Риски и возможности нанотехнологий. Профессор Малинецкий Г.Г. Институт прикладной математики им.М.В.Келдыша РАН Тел: Клуб инновационного развития РАН Сайты: nonlin.ru spkurdyumov.narod.ru Институт философии РАН

2 Нанотехнологическая программа России Евгений Велихов Михаил Ковальчук Анатолий Чубайс Цель России – занять к 2015 году 3% мирового рынка высокотехнологичной продукции За 8 лет будет потрачено 106,4 млрд. руб. бюджетных денег (20 млрд. в 2008 г.) и 300 млрд. должен дать частный бизнес. В 2007 г. «Роснанотех» получил 130 млрд. рублей «Сегодня в сфере высоких технологий в нашей стране денег больше, чем идей» В.Зубков

3 Где здесь место России? Раздел рынка нанотехнологий

4 Где здесь место России?

5 Цикл воспроизводства инноваций Фундаментальные исследования Прикладная наука и опытные образцы Создание технологий и вывод на рынок Реализация товаров, услуг, появившихся возможностей

Анализ стратегических рисков с позиции теории сложности Институт сложности в Санта-Фе Теория инновационного развития Брайана Артура Теория техноциноза Л.Г. Бадалян, В.Ф. Криворотова Структурно-демографические модели П.В. Турчина Уравнение А. Акаева: Н.Д. Кондратьев ( ) Большие волныБольшие волны Смена технологических укладовСмена технологических укладов Шестой технологический уклад – биотехнологии, проектирование живого, высокие медицинские технологииШестой технологический уклад – биотехнологии, проектирование живого, высокие медицинские технологии

Кризисный оптимизм

Технологические уклады IV технологический уклад Массовое производствоМассовое производство АвтомобилиАвтомобили СамолетыСамолеты Тяжелое машиностроениеТяжелое машиностроение Большая химияБольшая химия VI технологический уклад БиотехнологииБиотехнологии НанотехнологииНанотехнологии Вложения в человекаВложения в человека Новое природопользованиеНовое природопользование Новая медицинаНовая медицина V технологический уклад КомпьютерыКомпьютеры Малотоннажная химияМалотоннажная химия ТелекоммуникацииТелекоммуникации ЭлектроникаЭлектроника ИнтернетИнтернет О. Тоффлер (1928) «Футурошок»

9 Основная идея нанотехнологий Р.Фейнман : «Внизу полным-полно места». Лекция в Калтехе, канун 1960г. Р.Фейнман : «Внизу полным-полно места». Лекция в Калтехе, канун 1960г. Р. Фейнман предлагал идти «сверху вниз» Р. Фейнман предлагал идти «сверху вниз» Туннельный микроскоп сделал эту надежду реальностью. Туннельный микроскоп сделал эту надежду реальностью. Ричард Фейнман

10 Шкала масштабов 1 нм = м 1 мкм = м

11 Пределы роста Задачи экспоненциальной сложности. 30 нм – технологический предел размера элемента чипа (7-8 лет). Оценка числа примесей в основаниях транзисторов. Мы не умеем решать задач, которые успешно решаются системами обработки информации в клетках. Время поиска новой парадигмы вычислений Число электронов для хранения 1 бита BlueGene/L процессоров R peak = GFlops R max = GFlops

12 Синергетика – теория самоорганизации Парадигмы синергетики Диссипативные структуры Динамический хаос. Сложность Главная современная проблема – выяснение законов самоорганизации на наномасштабах И.Р.Пригожин Нобелевская премия 1977 года М.Эйген Нобелевская премия 1967 года

13 Главная надежда нанотехнологий Выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты «снизу вверх». Первый ключ к нанотехнологиям: самоорганизация самоформирование самосборка Второй ключ – междисциплинарность Третий ключ - активный мониторинг и сопровождение

14 Принципиальная роль междисциплинарности «Эльфийский плащ». Линза Веселаго-Пендри. Проблема коллективных действий роботов В.Г.Веселаго

15 Расчет прохождения света через фотонный кристалл Проблема состоит в том, что размер неоднородностей, необходимых для «эльфийского плаща» или управления излучением должен быть сравним с длиной волны. Схема В.Д.Левченко

16 Основные направления работ по нанотехнологиям в ИПМ РАН Вычислительная нанофизика Моделирование нанооптика; магнитные наноструктуры; наноструктурирование поверхностей; плазменные источники излучения для наноэлектроники; спинтроника; Супервычисления для технологического расчета наноструктур Научный семинар «Математическое моделирование нанопроцессов и нанотехнологии» (руководитель чл.-корр. РАН Ю.П.Попов»

17 Междисциплинарность – от сложного к простому (мозг -> клетка -> структуры) Дж. фон Нейман – самовоспроизводящиеся автоматы. А.Тьюринг.Вычислительная сложность. Р.Пенроуз. Тени разума. N ano B io I nfo C ognito – США,3 конференции в год

18 Биовычисления, нейронаука Многоагентные системы ДНК-вычисления Нейронные сети Генетические алгоритмы Клеточные автоматы Иммунные сети ТЦГААГЦТГЦГЦ ЦГЦГ ГЦГА ЦГЦТ ТЦГЦ АГЦГ ТЦГААГЦТГЦГЦ ЦГЦГ ГЦГА ЦГЦТ ТЦГЦ АГЦГ

19 Пример: прототипы для промышленного внедрения, созданные в ЯрГУ им П.Г.Демидова 1. Полевой транзистор с поперечным легированием канала 2. Сверхтонкие палладиевые мембраны с поддерживающей системой для водородной энергетики 3. Кремниевые фотоэлементы (солнечные батареи) 4. Наноструктурированные стекла (медицина) 5. Решетчатый поляризатор (D

20 Нанотрубки Возможности Риски - В 100 раз прочнее стали и в 6 раз легче её - Броня, бронежилеты, системы защиты - Космический лифт: км геостационарная орбита, канат – км. - Утилизация «абсолютных» материалов - Загрязнение ближнего космоса - Новый виток гонки вооружений - Формирование нового технологического уклада нанонеравенства Фуллерен С 60

21 Модификация человека Риски Возможности - продление жизни ( лет) - радикальное продление жизни ( лет) - нанороботы, чистящие кровеносную систему - респироциты, переносящие в 20 раз больше кислорода - укрепление костей и зубов с помощью алмазов - индивидуальные лекарства - изменение механизма биосинтеза - наделение сверхспособностями - новые органы чувств - новое неравенство (короткоживущие против долгоживущих – И.Ефремов) - проклятие вечности - людей нечем занять (гражданин России 3ч 40 мин у телевизора ежедневно) - распад человечества на несколько рас (Стругацкие «Волны гасят ветер») - неясная взаимосвязь различных способностей человека (проклятие Люцифера)

22 Революция в военном деле Прогноз Дрекслера: машины уничтожения Прогноз Дрекслера: машины уничтожения Наноассемблеры – путь к принципиально новым системам вооружений Наноассемблеры – путь к принципиально новым системам вооружений Системы искусственного интеллекта, угроза появления «серой слизи» Системы искусственного интеллекта, угроза появления «серой слизи» Микробиологические войны Микробиологические войны Сценарий Джеремия 1995 г. Сценарий Джеремия 1995 г. Микродатчики, имплантируемые в организм структуры, роботы – андроиды Микродатчики, имплантируемые в организм структуры, роботы – андроиды

23 Революция в военном деле Прогноз Л.Хэмли: мокрые и сухие нанотехнологии – военное применение через 20 лет Прогноз Л.Хэмли: мокрые и сухие нанотехнологии – военное применение через 20 лет Биологическое оружие триггерного действия Биологическое оружие триггерного действия Проект «наблюдающей пыли» Проект «наблюдающей пыли» Боевые насекомые Боевые насекомые Прогноз Б.Джоя – 2000 г. «Почему будущее не нуждается в нас?» Прогноз Б.Джоя – 2000 г. «Почему будущее не нуждается в нас?» Генетика + нанотехнологии + робототехника (JNR) Генетика + нанотехнологии + робототехника (JNR) Вероятность выживания человечества - 30% Вероятность выживания человечества - 30%

24 Революция в военном деле Прогноз С. Мецца – 2000 г.: микросистемные технологии + нанотехнологии (МЦТ) Прогноз С. Мецца – 2000 г.: микросистемные технологии + нанотехнологии (МЦТ) Создание клопов-роботов Создание клопов-роботов Создание наноспутников и наступление эпохи сетевых войн Создание наноспутников и наступление эпохи сетевых войн «Битвы огненных муравьев» «Битвы огненных муравьев» Боевые животные после имплантации в их организмы датчиков и управляющих систем Боевые животные после имплантации в их организмы датчиков и управляющих систем

25 Системы тотального контроля и наблюдения ВозможностиРиски - Контроль за инфрастуктурой (мониторинг целостности) - Контроль за передвижениями - Контроль за состоянием организма - Контроль за психикой и сознанием - Контроль общества в целом - Радикальное повышение безопасности - Многократное повышение наблюдаемости и управляемости социальных процессов - Злоупотребление информацией - Манипулирование обществом в личных целях - Новые виды преступлений - Деградация социальных структур - Сверхзависимость от программных средств. Возможность перехода от сообщества людей к сообществу программ (С.З. Любимский) - Оруэлл «1984» «Война – это мир, свобода - это рабство, незнание -сила» - Замятин «Мы»

26 Двухнедельная технологическая революция Принципиально новые устройства могут быть созданы в маленькой лаборатории. Стоимость новых форм живого – 200 тыс. $ Принципиально новые устройства могут быть созданы в маленькой лаборатории. Стоимость новых форм живого – 200 тыс. $ Возможность редактировать геном (евгеника) Возможность редактировать геном (евгеника) Наноассемблеры позволяют производить все желательные вещества очень быстро Наноассемблеры позволяют производить все желательные вещества очень быстро Плотность записи информации / см 2 (сейчас 10 8 /см 2 ) Плотность записи информации / см 2 (сейчас 10 8 /см 2 ) Принципиально новые растения, животные, другие формы жизни (Пущинский центр – суперсосна) Принципиально новые растения, животные, другие формы жизни (Пущинский центр – суперсосна) Универсальные анализаторы. Постоянный мониторинг состояния организма Универсальные анализаторы. Постоянный мониторинг состояния организма Распад цивилизаций (все можно произвести на месте) Распад цивилизаций (все можно произвести на месте)

27 Наномечты Мобильные нанороботы Мобильные нанороботы Универсальные молекулярные ассемблеры Универсальные молекулярные ассемблеры Самовоспроизводящиеся структуры Самовоспроизводящиеся структуры Модификация биохимии Модификация биохимии Искусственные органы Искусственные органы Предотвращение старения Предотвращение старения Компьютерное бессмертие Компьютерное бессмертие Имплантация в мозг Имплантация в мозг Работа в космосе Работа в космосе

28 Главная опасность для России и человечества Вывод гонки вооружений на наноуровень. (Договоры о запрещении нановооружений нужно начинать сейчас). Биороботы в оборонной сфере представляются сейчас более значимыми, чем ядерный или космический проект.

29 «Философы лишь различным образом объясняли мир, а дело заключается в том, чтобы изменить его» К. Маркс, 19в.... чтобы сохранить его, 21 в.