http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=1bbce0a2-e688-4b3f-98cb-cbb2b949d25c&print=1© 2024 Российская академия наук
Интервью с членом-корреспондентом РАН М.В. КОВАЛЬЧУКОМ
Михаил Валентинович, сейчас много говорят о нанотехнологиях, появилось даже выражение "нанотехнологический бум", подразумевающее, что нанотехнологии становятся предметом не только научного, но и коммерческого и политического интереса. Вы совмещаете посты директора Института кристаллографии РАН и директора Российского научного центра "Курчатовский институт". Что реально, на взгляд самого научного сообщества, стоит за подобными оценками и ожиданиями?
М.В. КОВАЛЬЧУК: Слово "нанотехнологии" действительно превратилось в некий лозунг. Как всякий лозунг - это прямое свидетельство роста общественного интереса к проблеме. Сегодня, особенно когда под развитие нанотехнологий повсюду выделяются большие деньги, о своей причастности к наноисследованиям заговорили ученые всех специальностей, которые имеют дело с веществом на атомарном уровне, воздействуют на отдельные атомы, манипулируют ими. Но это верно лишь отчасти. Если следовать подобной логике, то и любую химическую реакцию можно было бы называть "нанотехнологией".
В действительности мы имеем дело с нанотехнологиями там, где игра с атомами дает принципиально новое качество, возможность создавать принципиально новые материалы и системы с заданными свойствами.
Еще в начале 60-х многие зачитывались книгой Норберта Винера "Кибернетика", где предсказывалось скорое появление науки "бионика", которая станет основой для создания принципиально нового бионического типа приборов, построенных по тем же принципам, что и живая природа. Например, аналога человеческого глаза - уникального по эффективности детектора электромагнитного излучения. Но до сих пор значительных успехов в этом направлении не достигнуто потому, что логика развития самой науки подвела нас к такой возможности только сегодня. Перспективы развития нанотехнологий связаны не только с умением оперировать отдельными атомами, но и с изменением самих принципов организации науки.
Поясню свою мысль на следующем примере. Сильно упрощая, задачу создания бионического аналога глаза можно описать так: глаз - это белок родопсин. Из этого белка нужно сделать некую пленочную структуру и научиться встраивать ее в состав специальной микросхемы. Для решения такой задачи потребуются: физиолог, который понимает, как работает зрение на уровне нейронов; молекулярный биолог, который знает, как функционирует молекула родопсина на атомарном уровне; физик-кристаллограф, который сумеет создать кристалл белка-родопсина и сможет расшифровать с высоким атомарным разрешением структуру этого белкового кристалла. Далее, нужны физик и химик, знающие, как получить двумерную белковую пленку, сделав ее стабильной, прочной и воспроизводимой; нужен инженер-системотехник, чтобы разработать на базе интегральной схемы систему считывания сигнала от двумерной белковой пленки-детектора. И только при таком комплексном подходе становится реальным создание подобного уникального прибора. Пока нет действительно междисциплинарной команды, которая закроет все направления, пока четко не отлажен междисциплинарный диалог - серьезного результата не будет.
Поэтому масштабное развитие нанотехнологий в любом государстве, в том числе в нашей стране, может происходить только на базе крупных научных центров и только на междисциплинарной основе. Наглядным примером такого подхода может служить близкая мне наука - кристаллография, которая междисциплинарна по своей сути. Она возникла как часть геологии при анализе минералов. Химические исследования элементов, составляющих кристалл, сделали ее частью химии. Для изучения физических свойств кристаллов работали с полученной структурой с атомарным разрешением, и, пополнившись физическими методами исследования (в первую очередь рентгеноструктурным анализом), кристаллография превратилась в самостоятельную область физики. Позднее благодаря расшифровке структуры многих биологических объектов кристаллография обогатила биологию.
Подобные процессы происходят сегодня в масштабе всей системы организации научных исследований. Мы присутствуем при действительно революционном моменте, когда изменяется парадигма развития самой науки. Весь прошлый XX век наука пыталась понять, как устроен мир, и, ПОЭТАПНО проникая в глубь материи, достигла на этом пути познания огромных результатов. Постепенно количественный рост знаний перешел в качественный, изменилась парадигма развития науки - от метода анализа и постижения к методу созидания, синтеза. А это означает полное изменение всей методологии науки и системы ее организации. В природе нет ни биологии, ни геологии, ни химии, она едина. Но ученые стали вычленять из нее более простые модельные "куски", которые в свою очередь делились и развивались по узкоспециальным направлениям. Одна только физика разделилась на сотни областей - ядерная физика, физика плазмы, физика твердого тела и пр., а каждая из таких областей дробилась на еще более мелкие и узкоспециальные. Дробление, специализация, притом что благодаря им мы смогли постичь многие процессы, лежащие в основе окружающего нас мира, в конечном итоге привели к потере общего поля и разобщению научного сообщества. На сегодняшнем уровне развития научное сообщество оказалось разобщено, оно распалось на группы узких специалистов, прекрасно знающих все глубинные детали конкретной проблемы, но не всегда хорошо понимающих, к чему именно эти детали имеют отношение и как связать их воедино, восстановив целостную картину окружающего нас мира.
По сути это глубинный исторический, философский процесс: время от времени науке необходимо упорядочивать свой рост, необходимы внутренняя реформация, унификация. Когда специализация в науке достигла своего логического рубежа, пошел обратный процесс. Таким рубежом для нас стал наноуровень. Когда вы манипулируете атомами, конструируете из них новые материалы и системы, возникает вопрос: кто вы по специальности - химик, физик, геолог? Вы вновь, как во времена Ньютона, становитесь естествоиспытателем, но уже на качественно ином уровне знаний. Наука вновь становится из узкоспециальной - междисциплинарной. Химики, физики, биологии, медики и др. - все они должны работать в общем алгоритме, на единую цель. В этом состоит единственная возможность двигаться дальше по тому пути, который называется естественнонаучным познанием.
Другой существенный момент наряду с междисциплинарностью - сближение органического и неорганического мира. Органическая жизнь - это сложнейшая химико-биологическая субстанция. Человечество пошло по более простому пути, начав изучать, создавать и использовать неорганические материалы, по сути являющиеся упрощенными моделями органического мира. Микропроцессор современного компьютера создан на кремнии, в элементарной ячейке которого всего восемь атомов. Тогда как в элементарной ячейке белкового кристалла могут быть десятки и сотни тысяч атомов. Поэтому полупроводниковое материаловедение полвека делало ставку на кремний и другие неорганические полупроводниковые кристаллы. Многое за это время переосмыслилось, например, оказалось, что высшие технологические достижения при создании неорганических материалов основаны на тех же принципах, которые всегда существовали в органической природе. Например, в основе создания систем на кристаллах с квантовыми точками лежит принцип самоорганизации - базовый принцип живой природы. Не так давно разработанный метод молекулярных пучков, с помощью которого формируются современные многослойные полупроводниковые структуры, имеет свой аналог в органике (метод ленгмюр-блоджетт). Этот метод использовался в органической химии еще в 30-х годах при создании многослойных структур органических материалов. Иными словами, занявшись созданием полупроводниковых материалов, интегральных схем и компьютеров, мы пришли к переосмыслению процессов живой природы. И в этой связи все чаще вместо термина "нанотехнология" используется термин "нанобиотехнология". Здесь необходимо отметить некоторые важные, с моей токи зрения, особенности развития сегодняшнего этапа науки и, как следствие, изменение методологии исследований от узкоспециальных к междисциплинарным. Первое - это переход от анализа к синтезу, второе - новый этап развития физического материаловедения: переход от полупроводникового к биоорганическому материаловедению, сближение органики и неорганики. Наконец, третье - переход к наноразмерам. Отсюда очевидна необходимость принципиально новой схемы организации науки. Собственно, любой серьезный разговор о нанотехнологиях - это призыв к внутренней самореорганизации научного сообщества как такового.
- Как с этой точки зрения выглядят структура, потенциал и перспективы российского научно-технологического сообщества?
М.В. КОВАЛЬЧУК: Есть и останется фундаментальная наука как основной метод познания окружающего нас мира, которая, в частности, изучает то, что было 15 миллиардов лет назад и что будет еще спустя 15 миллиардов лет. Но мы живем здесь и сейчас, в конкретном временном промежутке. Россия, российская наука в том числе, уже прошла этап выживания, мы перешли к иному алгоритму, алгоритму развития, а это требует совершенно разных подходов. Советская экономика была индустриальной и построенной отраслевым образом. И эта отраслевая структура в значительной мере сохраняется по сей день, большинство научных институтов было создано в советское время. Они вполне соответствовали экономическим условиям и задачам существовавшей административно-распределительной системы. Сегодня экономические условия изменились глобально, а структура и устои научных учреждений в массе своей остались в прежнем состоянии, то есть структура научных учреждений приспособлена к тем условиям, которые уже не существуют. Возникло внутренне противоречие - и это несомненный факт. Это мешает переходу к постиндустриальному обществу, в котором давно живет весь развитой мир.
В основе будущего научного развития лежит принцип междисциплинарности. Этот принцип может быть легко реализован на базе крупных национальных научных центров. У нас есть прекрасная база для такого развития. Прежде всего это Российская академия наук, которая объединяет в своей структуре основной потенциал фундаментальной науки в стране на сегодня. Также надо выделить российский научный центр "Курчатовский институт" - уникальный междисциплинарный исследовательский центр, где под одной крышей изначально были собраны специалисты, оборудование, технологии из различных научных областей.
Само по себе научное знание нематериально, как нематериальна мысль вообще. Оно состоит из формул, слов, картинок. Но воплощается естественнонаучное знание, в конечном счете, именно в виде того или иного материала. Что бы ни придумали - самолет, компьютер, искусственную ткань для пересадки - это все равно материал. Помимо него наука не реализуется, и именно поэтому наука в современном мире смогла стать мощной производительной силой и ведущим фактором развития современной экономики.
В этом смысле, если брать собственно нанотехнологии, очевидно наличие трех различных блоков. Первый блок - то, что уже фактически состоялось как рыночный продукт, например, ультрадисперсные материалы, нанопорошки, нанокомпозиты, ряд изделий наноэлектроники, которые уже активно используются в различных областях. Для этого блока нужно создавать условия и формы эффективной коммерциализации - тот же госзаказ, формирующий внутренний рынок, поддержка выхода на мировые рынки.
Второй блок - то, что еще находится на стадии НИОКР, но уже подошло к порогу коммерциализации. Это, например, углеродные материалы, нанотрубки, фуллерены и др. Уже есть контуры соответствующего рынка и фирмы, готовые на нем работать. Но на данный момент это еще квазибизнес, который нуждается в совершенствовании, но уже сейчас необходимо его структурировать, сепарируя то, что уходит в бизнес, от того, что останется чистой наукой.
Третий блок - то, что на самом деле и составит будущий нанотехнологический переворот. Помимо наноэлектроники это прежде всего нанобиоорганика и гибридные системы: в первую очередь принципиально новые приборы бионического типа - биосенсоры, микророботы, молекулярные компьютеры и прочие новые материалы и устройства, которые открывают перед человечеством совершенно невероятные перспективы. Все это очевидно будет, но не завтра, а послезавтра. Однако, если мы не начнем работать на этот третий блок уже сегодня, послезавтра для нас не настанет. Но существующая система организации науки делать этого не позволяет, поэтому нужно реорганизоваться уже сейчас, чтобы начать форсированное развитие нанобиотехнологий и через 15 лет оказаться главными игроками на этом поле.
Традиционные рынки уже сложились, они в значительной мере фиксированы. Если вы сегодня заработали на рынке, например, металла, N миллиардов долларов, то увеличить эту цифру вдвое завтра вы точно не сможете. Традиционные рынки не очень перспективны еще и потому, что идет процесс вытеснения металлов композитными и углеродными материалами. Уже существует проект самолета, в котором практически нет алюминия, - он состоит из композитов. Через 10-15 лет авиастроение может перестать потреблять алюминий вообще, автомобилестроение - сталь, а растущая нехватка углеводородов обескровит химическую промышленность в ее нынешнем виде.
Поэтому по всему миру умные сырьевые компании, работающие сейчас с нефтью или с металлами, стремятся стать главными носителями инновационных процессов. Для России это особенно важно, поскольку сегодня мы живем за счет нефти, газа, сырья и внутри соответствующих компаний существует платежеспособный спрос на инновации. А мы часто пытаемся загнать инновации туда, где они мало кому по карману, в те отрасли, которые еще недостаточно развиты. Крупные научно-технологические проекты, о необходимости которых так много говорят, могут реализоваться у нас в первую очередь именно в сырьевых областях. Там есть деньги, а значит, должен быть спрос на инновации. Реализовавшись в первую очередь там, инновационные технологии смогут изменить структуру всей нашей сырьевой экономики.
Самое главное - это идеология развития. Когда она есть, все остальные вопросы носят технический характер. Но когда идеологии нет, то попытки решать все проблемы по отдельности только усугубляют хаос.
Каким именно образом может быть выработана подобная идеология? Через мониторинг существующих возможностей с последующим выбором приоритетов? Через воссоздание системы межотраслевого обмена информацией и координации НИОКР в форме, адекватной существующим экономическим реалиям?
М.В. КОВАЛЬЧУК: Все это важно. Прежние механизмы мониторинга, в том числе так называемый форсайтинг, то есть научный анализ и прогнозирование будущего, за постсоветское время если не исчезли, то сильно ослабли. Вся эта система сама стала бессистемной, и сегодня ее приходиться разворачивать фактически заново.
Конкурс, проведенный Министерством промышленности и науки РФ, Федеральным агентством по науке и инновациям, выявил, где и сколько групп и исследователей у нас работает и по какой тематике. Это поле стало видимым, на нем можно вести систематическую работу по мониторингу. Оказалось, что нанотехнологиями в России успешно занимается большое число научных центров и научных работников, есть все предпосылки при грамотном, последовательном подходе начать новый этап развития нашей науки, превратиться в ведущую нанодержаву.
Важно совместить два наших мощнейших потенциала - денежно-сырьевой и интеллектуальный. Разделяя науку и бизнес, мы наносим непоправимый вред своей стране. А смысл работы журналов, подобных "Умному производству", в том, чтобы свести финансово-промышленное сообщество, оперирующее большими деньгами, власть, представленную во всех правлениях и советах директоров наших крупнейших корпораций, с наукой. Чтобы уже сегодня состоялась встреча горы с Магометом: тех, кто может и хочет купить инновации, вложить в них деньги, и научно-технологического сообщества. Журнал - это площадка, где бизнес формулирует свои потребности, а наука демонстрирует свои возможности. В этом его идеологическая сила.
Но в действительности самый главный из идеологических вопросов - это вопрос ментальный, вопрос методологии науки, с которого я начал. Если мы сумеем его понять, - а если сумеем понять, то и решим, - тогда мы выиграем всю партию в большой мировой "наноигре", выиграем собственное будущее.