История, перспективы и проблемы нанотехнологии

Три научно-технических революции Основой технической культуры человеческого общества в любую эпоху служат энергия, материалы, информация Информационный слайд (Тип А)

ПЕРВАЯ НТР Первая НТР – энергетическая или индустриальная условно отсчитывается от 1769 года – года основного патента Джеймса Уатта на усовершенствованную паровую машину. Информационный слайд (Тип А)

В дальнейшем человечество освоило электрическую энергию, появились двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, атомная энергетика, солнечная энергетика. Все эти источники энергии (кроме атомной) – «законсервированная» в виде угля, нефти, газа и их производных или непосредственная энергия нашего Солнца. Информационный слайд (Тип А)

Первая научно-техническая революция резко увеличила физические возможности человека Информационный слайд (Тип А)

ВТОРАЯ НТР В 60-ые годы ХХ века началась информационная революция, связанная с развитием электроники. Информационный слайд (Тип А)

схема INTERNET на 2005 г. Информационный слайд (Тип А)

Достижения второй, информационной революции, в том числе т.н. «открытое» (электронное) образование фантастически увеличили ту способность человека, которая сделала его ведущим биологическим видом на Земле – способность к передаче информации Информационный слайд (Тип А)

Третья НТР - нанотехнология В конце ХХ века стала очевидной неизбежность развития нанотехнологии и наступления третьей научно-технической революции Информационный слайд (Тип А)

Объективные причины третьей НТР Неизбежный переход микроэлектроники в наноэлектронику Экологические проблемы Достижения и потребности биотехнологии и медицины Процесс «размытия» границ между рядом научных областей физики, химии, биологии, информатики Информационный слайд (Тип А)

Третья научно техническая революция делает человека своеобразным демиургом не только в области технических устройств и материалов, но и применительно к собственному организму. Пожалуй самым важным достижением нанотехнологии в содружестве с биотехнологией станет возможность поддерживать и усовершенствовать все функции организма человека, включая функции мозга: «путь к бессмертию и свободе», по определению Э.Дрекслера Информационный слайд (Тип А)

Финансирование нанотехнологии В 2003 г. государства всех стран мира потратили на нанотехнологию 2 млрд. долл., после чего данная научная область стала самой финансируемой. В 2006 г. эти траты достигли 4,8 млрд. долларов. Полагают, что к 2015 гг. в основном завершится активный дележ мирового рынка нанотехнологии, и нанопромышленность во всем мире вырастет до триллиона долларов в год с ежегодным приростом рынка на 40%. Информационный слайд (Тип А)

ЯПОНИЯ Развитие государственной политики в области НТ началось в конце 1980-х гг. Национальная стратегия нанотехнологий – одна из 5 пунктов Основного плана в области науки и технологий. С 1999 г. действует «Национальная программа работ по НТ» с высшим государственным приоритетом «Огато». Вовлечено 60 частных фирм. Японские ученые претендуют на первое место (в ближайшем будущем) по уровню масштабных открытий в сфере высоких технологий и защите природы г. – 120; 2000 г. – 245; 2006 г. – 975 млн. долл Информационный слайд (Тип А)

США:Национальная нанотехнологическая инициатива (NNI), 2000 год Долгосрочная комплексная программа. (Время от фундаментальных открытий до коммерциализации, как правило, лет). В 10 раз больше средств – коммерческие компании. Первоначально более половины финансирования – Национальному научному фонду. Корректировка каждые 3 года (2007 г. – особое внимание наномедицине). Антикризисные планы для поддержки инвестиций Критика NNI за отсутствие эффективной стратегической программы предотвращения рисков. В 2007 г , в 2009 – млн. долл. Информационный слайд (Тип А)

Европейский союз 2000 г. – Лиссабонская стратегия; 2004 г. – стратегия развития НТ до 2013 г. В 2002 г. создана некоммерческая организация «Европейская ассоциация нанобизнеса» (ENA) Основная цель – трансформация экономики ЕС из экономики ресурсов в экономику знаний в соответствии с вызовами новой индустриальной революции и возрастающей мировой конкуренцией. Необходимость ужесточения политики в области охраны окружающей среды. «Подтягивание» отстающих регионов ЕС. «Привлечь к дискуссии общество на ранней стадии создания НТ». Изучить возможные риски. Европейская комиссия: долгосрочная рамочная программа с бюджетом 600 млн. евро ежегодно. Информационный слайд (Тип А)

КНР Программа развития НТ утверждена в 2000 г.; в 2001 г. – официальное государственное обращение правительства к населению. Высокая степень влияния государства на развитиеНТ; антикризисные меры. Целевые сегменты: наноматериалы, наноэлектроника, нанобиотехнологии (70% продукции на данный момент). Рынок нанопродуктов в 2005 г. – 5,4 в 2015 г. планируется 144, 9 млрд. долл. «Плюсы»: 1. Наличие устойчивой взаимосвязи исследовательские центры – производство - конечные потребители 2. Низкая стоимость труда 3. Размещение на территории КНР производственных предприятий США и ЕС, которые КНР способен копировать. В 2008 г. Китай по госфинансированию НТ обогнал США и ЕС. Информационный слайд (Тип А)

КОРЕЯ Национальная программа развития нанотехнологий, 2001 г. Поставлена задача войти по ряду НТ в десятку мировых лидеров, по некоторым – в пятерку. Три подпрограммы, основа их взаимодействия элемент «Образование и тренинг». Далее элементы «Исследования и разработки» и «Оборудование и инфраструктура» С 2000 по 2009 г. вклад в программу по НТ порядка 1,6 млрд.долл. По оценкам специалистов, республика Корея занимает 4 место в мире после США, Японии и Германии по развитию НТ. Информационный слайд (Тип А)

ИЗРАИЛЬ Израильская нанотехнологическая инициатива (INNI), 2009 г. «Плюсы»: 1. Высокий уровень образования 2. Высокий уровень активности ученых (второе место в мире по научным публикациям, третье – по патентам) Финансирование ведущих университетов по НТ: 2006 г. – ; в 2011 г. – до 230 млн. долл. Информационный слайд (Тип А)

Нанотехнологические государственные программы имеют: Сингапур, Тайвань, Израиль, Индия, Южная Африка, Аргентина, Чили, Мексика. В США более половины фирм, производящих товарную продукцию, делают ставку на использование нанотехнологии. Большие корпорации типа HP, Siemence, Samsung имеют собственные исследовательские группы. Информационный слайд (Тип А)

РОССИЯ Структура индустрии НТ в значительной степени научно-образовательная: НИОКР 49%, образование 17%, производство 27 %. В группе «Наука» головная организация Курчатовский институт. Городское население в РФ: слышали о НТ 52%, понимают суть НТ 26%. Положительные эмоции и надежды – 55%; отрицательное отношение – 3% Информационный слайд (Тип А)

ОАО РОСНАНО 26 апреля 2007 г. в послании Федеральному собранию президент России В.В.Путин обозначил нанотехнологии в качестве одного из наиболее приоритетных направлений развития науки и техники и предложил учредить Российскую корпорацию нанотехнологий, которая с 2011 года перерегистрирована в ОАО РОСНАНО. Основной задачей РОСНАНО является инвестирование государственных средств в перспективные наукоемкие разработки в области нанотехнологий, а также организация подготовки специалистов в этой ключевой области. Информационный слайд (Тип А)

Разработки по заданию РОСНАНО Информационный слайд (Тип А)

Перспективы использования нанотехнологии Пока наиболее очевидные внедрения нанотехнологии приходятся на такие отрасли, как бытовая (электроника), энергетическая, медицина и парфюмерия, сельское хозяйство Информационный слайд (Тип А)

По прогнозам американской ассоциации National Science Foundation, в ближайшие лет предполагаются следующие технические достижения в области нанотехнологий: - промышленное производство нетрадиционными способами новых материалов даст рыночный объем в 340 млрд. долларов - в полупроводниковой промышленности объем нанотехнологической продукции достигнет 300 млрд. долларов - в фармацевтической промышленности около половины продукции будет определяться нанотехнологией, это составит примерно 180 млрд. долларов - наноструктурные катализаторы – до 100 млрд. долларов - рынок авиакосмических продуктов – 70 млрд. долларов - экономия в сфере использования энергии света составит 10%, в долларах это составит экономию в 100 млрд. и сократит выброс углекислого газа в атмосферу в размере 200 млн. тонн. Информационный слайд (Тип А)

Проблемы и опасности 1. Социальные: - усиление социального неравенства (например, в области наномедицины) - необходимость, в связи с увеличением продолжительности жизни, пересмотра пенсионного законодательства - безработица из-за новых требований к высокому профессиональному уровню кадров - проблемы образования - новые возможности нарушения гражданских прав - опасность усиления роли крупных корпораций по сравнению с ролью государства и большими возможностями их «закрытости» от общества Информационный слайд (Тип А)

Проблемы и опасности (продолжение) 2. Моральные (в области наномедицины, в военном деле) 3. Экологические: - влияние нанопродуктов и наноустройств на человека (высокая химическая активность наночастиц) 4. Политические - нарушение баланса сил между государствами в экономической и военно-политической области, - необходимость новых форм международного контроля за вооружением и антитеррористического контроля Информационный слайд (Тип А)

Проблемы преподавания основ нанотехнологии в школе и педагогическом вузе Информационный слайд (Тип А)

Кадровая составляющая НТ В развитии нанотехнологии педагогические вузы и школа занимают уникальное место, решая задачу подготовки нового поколения к осознанному восприятию принципиально изменившегося подхода к созданию материалов и устройств техники ХХ1 века. Быстрое развитие нанотехнологии в мире и необходимость в ближайшее время подготовить соответствующие кадры в России делает актуальным начало этого процесса уже в школе, как это делается в промышленно развитых странах. Информационный слайд (Тип А)

НТ в основной школе и в 9-11 классах Для основной школы речь идет только о создании мотивации к изучению нанотехнологии, которая может привести как к повышению общего интеллектуального уровня ученика, так и к сознательному выбору дальнейшей профессии, связанной с НТ. Более конкретный и систематизированный материал можно давать в разных формах в 9-10 классах. Межпредметные связи физика-химия-биология-информатика при изучении основ НТ в школе – важнейшая и нерешенная пока методическая проблема Информационный слайд (Тип А)

ПРОБЛЕМЫ… При выборе оптимального пути образования в области нанотехнологий принципиальное значение имеет не только технологическая составляющая обучения, но и учет возрастных закономерностей когнитивного развития. Информационный слайд (Тип А)

NBIC-технологии и инновационная цивилизация ХХ1 века «Слияние (конвергенция) наук возникает из единства материального мира при рассмотрении на наноуровне и означает объединение знаний, которое может стать основой не только бурного технологического прогресса, но и развития общечеловеческих ценностей (включая философию, искусство и т.п.)» ( Майкл К.Роко, один из инициаторов развития нанотехнологии в США) Информационный слайд (Тип А)