|
| | | | Проблемы современной экономики, N 1 (25), 2008 | | | | ИННОВАЦИОННАЯ ПАРАДИГМА РАВИТИЯ НАНОИНДУСТРИИ И ПРОБЛЕМЫ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ (Приглашение к новой дискуссии) | | | Шур В. Я.
профессор Уральского государственного университета им. А.М. Горького,
(г. Екатеринбург) директор Уральского центра коллективного пользования «Сканирующая зондовая микроскопия»,
доктор физ.-мат. наук, профессор
| |
| | | |
1. Открытие Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии»
12 декабря 2007 г. в Екатеринбурге в Уральском государственном университете им. А.М. Горького состоялось открытие Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии». В торжественном заседании приняли участие представители исполнительной власти Свердловской области, руководители ведущих областных предприятий, работающих в сфере нанотехнологий, институтов Уральского отделения РАН и университетов Уральского федерального округа, реализующих инновационно-образовательную программу, а также центров наноиндустрии и нанотехнологий уральского региона [2].
В своем выступлении председатель правительства Свердловской области В.А. Кокшаров отметил, что открытие центра является важным шагом к тому, чтобы Свердловская область в ближайшем будущем заняла достойное место в проведении исследований по нанотехнологиям. Центр коллективного пользования может стать точкой притяжения для лучших умов в сфере исследования нанотехнологий, реализовать функции регионального консультативного центра. В рамках университета деятельность центра позволит собрать воедино три направления – образование, науку и инновационный процесс.
После открытия Центра прошло заседание, посвященное обсуждению вопроса об организации научно-образовательного инновационного партнерства Уральского региона «Нанотехнологии». За круглым столом представители областной исполнительной власти, руководители ведущих предприятий, институтов УрО РАН, центров наноиндустрии и нанотехнологий Урала обсудили формы будущего сотрудничества в области развития нанотехнологий.
20 декабря 2007 г. по инициативе Министерства промышленности, энергетики и науки Свердловской области состоялась презентация Уральского центра коллективного пользования (ЦКП). В рамках презентации были продемонстрированы возможности прикладного использования в промышленности уникального оборудования, размещенного в ЦКП. На презентации присутствовало более тридцати главных специалистов промышленных предприятий Екатеринбурга и Свердловской области. Обсуждение результатов встречи в формате общей дискуссии показало, что презентация явилась началом эффективного взаимодействия образовательных, научных и производственных структур на пути решения проблем перехода от нанотехнологий к наноиндустрии.
В открытом в УрГУ Центре коллективного пользования сосредоточены новейшие образцы оборудования, предназначенного для исследований и производства наноматериалов. Сегодня оснащение центра является одним из лучших в России, а по ряду направлений аналитическое оборудование Уральского ЦКП находится на уровне европейских исследовательских центров. Некоторые приборы в настоящее время не имеют аналогов в России. Особое место в составе оборудования центра занимает уникальный комплект зондовых нанолабораторий NTEGRA Российского производства.
Важно отметить, что Центр имеет хорошие перспективы дальнейшего развития. К настоящему времени на приобретение оборудования для первой очереди ЦКП использовано 40 процентов от общего объема финансирования, запланированного на 2007 – 2009 гг. В частности, 230 млн рублей были выделены УрГУ на развитие нанотехнологий из бюджета инновационной образовательной программы. В 2009 г. еще 111 млн рублей будет получено в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 гг.» [1] для создания в УрГУ научно-образовательного центра «Нанотехнологии».
Уральский ЦКП «Современные нанотехнологии» размещен на физическом и химическом факультетах УрГУ. Он создан на основе существующего в университете Уральского ЦКП «Сканирующая зондовая микроскопия» и состоит из 11 подразделений. Всего за три года на покупку оборудования для ЦКП по нанотехнологиям в УрГУ будет потрачено более 330 млн рублей.
Необходимость консолидации усилий высших учебных заведений, научно-исследовательских институтов и высокотехнологичных компаний продиктована государственными программами инновационного развития. Организация партнерства в этой сфере позволит повысить уровень подготовки научных работников и инженеров, а также приведет к росту эффективности процесса коммерциализации инноваций.
Создание центра играет важную роль в гармоничном развитии образования, науки и инновационного процесса, в соответствии с задачами, поставленными перед университетом инновационно-образовательной программой. Эффективное использование нового современного оборудования позволит не только получать новые фундаментальные результаты и подготавливать квалифицированных специалистов, но и обеспечивать выход научных разработок в производство.
2. Особенности деятельности в области разработки нанотехнологий и перспективы ее развития
Обсуждение проблем, связанных с развитием нанотехнологий, затрудняется в связи с отсутствием четкого определения предмета деятельности. В настоящее время существует множество определений нанотехнологий, существенно различающихся по форме. В большинстве своем их смысл сводится к тому, что в сфере нанотехнологий возможно манипулирование веществом на атомном и молекулярном уровне и создание материалов, устройств и технических систем, функционирование которых определяется наноструктурой. Можно встретить и упоминания различных нанокритериев, например, указания на то, что размер наночастиц должен быть меньше 100 нм хотя бы в одном направлении, а также характеристику свойства наночастиц, которые отличаются от свойств этого же вещества в обычном состоянии.
Наиболее существенным является утверждение о том, что для технологий изменение масштаба от «микро» к «нано» приводит к качественному переходу – скачку от манипуляции веществом к манипуляции отдельными атомами. Принципиальную роль играет и то, что нанотехнологии качественно отличаются от традиционных технологий повышенной наукоемкостью, междисциплинарностью и высоким уровнем затрат на проведение исследований, поэтому их развитие невозможно без самого современного научного оборудования.
Высочайшая активность в развитии нанотехнологий в современном мире в значительной степени обусловлена тем, что к настоящему моменту в этой сфере уже удалось сформулировать ряд амбициозных проектов. К их числу относятся такие, как изготовление электронных схем с активными элементами, размеры которых сравнимы с размерами атомов и молекул; разработка и создание механизмов и роботов размером с молекулу; а также сборка любых объектов путем манипуляции атомами и молекулами.
Нанотехнологии представляют собой научно-технологическую революцию начала ХХI в. Исследования в этой области в наши дни находятся на передовом крае науки. Современный нанотехнологический «бум» был инициирован в 2000 г. американской программой «Национальная нанотехнологическая инициатива» [3], с общим объемом инвестиций, составляющих на сегодняшний день более 8 млрд долл. США. Инициатива была в кратчайшие сроки подхвачена Евросоюзом, Японией, Китаем, Южной Кореей и другими странами. В апреле 2007 г. в Российской Федерации в ответ на вызов времени было объявлено о запуске пилотного нанотехнологического проекта, по идеологии и масштабам аналогичного атомному и космическому. Реализация данного проекта нацелена на качественное изменение всего технологического базиса экономики. В условиях перехода к экономике, основанной на знаниях, проект одновременно должен иметь и определенный коммерческий успех.
Нанотехнологии – это та область, для развития которой государство «не пожалеет никаких денег». Она является междисциплинарной и для ее реализации привлекается широкий круг ученых различных специальностей, главным образом, химиков, физиков и биологов. Среди основных ориентиров данного проекта можно выделить такие, как целенаправленный синтез различных материалов и систем на атомно-молекулярном уровне, создание методов диагностики с атомарным разрешением. Одним из основных принципов получения наноструктурированных материалов является самоорганизация в сложных системах или управляемая «самосборка» из существующих элементов – наноразмерных строительных блоков.
Нанотехнологии предоставляют широкое поле для деятельности, притом по разным направлениям. Отдельные направления нанотехнологий качественно различаются как по уровню разработки, так и по усилиям, необходимым для их широкого внедрения их результатов. Так, все существующие нанотехнологии можно условно разделить на две большие группы: традиционные и наукоемкие.
Традиционные нанотехнологии существуют давно. Они основаны на использовании технологических приемов, которые уже хорошо разработаны или требуют незначительного улучшения для доведения их до оптимального состояния. Эти технологии практически не требуют значительной генерации новых знаний и не нуждаются в проведении интенсивных научных исследований современного уровня. В данной сфере ведется работа с известными дисперсными или ультрадисперсными системами, где нет серьезной потребности в использовании «наноэффектов». При этом экономический эффект от их применения может быть получен в самое ближайшее время.
Традиционные нанотехнологии включают в себя разработки объемных наноструктурированных сплавов, нанокомпозитов и стеклокерамики, представляющих собой конструкционные материалы для гражданской авиации, автомобилестроения и судостроения. В строительстве подобные структуры представлены такими материалами, как «нанобетон», улучшенные лаки и краски. В сельском хозяйстве применение традиционных нанотехнологий способствует изменению структуры почв и введению удобрений в дисперсном состоянии. Все эти нанотехнологии готовы к немедленной реализации, а многие уже реализованы и, несомненно, в скором времени найдут широкое, в том числе коммерческое, применение.
Наукоемкие нанотехнологии основаны на генерировании новых знаний, прорывных идей, использовании самого современного оборудования. Они не могут быть немедленно воплощены в производство, но способны создать задел для развития новых отраслей производства высокотехнологичных материалов и устройств.
Трудно перечислить все области, где будут внедряться наноматериалы. К ним относится, прежде всего, здравоохранение, включающее в себя наномедицину, нанодиагностику, исследование токсичности нанообъектов, создание биоматериалов и имплантатов, фотокатализаторов и сорбентов для экологических целей, безопасных косметических средств, одежды и перевязочных материалов и многое другое.
Значительную роль сыграют нанотехнологии в энергетике, включая развитие водородной и солнечной энергетики, создание топливных элементов, источников тока повышенной емкости, систем переработки нефти, экономичных излучателей белого света, и высокотемпературных тонкопленочных сверхпроводников.
Электроника является наиболее передовой и успешной областью с точки зрения использования нанотехнологий. Уменьшение размеров элементов памяти и транзисторов для выполнения растущих требований рынка уже сейчас заставляет производителей не только использовать пленки нанотолщины, но и создавать элементы наноразмеров. Дальнейшее уменьшение размеров элементов, связанное с развитием наноэлектроники и молекулярной электроники, фотоники и спинтроники приведет к революционным достижениям в хранении, преобразовании, передаче и отображении информации.
Отметим, что ожидаемые сроки внедрения в области наукоемких технологий составляют от трех до десяти лет.
3. Влияние развития нанотехнологий на ключевые секторы современной экономики
Нанотехнологии и наноиндустрия. Внедрение нанотехнологий приводит к появлению и развитию интеллектуальной техники. Развитие наноиндустрии может способствовать преодолению таких проблем человечества, как голод, болезни, загрязнение природной среды, разобщенность и расходование невозобновляемых природных ресурсов. В этой связи можно выделить ряд ожидаемых достижений наноиндустрии. В частности, миниатюризация внесет большой вклад в решение задач энергосбережения и экономного расходования природных ресурсов. На борьбу за здоровье человека встанут нанороботы. Появятся качественно новые виды товаров народного потребления. Электроника выйдет на новые рубежи, благодаря повышению быстродействия, энергоемкости и компактности элементов. Развитие телекоммуникаций на основе новой элементной базы позволит сплотить и объединить разобщенное человечество. Эффективные методы очистки воды и сенсоры состояния природной среды обеспечат улучшение условий жизни. Создание сверхпрочных и сверхлегких материалов позволит изготавливать качественно новые конструкции и механизмы и приведет к значительному повышению срока их службы.
В настоящее время уже существует более пятисот современных товаров, в производстве которых используются нанотехнологии. Среди последних достижений можно выделить такие примеры, как флэш-память объемом 16 Гб, изготовленная по 51 нм технологии, и процессор, изготовленный по 45 нм технологии. Уже сегодня производится множество косметических кремов, лекарств, фильтров для воды и воздуха, тканей с бактерицидным нанопокрытием.
Развитие нанотехнологий окажет огромное влияние на здоровье человека. Так, уже сейчас созданы качественно новые методы борьбы с онкологическими заболеваниями. Уменьшение энергопотребления приведет к улучшению состояния окружающей природной среды. Принцип целевой доставки лекарств к пораженным тканям, реализованный в сфере медицинских нанотехнологий, значительно увеличит эффективность лекарственных препаратов. Для проведения экспресс-анализов будут разработаны биочипы. Разработанные эффективные методы диагностики позволят создать диагностические тесты для домашнего применения.
Генная инженерия поможет решению проблемы голода путем увеличения продуктивности сельского хозяйства. На качественно новом уровне будет развиваться бионика, связанная с копированием технических решений Природы в реальном масштабе. Повсеместный контроль источников загрязнений и мониторинг состояния окружающей природной среды будут способствовать снижению остроты экологических проблем. Использование миниатюрных датчиков давления, температуры и других параметров позволит детально контролировать состояние человека. Возникнут новые возможности проведения бескровных операций с использованием инструментов, созданных нанотехнологиями.
Нанотехнологии качественно изменили подходы к замене человеческих органов. Получены прекрасные результаты при использовании имплантатов с наноструктурированной поверхностью. Разрабатываются искусственные органы человека, такие как глаз.
Нанотехнологии и образование. Развитие нанотехнологий должно привести к повышению образовательного уровня. Причем, несомненно, нужно будет начинать с ликвидации «нанотехнологической» безграмотности. Предстоит не только повышать уровень знаний в этой области, но и бороться с «нанофобией», так же как и с переоценкой возможностей нанотехнологий. Нужно уделять большое внимание популяризации основных достижений в области нанотехнологий, систематической профориентации школьников, абитуриентов, бакалавров, магистров и аспирантов.
Особое место в этом процессе должно уделяться развитию инновационных форм образования. Требуется создать систему подготовки и воспроизводства высококвалифицированных кадров нового поколения. Осуществление этой задачи необходимо проводить на всех уровнях высшего и последипломного образования, аспирантуры и докторантуры, а также адресной поддержки перспективных исследований молодых ученых. Молодые исследовательские кадры являются тем богатым человеческим ресурсом, опора на который позволит ответить на мировые вызовы и осуществить поставленные важнейшие задачи. Для успешной реализации провозглашенного нанотехнологического проекта в Российской Федерации абсолютно необходима эффективная система подготовки научных кадров не только инженерного, но и фундаментального профиля.
Развитие образовательной составляющей нанотехнологий должно сформировать положительное общественное мнение о наноматериалах и нанотехнологиях, что чрезвычайно важно для привлечения молодежи. В этой области необходима специальная кадровая политика, способная решить проблему комплектации аналитических центров и центров коллективного пользования, использующих сложное современное дорогостоящее оборудование. Создание сильных федеральных образовательных центров в области нанотехнологий повысит международный авторитет Российской Федерации. Развитие науки будет способствовать уменьшению «утечки мозгов» и укрепит международное сотрудничество в области образования и науки, обеспечит наличие высококлассных специалистов для наноиндустрии. Вместе с тем, значительное внимание должно быть уделено повышению квалификации представителей промышленности, играющих значительную роль во внедрении продуктов нанотехнологий.
Совершенно естественно, что ведущую роль в многоплановом образовательном процессе должны играть научно-образовательные центры, сформированные на базе ведущих российских университетов, и снабженных современным аналитическим и технологическим оборудованием.
Организация инновационного процесса. На пути к распространению продуктов нанотехнологий необходимо решить проблему перехода от научных разработок к массовому производству. Наиболее значимой при этом является стадия внедрения научных результатов – инновационный процесс. Для его полноценной реализации должен быть обеспечен доступ разработчиков к современному аналитическому и технологическому оборудованию, что требует создания технопарков и развития сети центров коллективного пользования уникальным оборудованием.
Кроме того, необходима эффективная координация деятельности представителей университетской и академической науки с промышленностью. Следует решать кадровые проблемы, характерные для современного состояния российской науки и образования, прежде всего за счет широкого привлечения предприимчивой молодежи и эффективной борьбы с «утечкой мозгов».
4. Проблемы «центров коллективного пользования» и особенности нанотехнологических программ в инновационном университете
Остановимся подробнее на проблемах, возникающих в современных центрах коллективного пользования уникальным оборудованием. Отметим, что подобные проблемы играют исключительно важную роль в реализации инновационного процесса в области нанотехнологий.
Кадровая проблема. Эта проблема может быть признана наиболее важной, и качество ее решения определяет эффективность работы ЦКП. Здесь нельзя не вспомнить классическую формулировку – «кадры решают все». Альтернативные пути решения проблемы, такие как подготовка и привлечение специалистов, ограничены необходимостью создания достаточной материальной заинтересованности для борьбы с потерей квалифицированных кадров. Пути решения этой проблемы в условиях инновационного университета будут рассмотрены позже.
Проблема обновления оборудования. Необходимым условием успешной работы ЦКП в области нанотехнологий является наличие у них дорогостоящего аналитического и технологического оборудования, соответствующего современному уровню, что требует постоянного развития и обновления материальной базы. Оборудование должно эффективно использоваться не только в интересах исследовательских групп университета, но также города и региона. При очевидном отсутствии возможности дать каждому ЦКП возможность для приобретения полного комплекта необходимого оборудования, возникает необходимость в кооперации их деятельности, требуется создание эффективно работающей, взаимосвязанной и достаточно широко распределенной сети дополняющих друг друга центров. Кроме того, широкая тематика проводимых исследований ставит руководство ЦКП перед необходимостью организации и развития междисциплинарных проектных групп.
Безусловно, решение поставленных задач требует привлечения значительных средств, которые необходимы для приобретения оборудования, комплектующих и расходных материалов; для достойной оплаты труда сотрудников и регулярного повышения их квалификации; для проведения сертификации методик и оформления международных патентов. Отметим, что основными источниками финансирования ЦКП являются гранты федеральных целевых программ, РФФИ и других международных, российских и региональных программ, а также проведение заказных исследований и предоставление образовательных услуг. Так, в рамках ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской федерации на 2008–2010 гг.» [1] формируется большое количество научно-образовательных центров нанотехнологий. Многие из них созданы в университетах, участвующих в инновационно-образовательных программах в рамках приоритетного национального проекта «Образование».
Важно, что на уровне инновационных университетов реализация нанотехнологических программ имеет свои особенности. К их числу относятся следующие:
– уникальная возможность получения значительной финансовой поддержки для приобретения оборудования и повышения квалификации сотрудников в лучших исследовательских центрах в России и за рубежом за счет средств инновационного гранта;
– постоянный приток молодых кадров на конкурсной основе легко обеспечивается в университете за счет привлечения к работе лучших студентов и аспирантов;
– существование в университетах научных школ и наличие специалистов высокого уровня по широкому спектру специальностей облегчает организацию междисциплинарных проектных групп, необходимых для нанотехнологических исследований, и способствует проведению исследований в области нанотехнологий широким фронтом;
– возможность оказания услуг по подготовке кадров и повышению квалификации открывает пути к одному из эффективных источников финансирования;
– широкие связи с университетами и академическими институтами в России и за рубежом облегчают обмен новейшей информацией и кооперацию.
Вместе с тем, не следует забывать и о присущих университетам недостатках, наличие которых затрудняет развитие нанотехнологий. К их числу можно отнести отсутствие у лидеров научных групп желания и возможности заниматься внедрением, что в общем случае связано с недостаточностью их экономического образования. Важным негативным фактором является и малое количество завершенных научных разработок, доведенных до стадии создания перспективных технологий и опытных образцов. Последнее обстоятельство не позволяет в короткие сроки решать инновационные задачи. Наконец, низкий уровень активности и недостаточная мотивация защиты интеллектуальной собственности затрудняют коммерциализацию инноваций.
Решение существующих проблем требует выдвижения и подготовки молодых предприимчивых лидеров и повышения их экономической грамотности, расширения деловых контактов с промышленными предприятиями. Так, при университетах целесообразно создавать малые инновационные компании. Требуется также широкое информирование о деятельности по развитию нанотехнологий с использованием Интернета и средств массовой информации.
Проводимые государственные программы инновационного развития в области нанотехнологий диктуют необходимость организации научно-образовательных инновационных объединений высших учебных заведений, научно-исследовательских институтов и высокотехнологичных компаний, основными задачами которых должны стать повышение квалификации научных работников и специалистов и эффективная коммерциализация инноваций. Для этой цели может быть создано научно-образовательное инновационное стратегическое партнерство, предназначенное для содействия развитию научно-технологической, образовательной и инновационной структуры науки и нанотехнологий и для их приближения к производству и бизнесу. Указанное взаимодействие может осуществляться на основе договора о стратегическом партнерстве, предусматривающем следующие основные области сотрудничества:
– подготовка кадров для науки и наноиндустрии;
– воспитание молодых лидеров, способных к созданию инноваций и фирм по производству нанотехнологической продукции, конкурентоспособных на внутренних и мировых рынках;
– доступ к уникальным аналитическим и технологическим установкам для создания инновационных продуктов с уникальными характеристиками;
– взаимное информирование об инновациях в области нанотехнологий и взаимная помощь в обеспечении приоритетного вывода инновационных продуктов на рынки;
– развитие инновационной инфраструктуры, основанное на использовании признанных исследовательских центров и компаний для стажировки и обучения студентов, аспирантов и сотрудников. В данном случае возможен и обмен достижениями в области науки и нанотехнологий при выполнении совместных научно-образовательных и инновационных проектов, проведение конференций, семинаров и школ;
– координация приобретения уникального аналитического и технологического оборудования для гармоничного развития сети ЦКП и повышения эффективности использования средств. |
| |
|
|
