6.3. Проблемы окружающей среды и энергетики
Нанотехнология в перспективе может существенно повлиять на развитие методов получения, аккумулирования и эффективного использования энергии. Наноустройства могут также использоваться для контроля над состоянием окружающей среды, нахождения источников загрязнения и развития экологически чистых производственных процессов с минимальным выбросом вредных отходов. Внедрение нанотехнологии должно привести к улучшению методов управления производством и заметному снижению энергопотребления. Фактически, в некоторых производствах наноструктуры уже используются, но их применение сдерживается недостаточным развитием аналитических методик, пригодных для работы в нанометровом масштабе. В качестве примера можно указать следующие промышленные процессы, непосредственно связанные с нанотехнологиями и на-номатериалами:
• В химической промышленности была осуществлена широкомасштабная и долгосрочная программа по использованию кристаллических материалов в качестве носителей для катализаторов. Такие катализаторы с заданным размером пор (порядка 1 нм) широко применяются в настоящее время, и годовой оборот этой отрасли промышленности превышает 30 млрд. долл.
• Фирма «Мобил Ойл» разработала новый нанопористый материал МСМ-4 (с размером пор от 10 до 100 нм) и широко использует его для отделения мелкодисперсных загрязняющих агентов.
• Некоторые химические компании разработали армированные наночастицами полимерные материалы для замены металлических элементов автомобильных конструкций. Более широкое применение таких нанокомпозитных материалов приведет к снижению потребления бензина в масштабах всей страны на 1,5 млрд. л и одновременному уменьшению выбросов двуокиси углерода на более чем 5 млрд. кг в год.
• Использование наночастиц вместо сажи как компонентов автомобильных шин и некоторых полимерных материалов позволит организовать экологически более чистое производство.
В будущем наноструктурные материалы будут применяться для переработки отходов промышленности и ядерной энергетики.
6.4. Развитие наук о жизни, медицина, биология
Получены данные о том, что применение наноустройств и наноструктурных поверхностей может на порядок повысить эффективность анализа в столь трудоемкой области биологии, как расшифровка генетического кода. Развитие методов определения индивидуальных генетических особенностей может привести к революции в диагностике и лечении болезней. Помимо оптимизации назначения лекарственных препаратов, нанотехнология позволит разработать новые методы доставки лекарств к больным органам, а также значительно увеличить степень их лечебного воздействия.
Достижения нанотехнологий могут быть использованы в исследованиях по клеточной биологии и патологии. Развитие новых аналитических методик, пригодных для работы в нанометровом масштабе, значительно повысит эффективность исследований химических и механических свойств клеток (включая деление и движение), а также позволит измерять характеристики отдельных молекул. Эти новые методики станут существенным дополнением методик, связанных с исследованием функционирования живых организмов. Кроме того, регулируемое создание наноструктур должно привести к созданию новых биосовместимых материалов с повышенными характеристиками. Молекулярные составляющие биологических систем (белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и их биологические аналоги) являются примерами материалов, чья структура и свойства определяются в наномасштабе. Многие природные наноструктуры и наносистемы образуются при помощи биологических методов самосборки. Искусственные неорганические и органические наноматериалы могут вводиться в клетки, использоваться для диагностики (например, с помощью создания визуализируемых квантовых «точек») и применяться в качестве их активных компонентов.
Повышение объема памяти и быстродействия ЭВМ с помощью нанотехнологий позволит перейти к моделированию макромолекулярных сеток в реальном окружении. Такие расчеты чрезвычайно важны для разработки биосовместимых трансплантантов и новых типов лекарств. Перечислим некоторые перспективные применения нанотехнологий в биологии.
- быстрая и эффективная расшифровка генетических кодов, что представляет интерес для диагностики и лечения;
—эффективное и более дешевое медицинское обслуживание с использованием дистанционного управления и устройств, работающих внутри живых организмов;
—новые методы введения и распределения лекарств в организме, что имело бы большое значение для повышения эффективности лечения (например, доставка препаратов к определенным местам в организме);
—разработка более стойких и не отторгаемых организмом искусственных тканей и органов;
—разработка сенсорных систем, которые могли бы сигнализировать о возникновении болезней внутри организма, что позволило бы врачам заниматься не столько лечением, сколько диагностикой и предупреждением заболеваний.
6.5. Сельское хозяйство
Население Земли на настоящее время уже превысило 6 миллиардов человек и неуклонно продолжает увеличиваться, что обостряет проблему обеспечения населения продовольствием. Обеспечение стабильного уровня производства продуктов питания требует увеличения площади посевов и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Речь идет о вовлечении в сельхозоборот непригодных для сельского хозяйства земель и о повышении эффективности уже используемых. Развитие нанотехнологии позволяет создать новые возможности для решения этих проблем.
Прежде всего следует отметить потенциал генных технологий. Генная модификация позволит повысить урожайность сельскохозяйственных культур, сделать их более устойчивыми к сорнякам и вредителям, существенно поднять питательную ценность выращиваемых продуктов. Крупномасштабные проекты генной модификации продуктов питания уже осуществляются во многих странах.
6.6. Авиация и космонавтика
Развитие космической техники сдерживается высокой стоимостью вывода грузов на орбиту, особенно для полетов на большие расстояния (например, за пределы Солнечной системы). Эти сложности стимулируют поиски новых методов снижения размеров и массы космических аппаратов, а также повышения эффективности систем запуска. Многие из возникающих при этом проблем могут быть решены при использовании наноструктурных материалов и устройств. В частности, такие материалы могут быть особенно полезны при изготовлении легких, прочных и термостойких деталей самолетов, ракет, космических станций и исследовательских зондов для дальних космических полетов. Более того, возможно, в условиях космического пространства (отсутствие гравитации, высокий вакуум) удастся организовать исследования или даже производство таких наноструктур и нано-систем, которые нельзя получить на Земле. Область возможных применений нанотехнологии в авиации и космической технике очень широка, наиболее перспективными представляются следующие направления:
—разработка высококачественной и стойкой к воздействию радиации вычислительной техники с низким энергопотреблением;
—создание наноаппаратуры для миниатюрных космических аппаратов;
—разработка нанодатчиков и наноэлектронных устройств для авиационной техники;
создание термоизоляционных и износостойких покрытий на основе наноструктурных материалов.
6.7. Изменения в системе образования и подготовки научных кадров
XXl век ознаменовал появление новой реальности в производстве, информационном мире, науке, социальной сфере. Пост-индустриальные страны переживают бурно развивающийся процесс глобализации (науки, рынка индустриальных и образовательных услуг, рынка специалистов). Нанореволюция означает резкое уменьшение потребности в неквалифицированных видах труда. В связи с междисциплинарным характером наноотраслей и необходимостью постоянно отслеживать быстро меняющиеся потребности общества в трудовых ресурсах - перед социумами возникает потребность в новой системе (лучше сказать индустрии) образования. Образование в XXl веке должно быть непрерывным и продолжаться в течение всего периода активной жизни человека. Образование должно быть общедоступным, не зависеть от местоположения обучающегося, реализовываться на его родном языке. Новая парадигма образования ставит на первое место не содержательную часть (content) знаний (эта часть быстро устаревает и нуждается в постоянном обновлении), а технологию получения знаний. Эта технология, реализуемая в постиндустриальных странах, получила название E – learning (Electronic learning). В вузовских кругах России для обозначения сходных понятий используются также термины «открытое образование, дистанционное, Интернет – образование и т. д.)
Таким образом, поскольку «Многознание не ведёт к развитию ума» (Сократ), целью образования становится выработка у обучающегося адаптивного к НТР-3 системного междисциплинарного мышления. В рамках этой парадигмы передовые страны стремительно продвигаются к созданию зарабатывающих экспортно-ориентированных сквозных (разумеется, платных) систем образования. Отсутствие границ и разницы между очным, дистанционным заочным, вечерним и т. п. видами обучения делают E-learning всеобщим.
Разработка общих стандартов E-learning имеет общую стратегическая цель–создание единой образовательной системы и получила наивысшие статусы в странах ЕС и США. Основу американской образовательной политики составляет Национальная Программа Power Internet Learning, имеющая в этой стране высший приоритет.
В настоящее время внутренний рынок образования США оценивается ежегодным оборотом в 48 млрд. $, а рост индустрии E - learning в этой стране составляет 200% / год.
В мировом экспорте образовательных услуг доля США составляет 35%. Доли остальных стран составляют:
Великобритании 18%,
Германии 14 %,
Франции 12%,
Японии 2%,
Доли прочих стран (Италии, Испании, Австралии, Н-Зеландии, Кореи, Малайзии, Сингапура, Тайваня, Израиля и др.) в сумме составляют 19%. Все перечисленные выше страны интегрируются в E-learning. Доля России и стран СНГ практически нулевая, что является одной из основных причин оттока научных кадров и выпускников вузов за рубеж.
Интересна оценка эффективности E-learning. По данным рабочей группы IMS:
Стоимость обучения снижается на 30-40%;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
