 9 показва предизвикателствата, които развитието на нанотехнологиите поставя пред юристите, занимаващи се с патентно и търговско право на САЩ. Глава 10 обяснява защо частните предприятия трябва да играят ключова роля в развитието на нови области и да поемат риска от създаване на първични индустрии, докато глава 11 обсъжда сложността, пред която са изправени големите корпорации и организации, когато искат да се включат в нови технологии и продукти. Последната глава на втория раздел съдържа кратко описание на дейността на Националните лаборатории на САЩ в областта на нанотехнологиите и комерсиализацията на техните резултати.

Четвъртият раздел разглежда най-общите въпроси на нанотехнологиите, които вече вълнуват много изследователи. Въпросът е, че на нанониво на изследване всички познати ни научни дисциплини по някакъв начин се „сливат“ в едно цяло, което е не само нов научен подход, но и обещава формирането на нова наука в бъдеще, което би означавало революционен пробив в познанието за природата (Глава 18). Свързана с това е загрижеността на някои учени относно етичните въпроси, които неизбежно ще възникнат с напредъка на нанотехнологиите (Глава 19). Книгата завършва с много интересен епилог (глава 20), който съдържа текста на непубликуван досега разговор на тази тема с легендарния физик Ричард Файнман, който с право е смятан за „пророк“ на нанотехнологиите.

Практическите изследвания на ниво отделни атоми и молекули трябва да доведат до сериозни промени в живота на човечеството и още сега може да се прогнозира, че описаните в книгата изследвания ще променят света и обществото много повече от компютрите и биотехнологиите.

В заключение бих искал да изразя дълбоката си благодарност на много хора и организации, които ми помогнаха не само в създаването на тази книга, но и през целия ми професионален живот. Специални благодарности на съпругата ми Мириам.

Лин Е. Фостър е старши технологичен лидер в Greenenberg Traurig LLP, една от най-големите правни кантори в Съединените щати, специализирана в приемането и трансфера на нови технологии, лицензирането и патентното право, както и технологичното сътрудничество и инвестициите.

Раздел I Управление и организация

Глава 1 Поуки от биотехнологичната революция в иновационната политика и комерсиализацията

Джералд Голвас

Джералд Голвас има богат опит в прилагането на биомедицински технологии от средата на 60-те години, когато навлиза в бизнеса по създаване и доставка на диагностично оборудване в добре известната компания Beckman Instruments. Ръководената от него група успешно внедри ново оборудване, базирано на кинетични измервания на скоростта на химични реакции от първи ред, използвани в клиничната кръвна диагностика. В продължение на много години той е участвал в тестването и доставката на медицинско оборудване в САЩ, Европа и Япония и е ръководил много много важни проекти в разработването и внедряването на нови технологии. Той е специалист от международна класа по планиране, организация, маркетинг и мениджмънт. Има бакалавърска степен по химия от университета в Сан Диего.

„Ние създаваме и оформяме инструментите, а по-късно те започват да оформят нас.“

Най-общо казано, съвременното общество е създадено от прогреса на химията, която може да се разглежда като най-общата наука завещества и материали, от които са изградени почти всички предмети, които използваме, от инструментите до лекарствата, които приемаме. Процесът на формиране и използване на нови обекти продължава: силициевите и германиеви чипове формират основата на електрониката, водородът и кислородът са основните компоненти на ракетното гориво, а рекомбинантната ДНК се използва за създаване на нови лекарства или растения, които са устойчиви на пестициди. Интересно е, че ролята на химията в историята за мнозина все още не е напълно разбрана, неоценена и неясна, в резултат на което хората са по-склонни да обърнат внимание на недостатъците на химията (например нейната вреда за околната среда), отколкото на факта, че тя създава много от обичайните условия на съществуване. Древна китайска поговорка гласи, че „само глупаците могат да предсказват бъдещето“, но предлаганата на читателя книга е изцяло посветена на размисли за бъдещото развитие на науката и ние имаме право да се запитаме най-малкото какви поуки всъщност научихме от анализа на бурното развитие на химията през миналия век? При сериозно разглеждане се оказва, че няма генерален извод от развитието на химията досега, така че като пример за мощното развитие на една от областите на науката (особено по отношение на иновациите и комерсиализацията) е по-удобно да се разгледа историята на биотехнологиите, която се проведе пред очите ни в съвремието.