«Принеси то, не знаю что»: стадия алхимии

То, что проекту отечественного нанотеха быть, это ясно без всяких колебаний. Однако выполнение этого решения представляет очень сложную задачу, требующую сверхусилий от руководителей, исследователей, представителей промышленности и оборонного комплекса.

Первое серьезное усилие состоит в том, чтобы понять: что такое нанотехнология? Куда и как надо вкладывать деньги и на каких направлениях вести организационную работу? Ведь пока здесь полный туман неопределенности.

Дело в том, что нанотехнология, повторяя развитие химии, сегодня находится явно на донаучной, алхимической стадии. Приверженцы нанотеха сейчас говорят о его предельном развитии: создании сверхмалых нанороботов-сборщиков. Они должны собирать из атомов нужные изделия прямо из исходного сырья, сделав ненужной промышленность нынешнего типа. С другой стороны, нанороботы должны вводиться в человеческий организм, побеждая болезни, «ремонтируя» клетки нашего тела и тем самым продлевая нашу активную и здоровую жизнь на десятки лет. А то и дольше. А попутно технологии операций на уровне атомов должны дать материалы невиданной легкости и прочности, сверхъемкие аккумуляторы, компьютеры, различимые лишь в сильный микроскоп и т. д.

Все это очень сильно напоминает предшественницу химической науки – алхимию. Она развивалась со II до XVII века. Алхимики ставили целью получить эликсир жизни, дарующий бессмертие (из этого направления и выросла органическая химия), и философский камень, позволяющий превращать свинец в золото (развитие этого направления привело к неорганической химии). Сравните это с нынешними грезами нанотехнологов о производстве вещей из песка и воды и о продлении жизни человека с помощью крохотных нанороботов в крови. Алхимия была связана с мистикой, магией, большими деньгами, неоправданными надеждами и обилием шарлатанов. Они тоже говорили: «Дайте нам побольше денег и мы создадим вам и камень для превращения свинца в золото, и продлим вашу жизнь до тысячи лет». Этим грешил даже великий Парацельс. И только Роберт Бойль (1627–1691) создал химию как науку, введя в нее понятие элемента и количественные соотношения (число). Мистические задачи химии сменились реальными.

Следующий этап начался с появлением развитых математических моделей, с создания вычислительной химии (в 1998 году Нобелевская премия по химии впервые была присуждена математикам). Сейчас проектирование лекарств, выявление действующих субстанций во многих случаях неотделимо от сложных квантово-механических расчетов, требующих математических моделей, программных комплексов и суперкомпьютеров.

На наш взгляд, нанотехнологии во многом переживают ныне стадию алхимии. Не осознаны задачи нанотехнологии как области знания. Кроме того, отсутствуют многие необходимые математические модели и понимание ряда важнейших процессов.

Итак, давайте поймем и договоримся: чем мы будем заниматься? Сегодня головным по нанотехнологиям стал неакадемический РНЦ «Курчатовский институт» (Институт ядерных исследований). Но ведь нанотех – не только ядерная физика. Не меньшее право называться нанотехнологами имеют и те, кто работает с веществом на атомном уровне: генные инженеры и биотехнологи. Или исследователи из области микроэлектроники, умеющие располагать один миллиард элементов микросхемы на одном кристалле. В наноэлектронике речь пойдет уже о сотне миллиардов элементов на один кристалл. Однако тут понадобятся специалисты, имеющие дело по крайней мере с миллионами. Со специалистами в области искусственного интеллекта.

Но наноэлектроника уже сравнима по количеству элементов с головным мозгом человека – стало быть, тут нужны и специалисты по центральной нервной системе. А еще и те, кто занимается технологиями мелкодисперсных порошков, где те или иные вещества дробятся до размеров наночастиц и обретают новые свойства. Но почему-то эти исследователи оказались в стороне от российского нанотехпроекта. Определив приоритеты, мы сможем подключить к проекту фундаментальную науку и создать то, без чего немыслим серьезный проект, – математические модели.

Значит, помимо всех названных исследователей, нужно привлекать к делу и математиков, и исследователей поведения сложных, «непредсказуемых» систем из многих хаотических элементов. Проблема развития нанотеха поэтому носит ярко выраженный междисциплинарный характер.

Главная надежда нанотехнологий связана с тем, что удастся двигаться не «сверху вниз», а «снизу вверх». То есть не строить машины, которые будут строить еще меньшие машины, а те – еще меньшие и так далее, а выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты из атомов. Главная мечта нанотехнологов – нанотехнологически собирать готовые изделия: хоть ракетные двигатели, хоть готовые ботинки. Но для всего этого требуются три ключа:

1. Нужно организовать процессы так, чтобы наноструктуры собирались сами, образуя то, чего бы нам хотелось. Другими словами, это процессы самоорганизации, самоформированияисамосборки.

2.Решение многих проблем нанотехнологий требует совместной деятельности физиков, химиков, математиков, биологов – общего языка, понятий и моделей –междисциплинарного подхода.Кроме того, именно широкий междисциплинарный взгляд дает понимание того, чего в принципе возможно и хотелось бы достичь и – главное – чего хотелось бы избежать. Здесь первостепенное значение приобретаетпроектирование будущего,в котором технологические, экономические, политические, военные и социальные проблемы оказываются значительно более взаимосвязаны, чем ныне. Это обусловлено совершенно новыми технологическими возможностями.

3. В самом деле, чтобы нанотехнологии не остались научной фантастикой, они должны найти свое место в экономике, включиться в существующие экономические циклы или создать новые. Это требует активного мониторинга и сопровожденияна всех этапах – от лаборатории до рынка. Этокачественно новый уровень управления,позволяющий решать организационно-экономические проблемы невиданного уровня сложности. Представьте себе, что новые отрасли экономики будут рождаться не раз в несколько десятилетий, а раз в несколько лет.

В настоящее время активно развивается теория самоорганизации,илисинергетика.В ней получены важные и значимые результаты, построены интересные модели. Однако все это относится к макромасштабу. Механизмы самоорганизации на наномасштабах только начали изучаться. Чтобы состоялись нанотехнологии, опережающими темпами должна развиваться нанонаука.

Приведем один пример. Наноструктуры позволяют создавать покрытия с невиданными свойствами. Они в принципе дают возможность идеально маскировать объекты, делать их невидимыми (технология «эльфийского плаща»). В основе этих работ лежат метаматериалы,существование которых было предсказано Виктором Георгиевичем Веселаго в 1967 году. Эта работа нобелевского уровня не была замечена и оценена по достоинству целых 40 лет. Но сейчас именно она определяет развитие большой области нанофизики. Как видите, в основе лежит фундаментальное исследование, давшее плоды через десятки лет.

Однако для того, чтобы проектировать наноматериалы, требуются уникальные компьютерные расчеты. Например, в ИПМ имени Келдыша рассчитывалось распространение волны в фотонном кристалле. Для этого потребовалось создание новых моделей, принципиально новых алгоритмов и расчетов на многопроцессорных комплексах. Насколько нам известно, в других организациях и странах мира так считать пока не умеют.

В ИПМ ведутся работы, связанные с нанотехнологиями. Они имеют принципиальное значение для нанонауки и нанотехнологии. Среди них:

1) системы математических моделей нанопроцессов;

2) компьютерные расчеты на кластерах и суперЭВМ;

3) подготовка специалистов для этих задач (бакалавры и магистры по специализации «Вычислительная физика и нанотехнологии»).

Таким образом, создание внятной программы развития нанотеха начинается с более или менее определенного круга исследований и работ. С создания междисциплинарного «пула» исследователей и экспертов. Тогда будет ясно, куда вкладывать деньги и на что рассчитывать. При этом избегая дублирования работ, «изобретения велосипедов» и сильно ускоряя движение вперед.

Сделано это в РФ? Нет! А деньги уже вкладываются, и немалые – почти полмиллиарда долларов в год. Подо что? Под «найти то, не знаю что». Но это риск для банального разворовывания денег! За бортом остались многие коллективы и научные центры по всей стране, которые имеют реальные достижения в нанотехе, пусть и на уровне «алхимии».

Например, в Ярославском государственном университете есть сильная нанотехнологическая команда Александра Рудого, к 2007 году сумевшая добиться впечатляющих результатов. Например, она создала полевой транзистор с поперечным легированием канала. Разработала сверхтонкие палладиевые мембраны для водородной энергетики и кремниевые солнечные батареи с улучшенными характеристиками. Выдала на-гора наноструктурированные стекла для медицины. И это – на грошовом финансировании! Однако нанотехнологи ЯрГУ не привлекались к работе по созданию «Роснанотеха». Никто их мнений и предложений не спрашивал. Есть и другие команды в ряде институтов РАН с нанодостижениями – в Саратове, Томске, Красноярске, Перми. И они оказались выключенными из процесса. Более того, в самой Москве есть институты в области военной электроники, которые принимали участие в разработке советской программы наноэлектронного прорыва (программа начала разрабатываться в 1984-м, была принята в 1989-м и погибла в 1991-м). Их опыт и потенциал также остался невостребованным. А попытки участвовать в проекте на стадии формирования оного пока отбиты.

Поэтому проект уже сейчас вызывает огромное недоверие в научной среде. Слишком многие уверены в том, что все делается для простого «пиления» бюджетных денег.

Давайте посмотрим для сравнения, как нанотехнологии развивают у нашего главного противника – в Соединенных Штатах. С чего они начали?

Они поняли, что к цели можно идти не только от простейших структур, от уровня атомов к созданию сложных объектов, но можно двигаться иначе: вначале разобраться с организацией сложных систем. Понять, что же мы хотим сконструировать и на каких принципах, и потом для этого искать адекватный строительный материал на наноуровне. В США междисциплинарный комплекс исследований, связанных с таким подходом, называется «NanoBiolnfoCognito». То есть американцы с самого начала поняли, что нанотех теснейшим образом связан с генно-инженерными (биологическими), информационными и когнитивными технологиями (технологиями познания). На этом стыке рождаются новые направления в прикладной математике, дающие принципиально новые возможности. Обычно их называют биовычислениями, или нейронаукой. Это интереснейшие и важнейшие направления, которыми в Институте прикладной математики (да и в России в целом) занимаются, увы, лишь отдельные энтузиасты.

В 2000 году американцы выпустили «белую книгу» по нанотехнологиям, где честно признали: первых плодов работы нужно ждать минимум через десятилетие. Зато они скрупулезно собрали информацию о том, что в стране уже сделано в области нанотеха, какие ученые (с указанием их координат) работают по теме и каких они добились успехов. То есть было сформировано экспертное сообщество.

Ничего подобного в РФ при организации «Роснанотеха» не сделано! Получилось, что многие исследователи, реально добившиеся первых успехов, остались «за бортом». Их как бы нет.

То, что делают с нанотехнологическим проектом в РФ 2000-х годов, сильно смахивает на события тридцатилетней давности, когда СССР решил рывком наверстать отставание от Запада в суперкомпьютерах. Можно было поступить по-сталински: найти людей, показавших реальные достижения в компьютеростроении, и выдвинуть их наверх. Так, чтобы вокруг них сплотились новые силы. Но поступили, к сожалению, иначе: сначала открыли Отделение информатики АН СССР, создали высокооплачиваемые должности и многочисленные штаты, назначили «гениев» и «светил», раздали регалии и только потом стали заниматься компьютерами. В итоге отставания так и не преодолели. Теперь брежневщина повторяется и в нанотехе четверть века спустя.

И это неудивительно. Нынешняя «элита» пятидесятилетних формировалась в теплом застойном болоте брежневщины. Немудрено, что она копирует милые сердцу «напевы».

Неудивительно, что деньги загоняются исключительно в «Курчатник». Ведь возглавляет его Михаил Ковальчук, член сложившегося клана Ковальчуков. Его брат – крупный банкир, весьма близкий к Телу. Ну, к Самому. Смекаете?

Естественно, при Сталине такие нити и связи стали бы объектом пристального внимания со стороны НКВД.

Не определена область работ. Не создано научное междисциплинарное сообщество, а уже спешно испекается государственная суперкорпорация с обильнейшим финансированием. С правом тратить 10 процентов своего огромного бюджета на управленческие расходы. С обязательством вкладывать всю прибыль в развитие нанотеха (который пока неизвестно что). По сути, корпорация никому неподотчетная, кроме как президенту и правительству. Но справятся ли они с контролем над такой сложнейшей областью? В наблюдательном совете «Роснанотеха» будут семь чиновников и семь неизвестных пока «представителей науки и бизнеса».

Пока что все это создает почти тепличные условия для обычного «освоения» огромных бюджетных средств. Тем более что критериев успешности работы «Роснанотеха» нет! Они с самого начала не определены.