Версия для печати
Вернуться к списку

Нанотехнологический уклад

Защита для космических аппаратов

Одна из таких разработок – создание защитных микросхем, которые позволят избежать воздействия критических нагрузок на оборудование космических аппаратов. Например, в последнее время в связи с увеличивающейся активностью солнца возрастает риск выхода из строя бортового оборудования. Защитная микросхема отслеживает токи питания бортовой сети. При увеличении токов за предельные значения микросхема отключает питание на микро- и милисекунды, позволяя избежать запредельного воздействия. Если критическое значение сохраняется, питание отключается вновь, сохраняя работоспособность оборудования до снятия опасной нагрузки. Такие микросхемы будут очень востребованы при дальних космических перелётах.

Защитные микросхемы – одна из первых разработок Научно-исследовательского центра нанотехнологий ФСТЭК России. Центр был создан на базе ЦНИИ химии и механики им. Д. И. Менделеева по федеральной целевой программе Минобрнауки России «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2011 годы». Основная задача этого центра – создать основу разработки отечественных систем безопасности современного уровня. «Дело в том, что использование зарубежных комплектующих, микросхем, при разработке систем безопасности не позволяет полностью спрогнозировать поведение таких систем в критических ситуациях, – поясняет начальник отдела перспективных научно-технологических проектов Василий Токарев. – Поэтому главная задача – не превзойти мировой уровень, а создать такие системы полностью на российской платформе».

Гироскопы нового поколения

Другое направление НИЦ нанотехнологий, также представленное на выставке, – создание гироскопов нового поколения. Гироскоп – это устройство, предназначенное для поддержания положения в пространстве любой системы – от подводной лодки до космического корабля. Классический гироскоп – это вращающееся устройство, в котором за счёт вращения выстраиваются оси пространства. Принцип работы нового гироскопа совершенно иной. Это миниатюрное устройство, созданное при помощи нанотехнологий, практически не знает износа. Здесь нет вращающихся элементов, и функционирует он за счёт генерирования волн на строго определённой частоте. При изменении положения гироскопа частота этих электромагнитных колебаний меняется, на исполнительный механизм подаётся сигнал об изменении частоты, и положение аппарата восстанавливается. Если иметь три таких гироскопа в разных плоскостях, то можно контролировать положение управляемого аппарата по всем трём осям. Это очень востребованное направление. Гироскоп разрабатывается в рамках большого проекта нанотехнологий для систем безопасности.

Нанофаб для искусственного интеллекта

На стенде компании НТ-МДТ среди прочих разработок был представлен комплекс Нанофаб-100 – платформа нанотехнологических комплексов, предназначенных для разработки, исследования и мелкосерийного производства элементов наноэлектроники, микро- и наномеханики. Платформа построена по принципу конвейера, она собирается из отдельных блоков индивидуально под каждую задачу. Впрочем, и сама сборка Нанофаба – сложнейшая научно-технологическая задача. Одна из таких платформ была собрана недавно в Курчатовском институте.

Кроме того, совместно с НИИ Физических проблем им. Ф. В. Лукина НТ-МДТ работает сейчас над созданием искусственного интеллекта. На сегодняшний день есть научная наработка, которую в ближайшем будущем планируется оттачивать в Нанофабе. «Наш головной мозг отличается от компьютера тем, что в нём нет винчестера, – рассказывает сотрудник НТ-МДТ Денис Андреюк. – У нас нет специального места для хранения информации, поэтому учёные говорят, что память хранится в синапсах. Каждый из нескольких миллиардов нейронов нашего мозга имеет около семи тысяч связей с другими нейронами. И когда один нейрон возбуждается, он пускает импульсы по всем этим связям. Пропускная способность нейронных связей регулируется синапсами. Когда мы учимся, происходит настройка проводимости этих синапсов. И когда мы используем наши знания, мозг использует наработанные в процессе обучения сигналы в синапсах». Аналог синапса в электронной сети – мемристор. Это такой электронный элемент, сопротивление которого зависит от тока, протекавшего через него. Под действием тока в мемристоре происходит электрохимическая реакция и он меняет своё сопротивление. Когда ток отключается, мемристор «запоминает» последнее сопротивление, сохраняя нужную для нас информацию. Возможно, в ближайшем будущем компьютерная плата, состоящая из таких мемристоров, будет работать по принципу нейронной сети головного мозга.

Контейнеры для ядерного топлива

За электроэнергетику в программах Минобрнауки России отвечает Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ. О его основных технологических проектах, представленных на стенде «Росатома», рассказал заведующий отраслевой лабораторией госкорпорации Вадим Петрунин: «Мы разработали композитный материал, который применяется для радиационной защиты при перевозках радиоактивного топлива атомных электростанций. Одно из направлений деятельности “Росатома” – обогащение радиоактивного топлива, ввозимого из-за рубежа, в первую очередь из США. У нас за период холодной войны накопилось много урана и плутония в бомбах, а у них – большое количество отходов атомных электростанций. Из США в Россию ходят специальные корабли, которые перевозят отработанное топливо, у нас его обогащают и отправляют назад. Эта перевозка осуществляется в специальных защитных транспортных контейнерах. Они производятся из стали, и у них очень толстые стенки. Мы разработали материал на основе алюминия, который содержит наноструктурированный бор». Этот материал, который назвали боралкомом, помогает сделать контейнеры легче и вместительнее – за счёт более тонких стенок в контейнерах из боралкома можно перевозить больше материала.

Нанопорошок для защиты денег

Другое изобретение отраслевой лаборатории – магнитная краска, которая может использоваться для защиты денежных знаков от подделок. «Мы наносим слой магнитного нанопорошка и, делая толщину слоя в диапазоне видимого света (длина волны – от 250 до 750 нм), можем получить любой цвет, не меняя химического состава порошка. Этого нельзя добиться без применения нанотехнологий», – рассказывает профессор Петрунин. Старые американские доллары были тёмно-зелёными, потому что магнитный порошок имеет тёмный цвет. До того, как научились его измельчать при помощи нанотехнологий, невозможно было менять цвет в широком диапазоне. В новых американских долларах есть краска, подобная отечественной разработке. И эта технология есть только у нас и американцев. А в Швейцарии, где производят краску для печати евро, такой технологии нет. Поэтому европейские деньги защищены хуже доллара – в них вставлены магнитные полоски. Тем не менее российский Госзнак до сих пор покупает краски в Швейцарии.

Защита от мобильников

Ещё одна разработка лаборатории профессора Петрунина направлена на снижение вреда от воздействия мобильных телефонов. Мобильник, как и любой другой электронный прибор, кроме той длины волны, по которой осуществляется связь, излучает электромагнитные волны в миллиметровом и сантиметровом диапазоне. Несколько наших органов – ушная раковина, глазное яблоко – имеют сопоставимые размеры. Стенки наших кровеносных сосудов внутри покрыты тромбоцитами, и, если какой-то орган попадёт в резонанс, то есть его размеры совпадут с длиной волны электромагнитного излучения, пластинка с тромбоцитами отслоится и перекроет кровеносный сосуд. Так что основная опасность сотовых телефонов – резонансное воздействие. Страдают от него в основном дети. «Вы купили телефон, и ничего не произошло, потому что размер ваших органов не совпадает с длиной волны излучения телефона, – поясняет Вадим Петрунин. – Но дети постоянно растут, и в какой-то момент размеры могут совпасть, и тот или иной орган ребёнка войдёт в резонанс с излучением. В Америке уже прошло несколько судебных дел с разработчиками телефонов. В частности, в фирме Nokia уже озадачились созданием защиты от такого излучения. Наш институт разработал защитную плёнку из нанокомпозитных материалов, которая в диапазоне от 60 до 80 процентов будет поглощать это вредное излучение».