Нанотехнологии являются на сегодняшний день самой быстро развивающейся и успешной областью науки и производства. Они настолько прочно вошли в нашу жизнь, что мы уже не можем «спокойно» работать, если под рукой нет компьютера или мобильного телефона, не можем отдыхать на море, если забыли дома крем от загара. А как бы мы смотрели телевизор, если б не нанотехнологии? И уж, наверное, мы задохнулись бы от автомобильных выхлопов, если в каждом авто не стояла бы специальная система дожига выхлопных газов. Примеров повседневного применения нанотехнологий огромное множество. Однако человека всегда интересовало будущее потому, что настоящее является уже чем-то обыденным и «неинтересным».
Перед тем, как задуматься, что же всё-таки будет с нами лет через 20 лет, давайте определимся с самим понятием «нанотехнологии». На мой взгляд, одно из лучших определений, видимо, следующее: нанотехнологии – область современной науки, которая занимается исследованием свойств материалов, находящихся в наноразмерном состоянии (т.е. состоянии достаточном для проявления каких-либо иных по сравнению с объёмным материалом свойств). Целью данной области науки является изучение и внедрение в производство некоторых технологий и процессов. Таким образом, нанотехнологии «работают» с очень малыми объектами, которые обладают очень интересными и полезными свойствами.
Основное достижение нанотехнологий будет заключаться в создании более миниатюрных вычислительных устройств и повсеместном их внедрении (производство, медицина, бытовое применение и т.д.), а так же в разработке энергосберегающих технологий и альтернативных видов топлива. Давайте теперь перенесёмся на 20 лет вперёд и попытаемся понять, как нанотехнологии смогут изменить нашу жизнь.
Очень фантастической (но очень желательной, особенно для студентов) кажется идея вживления специальных чипов в головной мозг для уменьшения времени обучения различным наукам и повышения производительности труда. Однако эта идея до сих пор не теряет своей актуальности. Пока мы действительно слишком мало знаем о том, как реально работает наша нервная система и, в частности, наш головной мозг. Но, вероятно, ситуация координально изменится уже через 15-20 лет, потому что постоянная разработка новых методов исследования и моделирования мозговых процессов смогут воплотить мечту фантастов в жизнь, а мы постепенно будем становиться всё более похожими на «киборгов».
Более реальная задача заключается в том, что при рождении каждому человеку будет вживляться небольшой микрочип, в котором будут заложены все основные данные о нём, и который будет постоянно следить за состоянием организма, а в случае опасности извещать владельца. К примеру, на таком чипе можно разместить информацию о группе крови, предрасположенности к каким-либо заболеваниям, аллергических реакциях на лекарства, ДНК-карту и многое-многое другое. Также возможно, что на этом чипе можно будет хранить паспортные данные, электронные документы, а встроенный приёмник поможет точно определять местоположение человека (тогда родители всегда будут знать, где их ребёнок, а заботливые дети смогут без труда найти своего престарелого дедушку, если он не сможет найти дорогу домой). Это будет достаточно сложной задачей, так как, во-первых, необходимо создать законодательство и систему защиты, предотвращающую хищение и использование в корыстных целях этой информации, во-вторых, создание «сервис»-центров, где бы можно было проводить замену чипов и обновление данных на чипе, и в-третьих, создание производств выпускающих данную продукцию. В США уже есть прецедент людей с вживленными чипами, правда, это чип лишь указывает местоположение человека, однако дальнейшее усовершенствование технологий позволит создавать не только передатчики миниатюрных размеров, но и целые вычислительные комплексы на достаточно маленькой пластинке, которую можно будет вживить в организм, не причиняя какого-либо ущерба.
Медицина сделает огромный шаг вперёд. Благодаря внедрению нанотехнологий, лазеров и «умных» поверхностей, станет возможным проводить в максимально короткие сроки диагностику и лечение большинства болезней. Представьте, вас привозят в больницу, считывают данные с вашего чипа, на котором есть и данные о медицинском страховании, и через несколько часов у вас уже есть новая почка, или печень, или часть кишечника, ведь при рождении у вас забрали часть стволовых клеток и теперь с помощью достижений генной инженерии вам вырастили новый орган в замен повреждённого. Сейчас такое невозможно из-за несовершенства технологий, но в будущем может стать вполне реальным.
Такая болезнь, как рак, может быть побеждена раз и навсегда. Чип, который, пожалуй, будет представлять собой целую лабораторию с огромным количеством сверхчувствительных сенсоров, позволит детектировать продукты жизнедеятельности раковых клеток в крови на самой ранней стадии развития рака. Своевременное вмешательство и помощь иммунной системе в борьбе с раковыми клетками помогли бы остановить эту болезнь в «зародышевом» состоянии. Использование нанотехнологий для векторной доставки лекарственных средств вытеснит химиотерапию и, возможно, частично заменит обычные лекарственные препараты, потому что физиологическое воздействие препарата можно увеличить многократно при снижении дозы вводимого вещества. Например, "пропитав" им дендример, который представляет собой полимер с разветвлённой структурой, внутри которого можно «укрывать» лекарственные препараты от воздействия иммунной системы человека.
Вместе с различного рода имплантантами, стентами и другими инородными для организма телами можно будет вводить лекарственные препараты, снимающие отёки и способствующие скорейшему заживлению травм. Возможность создания пористых композитных материалов с прочностными характеристиками, превышающими достигнутые на сегодняшний день, позволит «пропитывать» их молекулами лекарственных препаратов и в течение длительного времени сохранять их воздействие на организм пациента.
Такое понятие, как перелом руки или ноги, просто уйдёт в прошлое, потому что специальные костные имплантаты позволят человеку буквально через пару дней вернутся к своему обычному ритму жизни. Хирурги «соберут» буквально за пару часов вашу кость. Сверхточные приборы, чувствительные сенсоры и датчики позволят обнаружить самые мельчайшие части кости и скрепить всех их вместе специальной пастой, состав и микроструктура имплантанта после этого будет полностью идентичны тому составу и структуре, которые вырабатывает сам организм. Эти материалы сегодня проходят клинические испытания, и через 10-15 лет могут начать широко применяться в повседневной медицинской практике.
...Хотя навряд ли вы когда-нибудь в будущем попадёте в аварию. Установленные в машинах сверхчувствительные датчики и сенсоры не позволят вам сесть за руль, если вы выпили, приняли наркотики (кстати, что будет проблематично, так как чип внутри вас тут же определит их содержание в крови и отправит информацию в соответствующие органы) или слишком сильно взволнованы. Инфракрасные датчики спереди и сзади машины будут контролировать ваше поведение на дороге и дистанцию до соседних автомобилей и в случае, если существует опасность столкновения, автомобиль сам уменьшит скорость. Постоянная связь центрального компьютера автомобиля с датчиками на дороге станет залогом безопасности не только вашей, но всех окружающих. Кроме того, автомобиль будет не только безопасен, но и экологичен, о чем сейчас можно только мечтать.
Переход к водородной энергетике – одна из основных задач практически любой высокоразвитой, сильной в экономическом плане страны и нации, так как запасы нефти и газа постепенно истощаются. И нанотехнологии сыграют в этой области решающую роль. Производство водорода, как альтернативного топлива, возрастёт многократно. Применение нанотехнологий в данной отрасли народного хозяйства позволит вырабатывать высокочистый водород, безопасно его транспортировать и хранить. Сейчас в этом направлении ведутся активные исследования, результатами которых стало увеличение ёмкости материалов для хранения водорода на порядок, вплоть до 7 весовых процентов на килограмм материала. Стоит отметить, что в США финансирование из госбюджета разработок, связанных с водородной энергетикой возможно при превышении порога в 8%. Сеть водородозаправочных станций к 2025 году только начнёт формироваться, однако именно к 2020-м годам будет сделан заключительный шаг к переходу к водородной энергетике. Бензиновые автомобили постепенно будут становиться таким же раритетом по сравнению с водородными, как когда-то паровые машины – с бензиновыми. К 2025 году около 10 % автомобилей будут ездить на водороде, и их количество будет постоянно возрастать. Топливные элементы войдут в повседневную жизнь.
Развитие материалов с памятью формы практически навсегда избавит нас от необходимости платить большие деньги за ремонт автомобиля или какой-либо другой техники, если мы вдруг случайно повредили её. Нам стоит лишь слегка нагреть или охладить нужную деталь, и она примет исходную форму. Самозалечивающиеся материалы – новый класс конструкционных материалов, в котором есть небольшие «капсулы» с жидким полимером, затвердевание которого в трещинах обеспечивается присутствием небольшого количества катализатора. Трещина, пройдя сквозь такую капсулу, заставит полимер застыть в самом опасном месте – начале трещины, т.е. концентраторе напряжений. Это наиболее существенно для таких видов транспорта, как самолёты и поезда, где возникновение трещины и «прострел» её в какой-либо несущей конструкции может привести к трагедии.
Для приятно проведения досуга можно будет использовать гибкие дисплеи и буквально погружаться в любимый фильм или телепередачу. Разработка новых образовательных программ и фильмов позволит путешествовать по миру в виртуальной реальности. Представьте себе комнату, стены которой покрыты сверхтонкими панелями гибких дисплеев. Ученики в классе, погружаясь в эту виртуальную реальность, могут вместе с учителем заглянуть в самые потаённые уголки Вселенной или человека, узнать как живут звёзды, какие процессы в них происходят, как образуются вихри на их поверхности, изучить как молекулы ДНК образуют хромосомы, как они делятся, как работают белки в организме каждого из нас. И двери в этот удивительный мир всем, кто хочет его познать, откроет симбиоз нано- и информационных технологий.
Уборка в доме станет ещё легче, а поддержание чистоты ещё более простой задачей для домохозяек. Нанопористые фильтры «впитают» в себя всю грязь и пыль улицы. Новые чистящие средства помогут без труда удалить даже самые стойкие пятна, а создание одежды с самоочищающейся поверхностью позволит вообще забыть о стирке одежды. Продающаяся одежда будет походить больше на костюм супергероя или Джеймса Бонда, так как она будет напичкана электроникой не хуже, чем современные ноутбуки. Эта миниатюрная и гибкая электроника будет постоянно следить за ваши организмом, в ней будут заложены все мультимедийные функции.
Однако среди всего этого многообразия применения нанотехнологий стоит выделить строительство. Население планеты всё быстрее и быстрее растёт, в том числе и в России, поэтому необходимы новые дома, магазины, больницы, школы и т.д. К 2025 году в строительстве будут внедрены новые марки бетона, содержащие специальные наночастицы, способствующие быстрому затвердеванию и повышающие прочностные характеристики цементного камня. В качестве армирующих компонентов будут использоваться не стальные прутья, а пучки углеродных нанотрубок, что значительно снизит как таковой вес зданий {Хм... - Прим. ред.}. Это, в свою очередь, приведёт к небывалым масштабам высотного строительства даже на тех грунтах, которые на сегодняшний день являются не пригодными для этого, и повысит их эксплуатационные характеристики.
Каждый новый дом превратится в огромную солнечную батарею. В конечном итоге, мы просто забудем о том, что такое плата за электроэнергию, ведь она будет производиться прямо у нас на балконе в достаточном количестве днём и запасаться в специальных аккумулирующих устройствах, созданных с помощью нанотехнологий с высокой ёмкостью и малыми габаритами. Самоочищающиеся поверхности лакокрасочных изделий станут нормой жизни. А высокопрочные пластики станут основой декорирования нашего дома.
На вредных производствах будут установлены наноструктурированные фильтры, которые задержат максимально количество вредных веществ и не допустят их попадания в окружающую среду. Экологическая обстановка резко улучшится даже в тех промышленных центрах, которые прежде считались зонами с неблагоприятной экологической обстановкой.
Развитие нанотехнологий и повсеместное внедрение их как в повседневную жизнь, так и в промышленное производство позволит человечеству в целом шагнуть на ещё одну ступеньку эволюции. Эра интенсивного развития информационных технологий постепенно проходит, оставляя после себя огромный потенциал дальнейшего развития для нанотехнологий и наноиндустрии, которые должны стать логическим продолжением в цепочке великих изобретений человечества, начиная от паровой машины и заканчивая суперкомпьютерами, исследованиями тончайшей структуры вещества и элементарных частиц.
{Реалистически настроенная часть редакции не вполне разделяет данное утопическое мнение - прим. ред.}
