Старт в науке. Экологические проблемы нанотехнологии. Нанотехнологии в искусстве

Нанотехнологии для меня -- это прежде всего а) самые разные датчики и б) компьютеры с малым энергопотреблением и большой вычислительной мощностью.

В течение буквально пяти лет произойдет огромный прогресс в датчиках всех органов чувств, причем в мобильном варианте. Военные технологии очень быстро окажутся у многих и многих людей -- в камерафонах, теленетбуках и прочих странных девайсах. Продвинутые оптические матрицы, продвинутая оптика, продвинутая механика для того, чтобы все это мгновенно фокусировалось и отслеживало объект съемки, огромная вычислительная мощность для обработки видео, бездонная память, которая проглотит любой видеопоток и бережно его сохранит, распределенные торрент-системы, которые передадут все это видео интересующимся. Ольфакторные чипы, которые унюхают все, что интересно их владельцу, и которыми будет оборудован каждый камерафон, букридер и т.д.. Вездесущая GPS и Galileo навигация. Повсеместный интернет, "постоянный коннект". Микрофоны, которые слышат с огромных расстояний. Четкие снимки через любое марево. Я постоянно пишу о подобных технологических новинках у себя в журнале (и сейчас даже ссылок не привожу, все это было). И все это -- нанотехнологии.

Далее empowering (превращение каждого отдельного ламера в крутого профи). Empowering -- это когда у меня сейчас на поясе болтается 200г. камера, готовая снимать HD. А через пять лет такое будет практически у каждого человека, а у особо заинтересованных будет третье поколение камер формата Micro Four Thirds. Почему важно, чтобы это было HD? Потому как это -- emotional broad band. C другой стороны, редко какие шпионы обладали такой аппаратурой, какой сегодня обладает любой подросток, вооруженный сотовым телефоном. Экстраполируйте это еще лет на пять. Все граждане будут экипированы, как журналисты, желающие провести крутое журналистское расследование. Анализ ДНК лет через пять-десять уже будет не проблема. Анализируй родословную своих собачек, птичек, а также родственников и проходящих мимо политиков. Все это нанотехнологии.

Ну и что? Сейчас в России в газетах свободно печатают информацию про политиков, из-за которой в приличных странах эти политики перестают быть таковыми. А в России не перестают. Да и не вся политика публична.

Мой первый пойнт: empowering приводит к тому, что вся политика будет публична, даже если государственное раскрытие информации стремится к нулю. Люди любопытны, и склонны информацией делиться. Нанотехнологии будут стремительно снижать стоимость действий по добыче интересной информации.

Как ни странно, я считаю, что empowering (когда один человек при помощи технологий начинает работать с такой же производительностью, как бригада) проходит сейчас со много большей скоростью, чем помощь со стороны технологий различным группам по интересам. В том числе группам по политическим интересам. Все эти "социальные сети" находятся в самом начале своего пути, ибо социальные сети должны опираться на технологии emotional broadband -- эмоциональной широкополосности. Видео, аудио, трехмерность. В социальных сетях виртуальные миры еще никак себя не показали. В виртуальные миры пока еще нельзя попасть в собственном образе, нужны аватары. Нельзя провести дистантный семейный совет по той же технологии Cisco Telepresence, по которой проходит совет директоров какой-нибудь крупной компании (напомню, что продает Cisco в этой технологии: натуральную величину людей, контакт глазами, голос без задержек и из правильного направления, возможность сохранить стандартное поведение в комнате во время встречи).

Технологии вебинаров угрюмы, лаги губительны для нормальных обсуждений. В асинхронных сервисах социальных сетей нет пока поддержки организации (хотя бы в объеме issue tracking базовой версии Trac) -- никто никому ничего не может поручить, а затем проверить исполнение (я имею ввиду теорию коммуникативного действия Хабермаса). Но это нормально. Софт, как всегда отстает. Ибо аппаратура уже почти готова: камерам не требуется специального освещения, экраны делаются карманным прожектором из любой стены, интернет-трафик после некоторых неизбежных ограничений опять рванет в облака. Аппаратура эта через пять-десять лет будет стоить копейки, а софт так и вовсе будет бесплатным, как и сегодня.

А дальше возможны интересные сценарии типа тех, которые мы наблюдали в Индии во время ликвидации колониального режима. Только сценарии эти будут не страновых масштабов, а весьма локальных. Но в эпицентре этих сценариев мало никому не покажется, ибо это будут такие своеобразные суды Линча. Именно суды Линча: я отнюдь не утверждаю, что технологии дадут ход лучшим свойствам человечьей натуры. Механизм тут ровно такой же, как в знаменитом Манеки-неко, http://zhurnal.lib.ru/4/40_s_z/maneki.shtml , но каждое общество получит от этих технологий то, что оно заслуживает в меру своего варварства.

Хотя у дикарского общества будет много больше возможностей стать менее дикарским: новые технологии прежде всего -- информационные, они продвигают прежде всего образовательные процессы, в какой бы извращенной форме (обсуждение очень неприглядных ситуаций) эти образовательные процессы не проходили. Политика -- это прежде всего образование масс, причем конкурентными образовательными программами. Вот эту-то конкуренцию с самых неожиданных сторон новые технологии и обеспечат. Конкуренцию дикости и цивилизации в том числе. Но в диспутах выиграть может и цивилизация, равно как в силовом физическом столкновении обычно побеждает варвар.

Новые технологии вывернут на свет божий столько грязи, сколько человечество еще не видело. Мир пока еще не большая дважды деревня -- дважды, ибо кроме традиционного смысла "все всех знают" есть еще и неожиданный смысл -- огромное большинство жителей планеты все еще деревенские жители, даже если они уже успели переехать в какие-нибудь пригороды мегаполисов. Мир в эту дважды деревню только-только начинает превращаться. И хорошо, что новые технологии прежде всего являются технологиями образовательными. Но сначала у деревенских дикарей будет empowering для их дикарских замыслов ("дикарского блага") и средства для их дикарской организации в орды, а только потом эти же технологии превратят дикарей в цивилизованных людей, использующих свои способности для благих ("благо цивилизации") целей. Эти же технологии позволят цивилизованным людям обсудить, что именно является этим "благом цивилизации" -- и не прийти ни к какому единому мнению.

Но все начнется с превращения разведтехнологий в массовые. Взять в интернете подробную справочку про текущего докладчика на совещании, где принимаются важные (в том числе и политические) решения, могут еще не все люди. Через пять лет это будет инстинктивным действием. И часто после этого будут приниматься другие решения, "на основании разведданных", а не на основании предоставленной тщательно отфильтрованной информации. Информация хочет быть свободной, а на базе освободившейся информации много-много людей начнет принимать самые неожиданные решения.

Мир изменится, и изменится очень круто. Я не говорю, что мир изменится в лучшую сторону.Просто всё (в том числе и политика) будет происходить много быстрее и разнообразнее, а не лучше или хуже. А в основе этих изменений лежат нанотехнологии -- именно они позволяют получить дешевые асферические линзы, именно они позволяют Intel в эти дни демонстрировать новое поколение процессоров для мобильных телефонов, которые потребляют вдесятеро меньше энергии, именно эти нанотехнологии позволяют создать карманные проекторы высокой четкости и яркости, именно нанотехнологии позволяют иметь много часов видеозаписи во флешке размером с ноготь, именно нанотехнологии переведут связную инфраструктуру на оптоэлектронику, которая сейчас отрабатывается на дорогущих GRID-сетях. А дальше -- emotional broadband, через который к нам ворвется новая политика. Вы только представьте себе какие-нибудь студенческие волнения лет через пять, в которых каждый студент имеет мобильные устройства, о которых военные сейчас только мечтают. И никакое отключение интернета им грозить не будет, ибо mesh-сети тоже на подходе. И никакие "закладки" в процессорах, ибо открытый код для процессоров тоже уже появляется.

Ох, нахлебаемся. Впрочем, это верно для любого уровня технологий: прошлого, нынешнего, будущего. Ох, нахлебались, нахлебываемся, нахлебаемся.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1.Введение.

Можно предположить, что полное устранение вредного влияния деятельности человек на окружающую среду возможно предотвратить

Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырьё.

Во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.

Проблема экологии занимала человечество с давних времён. А с ростом прогресса, соответственно, загрязнением окружающей среды, проблемы экологии становятся всё более важными. В последнее времяих всё чаще пытаются решить с помощью нанотехнологий.

Нанотехнология - это область науки и техники, которая занимается совокупностью теоретических и практических методов исследования, анализом и синтезом и методами изготовления и применения продукции, которая имеет заданную атомную структуру. Производство таких продуктов осуществляется контролируемым манипулированием отдельнымимолекулами и атомами. Применение нанотехнологий помогает значительно снизить загрязнение окружающей среды. Методы нанотехнологии применяют в самых разных областях во многих странах мира.

Однако нанотехнология - новая наука, и, несмотря на свои преимущества и достоинства, вызывает и опасения. Впрочем, у любой ме-дальона всегда две стороны.Поэтому, несмотря на множество явного положитель-ного влияния нанотехнологий на жизнь современных людей, наночастицы могут наносить и вред, используясь в некоторых отраслях. Нанотехнологии в наши дни используются почти во всех сферах современной жизни. Наночастицыиспользуются, например, даже в косметике и парфюмерии. Так, наночастицы оксида титана содержатся внекоторых солнцезащитных кремах. Эти наночастицы поглощают излучение ультрафиолета с большой эффективностью, что, несомненно, делают такие кремы куда более эффективными, чем обычные. Однако впоследствии были проведены исследования, которые показали, что, например, углеродные нанотрубки оказывали губительное воздействие на крыс. Углеродные нанотрубки, попадая в лёгкие крыс, вызывали сильные нарушения, а затем разносились кровью по организму.

Главная проблема в том, что наночастицы проникают сквозь абсолютно все очистительные фильтры, которые существуют на наш день. Поэтому, так как использование нанотехнологий становится всё более активным, произойдёт и некоторая революция вэкологии. Будут создаваться специальные фильтры, задерживающие наночастицы.

Так как нанотехнологии видимо облегчают жизнь человека, то можно предположить, что, во-первых, нанотехнологии будут использовать не во всех отраслях, а только в тех, где это необходимо. И, во-вторых, вскоре негативное влияние наночастиц будет изучено и будут придуманы новые методы защиты.

Место нанотехнологий среди отраслей знаний

2.Основная часть

2.1Наноистория

Технологии определяют качество жизни каждого из нас и мощь государства, в котором мы живём.

400 г до н.э. греческий философ Демокрит впервые использовал слово «атом»;

1704 год Исаак Ньютон - предположения об исследовании «тайны корпускул»;

1959 год Ричард Фейман-предположение о механическом перемещении одиночных атомов;

1974 год Норио Танигучи впервые употребил термин «нанотехнологии»;

1980 год Эрик Дрекслер использовал этот термин.

2.2Проблемы экологии.

2.2.1Проблема экологии из-за нанотехнологий.

В наше время о перспективах нанотехнологий не говорит разве что ленивый. Всякий, кто заинтересуется данной темой, моментально найдет информацию о фуллеренах и квантовых точках, о нанотрубках, которые в 60 раз прочней стали и выдерживают температуру в 2500 градусов и давление в 6000 атмосфер. О фантастических преимуществах продуктов наноиндустрии написаны десятки аналитических статей. О непредсказуемых опасностях тоже. В силу своих размеров и уникальных свойств наночастицы в выпускаемых продуктах требуют тщательного изучения - могут ли они попадать в тело человека, и если да, то как долго они будут там оставаться. Кроме того, необходимо исследование поведения и перемещений наночастиц в окружающей среде и, самое главное, повлияют ли эти материалы на здоровье человека и состояние природы.

Другой проблемой является исследование поведения наночастиц в воде. На данный момент этот вопрос разработан слабо. Вопрос сложен тем, что необходимы комплексные исследования по поводу способности каждого из видов грунтов или искусственных фильтров задерживать те или иные наночастицы. Данным вопросом занимаются в настоящее время ученые из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology). Ими проводилась серия опытов, в ходе которых через колбы, заполненные песком, грунтом, микрогранулами стекла и иными материалами пропускалась вода, содержащая фуллерены. Выяснилось, что песок задерживает до 80% наночастиц, однако ученые также пришли к выводу, что на фильтрацию влияет состав воды. Наличие в воде гуминовой кислоты или поверхностно-активных веществ позволит наночастицам свободно проходить через песок.

В целом картина, складывающаяся на основании анализа данных проведенных исследований позволяет придти к выводу, что нанотехнологии не настолько вредны, как можно было бы предположить: наночастицы не отравляют землю и воду, а попадание их в организм не фатально и может быть ограничено системами фильтрации. История экологических и социальных проблем нанотехнологий не нова - подобные идеи возникали ещё и несколько сотен лет назад.

Не стоит, безусловно считать будущее технологии радужным и безобрачным. Правильное понимание нанопроцессов и побочных эффектов, создание систем фильтрации нового поколения, ограничение недобросовестных производителей и террористов - лишь некоторые пункты из списка задач, которые нам предстоит решать. Однако нам следует понимать, что выгоды от применения нанотехнологий будут перевешивать возможные трудности на пути их внедрения.

Ученые из университета Пердью (Purdue University) в США пришли к выводу, что наночастицы, попадающие в почву не причинят экосистеме никакого заметного вреда. Был проведен ряд опытов, в которых фуллерены помещали в различные виду почв и затем исследовали их поведение и их влияние на микроорганизмы и минеральные вещества. Напомним нашим читателям, что фуллерены представляют собой каркасные сферические многогранники, составленные из правильных пяти- и шестиугольников с атомами углерода в вершинах. Существенные изменения могли бы стать фатальными для элементов пищевых цепочек растений. Однако результаты наблюдений показывают, что никакой негативной динамики не производит: микроорганизмы живут и здравствуют, баланс веществ не затронут.

Еще одной глобальной проблемой может стать наличие наночастиц в атмосфере. По мнению американских ученых эти частицы, отражая солнечные лучи, способны изменить климат на планете, спровоцировав очередной ледниковый период. Уже сейчас есть сведения об их значительном влиянии на метеоусловия, причем не всегда положительные.Одним из вопросов, которым задаются как ученые, так и обыватели, в особенности жители мегаполисов, является воздух, который мы вдыхаем. Ни для кого не секрет, что наличие гигантского количества заболеваний хроническим бронхитом и астмой, включая врожденные случаи данной болезни, объясняются токсическими и загрязненными выбросами в атмосферу промышленных предприятий и бытовых устройств. Картина мира, в котором, чтобы не умереть от рака легких в 30 лет нужно дышать через фильтр, изображенная Стивеном Кингом в «Бегущем человеке» становится не такой уж фантастикой.

2.2.2Проблема экологии из-за человека.

Последствия проблем экологии из-за человека

Глобальное потепление

Одной из важнейших экологических проблем выступает длительный рост средней температуры атмосферы нашей планеты. За период 1960-2000 гг. эта величина возросла примерно на 0,5, причем этот рост приобрел особо устойчивый характер в 80-е годы прошлого столетия. Ученые уверены, что основной причиной такого повышения является все возрастающее количество сжигаемого топлива (каменного угля, нефти и т.п.), промышленными установками, автомобилями и т.д. Именно продукты горения (двуокись углерода, метан и т.п.) и их взаимодействие с солнечным излучением являются основными факторами роста температуры атмосфера (парниковый эффект).

Поэтому уже давно основной проблемой экологии стало снижения уровня потребления, так называемого ископаемого топлива (нефти и угля), что должно уменьшить и объем выбрасываемой в атмосферу окиси углерода и других продуктов горения. Поэтому поиск альтернативных источников энергии и разработка эффективных методов сохранения и передачи энергии (например, создание солнечных батарей и топливных элементов нового типа) стали важной научно - технической задачей. В самое последнее время выяснилось, что применение углеродных нанотрубок может привести к значительному повышению коэффициента полезного действия существующих преобразователей солнечной энергии. Кроме этого, было обнаружено, что углеродные нанотрубки могут весьма эффективно адсорбировать большие количества водорода, что сразу активизировало разнообразные исследования, относящиеся к разработке топливных элементов, батарей и т.п.

Уничтожение озонового слоя.

Другой важной экологической проблемой является сохранение озонового слоя атмосферы, который расположен примерно на высоте 20 километров и играет исключительно важную роль в защите поверхности планеты от ультрафиолетового излучения Солнца. Известно, что в последние годы озоновый слой разрушается под воздействием многих химических реагентов, используемых в быту и промышленности. Основную роль в процессах разрушения озонового слоя играют фреоны, которые являются не «природными», а искусственными продуктами и производятся химической промышленностью для различных целей (аэрозоли, хладагенты, установки кондиционирования воздуха и т.д.).

Уменьшение озонового слоя на 1% сразу приводит к повышению частоты заболевания раком кожи на 3-6% и лейкемией - на 1%. Уменьшение озонового слоя на 10% имело бы катастрофические последствия, так как, в соответствии с некоторыми прогнозами, число страдающих раком кожи возросло бы сразу на 20%, а число болеющих лейкемией - на 1,6-1,7 миллиона человек. Вот уже около 10 лет наблюдается заметное разрушение озонового слоя, что ученые связывают с нарастающим выбросом в атмосферу различных фреоновых соединений. Наилучшим решением проблемы стало бы, конечно, полное запрещение использования фреонов, однако это является нереальным, и в наше время интенсивно ведется поиск веществ, которые могли бы заменить фреоны в различных применениях. Нанотехнологии могут дать достаточно эффективные методы решения этой задачи.

Кислотные дожди

Очень серьезной экологической проблемой для многих стран (и особенно, для Японии) являются так называемые кислотные дожди (т. Е. дожди, при которых вместе с водой выпадают серная и соляная кислота). Причиной возникновения таких дождей стало то, что в атмосферу попадает большое количество отходов промышленного производства выхлопных газов автомобилей. Такие отходы могут образовывать в дождевых облаках разнообразные окиси серы и азота (), вступающие в реакцию с водными парами, в результате чего вместо дождя выпадает слабый раствор кислот.

Для Японии такие кислотные дожди стали проблемой, начиная с конца 90-х годов. По статистике, относящейся к центральным областям Японии, в этот период резко возросло число заболеваний органов дыхания, хотя необходимо отметить, что еще в 1974 году в области Тохоку при кислотных дождях было зафиксировано дополнительно около 30 тысяч пациентов, жаловавшихся на расстройства зрения и заболевания кожи.

Наиболее радикальным средством борьбы с кислотными дождями стал бы переход к новым источника энергии, не связанным со сжиганием нефти, угля и т.п. Нанотехнологии открывают широкие перспективы для повышения коэффициента полезного действия.

2.2.3Решение экологических проблем с помощью нанотехнологий.

Зеленые нанотехнологии.

Нанотехнологии способны изменить производственные процессы двумя способами. Во-первых, за счет быстрого сокращения отходов производства и повышения его эффективности. Во-вторых, за счет использования наноматериалов в качестве катализаторов, которые повысят эффективность производственных процессов и позволят избавиться от токсичных и грязных материалов, а также конечных продуктов.

«Зеленые» нанотехнологии - это технологии, в которых используются безопасные для окружающей среды химические и технологические процессы. В идеале «зеленые» нанотехнологии должны улучшить производственные процессы, предъявляемые к материалам требования, химические процедуры, а также заменить текущие небезопасные вещества и процессы. Это позволит сократить расходы энергии и материалов.

Значение «зеленой» химии и «зеленых» технологий было оценено по достоинству в 2005 г., когда Нобелевскую премию по химии «За вклад в развитие метода метатезиса в органическом синтезе» вручили Роберту Граббсу (Robert Grubbs) из Калифорнийского технологического института (США), Ричарду Шроку (Richard Schrock) из Массачусетского технологического института (США) и Иву Шовену (Yves Chauvin) из Института нефти (Франция). Метатезис означает такое «переключение» пары химических связей, при котором возникает перегруппировка атомов, то есть изменяется углеродный скелет одной или двух молекул.

«ЗЕЛЁНЫЕ» РЕШЕНИЯ ДЛЯ ГОРОДОВ БУДУЩЕГО

Не существует никаких международных правил «зелёного» строительства. Каждый решает проблему экономии ресурсов и сокращения выбросов парниковых газов по-своему. Журнал National Geographic подобрал десять ярких тому примеров.(3 примера ниже) :

1)Сингапур.

В Сингапуре существуют уникальные Сады у залива, охватившие 1 млн м². Комплекс создан не только для красоты и отдохновения, но и для обуздания эффекта локального перегрева.

Центральное место отведено стеклянному атриуму, где находится около 220 тыс. видов растительности (80% растительных видов мира, по уверениям Национального паркового совета Сингапура).

За его пределами раскинулась роща из 18 «супердеревьев» — вертикальных садов до 50 м в высоту, которые собирают дождевую воду, фильтруют выхлопные газы и перерабатывают солнечную энергию, освещая себя по ночам.

Эффект локального перегрева возникает в городах из-за того, что тротуар, асфальт и бетон поглощают тепло. По оценке Управления по охране окружающей среды США, среднегодовая температура в миллионнике примерно на 3 ˚С выше, чем в соседних сельских районах. Своего пика эффект достигает в самые жаркие дни лета из-за повального использования кондиционеров.

Значение растительности в зонах урбанизации выходит за рамки охлаждения и тени. Городские насаждения помогают улучшить качество воздуха и воды благодаря природным механизмам фильтрации. Например, недавнее исследование показало, что травы, плющи и другие растения (не только деревья) способны снизить содержание диоксида азота и твёрдых частиц в воздухе на целых 40 и 60% соответственно.

2) Нью-Йорк

«Научная баржа», которую можно встретить на реке Гудзон в Нью-Йорке, представляет собой школьный класс и теплицу. Питаемая солнечной энергией, ветром и биотопливом баржа, построенная в 2007 году, может похвастаться нулевым выбросом парниковых газов.Овощи выращивают методом гидропоники, растения получают все необходимые питательные вещества из воды: хорошую почву (и почву вообще) найти в городских условиях нелегко. Для полива используется дождевая вода и очищенная речная, пестициды запрещены. Компания New York Sun Works придумала баржу как прототип самодостаточного садика, который можно разбить на крыше здания.

Первая экологическая деревня Великобритании появилась в Лондоне в 2002 году. Комплекс BedZED состоит из сотен домов и офисных посещений. Сады на крыше, вторичные строительные материалы, эффективная теплоизоляция, ускоренная переработка отходов, очень маленькое расстояние между домом и работой — всё это позволило вдвое снизить углеродный след поселения по сравнению с обычным городом.

Международный совет по нанотехнологиям

В 2004 г. энтузиастами была учреждена международная организация - Международный совет по нанотехнологиям (International Council on Nanotechnology - ICON), - которая собирает и распространяет всю доступную информацию о нанотехнологиях. Члены этой организации пытаются оценивать преимущества и недостатки нанотехнологий (например риски для окружающей среды) и распространяют информацию об этом.

2.2.4 Химическое нанотехноэкологическое решение проблемы.

Самоочищающиеся поверхность

Такую поверхность называют нанотравой, она представляет собой множество параллельных нанопроволок (наностержней) одинаковой длины, расположенных на равном расстоянии друг от друга.

Самоочищение ворсистой поверхности от частиц грязи называют «эффектом лотоса».

Применение:

Самоочищающиеся поверхности и покрытия

Молекулярные соединения аллотропных форм углерода.

Молекулярные соединения аллотропных форм углерода в виде замкнутых многогранников. Молекула фуллерена состоит из 60 атомов углерода. Диаметр С60 составляет около 1 нм.

Применение:

Огнезащитные краски;

Искусственные алмазы;

Новые лекарства;

Аккумуляторы.

Оксид титана

Оксид титана имеет сильную каталитическую активность. В присутствии ультрафиолетового излучения расщепляет молекулы воды на свободные радикалы.

Применение:

Очистка воды, воздуха, различных поверхностей от органических соединений;

Самоочищающиеся стекла

3.Заключение.

У меня возникла такая идея, как построить очистительные сооружения которые будут очищать воздух во всём мире.

К примеру приведу здания которые будут построены в центре, рядом с загрязнителями и на окраинах городов, в которых будут установлены специальные конденсаторы и будут выращиваться большое количество растений, которые будут очищать воздух.

Очистительное сооружение

Генератор очистительного сооружения

Примитивный пример генератора и процесс:

Описание работы генератора в очистительном сооружении.

При включении постоянного тока в воде происходит реакция:

Распределение сооружений очистки

Вполне возможно, что некоторые новые материалы могут представлять риск для изготовителей и потребителей, а также для общества и окружающей среды. Поэтому ученые стремятся максимально тщательно и всесторонне изучить потенциальный риск, связанный с новыми нанотехнологиями, чтобы гарантировать безопасность их применения.

Развитие нанотехнологий продолжается и вполне возможно, что человечество действительно решит глобальные проблемы с их помощью.

Список использованных источников и литературы.

https://www.nps.gov/index.htm National Park Service

http://korrespondent.ru

http://ria.ru/science/20081203/156376525.html#ixzz2orCoTJVk

НАНО? Это просто!//РУСНАНО [Электронный ресурс]. - Электрон. журн. - 2012. - Режим доступа:http://popular.rusnano.com/

Крутько В. Н. Проблема оценки рисков нанотехнологий: методологические аспекты / В. Н. Крутько, Е. В. Пуцилло, А. Я. Чижов // Вестн. Рос. ун-та дружбы народов. Сер. Экология и безопасность жизне-деятельности. - 2014. - № 4. - С. 55-61. - Библиогр.: 5 назв.

Дугин Г. С. Нанотехнология и ее возможное негативное влияние на окружающую среду / Г.С. Дугин // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2009. - № 5. - С. 33-37. - Библиогр.: 7 назв.

Галченко Ю. П. Техногенные наночастицы как непериодический фактор окружающей среды / Ю. П. Галченко //Экол. системы и приборы. - 2014. - № 1. - С. 18-22. - Библиогр.: 5 назв.

Нанотехнология в ближайшем десятилетии / Под ред. М.К. Роко, Р.С. Уильямса, П.Аливисатоса. М., 2012.

Ибрагимов И. М. Применение нанотехнологии для защиты окружающей среды / И. М. Ибрагимов, Е. А. Перфилова //Изв. Акад. пром. экологии. - 2015. - № 3. - С. 76.

В марте 2008 г. более ста ученых из разных стран мира встретились в Швейцарии на конференции «nanoECO» для обсуждения проблем, связанных с воздействием синтезированных наночастиц на окружающую среду . Хотя нано-экотоксикология является молодой областью исследований, были представлены интересные и важные результаты. Конечно, в центре внимания были нерешенные проблемы: как и в каких количествах наночастицы из «нанопродуктов» попадают в окружающую среду; какой будет, к примеру, уровень загрязнений рек, почвы; какие аналитические методы могут быть эффективно использованы?

Вопрос о применимости методов исследований очень важен. H.Krug в своем докладе подчеркнул, что на данные о токсичности углеродных нанотрубок (УНТ) наряду с присутствующими в них примесями металлов (признанный эффект) могут повлиять и реактивы, применяемые для экспериментов in vitro ! В этом случае выводы о вреде нанотрубок могут оказаться ложными. Поэтому при оценке токсичности очень важно правильно охарактеризовать не только сами наноматериалы, но и аналитические методы, используемые в исследованиях.

«Зеленая» химия, «зеленая» энергетика… Эти термины появились в конце прошлого века и сразу стали очень популярными. В последние годы чрезвычайно возрос интерес к ресурсосберегающим экологически чистым зеленым технологиям, инвестиции в фирмы зеленых технологий постоянно увеличиваются. «Зеленой нанотехнологии» посвящен доклад B.Karn . Зеленая нанотехнология, как объясняет автор, – это способ создания и использования наноматериалов и нанопродукции без нанесения ущерба окружающей среде и здоровью человека. Таким образом, с одной стороны к зеленой нанотехнологии относится производство наноматериалов и продуктов с использованием принципов зеленой химии и зеленых технологий (что улучшает окружающую среду косвенным образом), а с другой – создание нанопродуктов, которые непосредственно участвуют в решении прошлых, настоящих и будущих проблем, связанных с защитой природы и здоровьем людей (например, сорбенты для очистки сточных вод или питьевой воды, новые катализаторы, энергетические системы).

Результаты компьютерного моделирования транспорта трех наиболее распространенных видов наночастиц (нано-Ag, нано-TiO 2 и УНТ), представленные в докладе швейцарских ученых B.Nowack и N.Mueller оказались настолько интересными, что были полностью опубликованы в журнале «Environmental Science & Technology» и прокомментированы в июньском выпуске «Nature Nanotechnology» . Рассмотрим их подробнее.

Наночастицы Ag и TiO 2 наиболее широко представлены в потребительских товарах. Считается, что нано-серебро обладает противомикробными, противогрибковыми и другими полезными свойствами, а нано-TiO 2 производится в больших количествах для использования в самоочищающихся, необрастающих, противомикробных покрытиях и красках, а также в косметических средствах как поглотитель УФ (только в Австралии имеется более 300 зарегистрированных солнцезащитных продуктов, содержащих наночастицы TiO 2). Третий изученный наноматериал – углеродные нанотрубки – не нуждается в представлении нашим постоянным читателям.

В модели использовались следующие входные данные: оценки объемов мирового производства, концентрации наночастиц в различных продуктах, выход наночастиц из продуктов и параметры потоков в окружающую среду (от установок для сжигания отходов, мусорных свалок, и/или установок для очистки сточных вод) и между ее областями (воздух, почва, вода). Рассмотрен весь цикл использования продуктов, содержащих наночастицы, – от производства до утилизации. Модель такого типа обычно применяется в определении воздействия химических продуктов.

Авторы сделали оценку риска для трех областей окружающей среды – воды (реки и озера), воздуха, почвы в Швейцарии (рис.1). Было рассмотрено два сценария – реалистичный (RE – realistic ), основанный на имеющейся информации, и худший (HE – high exposure ), основанный на оценках, предполагающих наличие более высоких концентраций. Результаты сравнивались с величинами, которые по данным токсикологических исследований не вызывают негативных эффектов (PNEC – predicted no-effect concentration ). Риск выражался как отношение прогнозируемой концентрации в окружающей среде PEC (PEC – predicted environmental concentrations ) к PNEC. Материалы, для которых это отношение меньше единицы, считаются безопасными.

Рис.1. Возможное распределение наноматериалов в окружающей среде (воздух; почва, растительность; почва, покрытая растительностью; вода; отложения)

К сожалению, невозможно найти перечень всей продукции, содержащей наночастицы. Многие производители не информируют об их наличии. Вероятно, в ближайшие годы ситуация изменится к лучшему, а пока авторы использовали для анализа параметры, некоторые из которых представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры, использованные при моделировании транспорта наночастиц в Швейцарии

Наночастицы	Категория продукции	% от общего колич.	Способ выделения	%	Область выделения
нано-Ag	текстиль	10	истирание при использовании истирание при стирке утилизация разложение	5	воздух очистка сточных вод сжигание мусора живая система живая система живая система
	косметика	25	использование утилизация	95	очистка сточных вод сжигание мусора
	аэрозоли чистящиесредства	15	использование утилизация истирание	95	воздух, стоки, почва сжигание мусора очистка сточных вод
	металлическаяпродукция	5	утилизация разложение истирание	47,5	живая система сжигание мусора живая система очистка сточных вод
	пластмассы	10	утилизация разложение	50	сжигание мусора живая система почва, сточные воды
			разложение утилизация	45	живая система место утилизации
нано-TiO 2	пластмассы	2	истирание утилизация	5	воздух, сточные воды сжигание мусора
	косметика	60	использование утилизация	95	сточные воды, вода сжигание мусора
	покрытия	2	использование утилизация	95	сточные воды, воздух сжигание мусора
	металлы	1	истирание утилизация	5	сточные воды живая система сжигание мусора
	хранение/ производствоэнергии	10	утилизация	25	сжигание мусора живая система
		25	утилизация	50	сточные воды, почва место утилизации
УНТ	пластмассы, спортивное Оборудование	50	истирание утилизация	5	воздух сжигание мусора
	электроника,батареи	50	рецикл утилизация	40	живая система сжигание мусора место утилизации
			экспорт	50	живая система

В таблице 2 приведены величины PEC, полученные в для двух сценариев (RE и HE).

Таблица 3

	Оценка риска (PEC/PNEC) в окружающей среде
	Нано – Ag		Нано – TiO 2		УНТ
	RE	HE	RE	HE	RE	HE
Воздух	н/o	н/o	0,0015	0,004	1,5х10 -5	2,3х10 -3
Вода	0,0008	0,002	>0,7	>16	0,005	0,008
Почва	н/о	н/о	н/о	н/о	н/о	н/о

н/о – не определен из-за отсутствия экотоксикологических данных

Как видно из табл. 2, величины PEC для УНТ являются самыми низкими (хотя, конечно, в будущем при росте производства ситуация может измениться). Содержание в воздухе мало для всех трех типов наночастиц. Частицы наносеребра и нанооксида титана в основном находятся в воде и почве, при этом содержание нано-Ag в 20–200 раз ниже, чем нано-TiO 2 . УНТ в воду практически не попадают.

На основе полученных величин РЕС теперь можно определить, какие наночастицы и где представляют наибольший риск (табл. 3).

Результаты моделирования показывают, что в настоящее время УНТ не представляют риска для окружающей среды. Основная часть продуктов, содержащих нанотрубки, или идет в повторный цикл, или попадает в установки для сжигания мусора, где УНТ в присутствии кислорода сгорают практически полностью (температура в установках примерно 850 о С). А вот отношение PEC/PNEC для нано-TiO 2 в воде приближается к единице или даже больше нее, указывая на наличие значимого риска.

Конечно, это предварительные результаты. Например, сознательно не рассматриваются трансформация, деградация, биоаккумулирование наночастиц, хотя эти процессы могут играть важную роль. Не учтены выбросы из мест производства. Тем не менее, результаты дают оценку риска и могут служить отправной точкой для последующих исследований, в которых, в том числе, будут более полно отражены специфические свойства наночастиц.

1. nanoECO. Nanoparticles in the Environment . Implications and Applications 2–7 March, 2008 Centro Stefano Franscini Monte Verità Ascona, Switzerland
2. H.F. Krug et al., nanoECO Book of Abstracts 2–7 March, 2008, p.53
3. B. Karn. nanoECO Book of Abstracts 2–7 March, 2008, p.77
4. N. Mueller, B. Nowack., Environ. Sci. Technol. 42, 4447 (2008)
5. M. Scheringer, Nature Nanotechnol., 3, 332 (2008)

Научное, экспертное сообщество стало осознавать в последнее время опасности и риски нерегулируемого развития наноиндустрии и нанопродукции из-за токсичности наноматериалов для живых систем и недостаточных исследований по этой проблеме. И дальше будет происходить радикальное преобразование современного производства, всех сфер жизни человека под воздействием нанотехнологий.

Однако эти перспективы останутся не реализованными без действенного контроля за негативными последствиями от использования нанотехнологий. Вернее изменения будут существенными, но в них будут преобладать реальные вредные последствия.

Можно сказать еще сильнее: от эффективности системы обеспечения безопасности зависит, выживет ли человечество в 21 веке. Эта проблема становится впереди опасностей, связанных с терроризмом и использованием оружия массового уничтожения.

Конечно, проблема безопасности нанотехнологий имеет свои специфические особенности, прежде всего связанные с тем, что наноматериалы станут общепринятыми, проникнут в быт, медицину, спорт, цивильную и военную технику, в одежду, обувь, продукты питания etc. Эти технологии междисциплинарные и межотраслевые и поэтому от них можно ждать успехов и рисков во всех сферах деятельности человека. Однако при всем при том положительный и негативный опыт, накопленный человечеством в 20ом веке при использовании мирного и немирного атома, методология, выработанная в этой отрасли, может быть перенесена, конечно, не механически, на защиту человека и природы от нанотехнологий.

А это означает, что с самого начала следует производить оценку безопасности для всего цикла, для любой вводимой в практику нанотехнологии и наноматериалов: на экспериментальной стадии, безопасность пилотных разработок, промышленного производства, во всех сферах использования, безопасность в потенциальных авариях, при остановке технологии, при хранении, захоронении отходов, содержащих наноматериалы. Об одной экстравагантной, грозной и непривычной опасности мы упоминали в другой главе книги, обсуждая спор между пионерами нанотехнологий Эриком Дрекслером и Робертом Смоли. Речь идет о выходе из под контроля самовоспроизводящихся, «размножающихся» молекулярных роботов-ассемблеров. Они способны продолжая бесконечную работу по самосборке из сырья окружающей среды в автономном режиме при адекватном снабжении энергией, перестроить, переработать любые среды, попадающиеся на их пути, в популяцию новых ассемблеров или как образно говорит Э.Дрекслер в «серую» грязь. Теоретически этот процесс, т.е. экспоненциальный рост, может продолжаться до тех пор, пока доступные энергии и материалы не будут исчерпаны. Веселенькая перспектива! Но это пока только теория.

Э. Дрекслер не только подробно обсуждал такую возможность и предлагал, в общих чертах, определить предостороженности, которые должны добровольно возложить на себя все страны, занимающиеся разработкой нанотехнологий.

Более традиционные виды опасностей связаны с химическими свойствами наночастиц, способными взаимодействовать с живыми системами. Как и в случае с ионизирующим излучением, наночастицы в клетке образуют суперактивные частицы - радикалы разной природы, сильные окислители (перекиси, синглетный кислород), способные нарушать процессы жизнедеятельности клетки, воздействую на ДНК, РНК и другие биологический объекты клетки.

Очень важным является дозиметрия наночастиц в живых организмах, что требует специальных прецизионных приборов и специальных методик. Поскольку проявление специфических, в том числе и токсилогических, свойств наночастицами связано с их характерным для них очень высоким соотношением поверхности к объему или массе, то эта величина S/V часто принимается за физическую меру потенциального воздействия на живую систему. Н, конечно, очень важно химическое строение, геометрия частиц, распределение их по размерам.

1. Перенос наночастиц (НЧ) в организме человека и окружающей среде (ОС).

Источники поступления НЧ в ОС.

Наночастицы в окружающей среде - явление не новое. К настоящему времени кроме естественных источников поступления наночастиц существует множество источников ненамеренного антропогенного загрязнения окружающей среде. С началом эры нанотехнологий к ним добавляется целый ряд намеренно созданных источников поступления нанообъектов в различные природные среды.

2. Пути поступления наночастиц в организм человека.

Поступление нанообъектов в организм человека не отличается от поступления других загрязнений и происходит:

- через дыхательные пути (домашний текстиль);
- с водой и пищей через кишечный тракт;
- через кожные покровы (одежда, белье) и слизистые оболочки;
- от загрязненных поверхностей.

В тоже время нанообъекты могут поступать в организм человека не как загрязнения, а по другим причинам:

- при использовании нанолекарств, нанокосметики, нанотекстиля;
- при постоянном контакте с бытовыми предметами и материалами, содержащими нанообъекты и наночастицы.

Немногочисленные, несистемные исследования по изучению влияния нанообъектов на животных и человека все же позволяют сделать следующие выводы, которые обязательно необходимо учитывать:

- разовое поступление нанообъектов в организм животного вызывает нежелательные изменения, интенсивность которых зависит от концентрации нанообъектов;
- нанообъекты имеют свойство накапливаться в органах и тканях (костный мозг, нервные клетки центральной и периферической нервных систем, лимфоузлах, мозге, легких, печени, почках).

Внутрь живой клетки нанообъекты проникают, преодолевая блокбарьеры. При этом они могут:

- воздействовать на составляющие живой клетки, нарушая его в основном за счет генерации активных частиц (радикалы, различные формы кислорода, перекиси);
- проникать внутрь метахондрий и блокировать их активную функцию;
- вызывать повреждение ДНК, блокировать активность рибосом.

Серьезность проблемы опасностей от применения нанотехнологий осознается в последнее время многими учеными и общественными деятелями во всем мире. С 2006 г. начал выходить специальный журнал Nanotоxicology; этой проблемой занимается Национальный институт здоровья США, Агентство по охране окружающей среды ЕРА, Национальный институт рака NCI и другие. В России и сама наноиндустрия пока очень слаба и соответственно должного, системного контроля над этой проблемой не существует. А в те же время из-за рубежа к нам поступает многочисленная нанопродукция (фармацевтика, питание, текстиль, косметика и др.) на десятки млрд. DS, которая не проходит никакой специальной сертификации. Необходима специальная независимая служба контроля, оборудованная на современном приборном уровне и работающая в рамках специального законодательство и при постоянном общественном контроле.

Опубликованные USEPA, EVSCENIHR и NRG, а также Международным Советом руководства рисками (JRGC) в 2006-2007 гг. отчеты подчеркивают недостаточность экспериментальных данных о потенциальных рисках в нанотехнологиях и в наномедицине.

До сих пор проводились исследования только на животных, целью которых было выявление принципов работы нанообъектов.

Проблема нанотоксичности может усугубляться из-за того, что токсичность нанообъектов не является простым переходом от токсичности массивных материалов того же химического строения к наномасштабам. Повторяем, что наночастицы по своей природе проявляют иные физико-химические свойства, зависящие не только от их размера, но и от адгезивных, каталитических, оптических, электрических, квантово-механических свойств, которые зависят не только от размера наночастиц, но и от их геометрии, распределения по размерам и порядка их организации в нанообъекте.

Более того, химические вещества, не проявляющие токсичности в обычной ненаноразмерной форме, могут ее проявлять в форме наночастиц. Типичный пример. Инертный углерод в обычной форме проявляет токсичность в форме фуллерена, углеродных нанотрубок. Подобная метаморфоза происходит с окислами металлов (титан).

- токсичность зависит от концентрации в организме наночастиц и площади их поверхности;
- токсичность зависит от физико-химической формы наночастиц;
- токсичность зависит от наносистемы, в которую включены наночастицы;
- токсичность наночастиц выше, чем микрочастиц;
- наночастицы вредны и для животных и для растений;
- практически нет данных по воздействию наночастиц и нанообъектов на человека и на экосистемы как целого, или на популяцию как части экосистемы.

В настоящее время в мире производится 2000 оригинальных наноматериалов. За 10 лет их использования не один вид из них не был изучен в полном объеме на безопасность.

Табл. 1. Опасности нанотехнологий и пути их преодоления

	Опасность		Пути решения
специфические
	Использование наноустройств	Просто страх: первые наноустройства не появятся раньше 2015-2020 года	Проводить разъяснительную работу и популяризировать соответствующие нанотехнологии
	Нанотоксичность	Сообщения о вредном воздействии нанообъектов, недостаток экспериментальных данных	О механизмах нанотоксичности
	Воздействие нанообъектов на ДНК и геномные процессы	Сообщения о воздействии нанообъектов на ДНК, недостаток экспериментальных данных	Проведение дополнительных экспериментальных исследований, формирование теоретических представлений
	Проникновение НО внутрь клеток, органов тканей	Сообщения о проникновении НО через биомембраны, недостаток экспериментальных данных	Проведение дополнительных экспериментальных исследований, формирование теоретических представлений
неспецифические
	Новое и непривычное	Просто страх	Проводить разъяснительную работу по нанотехнологиям
	Потеря денег с неясной пользой	Отсутствие работ по анализу соотношения польза-вред	Организация исследований по соотношению польза-вред от применения нанотехнологий
		Отсутствие работ по анализу и оценке риска нанотехнологий	Организация исследований по анализу и оценке риска нанотехнологий
	Незащищенность, незаконность	Отсутствие законодательной и нормативной базы	Разработка законодательных и нормативных документов, регулирующих производство и обращение нанотехнологий

Помимо безопасности возникают и нравственно-этические проблемы от применения нанотехнологий, особенно для медицины, косметики, бытовой техники, одежды, домашнего текстиля, военной техники и др.

Общество должно иметь в своем распоряжении полную, объективную и ясную для понимания информацию о достоинствах и недостатках нанотехнологий и принимать участие в решениях стратегических вопросов в лице экспертного сообщества и общественных организаций.

Следует признать, что во всем мире исследования по безопасности нанотехнологий существенно отстоят от их разработки и коммерциализации. А затраты на выявление этических, юридических и социальных последствий внедрения нанотехнологий резко отстает от исследований влияния на здоровье человека и окружающей среды.

Это состояние необходимо срочно на планетарном уровне менять, если мы не хотим загубить нашу общую цивилизацию; менять путем законодательств международного и федерального уровней.

Созданные на их основе вещества называют наноматериалами, а способы их производства и применения - нанотехнологиями. Невооруженным глазом человек способен увидеть предмет, диаметром примерно 10 тыс. нанометров.

Альманах "Понимая Нанотехнологию"Understanding Nanotechnology отмечает, что несмотря на то, что термин "нанотехнология" стал весьма популярным в последние годы, даже люди, выступавшие в поддержку развития этой отрасли науки и техники, часто весьма приблизительно представляют о чем идет речь. Показательно, что в академическом словаре американского английского Webster Dictionary выпуска 1966 года слово "нанотехнология" не значится, несмотря на то, что исследования в наносфере к тому времени проводились достаточно давно.

США впервые выделили значительные бюджетные средства на развитие нанотехнологий при президенте Билле КлинтонеBill Clinton. В анонсирующей этот факт речи (была произнесена в 2000 году) Клинтон объяснил, что нанотехнологии позволяют создать из куска вещества, размером с кусочек сахара, материал, который в десять раз крепче стали. Это определение ныне воспринимается, как вульгарное и донельзя примитивное, однако нет гарантии, что и нынешние определения нанотехнологии в обозримом будущем не устареют и не будут выглядеть кошмарным анахронизмом. Вероятно наибольшие шансы на выживание имеет определение, данное Ритой КолвеллRita Colwell, директором Национального Фонда Науки СШАNational Science Foundation: "Нанотехнологии - это ворота, открывающиеся в иной мир".

Общемировые затраты на нанотехнологические проекты сейчас превышают $9 млрд. в год. На долю США ныне приходится примерно треть всех мировых инвестиций в нанотехнологии. Другие главные игроки на этом поле - Европейский Союз и Япония. Исследования в этой сфере активно ведутся также в странах бывшего СССР, Австралии, Канаде, Китае, Южной Корее, Израиле, Сингапуре, Бразилии и Тайване. Прогнозы показывают, что к 2015 году общая численность персонала различных отраслей нанотехнологической промышленности может дойти до 2 млн. человек, а суммарная стоимость товаров, производимых с использованием наноматериалов, составит, как минимум, несколько сотен миллиардов долларов и, возможно, приблизится к $1 трлн.

Нанотехнологии принято делить на три типа. Промышленное применение наночастиц в красках для автомобилей и автокосметике - пример "инкрементных" нанотехнологий. "Эволюционные" нанотехнологии представлены наномерными датчиками, использующими флуоресцентные свойства квантовых точек (диаметром от 2 до 10 нанометров) и электрические свойства углеродных нанотрубок (диаметром от 1 до 100 нанометров), хотя эти разработки пока находятся в зачаточном состоянии. "Радикальные" нанотехнологии пока что не встречаются, их можно увидеть только в фантастических триллерах. Стоит также ожидать сближения этих трех технологий.

Однако переход от производства в лаборатории к массовому производству чреват значительными проблемами, а надежную обработку материалов в наномасштабе требуемым образом все еще очень трудно реализовать с экономической точки зрения. В настоящее время, наноматериалы используют для изготовления защитных и светопоглощающих покрытий, спортивного оборудования, транзисторов, светоиспускающих диодов, топливных элементов, лекарств и медицинской аппаратуры, материалов для упаковки продуктов питания, косметики и одежды. Нанопримеси на основе оксида церия уже сейчас добавляют в дизельное топливо, что позволяет на 4-5% повысить КПД двигателя и снизить степень загрязнения выхлопных газов. В 2002 году на Кубке ДэвисаDavis Cup были впервые использованы теннисные мячи, созданные с использованием нанотехнологий.

В общей сложности американская промышленность и индустрия других развитых стран сейчас применяют нанотехнологии в процессе производства, как минимум, 80 групп потребительских товаров и свыше 600 видов сырьевых материалов, комплектующих изделий и промышленного оборудования. В США одни только федеральные ассигнования на нанотехнологические программы и проекты выросли с $464 млн. в 2001 году до $1 млрд. в 2005-м. По данным Исследовательской Службы Конгресса СШАCongressional Research Service, в 2006 году США планируют выделить на эти цели $1.1 млрд. Еще $2 млрд. в 2005 году потратили на те же цели американские корпорации (нанолаборатории создали такие гиганты бизнеса, как HP, NEC и IBM, университеты и власти отдельных штатов).

Безоблачное нанозавтра

В последние годы опубликовано множество оптимистических прогнозов о способах применения нанотехнологий. Свойства материалов в наномасштабе отличаются от крупных масштабов из-за того, что в наномасштабе площадь поверхности на единицу объема чрезвычайно велика. Нанотехнологии способны кардинально изменить методы, ныне применяемые в микроэлектронике, оптоэлектронике и медицине. Поэтому нанотехнологии обладают поистине гигантским потенциалом.

Известный ученый Джей Сторрс ХоллJ. Storrs Hall, автор научно-популярной книги "Нанобудущее"Nanofuture: What"s Next For Nanotechnology, утверждает, что нанотехнологии кардинальным образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит революционизировать целые отрасли экономики. К их числу относятся наносенсоры для идентификации токсичных отходов химической и биотехнологической промышленности, наркотиков, боевых отравляющих веществ, взрывчатки и патогенных микроорганизмов, а также наночастичные фильтры и прочие очистные устройства, предназначенные для их удаления или нейтрализации. Другой пример перспективных наносистем близкого будущего - электрические магистральные кабели на углеродных нанотрубках, которые будут проводить ток высокого напряжения лучше медных проводов и при этом весить в пять-шесть раз меньше. Наноматериалы позволят многократно снизить стоимость автомобильных каталитических конверторов, очищающих выхлопы от вредных примесей, поскольку с их помощью можно в 15-20 раз снизить расход платины и других ценных металлов, которые применяются в этих приборах. Есть все основания считать, что наноматериалы найдут широкое применение в нефтеперерабатывающей промышленности и в таких новейших областях биоиндустрии, как геномика и протеомика.

Физик Тед СэрджентTed Sargent, автор книги "Танец Молекул"The Dance of Molecules: How Nanotechnology is Changing Our Lives, пишет, что существует проект создания наносистемы для введения медикаментов, изменяющих определенные биологические функции внутри живых организмов, к примеру, для развития или укрепления иммунитета против конкретных болезнетворных организмов. Рэй КурцвейлRay Kurzweil, автор книги "Фантастическое Путешествие"Fantatic Voyage: Live Long Enough to Live Ever, прогнозирует, что возможно создание нанороботов-врачей, которые способны "жить" внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения или предотвращая их возникновение.

Теоретически нанотехнологии способны обеспечить человеку физическое бессмертие за счет того, что наномедицина сможет бесконечно регенерировать отмирающие клетки. По прогнозам журнала Scientific American уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства, размером с почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать и впрыснет их в кровь.

Ожидается, что уже в 2025 году появятся первые роботы, созданные на основе нанотехнологий. Теоретически возможно, что они будут способны конструировать из готовых атомов любой предмет. Нанотехнологиии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. Молекулярные роботы способны будут производить пищу, заменив сельскохозяйственные растения и животных. К примеру, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено - корову. Нанотехнологии способны также стабилизировать экологическую обстановку. Новые виды промышленности не будут производить отходов, отравляющих планету. Невероятные перспективы открываются также в области информационных технологий. Нанороботы способны воплотить в жизнь мечту фантастов о колонизации иных планет - эти устройства смогут создать на них среду обитания, необходимую для жизни человека. Джош ВолфеJosh Wolfe, редактор аналитического отчета Forbes/Wolfe Nanotech Report, пишет: "Мир будет просто построен заново. Нанотехнология потрясет все на планете."

Краткая наноистория

Историк науки Ричард БукерRichard D. Booker отмечает, что историю нанотехнологий создать крайне сложно по двум причинам - во-первых, "размытости" самого этого понятия. Например, нанотехнологии часто не являются "технологиями" в привычном смысле этого слова. Во-вторых, человечество всегда пыталось экспериментировать с нанотехнологиями, даже и не подозревая об этом.

Чарльз ПулCharles P. Poole, автор книги "Введение в Нанотехнологию"Introduction to Nanotechnology, приводит показательный пример: в Британском Музее хранится, так называемый "Кубок Ликурга" (на стенах кубка изображены сцены из жизни этого великого спартанского законодателя), изготовленный древнеримскими мастерами - он содержит микроскопические частицы золота и серебра, добавленные в стекло. При различном освещении кубок меняет цвет - от темно-красного до светло-золотистого. Аналогичные технологии применялись и при создании витражей средневековых европейских соборов.

Отцом нанотехнологии можно считать греческого философа Демокрита. Примерно в 400 г. до н.э. он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества. В 1661 году Ирландский химик Роберт БойлRobert Boуle опубликовал статью, в которой раскритиковал утверждение Аристотеля, согласно которому все на Земле состоит из четырех элементов - воды, земли, огня и воздуха (философская основа основ тогдашней алхимии, химии и физики). Бойл утверждал, что все состоит из "корпускулов" - сверхмалых деталей, которые в разных сочетаниях образуют различные вещества и предметы. Впоследствии идеи Демокрита и Бойла были приняты научным сообществом.

Вероятно впервые в современной истории нанотехнологический прорыв был достигнут американским изобретателем Джорджем ИстмэномGeorge Eastmen (впоследствии основал известную компанию Kodak), который изготовил фотопленку (это произошло в 1883 году).

1905 год. Швейцарский физик Альберт Эйнштейн опубликовал работу, в которой доказывал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр.

1931 год. Немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электронный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты.

1968 год. Альфред ЧоAlfred Cho и Джон АртурJohn Arthur, сотрудники научного подразделения американской компании Bell, разработали теоретические основы нанотехнологии при обработке поверхностей.

1974 год. Японский физик Норио Танигучи ввел в научный оборот слово "нанотехнологии", которым предложил называть механизмы, размером менее одного микрона. Греческое слово "нанос" означает "гном", им обозначают биллионные части целого.

1981 год. Германские физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали микроскоп, способный показывать отдельные атомы.

1985 год. Американские физики Роберт КерлRobert Curl, Хэрольд КротоHarold Kroto и Ричард СмэйлиRichard Smalley создали технологию, позволяющую точно измерять предметы, диаметром в один нанометр.

1986 год. Нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик ДрекслерEric Dreхsler опубликовал книгу, в которой предсказывал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться.

1989 год. Дональд ЭйглерDonald Eigler, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.

1993 год. В США начали присуждать Фейнмановскую Премию, которая названа в честь физика Ричарда ФейнаманаRichard P. Feynman, который в 1959 году произнес пророческую речь, в которой заявил, что многие научные проблемы будут решены лишь тогда, когда ученые научатся работать на атомарном уровне. В 1965 году Фейнману была присуждена Нобелевская премия за исследования в сфере квантовой электродинамики - ныне это одна из областей нанонауки.

1998 год. Голландский физик Сеез Деккер создал транзистор на основе нанотехнологий.

1999 год. Американские физики Джеймс ТурJames Tour и Марк РидMark Reed определили, что отдельная молекула способна вести себя также, как молекулярные цепочки.

2000 год. Администрация США поддержала создание Национальной Инициативы в Области НанотехнологииNational Nanotechnology Initiative. Нанотехнологические исследования получили государственное финансирование. Тогда из федерального бюджета было выделено $500 млн.

2001 - Марк РатнерMark A. Ratner, автор книги "Нанотехнологии: Введение в Новую Большую Идею"Nanotechnology: A Gentle Introduction to the Next Big Idea, считает, что нанотехнологии стали частью жизни человечества именно в 2001 году. Тогда произошли два знаковых события: влиятельный научный журнал Science назвал нанотехнологии - "прорывом года", а влиятельный бизнес-журнал Forbes - "новой многообещающей идеей". Ныне по отношению к нанотехнологиям периодически употребляют выражение "новая промышленная революция".

Призрачная угроза

История неопровержимо свидетельствует о том, что едва ли все полезные изобретения и научно-технические разработки не только способствуют развитию экономики, но также ставят человечество перед новыми и подчас труднопредсказуемыми опасностями.

В 2004 году банк Credit Suisse First Boston опубликовал аналитический доклад о будущем нанотехнологий. В нем утверждается, что нанотехнология является классической "технологией общего назначения". Другие технологии общего назначения - паровые двигатели, электричество и железные дороги - становились основой для промышленных революций. Нововведения такого рода обычно начинают свое развитие, как очень грубые технологии с ограниченными вариантами использования, но затем быстро распространяется на другие сферы жизни. Это приводит к началу "процесса креативной деструкции" (процесс, в котором новая технология или продукт предоставляют новые возможности и лучшие решения, результатом чего является полная замена предшествующей технологии или продукта. Так электричество заменило пар, а электронная почта - телеграф). В ближайшем будущем креативная деструкция не только будет продолжаться, но и ускорится, и нанотехнология будет ее ядром. Вывод: "Большинство компаний, котирующихся в нынешнем индексе промышленных предприятий Dow Jones Industrial скорее всего через двадцать лет не будут там находиться".

Эрик ДрекслерEric Drexler, создатель и глава исследовательсеого Foresight Institute, автор книги "Механизмы Творения"Engines of Creation, подчеркивает, что сегодня покупатель промышленного продукта платит за его проектирование, материалы, труд рабочих, стоимость производства, транспортировку, хранение и организацию продаж. Если нанофабрики смогут производить большой диапазон продукции в любое время и в любом месте, большая часть этих операций сделается ненужными. Поэтому неизвестно, как нанопроизводство повлияет на цены и на уровень безработцы. Гибкость нанотехнологического производства и возможность выпуска радикально лучшей продукции предполагает, что обычные товары не смогут конкурировать с продукцией нанофабрик во многих областях. Если технология нанофабрик будет принадлежать или контролироваться какой-либо одной организацией, это может привести к "новой монополизации".

Исследовательский Центр За Ответственность в Сфере НанотехнологииCenter for Responsible Nanotechnology предсказывает, что по нынешним стандартам, продукты нанотехнологий будут исключительно ценными. Монополия позволит владельцам технологии установить высокие цены на всю продукцию для получения большой прибыли. Однако, это означает, что миллионы нуждающихся людей не получат доступ к жизненно необходимым дешевым технологиям. Со временем конкуренция снизит цены, но на раннем этапе появление монополии весьма вероятно. Тем более, что "бедные" страны мира не обладают возможностями для финансирований наноисследований. Также маловероятно, что нерегулируемому коммерческому рынку нанотехнологий будет позволено существовать.

Есть и иные аспекты проблемы. Террористы и криминалитет, получившие доступ к нанотехнологиям, могут нанести обществу существенный урон. Химическое и биологическое оружие будет более опасным, а скрыть его будет значительно проще. Станет возможным создание новых типов оружия для убийства на расстоянии, которые будет очень тяжело обнаружить или нейтрализовать. Поимка преступника после совершения им подобного преступления также усложнится. С другой стороны, новые возможности приобретет государство. Теоретически возможно создать очень маленькие недорогие суперкомпьютеры, на которых могут быть запущены незаметные программы постоянного наблюдения за населением. Огромное количество устройств наблюдения может быть изготовлено при достаточно скромных затратах. При возможности построить миллиарды сложных устройств по общей цене в несколько долларов, любая автоматизированная технология, которая может быть применена к одному человеку, может быть применена и ко всем. Любой сценарий физического или психологического контроля, использующий предельные возможности нанотехнологии будет выглядеть научно-фантастическим и неправдоподобным.

Новые вещи и изменения в привычном укладе жизни могут привести к расшатыванию основ общества. Например, медицинские устройства, которые позволят относительно легко модифицировать структуру мозга или осуществлять стимуляцию определенных его отделов для получения эффектов, имитирующих любые формы психической активности, могут стать основой "нанотехнологической наркомании".

Нанотехнологии имеют и блестящее военное будущее. Ныне военные исследования в мире ведутся в шести основных сферах: технологии создания и противодействия "невидимости", энергетические ресурсы, самовосстанавливающиеся системы (например, позволяющие автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета или изменять ее цвет), связь, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений. Еще в 1995 году Дэвид ДжеримайяDavid E. Jeremiah, бывший член Объединенного Комитета Начальников ШтабовJoint Chiefs if Staff заявил: "Нанотехнологии способны радикально изменить баланс сил, в большей степени, чем даже ядерное оружие".

Возможно представить устройство размером с мельчайшее насекомое (около 200 микрон), способное находить незащищенных людей и впрыскивать им яды. Летальная доза токсина ботулизма составляет 100 нанограмм или около 1/100 объема всего устройства. 50 миллиардов единиц подобного оружия - количество, достаточное чтобы убить каждого человека на Земле - может храниться в чемодане. Огнестрельное оружие станет намного более мощным - а пули самонаводящимися. Аэрокосмическая техника может быть намного легче и лучше, изготовляться с минимумом или вообще без металла, из-за чего обнаруживать ее с помощью радаров окажется намного сложнее. Встроенные компьютеры позволят активировать на расстоянии любой вид оружия, а более компактные источники энергии позволят сильно улучшить возможности боевых роботов.

Аналитик Том МаккартиTom McCarthy, автор статьи "Молекулярная Нанотехнология и Мировая Система"Molecular Nanotechnology and the World System, утверждает, что нанотехнологии будут способствовать снижению уровня экономического влияния отдельных государств. В ходе военных действий, армии будут предпочитать уничтожать людей, а не военную технику или промышленные предприятия. Нанотехнологии позволят организовать промышленное производство даже в регионах, где нет минеральных ресурсов. Они сделают небольшие группы вполне самодостаточными, что может способствовать распаду государств.

Оценка риска

США и другие страны пытаются оценить риск применения и совершенствования нанотехнологий. Однако в США ассигнования на анализ потенциальных угроз применения наноматериалов пока что очень невелики.

Согласно подсчетам экспертов организации Project on Emerging Nanotechnologies, их общий объем составляет всего лишь $39 млн. - то есть, лишь 4% всех ассигнований на нанотехнологии, идущих из федерального казначейства. Количество проектов, на которые отпускаются эти средства, также довольно скромно - примерно 160.

На слушаниях в Комитете по Науке Палаты Представителей Конгресса СШАHouse Science Committee представители экологических движений и промышленных корпораций в один голос заявили, что расходы на выяснение экологических и медицинских аспектов применения наноматериалов должны составлять от 10-ти до 20-ти процентов всех государственных затрат на нанотехнологии.

Подобное положение дел уже стало причиной множества тревожных предупреждений со стороны специалистов. Наночастицы легко проникают в организм человека и животных через кожу, респираторную систему и желудочно-кишечный тракт. Сейчас уже не подлежит сомнению, что некоторые нанообъекты могут оказывать токсичное действие на клетки различных тканей. В частности, такое воздействие оказывают углеродные нанотрубки, которые считают одним из самых перспективных наноматериалов близкого будущего.

Ситуация осложняется тем, что многие наноструктуры производятся не одним, а несколькими способами. Это обстоятельство увеличивает ассортимент рисков, с которыми могут сталкиваться или уже сталкиваются работники нанотехнологической индустрии. С другой стороны, оно дает основание предположить, что внешне одни и те же нанопродукты, изготовленные на основе различных технологий, будут оказывать неодинаковое воздействие на человека и его среду обитания.

В декабре 2004 года Совет по Научной ПолитикеScience Policy Council Агентства по Охране Окружающей Среды СШАEnvironment Protection Agency создал рабочую группу экспертов, вменив ей в обязанность подготовку Белой Книги, посвященной обсуждению опасностей применения нанотехнологий. Ровно через год черновой вариант этого документа был опубликован.

Авторы проекта Белой Книги начинают с дефиниции объекта своего анализа. Они определяют нанотехнологии как "исследования и разработки на атомном, молекулярном и макромолекулярном уровне в масштабе размеров от одного до ста нанометров; создание и использование искусственных структур, устройств и систем, которые в силу своих сверхмалых размеров обладают существенно новыми свойствами и функциями; манипулирование веществом на атомной шкале дистанций". Это определение достаточно широко, чтобы включить не только уже существующие материалы и изделия, но и те системы, которые появятся лишь через десять-двадцать лет.

Однако до настоящего времени сведения о последствиях неконтролируемых выбросов наночастиц в окружающую среду остаются довольно скудными. Авторы проекта Белой Книги подчеркивают необходимость как можно скорее заполнить эти информационные пробелы. Они подчеркивают, что серьезное изучение поведения наночастиц в окружающей среде началось лишь недавно. Известно, например, что наночастицы способны накапливаться в воздухе, почве и сточных водах, однако у науки пока что не хватает данных для точного моделирования таких процессов. Наночастицы могут разрушаться под действием света и химических веществ, а также при контактах с микроорганизмами, но и эти процессы пока что не слишком хорошо изучены. Наноматериалы, как правило, легче вступают в химические превращения, нежели более крупные объекты того же состава, и поэтому способны образовывать комплексные соединения с ранее неизвестными свойствами. Это обстоятельство увеличивает технологическую перспективность нанообъектов и в то же время заставляет с особым вниманием относиться к связанным с ними рискам.

Еще одна мало исследованная область - последствия контактов наночастиц с живыми клетками и тканями. Не подлежит сомнению, что многие наноматериалы обладают токсичным действием. Например, вдыхание наночастиц полистирола не только вызывает воспаление легочной ткани, но также провоцирует тромбоз кровеносных сосудов. Есть сведения, что углеродные наночастицы могут вызывать расстройства сердечной деятельности и подавлять активность иммунной системы. Опыты на аквариумных рыбах и собаках показали, что фуллерены, многоатомные шаровидные молекулы углерода поперечником в несколько нанометров, могут разрушать ткани мозга. Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации.

Составители Белой Книги настоятельно рекомендуют ускорить проведение широкомасштабных исследований, нацеленных на выяснение опасностей и рисков, связанных с наночастичным загрязнением среды обитания. В частности, необходимо выяснить, какими путями осуществляется биодеградация наночастиц и как она влияет на экологические цепи в живой природе.

К схожим выводам пришел и Клэренс ДэвисJ. Clarens Davies, научный сотрудник исследовательского Центра имени Вудро ВильсонаWoodrow Wilson Center, автор доклада "Управляя Эффектом Нанотехнологий"Managing the Effect of Nanotechnology. Он отмечает, что нанотехнологии являются "новой реальностью", которая пока не поддается государственному регулированию. Крайне сложно использовать для этой цели действующие законы. Поэтому необходимо срочно создавать принципиально новое законодательство, новые механизмы и институты регулирования (в том числе и международные) - иначе джинн может вырваться из бутылки и последствия этого могут быть самыми неприятными.