http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=8dd5a7a1-ccbe-4534-b069-c35a3e6e896b&print=1
© 2024 Российская академия наук

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТРЕТЬЕГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ.

VIII международный форум "Высокие технологии XXI века", проходивший в московском выставочном комплексе "Экспоцентр" (ЗАО) под патронатом ТПП России и при поддержке правительства страны и правительства Москвы, был организован Министерством промышленности и энергетики, Департаментом науки и промышленной политики г. Москвы, Институтом экономики и комплексных проблем связи (ОАО ЭКОС), Российским фондом развития высоких технологий, Московской торгово-промышленной палатой и Московской ассоциацией предпринимателей.

В посланиях Президента Российской Федерации В. В. Путина Федеральному собранию России тема развития высокотехнологичного, в частности наноиндустриального, сектора экономики рассматривалась неоднократно [1, 2]. Для повышения качества поставляемой на внутренний и внешний рынки продукции и услуг, формирования научно-технического потенциала, адекватного современным вызовам мирового технологического развития, для непрерывного совершенствования нормативно-правовой базы и достижения необходимого уровня национальной безопасности с поддержанием высокого темпа экономического роста планируется выделение на кадровое, материально-техническое и организационное обеспечение работ по высокотехнологичной наноиндустриальной тематике не менее 130 млрд руб., передаваемых в управление созданной в России нанотехнологической корпорации "Роснанотех".

Суммарный объем капиталовложений с учетом федеральных целевых программ в федеральном бюджете составит около 180 млрд руб., что предполагает активное участие российских и зарубежных инвесторов в реализации инновационных проектов. Среди основных направлений - атомная энергетика, воздушный транспорт, ЖКХ, здравоохранение, морской транспорт и ракетно-космическая отрасль. Создание условий стимулирования инвестиционной активности для развития нанотехнологического бизнеса возможно и в рамках международных договоров, в том числе со странами ближнего зарубежья, ускоряя интеграционные процессы и инновационный рост экономики мировых регионов и государств.

На состоявшейся накануне открытия форума пресс-конференции особое внимание было уделено организации специализированного салона "Нанотехнологии". Вопросы создания и реализации продукции "high-tech" освещались на пленарной сессии, посвященной реализации потенциала высокотехнологического комплекса в интересах построения экономики, основанной на знаниях. Не менее насыщенными и информационно емкими были секционные заседания, на которых рассматривались перспективные биотехнологические проекты и механизмы их реализации [3], кадровые аспекты развития российской промышленности, роль венчурных инвестиций в развитии производства в России. Также получили освещение проблемы энергосбережения, производства и использования альтернативных источников энергии и топлива, формирования баз знаний и интеллектуальных информационных технологий для реализации стратегических решений в сфере инновационного развития и перспективы создания современных космических систем для решения задач социально-экономического развития нашей страны.

Одним из наиболее ярких заседаний, иллюстрирующих все многообразие рынка "хай-тек", явилась научная сессия по проблематике приоритетных направлений и актуальных разработок в сфере микро - и нанотехнологий, открывшаяся докладом профессора кафедры микросистемной техники МИРЭА П. П. Мальцева (секция прикладных проблем при президиуме РАН). В настоящее время наблюдается увеличение количества изданий, освещающих вопросы становления и развития отечественного высокотехнологичного рынка, поэтому для привлечения инвестиций в производство необходимо дополнение научной информации о продукции сведениями о потребности в заемных средствах и программе реализации изделий.

Доклад начальника управления развития базовых военных технологий и специальных проектов Министерства обороны генерал-лейтенанта С. М. Алфимова демонстрировал перспективы применения высокотехнологичной продукции в военном деле. По данным экспертов, при сопоставлении уровня развития промышленных технологий в России для реализации НИОКР в рамках госпрограммы вооружений до 2015 г. с аналогичными показателями в развитых странах только технологии создания и обработки материалов, а также технологии производства топлива и энергии из органического сырья были признаны соответствующими мировому уровню.

Приходится констатировать, что незначительное отставание, до трех лет, наблюдается по биомедикотехнологическому (системы обеспечения жизнедеятельности человека), робототехническому и энергетическому направлениям. Более существенный разрыв - от трех до пяти лет в метрологии, технологиях создания современной электронной компонентной базы и информационных технологиях, и свыше пяти лет в биотехнологической сфере - обусловлен комплексом причин, в числе которых не последнюю роль играет острая нехватка финансирования академических институтов, промышленных предприятий, вузов и школ в 90-х годах прошлого века. Демографический спад в России, сокращение приема в учреждения высшего и среднего профессионального образования, нарушение образовательного цикла и преемственности поколений в научных школах, отсутствие на производстве необходимого количества профильных специалистов с законченным средним профессиональным образованием также дополняют картину и вносят коррективы в прогноз социально-экономического развития страны. Для скорейшего выхода из сложившейся ситуации, помимо стимулирования рождаемости в стране, необходимо сократить отставание за счет интенсивного развития высокотехнологичных секторов российской экономики, учитывая, что практически все перечисленные промышленные технологии, а особенно информационные, биотехнологии и энергетика, являются стратегически важными.

Примером применения в конструкции перспективных образцов вооружения и военной техники новых материалов являются многоуровневые системы высокотемпературной антиокислительной защиты, которая позволяет эксплуатировать теплонагруженные детали и элементы конструкций из углерод-керамических и углерод-углеродных конструкционных материалов при температуре до 1650-2000 "С, что на 20% выше показателя аналогов, производимых за рубежом, по ресурсу и рабочей температуре. Другой пример - керамические конструкционные материалы специального назначения: монолитная керамика SiC и направленный рост нанокристаллов способствуют формированию каркасоподобной объемно-градиентной структурно упрочняющей фазы.

Выступление профессора А. Г. Алексеенко, директора ООО "Ангстрем - Центр нанотехнологий" и руководителя Наноцентра МЭИ, было посвящено интеллектуальным нанообъектам, к числу которых, например, можно отнести самоорганизующиеся нанокластеры - растущие углеродные кластеры в нанобетоне, применяемом для снижения степени разрушения железнодорожных шпал и автодорог, для восстановления аварийных объектов без отселения или остановки эксплуатации, в новом высотном строительстве, для повышения сейсмостойкости строений и при создании бесшовных бетонных автомагистралей. Также к числу интеллектуальных нанообъектов могут быть отнесены противоаварийные техногенные мониторы, прогнозирующие разрушение зданий и сооружений и определяющие места разрушения для их укрепления с вычислением ориентировочного времени повторной проверки и потенциального ресурса работы, и "умные" стекла, регулирующие уровень освещенности и шума в помещении для экологии дома.

Отдельные классы интеллектуальных нанообъектов, например, таких как медицинские биомаркеры и нанобиороботы, применяются преимущественно в здравоохранении. Регистраторы молекул веществ перспективны для использования на контрольно-пропускных пунктах гостиниц, аэропортов и таможенных терминалов для борьбы с терроризмом и наркотрафиком, и для своевременного оповещения населения о чрезвычайных ситуациях.

Конвергенция микро - и нанотехнологий способствовала достижению концентрации в 1 млрд транзисторов на чип, снизив его стоимость до 4 долл. за 1 см. кв. (4 цента за 1 мм. кв.) и существенно расширив возможности пользователей ПЭВМ: современный суперкомпьютер производительностью 3 трлн операций в секунду (терафлоп) потребляет примерно 70 Вт, хотя 12 лет назад производительность в 1 терафлоп компьютера "ASCI Red" обеспечивалась интеграцией 10000 процессоров с тактовой частотой 200 мГц с суммарным потреблением 0,5 мВт!

Интеллектуализация нанообъектов несомненно может влиять на пересмотр и изменение мер обеспечения безопасности государства и, соответственно, на внесение существенных изменений в нормативно-правовую базу. В частности, так называемая "умная пыль" имеет не только экологическое, таможенное, медицинское, но и военное применение - создание "способности" к согласованным действиям и ведению наблюдения в сетевой самоорганизации систем. Поэтому при создании высокотехнологичной продукции двойного назначения крайне важно сформулировать принципиально новые подходы и правила ведения бизнеса, предполагая в качестве меры защиты избирательный (селективный) аутсорсинг для создания и тестирования существующих систем двойного назначения с помощью программирования генератора топологии.

Развитие сферы высоких технологий Союзного государства России и Белоруссии, отметившего 12-летие в апреле этого года, было темой выступления представителя НИИ космических систем - филиала ФГУП "ГКНПЦ им. М. В. Хруничева" А. Н. Дубового. Совместные российско-белорусские работы по высокотехнологичным метапроектам проводятся в соответствии с Основами развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу и государственной программой ориентированных фундаментальных исследований "Наноматериалы и нанотехнологии", реализуемой в Белоруссии уже четвертый год. Необходимость создания для двух стран общего высокотехнологичного пространства с возможностью выхода на лидирующие позиции в сфере производства и промышленного применения наноматериалов диктуется жесткой конкуренцией на внешнем рынке и испытанной десятилетиями надежной кооперацией предприятий, обладающих высоким научным потенциалом по ряду перспективных направлений. Российская академия наук и Национальная академия наук Белоруссии (НАНБ), Минпромэнерго и Минобрнауки России, РФФИ и Федеральное космическое агентство (Роскосмос) сотрудничают совместно с общественными организациями в реализации общих проектов, в том числе разработки техники наноконтроля в современном производстве с обработкой изображений микроструктуры с маркированными частицами для изучения динамики их движения и взаимодействия - об этом более подробно сообщили представители делегации НАНБ В. М. Артемьев из Института прикладной физики и С. А. Чижик из Института тепло- и массообмена.

Возможность улучшения качества изображений посредством доработки существующих методов с применением атомно-силового микроскопа в нанолитографии для нанесения рисунков на поверхность тонких металлических пленок или полупроводников была представлена в докладе В. И. Борисова из филиала Института радиотехники и электроники РАН. Вместо протравливания канавок в транзисторе с боковыми пленарными управляющими электродами производится окисление поверхности с формированием структуры внутри двумерного электронного газа.

Технические и организационные проблемы внедрения высоких технологий в промышленное производство были в центре внимания выступления заведующего лабораторией нано - и микросистемной техники Санкт-Петербургского государственного политехнического университета Е. Н. Пятышева. Преодоление проблем в условиях жесткой конкуренции со стороны ведущих мировых производителей нано - и микросистемной техники возможно прежде всего посредством целенаправленной стимуляции инвестиционной активности крупных финансовых институтов, последовательной интеграции инновационных технологических решений и концентрации интеллектуальных и материальных ресурсов. В сообщении были представлены созданные в лаборатории тензометрические датчики давления, тепловые преобразователи для поверки эталонных источников переменного напряжения в диапазоне от 10 Гц до 100 мГц с точностью измерений 10 в минус пятой степени % (стадия реализации проекта - проведение аттестации для признания тепловых преобразователей в качестве вторичного эталона для метрологии). В лаборатории также освоены технологии изготовления деталей из фоточувствительного стекла, анодной сварки кремния со стеклом, гофрирования мембран и глубокого плазменного травления.

Ведущий инженер предприятия "СканЭкс" И. В.Персеев в своем докладе дал характеристику нового образовательного спутникового проекта для оперативной съемки Земли из космоса "Прозрачный мир". Сконструированный с применением нанотехнологий специальный микроспутник-демонстратор массой 12-15 кг предназначен для эффективного территориального управления с доведением до потребителя данных о дистанционном зондировании Земли со средним разрешением. Мониторинг микроспутника с последующей обработкой больших информационных массивов дает возможность определять места распространения наводнений, пожаров, экологических и техногенных катастроф, на основании карт индекса вегетации прогнозировать урожайность сельскохозяйственных культур, диагностировать возникновение чрезвычайных ситуаций на ранней стадии и определять по характерным признакам незаконную рубку леса. В российских и зарубежных вузах целесообразна организация сети лабораторий и научных центров для проведения НИОКР по обработке данных дистанционного зондирования Земли в рамках проекта.

Научный сотрудник Института металлургии и материаловедения (ИММ) им. А. А. Байкова РАН, член-корреспондент РАН Г. С. Бурханов сообщил об увеличении числа академических организаций, принимающих участие в высокотехнологичных проектах. Работы ведутся, в частности, в институтах отделения информационных технологий и вычислительных систем (ныне - отделения нанотехнологий и информационных технологий) под руководством академика Е. П. Велихова, отделения химии и наук о материалах (руководитель академик В. А. Тартаковский), отделения биологических наук (академик-секретарь А. И. Григорьев) и возглавляемого академиком А. Ф. Андреевым отделения физических наук.

В ИММ им. А. А. Байкова РАН ведутся работы по созданию тонкопленочных материалов (фильтров водородной очистки), по получению биоактивных покрытий и катализаторов процесса гидрирования и дегидрирования. Перспективный академический проект связан и с синтезом структур кластерного типа - сложных баридов редкоземельных и платиновых металлов, обладающих свойством совместимости двух сильнокоррелированных электронных систем - магнитной и сверхпроводящей, и наночастиц простых и сложных веществ с использованием плазменных технологий. Серьезным препятствием на пути исследователей является информационная разобщенность, для преодоления которой важна организация серии регулярных мероприятий по высокотехнологичной тематике с выделением каждой темы в самостоятельное направление для проведения соответствующей международной научно-практической конференции.

Заместитель начальника отдела ФГУП "ЦНИИ машиностроения" ведущий научный сотрудник В. А. Кулаков повествовал о состоянии дел и перспективах развития высокотехнологичной инфраструктуры ведущих предприятий Роскосмоса. Реализация долгосрочных программ и проектов развития высокотехнологичных отраслей экономики в США, Японии, Китае и странах ЕС позволяет оценить мировой рынок наукоемкой продукции в десятки триллионов долларов. Например, более 230 научных нанотехнологических центров (из них 16 - крупнейшие исследовательские инфраструктуры) создано и функционирует в 28 странах Европы. Обмен данными в среде научных коллективов стран ЕС и других государств обеспечивают свыше 140 информационных сетей, национальные информационные сети созданы во Франции, Нидерландах, Германии, Великобритании и Польше. Разработка российских программ развития наноиндустриальной инфраструктуры будет способствовать консолидации усилий по укреплению предприятий отечественной ракетно-космической отрасли, с формированием национальной нанотехнологической сети специализированных баз данных этой отрасли, дооснащением ее лабораторных комплексов аналитическим оборудованием и современными приборами и совершенствованием законодательной базы и методологического аппарата. В полупроводниковой микроэлектронике, по оценкам экспертов, в ближайшие 5-7 лет будет наблюдаться сокращение расходуемой на переключение энергии с 0,015 до 0,002 фемтоДж, повышение тактовой частоты на чипе (быстродействия) с 11,5 до 28,8 гГц и уменьшение размера элементов (затвора) с 25 до 13 нм. Применение наноэлементов по сравнению с микроэлектронными компонентами при росте на шесть порядков плотности записи и быстродействия снижает вес продукции на два порядка (и соответственно, энергопотребление) по достижимым пределам.

Применение высокотехнологичных материалов в автомобилестроении при создании магнитожидкостных роботехнических средств было темой выступления слушателя Военной академии Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого К. С. Лопаткина. Улучшение эксплуатационных и технических характеристик демпфирующих устройств и передней и задней подвески грузового и легкового транспорта достигается применением наноматериалов. Среди перспективных направлений НИОКР и инновационных проектов в России и за рубежом отмечены методы создания магнитных жидкостей, обладающих более высокими показателями намагниченности насыщения, повышение степени технологичности конструкционных решений для магнитожидкостных демпферов, разработка технологий, препятствующих осаждению магнитных жидкостей, и наращивание порогового значения стойкости к слипанию частиц в них.

Доклад сотрудников фрязинского филиала Института радиотехники и электроники РАН В. Б. Кравченко и Ю. Л. Копылова был посвящен процессам получения и применения нанокерамики на основе оксидов редкоземельных элементов. Стопроцентная плотность керамического тела достижима при относительно низких температурах (ниже температуры плавления материалов) и при нормальном давлении, так как силы, вызывающие сцепление частиц при спекании керамики, резко возрастают при уменьшении размера (диаметра) частиц. Процессы создания традиционной керамической продукции и нанокерамики во многом схожи, но непременным условием является включение в производственный цикл процедуры получения наноразмерных порошков, что предполагает решение ряда технологических проблем различными способами, например, химическим - осаждением из водных растворов. Отсутствие жестких агломератов, схожесть с монодисперсным распределением размера зерна и соответствие стехиометрии соединения на молекулярном уровне - необходимые условия для получения нанокерамики. В ходе работ получен порошок оксидов Y3AI5O12:Nd(Ce,Eu) и Y2O3:Nd с зерном сферической формы размером от 20 до 100 нм, мягкие агломераты с зерном сферической формы размером менее 1 мкм и близкое к монодисперсному распределение размера зерна.

Сопряженный с нанотехнологической установкой "Алмаз-М" нанокомпилятор - САПР наноэлементов и замкнутые нанотехнологические линии по схеме "дизайн-центр плюс нанофабрика" были представлены в докладе сотрудника КБ "Алмаз-37" (ЗАО) М. В. Степанова. Наблюдаемая в настоящее время в России ориентация большинства существующих дизайн-центров с современными САПР СБИС на зарубежные фабрики хотя и свидетельствует о востребованности отечественной продукции на мировых рынках, но не обеспечивает потребности российских производителей. Для смещения центра тяжести в сторону российских высокотехнологичных капиталоемких рынков предлагается организация производства изделий двойного назначения и оборонной продукции на отечественных замкнутых нанотехнологических линиях, включающих и дизайн-центры и нанофабрику, с разработкой сопряженного с нанотехнологической установкой нанокомпилятора - САПР наноэлементов.

Применяемые в современной бортовой радиоэлектронной аппаратуре конструкции "система на кристалле" (system-on-chip, SOC) могут быть успешно спроектированы для военного и гражданского применения на САПР наноэлементов. Основными компонентами построения замкнутых нанотехнологических линий являются САПР наноэлементов, нанотехнологическая установка и концепция SOC, позволяющие при изготовлении высокотехнологичной продукции многократно снизить риск утечки сведений, составляющих государственную и коммерческую тайну, сократить сроки выполнения заказов, существенно экономить на себестоимости производства наноэлементов и решить проблему выпуска малой серии при испытании новых образцов вооружения и военной техники - как известно, за рубежом принимаются заказы на выпуск СБИС от 5-10 тысяч штук, что нерентабельно при "доводке" их параметров.

Обработка описания радиоэлектронной аппаратуры в текстовом редакторе с использованием встроенных систем верификации текстов, а также семантических, синтаксических и лексических анализаторов с последующим поиском в библиотеке готовых элементов аналогов конструируемых объектов и расчетом основных уравнений (в том числе Пуассона и Шредингера) их электрофизических свойств сопровождается идентификацией и оптимизацией совмещения необходимых технологических процессов, последовательность которых приведет к созданию продукции с заданными тактико-техническими характеристиками для оборонного и двойного назначения. Предлагаемая в качестве базовой сетевая модель "клиент - сервер" обеспечивает связь нанотехнологической установки с САПР, открытая структура которой с применением библиотечных данных об элементах СБИС и с использованием верифицированного описания на языках программирования высокого уровня позволит генерировать принципиальную и электрическую схемы, двух - и трехмерную топологию с перенесением ее в виртуальный шаблон для физического формирования топологии, например, методом зондового осаждения нанотехнологической установки.

Выступление профессора МИЭТ Н. Н. Герасименко касалось новых подходов к рентгеноструктурному анализу пространственно распределенных наноструктур и радиационных методов в нанотехнологии. Задача создания в кремниевой матрице квантоворазмерных нанокристаллов (КРНК) кремния (Si) формулировалась на примере разработки высокоэффективной флэш-памяти на основе синтеза в диэлектрической матрице Ge и Si нанокристаллов и формирования кубитов для квантовых компьютеров с использованием фокусированных ионных пучков. Подчеркивалось, что решение этой задачи и ряда других проблем, помимо технологического и технического обеспечения, невозможно без перехода на качественно новый уровень информационной поддержки новых образовательных проектов. Финансирование как региональных научных, так и федеральных целевых программ целесообразно проводить с привлечением внимания к развитию информационной поддержки в академических институтах, центрах коммерциализации технологий, исследовательских лабораториях и аналитических структурах, с активным участием частного бизнеса во внебюджетном финансировании высокотехнологичных производств, что предполагает законодательное стимулирование и корректировку существующей нормативно-правовой базы.

Проблему диагностики тонкопленочных покрытий методами ионопучковой спектроскопии и тонкопленочных структур методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии в специальных условиях, а также высокочувствительного элементного анализа поверхности затронул в своем докладе старший научный сотрудник лаборатории ЯФМИ и МС Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов (ИПТМ) РАН В. К. Егоров. Представленная технология для российского рынка уникальна, так как соответствующих установок в стране крайне мало, недостаточно для насыщения спроса на внутреннем рынке. Между тем данные разработки получили международное признание и широко распространены во многих известных научно-исследовательских центрах и институтах за рубежом. Подчеркивалось, что подготовка высококвалифицированных кадров для работы в интегрированных структурах сферы высоких технологий, расширение отечественной сети исследовательских центров и ее интеграция в единое информационное пространство с внедрением самоокупаемых производств невозможны без масштабной государственной поддержки и частных инвестиций фирм - потенциальных работодателей.

Технологии производства и стратегии применения медицинских нанороботов были темой доклада

Н. Б. Нифонтова, показавшего взаимосвязь проблем и ряда подходов в фундаментальной и прикладной науке. По мнению докладчика, препятствием для оптимизации методов проведения исследовательских разработок в академических институтах, научно-исследовательских центрах и центрах коммерциализации технологий является отсутствие единой нанотехнологической терминологии и решение задачи терминологической гармонизации повысит эффективность в различных высокотехнологичных, стратегически важных отраслях экономики России.

В завершение прозвучали сообщения Е. С. Горнева (ОАО ЭЛПА) об акустоэлектронных и пьезотехнических изделиях и технологиях, основанных на микро - и нанотехнологических принципах, и А. С. Селиванова (ФГУП "РНИИ КП") об отработке технологий создания перспективных космических систем на базе наноспутников серии ТНС.

* * *

В заключение сделаем выводы.

1.Изучение проблематики индустрии высоких технологий свидетельствует, что отсутствие терминологического единства является одной из причин информационной разобщенности академических институтов, научно-исследовательских центров и центров коммерциализации технологий. Для кардинального разрешения сложившейся ситуации необходим глубокий лексический, синтаксический и семантический анализ существующей документации с выработкой единых правил, закрепленных в нормативно-правовых актах.

2. Одной из глобальных проблем развития индустрии высоких технологий в настоящее время является стабильность наноструктур. Поскольку условия эксплуатации и нанообъектов, и наноструктурированных материалов могут быть более жесткими, чем условия их получения, необходимо уделять повышенное внимание решению вопросов экологической безопасности, рассматривая их на отдельных заседаниях крупных международных конференций и симпозиумов.

С точки зрения государственной политики конечной целью применения высоких технологий является повышение благосостояния общества, развитие экономики страны, укрепление обороноспособности и создание условий для качественного медобслуживания. Капиталовложениям в российское здравоохранение и фундаментальную медицинскую науку будет посвящена следующая публикация.