Нанотехнологии в современном мире

«Нанотехнологии в современном мире».

Просмотр видеосюжета из мультфильма «Алеша Попович и Змей Горыныч.

На ваших глазах богатырь, обладающий огромной силой, ростом, могуществом превращается в старика, беспомощного, слабого. Что это? Сказка, выдумка, придуманная аллегория, или будущее, реальность, завтрашний день.

Здравствуйте, с вами я, ведущий программы Артем Дегтярев.

Об этом мы и поговорим сегодня в нашем ток-шоу, тема которого звучит так: «Нанотехнологии в современном мире».

Ведь, именно, нашему поколению предстоит испытать на себе последствия нанореволюции, реализовывать самые фантастические нанопроекты. Как изменится наша жизнь в наноэпоху? Какой он наномир?

Я приглашаю в нашу студию биолога , которая проведет нам небольшой наноминимум, (т. е. введение в нанотехнологиии).
Биолог. На сегодняшний день в мире нет стандарта, описывающего, что такое нанотехнологии, что такое нанопродукция. Нанотехноло́гия (греч. nanos — «карлик» + «техно» — искусство, + «логос» — учение, понятие

Впервые термин «нанотехнология» употребил Норио Танигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. Один нанометр (нм) – это одна миллиардная часть метра (10-9 м). Нанометр во столько же раз меньше одного метра, во сколько размер монеты меньше диаметра Земли. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров. Для сравнения: толщина человеческого волоса –нм, диаметр эритроцитов – 7000 нм, толщина нитей ДНК – около 2 нм. Большинство же атомов имеют диаметр от 0,1 до 0,2 нм.

Нанотехноло́гия — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Нанотехнология качественно отличаются от традиционных дисциплин, так как изучает коллоидные системы: коллоидная химия, коллоидная физика, молекулярная биология. Поведение таких систем сильно отличается от поведения растворов и расплавов и от объектов макромира благодаря высокоразвитой поверхности. Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические свойства, другие материалы показывают удивительные оптические свойства. Это позволяет на качественно новом уровне использовать законы природы на благо человека – создавать продукты с заданной атомарной структурой, нанотехнологии находят применение практически в любой отрасли: в медицине, машиностроении, электронике, экологии… С помощью нанотехнологии можно очищать нефть, победить многие вирусы, создавать роботов, защищать природу, построить сверхбыстрые компьютеры.

Ведущий. Да. Интересен наномир. А что по этому поводу скажет химик

Химик. Да в общем нанотехнологии имеют достаточно ранние истоки своего развития. Последними исследованиями доказано, что в Древнем Египте нанотехнологии применяли для окрашивания волос в черный цвет. Для этого использовали пасту из извести Са(ОН)2, оксида свинца и воды. В процессе окрашивания получались наночастицы сульфида свинца (галенита), в результате взаимодействия с серой, которая входит в состав кератина, что и обеспечивало равномерное и устойчивое окрашивание

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Около 400 г. до н. э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "неделимый", для описания самой малой частицы вещества.

В Британском Музее хранится "Кубок Ликурга" (на стенах кубка изображены сцены из жизни этого великого спартанского законодателя), изготовленный древнеримскими мастерами - он содержит микроскопические частицы золота и серебра, добавленные в стекло. При различном освещении кубок меняет цвет - от темно-красного до светло-золотистого. Аналогичные технологии применялись и при создании витражей средневековых европейских соборов. В настоящее время ученые доказали, что размеры этих частиц от 50 до 100 нм.

В 1661 году ирландский химик Роберт Бойль опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов - воды, земли, огня и воздуха (философская основа основ тогдашней алхимии, химии и физики). Бойль утверждал, что все состоит из "корпускул" - сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы. Впоследствии идеи Демокрита и Бойля и были приняты научным сообществом.

Сегодня это получение фуллеренов, углеродных нанотрубок. Что это? Все знают, что такое кристаллическая решётка или структура химической молекулы, учили многие. От взаимного расположения и относительного количества атомов зависят не только свойства, но и само полученное в результате вещество. Одни и те же атомы углерода в одной структуре образуют графит, а в другой – алмаз. Всего из трёх атомов – углерода, кислорода и водорода с небольшими добавками строятся все органические вещества, бактерии и вирусы, да и мы сами. Практически все, что необходимо человеку для жизни и деятельности, может быть изготовлено непосредственно из атомов и молекул. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.

Ведущий. Итак, мы узнали, что такое нанотехнологии. Поговорим о перспективах. А может быть, о наноутопии? Что нам скажет оптимист –Анна Колоколова Она верит, что сбываются все мечты человека.

Оптимист.

«Нанотехнологии — это жемчужины современных знаний, тщательно защищенные от постороннего глаза и способные принести огромную прибыль.
Углеродные нанотрубки, кремниевые нити, алмазные волокна и другие гибкие материалы с огромной прочностью на разрыв сделают возможными лифты на орбиту и висячие мосты через проливы и моря. С помощью диамантоидных нанопленок можно будет надувать в одночасье целые города. Растянутые на орбите пленочные зеркала-солетты будут собирать и направлять солнечную энергию в районы холодного климата (чтобы продлить, скажем, навигацию и увеличить сельскохозяйственный сезон).

Умная одежда будет снабжена бесчисленным количеством наноактуаторов и наносенсоров. Родственные «умной одежде» силовые тонкостенные экзоскелеты многократно увеличат возможности человека. Тот же дедуля, застегнув молнию на своей «второй коже», мигом превращается в Клода Вам-Дама. Эта «вторая кожа» будет не только на два порядка увеличивать его дедовскую силу, но и давать необычайный диапазон чувствительности, например на электромагнитные поля (от рентгеновских лучей, скажем, «мурашки забегают»), спасать от агрессивной химии, радиации и прочих поражающих факторов.

Интеллектуальный дом, прошитый наноконвейерами и нанокомпьютерами, станет строить и ремонтировать сам себя, обеспечивать своих обитателей теплом и электричеством с помощью бесчисленных нанотрубчатых устройств, преобразующих энергию солнца, ветра и волн».

Ожидается  появление к 2025 году специализированных нанороботов, способных воспроизводить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных; стабилизация экологической среды; важнейшее участие в нефтеперерабатывающей промышленности; нанороботов-врачей, способных жить внутри человеческого организма. Из всего этого следует, что нанотехнологии обладают поистине колоссальным потенциалом.

Ведущий Я предлагаю побывать в виртуальной лаборатории

Ведущий. Сколько нужных вещей мы бы произвели для себя на собственной нанофабрике. От таких возможностей просто голова идет кругом! Но как повлияют эти возможности на человека? Какие проблемы появятся в обществе?

На Западе хорошо понимают актуальность этих проблем. В США на изучение социальных явлений, связанных с нанотехом, выделяется $82 млн., в два раза больше чем на нанопроизводство! ($41 млн.).

В России этим вопросам пока уделяется недостаточно внимания. А между тем, по мнению ученных, нанореволюция приведет к колоссальным изменениям в обществе. Предлагаю обсудить социальные проблемы, которые несут нанотехнологии. Слово Галушко Оксане, она пессимист, разделяет мрачные прогнозы конца света и предрекает закат цивилизации.

Пессимист.

Тема угроз от нанотехнологий, если честно, довольно "скользкая". Нанотехнологии еще находятся только в самом начале пути развития и здесь много непознанного, а мы уже пытаемся предугадать развитие событий. При этом нельзя отрицать, что нанотехнологии потенциально опасны, так как могут быть использованы и во вред человека (примерно также как и освоение атома: с одной стороны относительно дешевая атомная электроэнергия, с другой стороны – оружие массового уничтожения и радиоактивные отходы). Всегда существует обратная сторона медали. Я попытаюсь остановиться на основных проблемах.

Первая группа проблем – социальная.

Так как нанотехнологии позволят снизить зависимость от сырьевых и трудовых ресурсов, то логично предположить, что некоторые отрасли связанные с ними могут просто исчезнуть, что приведет к резкому увеличению уровня безработицы. Кроме того, возможно, произойдет еще больший разрыв в уровне жизни между группами людей: теми, кто может использовать и контролировать нанотехнологии, призванные улучшить этот самый уровень жизни, и теми, которые не имеют такой возможности. А это значит, будут расти бедность, массово возникать различные виды фобий: ведь кто-то сможет жить почти вечно, выглядя при этом молодым и сильным, имея власть и деньги, а кто-то едва доживет до 20 лет и умрет от букета страшных болезней в каком-нибудь бараке. Это станет благодатной почвой для развития терроризма и диктатур.

Существует вторая группа проблем – угроза физического уничтожения людей. В области нанотехнологий широко обсуждается проблема выхода из-под контроля нанороботов (они же наноботы или наниты), которые получат широкое распространение через несколько десятилетий. Ведь нанороботы, представляя собой автономные микроскопические механизмы, будут по заданным программам выполнять какие-то полезные функции - например: собирать вещи из атомов и молекул или уничтожать вредоносные бактерии внутри организма человека, размножаясь и распространяясь из-за своих малых размеров повсюду. При этом никто и никогда не предоставит гарантии, что заложенная в них программа не даст сбой, а это в свое очередь не приведет к потере контроля над этими нанороботами, а мы знаем: обнаружить и защититься от того, что размером с молекулу, крайне сложно.

Ведущий. Проблемы, проблемы… И не только социальные. По мнению пессимистов, с развитием нанотехнологий мы выпускаем джинна из бутылки. Как только такая технология попадет в плохие руки, мы будем просто обречены. Наноужасы… Неужели это так?

Приглашаю в студию физика __

Физик. В 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман в своём выступлении предсказал, что в будущем, научившись манипулировать отдельными атомами, человечество сможет синтезировать все, что угодно.

Его слова были восприняты в 1959 году его коллегами – физиками чисто теоретически. И его предложение премировать 1000 долларами (тогда это была серьезная сумма!) того, кто сможет разместить моторчик в кубике с линейными размерами 0,4 мм или уменьшить текст в 25000 раз, было воспринято как “шутка гения”.

В 1981 году появился первый инструмент для манипуляции атомами — туннельный микроскоп, изобретённый учеными из IBM. Оказалось, что с помощью этого микроскопа можно не только “видеть” отдельные атомы, но и поднимать и перемещать их. Этим была продемонстрирована принципиальная возможность манипулировать атомами, а стало быть, непосредственно собирать из них, словно из кирпичиков, все, что угодно: любой предмет, любое вещество.

Наконец, другой японец, Сумио Иидзима, создал в 1991 году из фулерена - сверхтонкого углеродистого материала углеродные нанотрубки, диаметр которых составляет несколько тысячных долей диаметра человеческого волоса, а длина – порядка 100 нанометров. Вот эти углеродные нанотрубки и стали первым реальным наноматериалом, на основе которого строятся сейчас различные вещи, предлагаемые на рынке новых товаров. Благодаря стремительному прогрессу в таких технологиях, как оптика, нанолитография, механохимия и 3D прототипировние, нанореволюция может произойти уже в течение следующего десятилетия. Когда это случится, нанотехнология окажет огромное влияние практически на все области промышленности и общества, изменит жизнь человечества больше, чем освоение письменности, паровой машины или электричества.

Ведущий.

Ведущие страны мира осознали стратегическую важность нанотехнологий и вкладывают колоссальные средства на развитие этой отрасли науки.

В России на самом высоком уровне нанотехнологии объявлены «локомотивом» научно-технической стратегии.

Послушайте новости нанотехнологий.

Ведущий.

Нанотехнологии крайне дороги: вложения только в один проект могут составлять десятки миллионов долларов, а то и вообще "уходить в бездонный колодец". Это покупка дорогостоющего оборудования и расходных материалов, оплата консультации какого-нибудь "ученого–мозга". Есть люди, которые не верят нанореволюции, весьма скептически относятся к нанотехнологиям. От имени скептиков сегодня вещает Жидринова Виктория, которая убеждена, что никаких нанотехнологий пока нет и не предвидится.

Скептик. С тех пор как человек впервые сумел расположить атомы вещества в произвольном порядке прошло 17 лет. В наноразработки вложены миллиарды, к поиску привлечены десятки тысяч ученых. Но похвастаться пока нечем - только проекты и теоретические модели.

Один из российских химиков, работавший в США, придумал даже термин - «нано-пурга». Так он назвал способ заколачивания миллиардов на мифических нанотехнологиях, в чем преуспели некоторые его американские коллеги.

Всем памятен громкий скандал в США, связанный с публикациями о создании транзистора на базе одной молекулы. Эти публикации взвинтили стоимость акций научных компаний. Но потом оказалось, что это был просто научный подлог. Курсы акций научных компаний резко упали. Их «нагрели» примерно на 100 млрд. долларов! Данная сумма подозрительно близка к бюджету расходов правительства США на иракскую кампанию, начатую всего три месяца спустя после обрушения надежд на скорое наступление эры нанотехнологий.

По мнению многих серьезных ученых, нанотехнологии сегодня дают чисто маркетинговый эффект. А сама приставка «нано» становится раскрученным брендом для товаров и изделий, которых не имеет никакого отношения к нанотехнологиям. «Нанопродукты», «наноткани» – это просто яркая упаковка, модное словечко, на которое «клюет» неискушенный покупатель.

Выделение значительных средств для поддержки науки в России есть замечательная положительная тенденция. Однако у молодого поколения, которое только начинает свой путь в науку, может создаться впечатление, что нанотехнология есть реальная, быстро прогрессирующая область человеческой деятельности, включающая науку и технологию. К сожалению, это не так.

Нанотехнологий, как и драконов, не существует. "Нанотехнология" есть блестящая, просто гениальная операция по выкачиванию денег из федеральных бюджетов многих стран. Весьма и весьма положительное явление, потому что деньги в большинстве своем идут на финасирование научных исследований.

Ведущий.

В России, под вывеской нанотехнологий будут развиваться вполне «традиционные» науки: микроэлектроника, микробиология, молекулярная биология, органическая химия. Результаты этих направлений будут выдаваться за успех «нанотехнологий».

Вообще, до нанотехнологий Россия пока не доросла. Лауреат нобелевской премии Жорес Алферов недавно сказал, что сегодня мы не смогли бы сделать атомную бомбу – очень мало современных станков, почти не осталось квалифицированных рабочих. Не хватает инженеров, конструкторов, ученых. Что можно сделать уже сегодня? Кто может опровергнуть или привести дополнительные доводы в защиту нанотехнологий. Предлагаю обсудить эти вопросы с участником ток шоу

Клименко Александром. Александр, обучающийся 11 класса, перед которым стоит выбор завтрашнего дня и боязнь неизвестности.

Выпускник. Суть нанотехнологий для меня довольно туманна и достаточно трудно оценить достоверность прогнозов нанореволюции, но с чем нельзя не согласиться – это с тем, что образование становиться необходимым элементом существования человека. И уже сегодня выбирая свою будущую профессию, придется делать выбор с учетом нанотехнологических реалий. Мне кажется, что самыми популярными станут такие профессии, как «программист нанороботов» и «конструктор молекулярных компьютеров», а так же профессии, связанные с нанобезопасностью и защитой от наноагрессии». Для этих технологий требуется высокий уровень сознания, нравственности, которыми современный человек похвастаться не может. Много различных знаний дает школа, но мы, современная молодежь, не до конца понимаем, что многое зависит только от нас самих. Нужно приложить максимум усилий для получения образования и воспитания. Хорошее образование – вот тот капитал, который мы можем инвестировать в свое будущее и в будущее нашей страны.

Ведущий.

Ты прав. Установлена прямая зависимость между экономическим ростом страны и коэффициентом образования населения: чем ниже коэффициент образования населения, тем беднее страна. Пока Россия хронически отстает от развитых стран. Ликвидировать отставание помогут новые, суперсовременные «прорывные технологии», но они недостижимы без повышения уровня образования. Достаточно ли специалистов в области нанотехнологии? Спросим у выпускника 2011 года студента 4 курса ЮЗГУ естественно-научного факультета Гранкина Николая.

Ведущий.

А теперь мнение зрителей ток-шоу. Ваш профессиональный выбор в свете нанореволюции.

Примерные ответы:

– Даже в наномире дважды два – четыре. И кто-то должен этому научить. Так что учителя нужны будут всегда.

– Журналисты будут очень востребованы. Будет много научных сенсаций.

– Роботы роботами, а врачи все равно понадобятся.

– Инженер это профессия на все времена.

– Строителям тоже хватит работы.

– Специалисты по сборке и ремонту компьютеров – профессия на все

времена.

– Писатели-фантасты и сказочники, чтобы помогать учеными выбивать деньги на науку.

– Все профессии сохранятся, ничего не изменится, никакой нанореволюции не будет.

Ведущий.

До 2015 года Россия планирует вложить около 250 млрд. рублей на развитие наноиндустрии. А значит, понадобятся и новые кадры, новые специалисты. Это задача для новых поколений Россиян, для нас с вами. Поэтому, тема сегодняшнего ток-шоу касается каждого человека. Очень хорошо, что сегодня у нас не было равнодушных. Что дал вам сегодняшний разговор – информацию к сведению, к размышлению или может быть вы, увидели возможность применения своих знаний в будущем? Вы должны решить сами. Наше ток-шоу подошло к концу, благодарю все его участников.