Page 1

В МИРЕ

№ 8 2011

Конвергенция наук и технологий –

прорыв в будущее

Читайте на стр. 27


СОДЕРЖАНИЕ Дайджест . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Приложение к журналу «РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ»

№ 8 2011

В МИРЕ

Идентификация бора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Зачем домохозяйкам megascience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Няньки для инноваций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Учредители: Федеральное агентство по науке и инновациям, ООО «Парк-медиа»

Народ и наука: есть ли взаимный интерес?. . . . . . . . . . 14

Издатель: А.И. Гордеев

Скрестить изобретателя с предпринимателем . . . . . . 16 Российский квантовый центр, или Новый микромир нашей науки . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Война гибридов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Конвергенция наук и технологий –

Редакционная коллегия: К.В. Киселев, к. ф.-м. н. С.А. Озерин Руководитель проекта Т.Б. Пичугина Выпускающий редактор: М.Н. Морозова Редакция: С.В. Новиков, Г.В. Калашникова Адрес редакции: Москва, Ленинские горы, Научный парк МГУ, влад. 1, стр. 75Г, корп. 6, офис 628

прорыв в будущее . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Телефон/факс: (495) 930-88-08

Сеанс китайской магии с разоблачением . . . . . . . . . . . 38

Подписка: (495) 930-87-07 E-mail: podpiska@nanorf.ru, www.nanoru.ru, www.nanorf.ru Для писем: 119311, Москва-311, я/я 136

ФизИков труд . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

При перепечатке материалов ссылка на приложение к журналу «Российские нанотехнологии» обязательна. Любое воспроизведение опубликованных материалов без письменного согласия редакции не допускается. За разъяснением о публикации чужих материалов, ссылка на источник которых указана, обращайтесь в эл. СМИ. Редакция не несет ответственность за достоверность информации, опубликованной в рекламных материалах.

© РОССИЙСКИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ, 2011 Тираж 1000 экз.

Отпечатано в типографии «МЕДИА-ГРАНД»

2

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ ОТСОРТИРОВАЛИ МЫШЕЙ НА ЛЕВО- И ПРАВОЛАПЫХ Л.П. Агулова, Н.П. Большакова, А.В. Андреевских, Н.Г. Сучкова, Л.Б. Кравченко, Н.С. Москвитина «Функциональная моторная асимметрия у трех видов мышевидных грызунов из природных популяций». Журнал высшей нервной деятельности. 2011. Т. 61. № 2.

Ernst Vikne

Обычно исследователи тестируют животных на право- и леволапос ть, обучая их нажимать на педаль или выковыривать из узкой трубочки пищевые шарики. Такие методы часто подвергают критике, поскольку предполагается, что обучение искажает истинную картину. Поэтому биологи из Томского государственного университета разработали тест, не связанный с об учением и основанный на естественных реакциях животных. Ученые обнаружили, что когда численность популяции минимальна, среди мышевидных грызунов увеличивается доля левшей. Исследователи работали с мышевидными грызунами, пойманными в природе: с полевой мышью из семейства мышиных и двумя близкими видами из семейства хомякообразных – рыжей и красной полевками. Свой тест они назвали «опорная лапа». Пойманных зверьков сажали в прямоугольный стеклянный ящик. Попадая в к летку с прозрачными стенками, грызуны обследуют ее и пытаются выбраться. Тут возможны три варианта: либо зверек опирается одновременно на обе передние лапки, либо только на одну, либо сначала на одну, а затем на другую. Наблюдатели в течение десяти минут фиксировали все случаи, при которых можно было различить, какую лапу он использовал сначала. Предпочтение правой или левой лапы с лужит показателем моторной асимметрии. Оказалось, что в целом у всех видов грызунов правшей примерно в два раза больше, чем лев-

W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

шей, а доля зверьков, пользующихся обеими лапами (амбидекстров), в среднем не превышает 10 процентов. Однако соотношение правшей и неправшей не вс егда постоянно, а колеблется с периодичностью два-три года, близкой к природной динамике численности популяций. При изменении численности от максимума к минимуму изменяется социальная и демографическая структура популяции: распадаются привычные социальные связи, обстановка становится менее предсказуемой. У грызунов при этом изменяется функционирование нервной и эндокринной системы, устойчивость к стрессу. В таких условиях основное руководство организмом принимает на себя правое полушарие, которое контролирует реакции на маловероятные события, и, как следствие, в популяции увеличивается доля левшей.

ДИЕТОЛОГИ РЕКОМЕНДУЮТ: ЧТОБЫ ПОБО РОТЬ ОЖИРЕНИЕ, НУЖНО ЕСТЬ ЯЙЦА Leidy H.J., Tang M., Ar mstrong C.L.H., M artin C.B., Cambell W.W. The effects of consuming frequent, higher protein meals on appetite and satiety during weight loss in overweight/obese men. Obesity. 2011;19:818-824.

В авторитетном журнале Obesity недавно были опубликованы результаты работы диетолога Хеатер Лейди и соавторов из Университета Миссури, США, доказывающие, что употребление пищи, богатой белками, способствует улучшению восприятия насыщения у мужчин, страдающих ожирением и пытающихся похудеть. В течение всего дня они гораздо менее выраженно испытывали чувство голода и, как следствие, питались более редко. По сравнению с обычным рационом поздней ночью и на следующее утро их аппетит был куда более умеренным. В эксперименте американских диетологов приняли участие 27 мужчин-добровольцев, страдающих ожирением. Средний возраст участников эксперимента составил 47 ± 3 года, а индекс массы тела (ИМТ) – 31.5 ± 0.7 кг/м2. Их поделили на две группы, которые в течение 12 недель придерживались низкокалорийной диеты, то есть на 750 килокалорий в день ниже ежедневной энергетической потребности. Для одной группы при этом была подобрана диетическая пища с высоким содержанием белка, а для другой – с обычным. С седьмой недели эксперимента в случайном порядке отбирались добровольцы, которые должны были принимать пищу три и шесть раз в с утки в течение трех дней подряд. На третий день после введения такого режима приема пищи диет оло-

arnold | inuyaki

ДАЙДЖЕСТ

ги задавали тестовые вопросы испытуемым, оценивая индексы аппетита и насыщения, – каждый час в период бодрствования. Людей из группы с высокобелковой диетой ночные мысли о еде посещали в два раза реж е, а размышления о пище в течение дня приходили к ним на ум в т ри раза реже по сравнению с теми, кто был на диете с нормальным содержанием белка в пище. Частота приема пищи никак не влияла на эти ощущения. Кроме того, исследование Лейди и соавторов убедительно показало, что животный белок – обязательный компонент здорового питания. Он не только участвует в контроле веса, но также играет важную роль в поддержании мышечной активности и препятствует саркопении, выражающейся в потере мышечной массы с возрастом.

РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ НАШЛИ НА БАЙКАЛЕ ДРЕВНИЕ ПЛЯЖИ А.К. Тулохонов «Новые факты и представления о геологической эволюции озера Байкал (по данным исследований глубоководных обитаемых аппаратов «Мир»). Доклады Академии наук. 2011. Т. 437. № 6.

Озеру Байкал более 20 миллионов лет . За это время его уровень неоднократно менялся. Судя по береговым террасам, 2–0.6 миллиона лет назад уровень озера был выше, и современная береговая линия сформировалась только в голоцене (около 10 тысяч лет назад). Что происходило с озером до этого времени, ученые выяснили только после погружений глубоководных обитаемых аппаратов «Мир». При погружениях в глубоководном аппарате исследователи обнаружили четыре древних пляжа на глубинах 840, 640, 400–450 и ок оло 200 метров. Они расположены на расстоянии от 3–5 до 10 километров от современного берега. К сожалению, ученые пока не могут 3


определить время их формирования. Тем не менее па леогеоморфологический анализ отложений позволяет сделать вывод, что на ранних этапах эволюции Байкала его уровень был более чем на 800 метров ниже современного, а затем последовательно поднимался. Скорее всего, озерная котловина наполнялась очередной порцией воды в межледниковое время после таяния горных ледников. Во время оледенений уровень озера стабилизировался, и волны били в берег, образуя пляжи и террасы. Всего таких подъемов уровня было не менее четырех, по числу обнаруженных древних пляжей. Около двух миллионов лет назад уровень озера был на 100–150 мет ров выше современного, и оно с лужило истоком реки Лены, а за тем вернулось в с овременные берега.

РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ ДОКАЗАЛИ: БОЛЬНЫХ С УДАЛЕННОЙ ПОЧКОЙ ПЛОХО ОБСЛЕДУЮТ А.П. Иванов, И.А. Тюзиков «Нефрэктомия в современных условиях: причины и да льнейшая судьба больных с единственной почкой». Фундаментальные исследования. 2011. № 7.

По разным причинам люди теряют почку и остаются с одной-единственной, в результате чего органу приходится выполнять двойную нагрузку, что, в свою очередь, может приводить к нарушениям его работы. Специалисты ГОУ ВПО «Ярославская государственная медицинская академия» и Медицинск ого центра диагностики и профилактики в Ярославле обследовали пациентов, которые в разное время перенес ли удаление почки. Большинство из них страдают урологическими заболеваниями. Медики обследовали 99 больных, которым удалили почку от одного года до 15 лет назад. В половине с лучаев причиной операции был рак. Первые 4

семь лет пос ле операции ос тавшаяся почка функционировала более-менее нормально, но затем ее работа ухудшалась. Оказалось, что более половины пациентов страдали хроническим пиелонефритом, примерно четверть – мочекаменной болезнью. У 10 процентов больных был диагностирован рак, у такого же количества – кистозная болезнь единственной почки. Исследователи отмечают, что урологическими заболеваниями единственной почки страдают 87.9 процентов больных, тогда как в прошлые десятилетия этот показатель составлял 30–76 процентов. Основных патологий, таких как хронический пиелонефрит и мочекаменная болезнь, можно избежать при своевременной диагностике заболеваний и адекватном лечении.

РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ ПРОВЕРИЛИ ЗОЛОТО НА ТОКСИЧНОСТЬ

но, в течение семи дней, скармливали частицы коллоидного золота диаметром 16 и 55 нм, а также покрытые тонким слоем золота полые кремниевые частицы диаметром 160 нм. Суспензию из частиц готовили, разводя их в 1 м л физиологического раствора, так, чтобы вес проглоченного золота составлял 57 микрограммов в сутки. Спустя неделю ученые брали на ана лиз из красного костного мозга подопытных крыс, который, как известно, служит местом образования красных к леток крови, незрелые полихроматофильные эритроциты, еще не успевшие потерять ядро. О мутагенности наночастиц судили по внешнему виду данных к леток: если на клетки влияют мутагены, в них появляются дополнительные микроядрышки. Исследования показали, что золотые наночастицы диаметром 16, 55 и 160 нм, введенные описанным выше способом, мутаций не вызывают.

Д.С. Джумгазиева и др. «Исследование мутагенного действия золотых наночастиц в микроядерном тесте». Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2011. № 6.

В медицине для диагностики и лечения заболеваний все чаще используют золотые наночастицы. При этом среди ученых не утихают споры по поводу их возможной токсичности и способности вызывать мутации. Специалисты ГОУ ВПО Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского и Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН решили проверить влияние золотых наночастиц на процесс образования эритроцитов, который может служить индикатором мутагенеза. Исследований, в к оторых токсичность золотых наночастиц испытывают на животных, немного, и их результаты противоречивы. Саратовские ученые работали с крысами, которым ежеднев-

euthman

XioNoX

ДАЙДЖЕСТ

РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ ВЫЯСНИЛИ, СТРАДАЛ ЛИ ИВАН-ДУРАК ГЕЛОТОФОБИЕЙ Е.А. Стефаненко, Е.М. Иванова, С.Н. Еник олопов, Р. Пройер, В. Рух «Диагностика страха выглядеть смешным: русскоязычная адаптация опросника гелотофобии». Психологический журнал. 2011. Т. 32. № 2.

Термином «гелотофобия», происходящим от греческих слов «гелос» – смех и «фобос» – страх, обозначают страх выглядеть смешным. Специалисты отдела медицинской психологии Научного центра психического здоровья РАМН при участии сотрудников факультета психологии Цюрихского университета успешно адаптировали методы диагностики гелотофобии к отечественным условиям. Российские ученые использова ли опросник, составленный немецкими психологами. В исследовании приняли участие 216 испыт уемых в возрас те от 18 В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


до 69 лет: 140 человек из Кос тромы, 72 из Москвы, четверо из других городов России. Адаптация опросника прошла успешно, он ок азался пригодным для российской аудитории. Страх осмеяния обнаружили у 7.41 процентов, опрошенных: у 6.48 процентов – в легкой степени, а у 0.93 процентов – в средней. В целом гелотофобия не связана с возрастом, полом и семейным статусом испытуемых, но зависит от места проживания. У жителей Костромы ее уровень зна чимо выше, чем у москвичей. Эти различия вполне объяснимы. Чем меньше г ород, тем лучше люди знают друг друга, и, соответственно, выше опасность уронить себя в глазах окружающих, с чем и связан страх выглядеть смешным – люди заботятся о сохранении репутации. В больших городах анонимность жителей выше, и страх показаться смешным не так силен. Исследователи предполагали, что доля людей с симптомами гелотофобии в России будет ниже, чем в Германии. Так и оказалось. В Германии боятся осмеяния 11.65 процентов. В то же время доля людей с гелотофобией в России выше, чем в Австрии (5.80 процентов), и близка к таковой в Китае (7.31 процентов) и Швейцарии (7.23 процентов). Однозначно интерпретировать эти различия пока трудно.

РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ РАСКОПАЛИ НЕДАВНЕЕ ПРОШЛОЕ АРАЛЬСКОГО МОРЯ С.А. Гуськов, Е.Ю. Жаков, Я.В. Кузьмин, С.К. Кривоногов, Дж. С. Бурр, А.В. Каныгин «Новые данные по истории Аральского моря и его связи с Западно-Сибирской равниной в голоцене». Доклады Академии наук. 2011. Т. 437. № 6.

NASA Goddard Photo and Video

История Аральского моря до сих пор должным образом не изучена. Специалисты Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука, Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН и Университета штата Аризо-

W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

на (Тусон, США) исследовали пробы осадков, взятые из юго-западной части Арала. Результаты исследования позволили ученым восстановить некоторые события, произошедшие за последние 10 тысяч лет. В частности, выяснилось, что море, которое сейчас катастрофически мелеет, некогда разлилось так широко, что затопило юг Западной Сибири. Исследователи пробурили скважину близ побережья и вскрыли 20-метровую толщу осадков. В ней чередую тся слои глин, песков и алевритов, присутствуют створки и раковины беспозвоночных животных: низших ракообразных и фораминифер – простейших одноклеточных организмов с известковой раковиной. На глубине от 0 до 8.5 и о т 16.6 до 20 метров хорошо сохранились останки беспозвоночных на разных с тадиях развития. Но в среднем с лое осадков, на глубине от 8.5 до 16.6 метра, как оказалось, створки и раковины разрушены и немногочисленны. Чтобы установить возраст отложений, ученые провели радиоуглеродное датирование раковин методом ускорительной масс-спектрометрии. Согласно результатам радиоуглеродного анализа, размывание осадков произошло примерно 6690 лет назад. Однако, по данным исследователей, примерно в это же время аральские фораминиферы появились в районе Чановской системы озер, на юге Западной Сибири. Ученые предположили, что около 6400–6700 лет назад произошла крупная катастрофа. С гор, расположенных к югу от Арала, сошли паводковые воды. Мощность паводка была такова, что воды, грунты и фауна Аральского моря устремились в Тургайскую ложбину и далее на юг Западной Сибири.

РОССИЙСКИЕ УЧЕНЫЕ ПЕРЕРАБАТЫВАЮТ РАСТИТЕЛЬНЫЕ ОТХОДЫ С.А. Ануров, Т.В. Анурова, В.Н. Клушин, В.М. Мухин, В.Е. Мышкин. «Получение углеродных адсорбентов из растительных отходов. 1 – карбонизация сырья». 2011. Электронный научный журнал «Исследовано в России». С.А. Ануров, Т.В. Анурова, В.Н. Клушин, В.М.  Мухин, В.Е. Мышкин. «Получение углеродных адсорбентов из растительных отходов. 2 – активация карбонизатов». 2011. Электронный научный журнал «Исследовано в России». С.А. Ануров, Т .В. Анурова, В.Н. К лушин, В.М. Мухин, Ю.И. Шум яцкий. «Адсорбционная технология рекуперации углеводородов, выделяющихся при эксплуатации наливного парка». 2011. Электронный научный журнал «Исследовано в России».

Специалисты Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менде-

{Guerrilla Futures | Jason Tester}

ДАЙДЖЕСТ

леева разработали способ производства микропористых активных углей из фруктовых косточек и скорлупы орехов. Эти угли предназначены для очистки воздуха от паров бензина и легких нефтепродуктов. При переливании в цистерны бензин, ацетон, уайт-спирит и другие летучие органические вещества частично попадают в атмосферу в виде паров. При э том возникают грандиозные потери. Кроме того, они загрязняют атмосферу. Московские химики разработали технологию получения сравнительно дешевых микропористых активных углей из растительных сельскохозяйственных отходов: фруктовых косточек и скорлупы различных орехов. Адсорбенты получали методом пиролиза, то есть термическим разложением без доступа воздуха, из косточек сливы и скорлупы грецкого, арахисового и кокосового орехов. Сырье дробили на мелкие частицы, сушили, а затем подвергали пиролизу. Затем проводили активацию полученного материала водяным паром. Молекулы воды легко проникают в глубину угля и способствуют образованию микропор. Используя полученные таким путем адсорбенты, ученые разработали две технологии возвращения углеводородов из паровоздушных смесей. В одном случае активные угли при нагревании возвращают поглощенные вещества. При этом адсорбент предварительно продувают азотом, чтобы смесь углеводов не взорвалась. В другом случае использовали вакуумный метод регенерации активного угля. Каждая технология имеет плюсы и минусы, но обе они эффективны в равной степени. Воздух поступает на очистку из цистерн, в которых перевозят и хранят топливо. При восстановлении активного угля образуется жидкая смесь бензиновых и ароматических углеводородов, которая по своему с оставу соответствует антидетонационным добавкам к моторному топливу. 5


ИНТЕРВЬЮ

Идентификация бора Открыл новый минерал в мантии Земли – но не геолог. Разобрался с элементами-обманщиками – но не химик. Его предсказания подтверждают при помощи источников синхротронного излучения – но он не физик. Предложенные им методы можно использовать для белков и лекарств – но он не биолог. К вопросу о самоидентификации себя как ученого Артем Оганов, профессор Стонибрукского университета в НьюЙорке, подходит философски. – Я себя никак не называю – просто живу, занимаюсь тем, что мне нравится, и чувствую себя счастливым человеком. Оганов, выпускник кафедры кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета Московского госуниверситета, переезжая из одной страны в другую, организуя лидирующие лаборатории в Лондоне, Цюрихе, Нью-Йорке, работая с немцами, французами, китайцами, японцами, символизирует собой не только междисциплинарность современной науки, но и давно захвативший ее процесс глобализации. Ученый-космополит не теряется в свалке молекул и кристаллов, а беспорядочную пляску атомов подчиняет своему собственному ритму. Метод определения структуры веществ, открытый Огановым, уже сейчас можно назвать универсальным. Если кристаллограф научится предсказывать биологические структуры, человечество получит ключ к тайнам жизни, научится бороться со смертельными болезнями, начало которых – в изменении структуры белка.

ВЕРА В ПЕРОВСКИТ В 2004 году Оганов и его коллеги, не выходя из дома, открыли несколько минералов в глубинных геосферах Земли. Ученые «заглянули» в самую глубь нашей планеты, основываясь лишь на фундаментальных законах квантовой механики. Что поделать, если человечество не очень-то продвинулось в прямом контакте с земными недрами? Дюжины километров самой глубокой скважины, которую на сегодня удалось пробурить, недостаточно для изучения мантии Земли. Приходится довольствоваться непрямыми методами. При помощи компьютерного моделирования ученые исследовали, какие трансформации под воздействием высокой температуры и давления испытывает кристаллическая структу6

USPEX – метод, созданный Артемом Огановым, позволяет исследовать строение материала в экстремальных условиях, в планетных недрах, в ударных волнах

ра перовскита – одного из основных минералов, которые составляют земную мантию почти до самого ядра и во многом определяют ее свойства. Каково же было удивление исследователей, а впоследствии всего мирового научного сообщества, когда обнаружилось, что перовскит неустойчив. При высоком диапазоне давлений и температур с этим минералом ничего не может произойти – это общепринятое мнение было опровергнуто. Обнаруженную новую фазу силиката магния экспериментально синтезировал в лаборатории Шигеаки Оно. Ученые назвали ее постперовскитом, отдав дань перовскиту «настоящему». – Перовскит, минерал состава CaTiO3, был открыт более 170 лет назад в Уральских горах немецким минералогом Густавом Розе. Минерал назвали в честь министра внутренних дел Российской империи, графа Перовского,

который, кстати, приходился достаточно близким родственником террористки Софьи Перовской. Граф был не только министром полиции, но еще и известным коллекционером минералов. И, кроме того, несмотря на свою должность, довольно хорошим и либеральным человеком, – проводит экскурс в историю Артем Оганов. Со временем было открыто множество других веществ со структурой перовскита. Одно из них, с составом MgSiO3, оказалось главным минералом земной мантии. У стойчивость этого перовскита в широком диапазоне давлений и температур была подтверждена многочисленными исследованиями. В то, что этот перовскит переходит в другую фазу на границе ядро-мантия, на глубине 2600–2890 километров, долго не могли поверить. Сейчас это не вызывает никаких сомнений. Дальше – больше. Выяснилось, что постперовскит, существующий прямо на границе ядра мантии Земли, объясняет огромное количество геофизических аномалий, над пониманием которых ученые бились не одно десятилетие. – Аномалия номер один – сейсмический разрыв. На глубине порядка 2700 километров наблюдается резкий скачок скоростей сейсмических волн, его природа была непонятна. Но теперь ясно, что это происходит из-за того, что возникает новая структура с совершенно другими свойствами. Оказалось, что необычные свойства обнаруженного минерала влияют и на продолжительность суток. Последняя, что довольно хорошо известно ученым, меняется на миллисекунды из года в год. Но почему это происходит, было непонятно, пока «забавную аномалию» не объяснили открыватели постперовскита. – Это вещество – достаточно неплохой проводник электричества, следовательно, оно может взаимодействовать с магнитным полем Земли. В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ИНТЕРВЬЮ Это взаимодействие то убыстряет движение Земли вокруг оси, то замедляет. За счет этого периодически меняется продолжительность суток. Постперовскит помог понять и распределение температур в мантии Земли, что, в свою очередь, важно для изучения теплового баланса планеты, тектоники плит и связанных с ней явлений: вулканизма, землетрясений, континентального дрейфа. – Вообще, очень полезным, интересным оказался этот минерал, – резюмирует Артем Оганов. После успешного обнаружения нового минерала в мантии Земли молодой ученый задумался: нельзя ли открывать новые кристаллические структуры в разных веществах систематически? Взять бы и изобрести метод, который мог регулярно давать эти структуры сам! В этом направлении, скорее футуристическом, чем реальном, со своим аспирантом Колином Глассом и начал работать Артем Оганов. Позднее к их научным изысканиям присоединился постдок Андрей Ляхов из Украины и аспирант Чанг Джу из Китая.

НАРУШАЯ ЗАКОНЫ ХИМИИ Через год метод, позволяющий проверить любое вещество на возможность наличия у него других кристаллических структур, был готов. Все, что для этого нужно, – знать химическую формулу вещества и задавать для нее два параметра: давление и температуру. Этот новый способ познания мира, получивший «говорящее» название USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography), открывает огромные горизонты в самых различных научных областях. – Предположим, вы хотите найти новый материал, который был бы тверже алмаза. Что обычно делают? Идут в лабораторию, синтезируют кучу разных материалов, которые, как кажется, были бы перспективны, и потом отбраковывают 99.999 или все 100 процентов. С помощью нашего метода все материалы можно «сканировать» на компьютере. Это гораздо дешевле и быстрее. Вместо того чтобы дневать и ночевать в лаборатории, Оганов отбрасывает ненужные варианты с помощью компьютерного расчета, фоку сируя внимание на наиболее интересных веществах. Программой Оганова уже пользуются сотни исследователей, и с каждым днем их число растет. Исследовать строение материала в экстремальных условиях, в планетW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

ных недрах, в ударных волнах – все позволяет открытый метод. Особенно интересно ученым-новаторам было посмотреть, как ведут себя различные химические элементы под давлением. – Давно известно, что под давлением многие законы химии нарушаются, – объясняет Артем Оганов, исследовавший на этот предмет половину периодической таблицы Менделеева, другая – оказалась попросту «не интересна». В первой обнаружили целый ряд любопытнейших элементов. Самыми занимательными оказались натрий, бор и кальций. Именно их некогда открыл английский химик Гемфри Дэви, кумир маленького Артема Оганова, мечтавшего вырасти и тоже открывать новые элементы. Детская мечта сбылась: Огановым открыто немало новых форм «старых» элементов. – Я считаю, что людям всегда нужно следовать своей мечте – и она сбудется. Моей мечтой с самого начала была наука. То, что я намечтал себе в возрасте шести лет, сбывается практически дословно, – признается Оганов. Каждое его открытие подобно революции: с давно и хорошо известными элементами вдруг происходят странные явления. Натрий под давлением около двух миллионов атмосфер вдруг становится прозрачным диэлектриком. – Берете серебристый белый металл, сжимаете его до давления примерно в два миллиона атмосфер, и он становится красным и прозрачным. Таково было наше предсказание. Мы оформили его в виде статьи и послали в журнал Nature. Статью вернули обратно с резюме: «Мы не можем это опубликовать, мы не верим», – так начиналась история «сумасшедшего» предсказания. Сдаваться Оганов не собирался. Связался со своим коллегой Михаилом Еремцом – специалистом в области высоких давлений. Заинтересовавшийся ученый взялся за эксперимент. Когда через две недели на фотографиях Артем увидел красный прозрачный кристалл, он, не сдерживаясь от счастья, буквально прыгал по комнате. До сих пор столь восхитивший ученого результат, после экспериментального подтверждения без труда опубликованный в Nature, называют одним из самых больших прорывов в области высоких давлений. Новая форма натрия оказалась очень необычным веществом. Химически активные валентные электро-

ны сидят не на атомах или связях, а «вырезают» для себя куски свободного пространства. – Как короли сидят в корзинке и притворяются, будто они анионы, отрицательно заряженные атомы, – разоблачает электроны Артем Оганов. – Когда атомы сильно сжимают друг друга, то их валентные электроны вынуждены «бежать» куда-то в пустоты пространства. Это может произойти почти с любым элементом, не только с натрием. И это явление может быть полезным даже для исследования гигантских планет, где имеют место сверхсильные сжатия атомов и подобные необычные состояния вещества могут реализоваться.

ПОВЕЛИТЕЛЬ СТРУКТУР Другой любимый элемент Оганова с детства – бор: – Может реагировать со всей периодической таблицей и при этом образует совершенно невероятные соединения. Например, PuB 100 (плутонийбор-100. – STRF.ru). Это коварнейший элемент, про него ничего нельзя предсказывать. Любое предсказание на основе обычной химической интуиции грозит неудачей. Все исследователи, которые связывались с бором, допускали неожиданные и грубые ошибки. В 1808 году злейшие враги и соперники Гемфри Дэви в Англии и Г ейЛюссак с Тенаром во Франции открывают бор независимо друг от друга с интервалом в девять дней. Первый называет новый элемент борацием, вторые – бором. Позднее оказалось, что никто из них не синтезировал настоящий бор. – Синтезировали какое-то очень грязное соединение! Причем разные соединения: у Дэви это был металл, а бор, мы знаем, полупроводник, у ГейЛюссака с Тенаром не металл, но все равно не бор, а что-то другое, с содержанием бора, не превышавшим 50 процентов. Два столетия спу стя Владимир Соложенко из Франции и Чжухуа Чен из США синтезируют новую фазу бора, однако не могут расшифровать его структуру. Бор продолжает соответствовать своей репутации элемента-обманщика. Обращаются за помощью к Артему Оганову, не предоставляя экспериментальных данных. То, что ученым не удавалось сделать в течение двух лет , Артему удалось за один день. Т очнее, за одну ночь. Начал расчет после ужина, после завтрака уже знал, что это за структура. 7


ИНТЕРВЬЮ Пока человечество не поймет химическую связь частного бора, оно не сможет до конца объяснить явление химической связи в целом. Чтобы решить эту фундаментальную задачу, необходим фактический материал, требуется знание о разных модификациях бора, об их свойствах и структуре. По этому пути идет Артем Оганов. Удалось ему уточнить и картину поведения кальция. Структура этого элемента таит в себе много загадок. Одну из них разгадал Оганов: под давлением от 1.3 до 5.6 миллиона атмосфер структура кальция частично теряет кристалличность, но, несмотря на это, имеет огромный диапазон устойчивости. Такой кальций – прекрасный сверхпроводник. Исследовал Оганов и структуру сверхпроводящей фазы кислорода. При обычных условиях это газ, под большим давлением – превращается сначала в полупроводник, а затем – в сверхпроводник. Двумя годами позже французские экспериментаторы подтвердили предсказанную Огановым структуру.

ОТ АЛМАЗА – К БЕЛКУ

Кристаллическая структура постперовскита, открытого Огановым, – минерала, существующего в глубине Земли, на границе ядра и мантии

Когда результаты сравнили с экспериментальными характеристиками вещества, оказалось полное совпадение. – Этот бор имеет структуру, которая родственна, как ни странно, структуре поваренной соли. Происходит перенос заряда – атомы бора совершенно неравноправные: какието из них заряжаются положительно, какие-то – отрицательно. Возникает некая ионность связи. В химии это совершенно новое явление – чтобы элемент мог быть ионным, – не перестает удивляться Артем Оганов. Два года ему пришлось убеждать научную общественность в такой двуличности бора. Более того, оказалось, что в этой модификации бор является одним из самых твердых веществ, известных людям. – В литературе можно найти упоминание о 16 модификациях бора, но проблема в том, что очень сложно понять, что чистый бор, а что – нет. В соединении PuB 100 мы рассматриваем плутоний как неболь8

шую примесь или же это структурообразующий элемент? Выясняется, что структурообразующий элемент, фундаментально важный компонент. Достаточно одного процента какойнибудь примеси, чтобы полностью поменять структуру бора. Этот элемент обладает уникальной чувствительностью к примесям, и примесями может служить все что угодно: кислород, азот, все металлы, какие хотите, – они растворяются с легкостью. Из 16 известных нам форм бора четыре являются чистыми, а остальные – «грязные», стабилизированные примесями объекты. В смысле химической активности бор податлив на все, на него можно чихнуть – и он сразу поменяется! – не без доли гиперболизации рассказывает Артем. – Этот уникальный тип химической связи, которая позволяет бору «глотать» любую примесь, очень плохо изучен, хотя за него большое количество ученых уже получили Нобелевские премии.

Совершенствуя USPEX, делая его еще более быстрым и точным, Оганов сумел распространить свой метод и на другие задачи – предсказывать некристаллические структуры, например наночастиц. Или применять с целью прогнозирования свойств. – Часто важно знать, какая структура имеет нужные нам свойства: какая самая твердая, или самая устойчивая, или является самым хорошим сверхпроводником, – рассказывает Артем. – Нам удалось получить ряд очень интересных результатов. Во-первых, мы подтвердили, что алмаз наверняка самое твердое вещество. Во-вторых, что побить алмаз может только наноалмаз. Нанокристаллический алмаз оказывается в полтора раза тверже обычного, монокристаллического. В процессе этого исследования Оганов и его команда невольно опровергли два распространенных утверждения. Одно из них, двадцатилетней давности, сводилось к тому, что нитрид углерода тверже алмаза. Расчет Оганова показал, что твердость нитрида углерода всегда значительно ниже, чем у алмаза. Второе – о существовании ультратвердой модификации диоксида титана. Огановский USPEX подсчитал, что твердость материала была завышена предыдущими исследователями в 2.5 раза. Более того, структура, о которой говорят как об уль тратвердой, не В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


МЕГАНАУКА является устойчивой. – Как это ни печально, пришлось развенчать прежние работы, – словно оправдывается Артем. – Мы показали, что тверже алмаза ничего не удастся сделать, но на этом поиск сверхтвердых материалов, конечно, не заканчивается. Можно искать материалы, которые пусть чуть-чуть мягче алмаза, но зато обладают большей химической и температурной устойчивостью. Это еще даже более важно. Сейчас ученый пытается понять правила, по которым можно построить сверхтвердые фазы. Вернее, для начала пробует понять, как их получить нельзя. – Положительные утверждения всегда сделать труднее, чем отрицательные, – констатирует Артем. Его USPEX позволяет прогнозировать рекордно сложные структуры, но пока далеко до предсказания биологических структур. – Тот рекорд сложности, который мы берем, – это 100–150 атомов, в некоторых случаях даже до 500 атомов. Биомолекулы, содержащие тысячи атомов, нам еще не под силу. Однако Оганов от достижения этой сверхамбициозной цели не так и далек. С математической точки зрения задача предсказания структуры белка аналогична задаче предсказания структуры наночастиц, с решением которой ученый уже справился. Осталось перейти на белковый уровень сложности. Осилить огромный размер белковых структур. Учесть все тонкости взаимодействия между атомами и факторы, эти тонкости определяющие: температуру, химический состав воды, в которой существуют белки. Наконец, совладать с количеством степеней свободы атомов. – Это задача огромнейшей важности и сложности. Непонятно, удастся ли нам ее решить полностью и вообще – кому-либо решить. Может быть, удастся, может, нет. Но первые шаги мы сделали. И мне кажется, мы на правильной дороге, мы начали понимать, как тут надо вести себя. Подобные задачи так быстро не решаются. Я думаю, белки потребуют много лет интенсивной работы, прежде чем в этой области можно будет чувствовать себя уверенно. Галина Казарина W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Зачем домохозяйкам

megascience Проекты уровня Большого адронного коллайдера или планируемого, но не реализованного в Советском Союзе ускорительно-накопительного комплекса России сейчас не потянуть. Наша меганаука – это проект создания ускорителя тяжелых ионов НИКА в Дубне. Может быть, для мира он будет не такой уж и «мега», но для нас – из разряда megascience. Он позволит нам выйти на новую ступень, когда мы действительно сможем на мировом уровне выдвигать научные инициативы. Так считает Вячеслав Ильин, координатор от российской стороны проекта создания глобальной распределенной системы вычислительных центров по обработке и анализу данных экспериментов Большого адронного коллайдера в Церне, заместитель директора НИИ Ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ им. М.В. Ломоносова. Вячеслав Анатольевич, вам наве рняка известно об инициативе премьер-министра Владимира Путина организова ть в России проекты уровня megascience. Поясните, пожалуйста, как в данном случае понимать «megascience», это будет сопоставимо с коллайдером в Церне или все-таки меньшего масштаба? – Проект уровня ЦЕРНа организовать чрезвычайно сложно – это ведь глобальная штука и по финансированию, и по научным задачам. То, что в России сегодня обсуждается, – это прежде всего новый проект создания у скорителя тяжелых ионов НИКА в Дубне. В какой-то степени эта у становка будет повторять один из экспериментов в ЦЕРНе, но вместе с тем нельзя сказать, что это полностью одно и то же. Скорее, это дополнительная физика к ЦЕРНу, результаты которой будут интересны и ученым, работающим с большим адронным коллайдером. Для страны это будет колоссальный технологический прорыв, последний наш проект такого уровня был инициирован в 1980-е годы – тогда в Протвино планировали построить ускорительно-накопительный комплекс (УНК) для экспериментов, сопоставимых с теми, что сегодня проводятся на БАКе. В 90-е годы строительство комплекса было заморожено, и с тех пор ничего супермасштабного в физике высоких энергий мы не затевали. В связи с этим потеряли много ученых высочайшего уровня, специализирующихся на разных направлениях, от криогеники и инженерных сооружений до ускорительной техники, магнитов. Они все уехали за границу. А кто, вы думаете, строил адронный

Вячеслав Ильин: «Надо принять как должное: чтобы человечество жило и развивалось, определенный процент дохода, как налог, оно должно отдавать ученым – сумасшедшим, но не идиотам. Для чего – пусть сами они и решат»

коллайдер?.. Сейчас, к сожалению, тот поезд ушел – проект уровня планируемого советского УНК нам уже не потянуть. Наш мегапроект – это НИКА. Может быть, для мира он будет не такой уж и «мега», но для России – из разряда megascience. Он позволит нам выйти на ту ступень, когда мы действительно сможем на мировом уровне выдвигать научные и технологические инициативы. Другой проект – токамак нового поколения. Он будет строиться в Курчатовском институте совместно с итальянцами. Вы, конечно, знаете про международный проект ITER – создание экспериментального реактора по управлению 9


МЕГАНАУКА термоядерной реакцией во французском Кадараше, одним из инициаторов которого была Россия. Т ак вот, на новом токамаке в Курчатнике будут решаться похожие задачи, но более частного характера, – будут добываться данные, которые, возможно, смогут изменить ход экспериментов во Франции. Вот такие мегапроекты уже точно будут реализовываться. Возможно, появятся и другие. Я уверен, что на учное сообщество проявит активность, откликнется своими предложениями. Это, на мой взгляд, очень важно, потому что позволит воссоздать связку государства и науки, которая еще осталась в стране. Ожидаемый итог – на учное сообщество начнет генерить идеи совершенно новых и неожиданных для мировой науки мегапроектов. От мегапроектов все зако номерно ждут мегарезультатов. Конечно, нет никакого смысла прогнозировать итоги работы еще не существующих российских установок megascience, но, наверное, можно сказать пару слов о БАКе. Что там сейчас происходит? К каким рубежам приближаются ученые? – Прежде всего должен отметить, что сейчас большой адронный коллайдер работает на половинной энергии, это семь терра-электронвольт; а проектная мощность – четырнадцать тэв будет достигнута только к концу 2013-го года. Именно тогда начнутся плановые работы на самом что ни на есть мегауровне. Но уже сегод-

ня, при половинной энергии, возможны совершенно уникальные открытия. Пока их не произошло, поскольку набрано не достаточно экспериментального материала, но это может случиться внезапно, раз – и пошел поток новой информации, выводов. Пока же наблюдения работающих на БАКе ученых – это подтверждение имеющихся теоретических представлений о взаимодействии элементарных частиц, стандартные модели. Полагаю, основные новые знания о микромире всетаки появятся после 2014 года. Общество то и дело задается вопросом: оправдываются ли колоссальные, постоянно возрастающие затраты на подобные эксперименты? – Понимаете, тут трудно говорить, оправдываются или нет. В обществе действительно возникают такого рода сомнения. Смотрел я как-то передачу по телевизору, в которой ведущий так и поставил вопрос: нужен ли большой адронный коллайдер домохозяйке? С одной стороны, хочется сказать: зачем он ей? А с другой стороны, БАК ей просто необходим. Ведь домохозяйке нужно сейчас электричество? Нужно. Но если бы во времена Максвелла и Фарадея ее об этом спросили, она бы ответила, что спокойно проживет и без электроэнергии. Так что нынешним домохозяйкам, может, и не нужны все эти мегаустановки, а будущим – кто знает, как и когда это потребуется. Что же касается затрат на эксперименты, то они, если присмотреться вни-

мательно, не так уж и выросли. Содержание уже упомянутых здесь Максвелла и Фарадея было совершенно несравнимо с тем, как жил обычный люд в Англии. Тысячи и тысячи людей могли прожить на то, что они получали. Это на самом деле иллюзии, что за двести лет мир очень сильно изменился. За тысячу лет он мало изменился, примерно те же соотношения имеют место. Надо просто принять как должное: чтобы человечество жило и развивалось, определенный процент дохода, как налог, оно должно отдавать ученым – сумасшедшим, но не идиотам. Для чего – пу сть сами они и решат. И не спрашивать от них результата. Без этого погибнет человечество. Оно ведь расширяется, увеличивается плотность населения. Бог знает, что еще угрожает существованию планеты. А ученые, они не такие уж «не от мира сего». Если в целом посмотреть по истории, они занимаются проблемами, которые через десять-двадцать лет вдруг оказываются очень актуальными, относящимися к жизни. К примеру, в Средние века, до появления того, что мы сейчас называем наукой, интенсивно обсуждался вопрос: сколько чертей поместится на острие иглы? Казалось бы, какое отношение к жизни? А что из этого вышло! Ньютон и Лейбниц создали математический анализ бесконечно малых величин, без которого сейчас, извините, кастрюлю не сделаешь. Вот вам и ответ.

ИнформНаука

агентство научной информации

Наталья Быкова

10 л ет

на рын ке н технич аучноеской инфор мации ***

Над чем работают российские ученые? Мы ждем новостей из первых рук. Присылайте пресс-релизы, свежие научные статьи, доклады http://www.strf.ru, раздел Информнаука +7 (495) 930-88-50, 930-87-07 e-mail: editorial@informnauka.ru

Наши подписчики: «Известия», «Вокруг cвета», «МК» и другие федеральные В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 1 1 | СМИ W W W. N A N O R F. R U 10


ИНТЕРВЬЮ

Няньки

для инноваций В базе данных Минобрнауки России на сегодняшний день при вузах зарегистрировано свыше 900 малых предприятий, в том числе в Санкт-Петербурге таких насчитывается 39, из них 11, то есть более четверти, создано при СПбГУ ИТМО (по данным ЦИСН Минобрнауки России). Санкт-Петербургскому государственному университету информационных технологий, механики и оптики (СПбГУ ИТМО) удалось создать весьма эффективный механизм коммерциализации инновационных разработок, о котором STRF.ru побеседовал с директором Центра экспертизы проектов университета Ниной Яныкиной. ВРЕМЯ СВОБОДНОГО ВУЗОВСКОГО БИЗНЕСА Нина Олеговна, наверное, у любого вуза такого уровня, как СПбГУ ИТМ О, есть инновационные разработки. Вопрос в том, каким образом сделать так, чтобы накопленный интеллектуальный капитал приносил и коммерческую отдачу. Какие механизмы коммерциализации инновационной деятельности реализованы в вашем университете? – Вообще говоря, у любого вуза существует два основных пути использования своих инновационных разработок: применять их самостоятельно или продавать кому-то еще. Можно искать заказчиков, будь то государство или частная компания, для привлечения средств под контрактные исследования. Либо же передавать уже созданную интеллектуальную собственность в промышленность, заключая лицензионный договор. А также, используя возможности Федерального закона № 217, создавать собственные предприятия. ИТМО на практике реализует оба варианта, причем в последнем случае при создании собственных малых предприятий привлекаются, в том числе, и сторонние менеджеры, имеющие опыт практической деятельности в конкретной области бизнеса. На ваш взгляд, что является ключевым фактором успеха в деле комме рциализации инновационных разработок? – Очень большую роль играет создание условий. Можно сказать, что в университете ИТМО выстроена экосистема по созданию и поддержанию инновационной деятельности. Работа по оказанию услуг инновационной инфраструктуры СПбГУ ИТМО включает в себя ряд этаW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Яныкина Нина Олег овна, директор Центра экспертизы проектов департамента «Учебно-научно-инновационный комплекс на Биржевой линии, 14-16» Санк т-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. Член Association of University Technology Managers (США). Аспирант кафедры экономики исследований и разработок Санкт-Петербургского государственного университета

Нина Яныкина: «Учитывая, что 217-ФЗ еще молодой <…>, мы надеемся, что придет и такое время, когда бизнесы будут становиться полностью самостоятельными и самодостаточными, не нуждаясь в системной поддержке, а университет будет участвовать в их деятельности как соучредитель»

пов, в процессе прохождения которых осуществляется полное сопровождение инновационной идеи – от выявления и правовой охраны интеллектуальной собственности до оценки целесообразности реализации проекта, оценки его рыночных перспектив. Для решения последней задачи недавно, буквально месяц назад, была создана специальная служба – отдел маркетинга университета. Университет оказывает полное сопровождение по созданию предприятия и его размещению. Недавно для малых предприятий при университете, созданных в рамках Федерального закона № 217, мы организовали бухгалтерское и правовое сопровождение на условиях аутсорсинга. Это еще одна наша небольшая инновация. Отдельная задача – фандрайзинг. Мы вкладываем в это понятие более широкий, чем обычно принято, смысл, занимаясь привлечением финансовых средств под реализацию инновационных бизнес-проектов, в основном работая с различными фондами. Каким образом сту денты могут реализовать свои высокотехнологичные бизнес-идеи? – Прежде всего студент или аспирант, который хочет использовать свои инновационные разработки, полученные на базе работы в исследовательском центре, где генерируются идеи, представляет наработки в отдел интеллектуальной собственности и научно-технической информации (ИС и НТИ). В этом отделе проводится правовая защита будущего проекта. На данном этапе важно выбрать конкретный механизм защиты интеллектуальной собственности, в частности здесь проверяется возможность получения патента на тот или иной резуль тат интеллектуальной деятельности. Если необходимо, отдел помогает подать заявку на патент и получить его, проведя патентные исследования. На следующем этапе проект попадает в Центр экспертизы проектов, где оценивается его целесообразность и потенциал коммерциализуемости конкретной идеи. Под идею, у которой есть коммерческий потенциал, формируется команда проекта. Проект проходит ряд согласований, в том числе на Научно-техническом совете, а потом на Ученом совете университета, где путем голосования принимается решение о создании предприятия по 217-ФЗ. Затем проект идет либо в Межвузовский студенческий бизнес-инкубатор QD, либо в Инновационно-технологический центр СПбГУ ИТМО, который мы сейчас планируем разделить на бизнес-инкубатор для сотрудников и технопарк для сотрудников. Затем, пройдя 11


ИНТЕРВЬЮ ной идеи в разных проектных командах и постепенной модификации первоначальной разработки, в какой-то момент автор пришел к идее «интеллектуального бандажа». Сейчас этот проект реализуется, создается малое предприятие «Биотелемеханика» в рамках 217-ФЗ.

ЛАЗЕРЫ, НАНО И IT

эту стадию формирования, выходя на стадию устойчивого роста, компания переходит в технопарк. А если пожелает, то может уйти и в «свободное плавание». Учитывая, что 217-ФЗ еще молодой, подобных случаев пока не было, но мы надеемся, что придет и такое время, когда бизнесы будут становиться полностью самостоятельными и самодостаточными, не нуждаясь в системной поддержке, а университет будет участвовать в их деятельности как соучредитель.

К КОНЦУ ОБУЧЕНИЯ – ДИПЛОМ И РАБОТАЮЩИЙ БИЗНЕС На каком курсе студент может включиться в бизнес-проект? – На практике это происходит обычно не раньше третьего курса. В сентябре 2010 года в СПбГУ ИТМО был открыт магистерский корпоративный факультет, где обучаются студенты, которые хотят организовать высокотехнологичный бизнес, имеющие не только бакалаврскую степень, но и собственные идеи и наработки. Первую половину дня они учатся, во второй – занимаются проектной деятельностью. К концу обучения у них будет диплом и запущенный бизнес, который им помогут развить в бизнес-инкубаторе «QD». Студенты пользуются всеми благами университета, при этом еще и обучаются. При поступлении, помимо экзаменов, они проходят собеседование. Их будущие менторы беседуют с ними об идеях, которые они хотят реализовать, то есть идет отсев по критерию креативности, творческого потенциала. Сейчас на факультете учатся 26 человек, которые создали пять компаний. 12

А что дела ть студенту, если бизнеспотенциал предложенной им яркой идеи сомнителен? – Да, может оказаться и так, что проект еще сырой, находится на самой ранней стадии развития или инициатор проекта еще не дозрел до уровня трансформации идеи в бизнес. Тогда такого студента можно присоединить к другой команде, где он получает возможность нарастить «мускулы компетентности» в малознакомых ему областях, обрести необходимые навыки. Может случиться и так, что в процессе командной работы ему удается по-новому взглянуть на свою идею. Бывает, из одной идеи вытекает совсем другая. Интересный пример: сейчас создается предприятие на основе идеи, предложенной студентом 5-го курса Артемом Кузнецовым. Предприятие будет заниматься созданием так называемого интеллектуального бандажа. Расскажу, что это такое. Допустим, у спортсмена есть профессиональная травма, например повреждена связка, тогда на поврежденное место взамен обычного эластичного бинта накладывается «интеллектуальный бандаж», приспособленный к движениям конкретного человека. В случае неосторожного движения спортсмена, приближения к критической точке, когда ему грозит новая травма, «интеллектуальный бандаж» деформируется таким образом, чтобы не допу стить нового повреждения связки. Первоначально у автора этой идеи была только математическая модель разнообразных движений человека, которой он не находил никакого практического применения. Путем различных итераций – выступлений на конференциях, обсуждения первоначаль-

Федеральный закон № 217 был принят относительно недавно. Насколько полно удалось вам использовать возможности, которые открывает этот закон для создания малых предприятий при вузах? – У нас уже накоплен достаточно большой опыт по 217-ФЗ. На сегодняшний день создано более 20 предприятий, 3 новых предприятия создано только в текущем 2011 году. Реализуется также деятельность по интернационализации коммерческого потенциала. Создано одно предприятие с участием иностранного капитала, на подходе второе. На первом этапе мы планируем выводить наши услуги и продукты за рубеж, на следующем, возможно, будем создавать за границей и сами предприятия с их регистрацией там. Наработаны контакты с зарубежными коллегами, например с различными фондами и бизнес-инкубаторами и другими организациями по поддержке инновационной деятельности в Европе, например с норвежским бизнес-инкубатором, с финской площадкой. В момент принятия 217-ФЗ не был полностью согласован с рядом других законодательных актов, в частности в течение 2010 года у наших предприятий не было возможности применять упрощенную систему налогообложения. Вузы и представители Минобрна уки России активно участвовали в обсуждении проблем, выступали на конференциях и круглых столах. Наверное, есть и вклад вузов в то, что в конце 2010 года были внесены исправления в Налоговый кодекс. Теперь предприятия имеют право применять «упрощенку». Благодаря этому они также имеют право применять сниженные ставки страховых взносов: вместо 34 процентов для обычных предприятий наши малые предприятия могут применять 14 процентов. Уже в текущем 2011 году был принят закон об аренде для предприятий, созданных по 217-ФЗ. Раньше мы не могли сдать нашему предприятию помещение в аренду, не проводя открытого конкурса. Сейчас появилась возможность предоставлять помещения предприятиям без него. В каких сфе рах деятельности СПбГУ ИТМО осуществляет коммерциализацию инновационных разработок? В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ИНТЕРВЬЮ – Прежде всего в области информационных технологий, в сфере оптических технологий, нанотехнологий, лазерных технологий, и в последнее время много интересных разработок в области медицины. Недавно был интересный случай, когда руководитель компании «Конструкторское бюро современных технологий ИТМО» в больнице разговорился с главврачом, и тот пожаловался, что им не хватает прибора для кардиологических измерений. Выяснилось, что у компании есть возможность сделать такой прибор – под заказ его и сделали. Еще один наш интересный проект в медицинской области этой же компании – измерение объемной скорости кровотока в конечностях человека неинвазивным методом. С этим проектом в октябре 2010 года предприятие выходило на конкурс, организованный Комитетом по науке и высшей школе Санкт-Петербурга, и проект стал одним из победителей. Всего в этом конкурсе мы выиграли семь субсидий на развитие инновационного бизнеса по 400 тысяч рублей. Не менее интересным и значимым проектом компании «КБСТ ИТМО» является создание уникального инфракрасного спектрометрического датчика малых течей, разработанного по заказу Петербургского института ядерной физики. Данный прибор обеспечивает невероятную точность измерений концентрации рабочих жидкостей и может быть использован в системах безопасности ядерных реакторов. Другой перспективный проект – лазерная очистка анилоксовых валов (ЛОАВ). Эта услуга востребована в полиграфии. Дело в том, что существующие технологии очистки анилоксовых валов дорогостоящие и медленные, кроме того, традиционные технологии очистки не позволяют полностью удалять застарелую краску из ячеек анилоксового вала. Наша технология всех этих недостатков лишена. Проект лазерной очистки анилоксовых валов начался на кафедре лазерных технологий СПбГУ ИТМО, в лаборатории лазерной очистки, руководитель проекта – доктор технических наук, профессор Вадим Вейко. В начале 2010 года был создан прототип машины для ЛОАВ, и уже в конце года для реализации проекта была зарегистрирована компания «ЛазерЪ». Сейчас технологией воспользовалось более 10 типографий Санкт-Петербурга и Москвы, а в 2012–2013 годах планируется произвести первый промышленный образец машины для ЛОАВ.

ПУТЬ К САМООКУПАЕМОСТИ Как соучаствуют университет и студенты, работающие над проектом, в создаваемом бизнесе? W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

– Студенты или аспиранты, создавая предприятие, становятся его соучредителями и, когда возможно и необходимо, – руководителями. Университет в качестве вклада в уставной капитал передает право использования результатов интеллектуальной деятельности, причем неисключительное. То есть за университетом остается возможность передать данную технологию кому-либо еще. С одной стороны, создается конкуренция существующим предприятиям, с другой – университет страхует себя от возможных рисков, от потери технологии, от ее полного отчуждения. Тут возникает интересная проблема, когда передается технология, защищенная патентом, срок действия которого по международному и российскому законодательству составляет 20 лет. Понятно, что за эти 20 лет компания наработает опыт, получит другие патенты, технология пойдет вперед, но все равно правовая коллизия есть. Альтернатива – защищать интеллектуальную собственность, оформив ее как ноу-хау и обеспечив на предприятии режим недоступности информации третьим лицам. Компания «Кока-Кола» уже более 100 лет с этим успешно справляется. В зависимости от того или иного варианта мы выбираем конкретный способ защиты нашей интеллектуальной собственности. Есть ли среди созданных компаний такие, которые уже близки к самоокупаемости? – Сейчас большинство созданных нами компаний находится на уровне так называемой долины смерти, через которую должна пройти любая вновь созданная фирма. Я думаю, что самыми первыми на уровень самоокупаемости будут выходить компании, занятые в сфере услуг, такие как компания «ЛазерЪ», о которой я рассказала. Для компаний, которые выполняют уникальные заказы для конкретного потребителя, путь к самоокупаемости будет длиннее. У них другая траектория развития. Тем не менее среди компаний, созданных в 2009-м и даже в 2010 году, уже есть такие, которые близки к этому . Однако все не так однозначно, если учитывать мировой опыт. Недавно в рамках программы «Эврика» мы были в двух университетах США – У ниверситете Вашингтона в Сиэтле и Калифорнийском университете, в ЛосАнджелесе. На вопрос о сроках выхода на самоокупаемость новых фирм с учетом того, что у них уже 30 лет действу ет закон Bayh Dole, позволяющий американским университетам распоряжаться результатами, полученными в процессе научно-исследовательской и инноваци-

онной деятельности, финансируемой из федерального бюджета, нам в обоих случаях ответили, что в среднем компании требуется около пяти лет. А что касается доли компаний, которые доживают до этого, то, как и во всем венчурном бизнесе, реально только максимум 5–10 процентов всех созданных компаний выходит на тот уровень, когда бизнес становится независимым от помощи университета. Такова, увы, специфика венчурного бизнеса во всем мире. Какой вывод можно сделать о секретах успеха коммерциализации инновационной деятельности в университете? – Полагаю, что в нашем случае мы можем говорить об удачном сочетании нескольких факторов. Во-первых, есть талантливые люди и есть инновационные идеи. Во-вторых, наработан опыт. Многие преподаватели владеют собственным бизнесом, их опыт бесценен для развития инновационной деятельности университета. В-третьих, СПбГУ ИТМО в 2009 году, выиграв конкурс Министерства образования и науки РФ, получил статус Национального исследовательского университета (НИУ). Сейчас в стране только 29 вузов с таким статусом, из них в Санкт-Петербурге – всего четыре. Он открывает перед нами много возможностей, которые мы и используем. В-четвертых, университет имеет свои площадки, на которых может развивать инновационную деятельность. И, конечно, немаловажно, что в университете создана инновационная инфраструктура, которая позволяет, с одной стороны, вовлекать студентов и аспирантов в процесс коммерциализации инновационных разработок, с другой – обеспечивает их всестороннюю защиту. Остается вопрос денег. На первом этапе предприниматель может обходиться своими средствами, когда уже идет стадия стартапа, университет оказывает поддержку, в том числе помогая привлекать инвесторов, если проект явно перспективный. Так было создано предприятие совместно с Израилем. Что касается студенческих проектов, то по большей части это свои средства, а также средства инвестиционного фонда «QD», созданного выпу скниками ИТМО специально для финансирования перспективных студенческих проектов, оказания им стартовой финансовой поддержки. Для разработки и продвижения проектов мы привлекаем средства российских, зарубежных, а также международных фондов. Беседовал Алексей Воропаев 13


МНЕНИЕ

Народ и наука:

есть ли взаимный интерес? Недавний опрос ВЦИОМ продемонстрировал, что число россиян, интересующихся наукой, с 2007 года заметно упало, а современных российских ученых практически никто не знает. Так ли это на самом деле? Мы обратились к тем, кто давно и целенаправленно занимается научным просвещением, – ученым, блогерам и издателям. Егор Задереев, биолог и блогер, Институт биофизики СО РАН Я не вижу повода для особого беспокойства в связи со свежими данными ВЦИОМ. Два года назад в рейтинге научных итогов 2008 года, по версии журнала Time, присутствовал следующий результат: «только четверть жителей США обладают научной грамотностью, позволяющей им читать и понимать статьи из научной рубрики в газетах». Получается, что есть вся такая из себя научная журналистика и популяризация, а читать ее может, несмотря на все упрощения и приближения к народу, лишь очень малая часть населения. Так что наши 50 процентов интересующихся научной тематикой – очень хороший результат. Мне понятны сожаления ученых: «Нас не знают, про нас не читают». Но, вполне возможно, представители других профессий могут сказать то же самое. В прошлом году в Новосибирске я участвовал во встрече с молодежью на тему научных блогов. У меня в презентации был слайд, взятый с известного сайта демотиваторов. На картинке изображены несколько рабочих в строительных касках, а внизу подпись: «Эти люди собирают стадионы, а ты даже не знаешь, кто они такие». На сегодня в области на учных исследований заняты сотни тысяч людей. Большая часть из них, по сути, являются ремесленниками. Выделиться из этой огромной массы и попасть в поле зрения общества можно лишь благодаря либо престижным научным премиям, либо общественно-политической активности. Второе не всегда сочетается с продуктивной научной работой. А первое… Премий у российских ученых не так много. Мне кажется, что те, кто так или иначе интересуется научной тематикой, после недолгих раздумий назовут и Алферова, и Гейма с Новоселовым, и Перельмана. 14

Сама научная журналистика в современном виде, возможно, приводит к тому, что интерес к науке у населения падает. Каков формат стандартной научнопопулярной новости? «Какие-то безличные ученые какого-то университета/института получили какой-то новый результат, который уточняет/открывает новые возможности/показывает принципиальную возможность чего-то». С одной стороны, цель благая – показать, что наука не стоит на месте, что ученые находятся в поиске и постоянно что-то придумывают и открывают. Но в конечном итоге у читателей «замыливается» глаз. Не зря ведь в сети появился мем «британские ученые». Изначально он относился к бессмысленным или очевидным открытиям, но боюсь, что сегодня под этот мем попадает все больше и больше новостей научно-популярных сайтов. То, что такой формат научно-популярных новостей поднадоел читателю, я вижу и на примере своего научно-популярного блога. Традиционно местные тематики получают больший рейтинг и обсуждение, чем абстрактные научные новости мировых СМИ. Анна Пиотровская, исполнительный директор фонда «Династия» Мода на науку и технологии не равна уровню просвещенности массовой аудитории. Полагаю, что опросы 2007 и 2011 годов вполне подтверждают как низкий уровень научной грамотности, так и низкий уровень осведомленности о современных научных достижениях, о деятельности передовых ученых. В то же время я осторожно отношусь к интерпретации резуль татов последнего опроса как к однозначному свидетельству изменения отношения к науке, снижения ее авторитета в обществе. Данные, скорее, иллюстрируют произошедшие сдвиги в медийном пространстве.

К сожалению, люди чаще слышат не о научных открытиях, а об «инновациях». Это и отражается в том, что интерес к «технологии» как будто вытесняет интерес к «науке». Для меня важны не столько конъюнктурные колебания заинтересованности аудитории, которые можно замерить подобными опросами, а качество этого интереса, то, что способны вложить в понятие «наука» респонденты. Возможно, здесь требуются дополнительные исследования, касающиеся уровня распространения рациональной картины мира. Но их резуль таты, к сожалению, также могут оказаться нерадостными. Галина Кобтева, координатор проекта «Библиотека фонда «Династия» В 2006 году мы в партнерстве с несколькими ведущими издательствами запустили проект «Библиотека фонда «Династия». Его цель – содействовать изданию лучших современных научнопопулярных книг. Можно с уверенностью сказать, что спрос на книги с 2006 года по сегодняшний день вырос. Более того, в последние два года наблюдается своего рода бум научно-популярной литературы. Практически все крупные и многие средние издательства стали активно выпускать научно-популярные книги, их ассортимент и тиражи неуклонно растут. Мы это чувствуем и на примере книг, выпущенных при поддержке фонда «Династия». Почти у всех книг серии «Элементы», вышедших в партнерстве с издательством «Корпус», средний тираж – 8000–9000 экземпляров, притом что некоторые книги серии явно не самые легкие для чтения. А книга Александра Маркова «Рождение сложности» на сегодня напечатана тиражом 10000 экземпляров, и весь тираж практически распродан. Скорее всего, это не предел. Среди наиболее популярных книг, В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


МНЕНИЕ

Инициативный всероссийский опрос ВЦИОМ проведен 29–30 января 2011 года. Опрошено 1600 человек в 138 населенных пунктах в 46 областях, краях и республиках России. Статистическая погрешность не выше 3.4 процента. Доля тех, кто на вопрос «Интересуют ли Вас новые достижения в науке и технике?» ответил отрицательно, составила 43 процента. Доля тех, кто не смог ответить на вопрос «Назовите 3–5 фамилий видных российских ученых – наших современников», составила 81 процент изданных с участием фонда «Династия»: «Геном» Мэтта Ридли (издательство «Эксмо»), «Физика невозможного» Митио Каку (издательство «Альпина нон-фикшн») тиражами свыше 20000 экземпляров, «Бог как иллюзия» Ричарда Докинза (издательство «Аттику с») тиражом свыше 15000 экземпляров. Мы намеренно работаем с крупными издательствами с большими возможностями региональной дистрибуции, чтобы научно-популярные книги могли читать жители самых разных уголков России. Сергей Попов, астроном и популяризатор науки, ГАИШ МГУ Меня не удивляет, что люди на улице не могут сходу назвать современных российских ученых. Поток новостей о современных научных результатах не несет в себе запоминающейся информации по персоналиям. Это не специ фическое свойство российских СМИ. Мне кажется, что это общая картина, и это нормально. Даже если бы информация о персоналиях и запоминалась, то все равно основные научные результаты получают не в России (что опять же нормально, учитывая относительную долю России в мировой науке). Так что интерес к потоку новостей, тем более в области техники и медицины, не приводит к запоминанию фамилий выдающихся отечественных ученых. Чтобы запоминались фамилии современников, нужно, чтобы работали совсем другие механизмы. Сильные ученые должны достаточно часто с чем-то интересным появляться на ТВ, должны массовыми тиражами появляться их научно-популярные книги, должны сниматься хорошие на учнопопулярные фильмы… У нас всего этого мало – отчасти по причине отсутствия спроса, поэтому не знают и имен. И это плохо. Кстати, меня очень беспокоит, что молодые люди, выбирая вуз, не интересуются тем, кто их там будет обучать, руководить их работой и т.д. Думаю, что абитуриенты МГУ в среднем не назовут ни одного работающего сейчас в МГУ ученого. Однако для меня странно, что опрос показывает общее снижение интереса W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

к науке. Регулярно читая популярные лекции, я вижу, что слушателей становится больше. Причем это люди из самых разных возрастных групп, и они проявляют искренний интерес. Появляются новые лекционные курсы высокого уровня. Проводятся фестивали науки. Я вижу, что становится боль ше научно-популярных материалов на ТВ. Соответствующая информация хорошо представлена на разных порталах, которые аккуратно следят за посещаемостью разных разделов. У меня нет оснований не верить авторам опроса, но с моими ощущениями это не совпадает. Денис Тулинов, блогер (nature-wonder.livejournal.com) Чтобы быть уверенным, что речь идет об устойчивой тенденции, желательно знать результаты аналогичного опроса начала 2000-х. Я не могу исключать, что наблюдаемое падение интереса может быть связано с тем, что 2007-й год – докризисный. Но если себя не у спокаивать подобным образом, то следует признать: изменения выглядят катастрофичными. Всего за четыре года пятая часть тех, кто интересовался наукой и техникой, перестали поддерживать этот интерес. Причем это произошло на фоне некоторого повышения разнообразия и доступности научно-технической информации, по крайней мере в интернете. Глядя из Москвы, поверить в такой результат сложно. Например, как раз в последние годы количество публичных лекций, где выступают ученые, значительно возросло, и они собирают полные залы. Если верить ВЦИОМу, это обманчивое впечатление, и в целом по стране ситуация ухудшилась. Я бы мог сказать, что здесь мы видим закономерное следствие взятого государством курса на деинтеллектуализацию населения. Однако эта политика началась не вчера, и по сравнению с ситуацией 2007 года каких-либо изменений в ней не прослеживается. Соответственно, объяснить столь резкое падение данным аргументом не получится. У меня, пожалуй, нет версии, почему такое обрушение случилось за четы-

ре года. Но я могу предположить одно обстоятельство, которое способно вызвать снижение интереса к научным достижениям вообще. Мое предположение: люди привыкли. Технологические новинки начинают сменяться с калейдоскопической быстротой. В силу этого каждую из них мы начинаем ценить все меньше и меньше. Мы привыкаем к новизне, нас все труднее удивить. То же касается новостей науки. Человек слышит о расшифровке очередного генома, и это все меньше вызывает эмоций. Фотографии с Марса в отличном качестве, сделанные роботом, находящимся на красной планете, воспринимаются не как чудо, а как часть непрерывного информационного фона. Наука начинает ассоциироваться с рынком гаджетов, поставляя новости-однодневки. Люди перестают обращать на них внимание. Так или иначе, обыватель знакомится с наукой посредством журналистов. Последние вынуждены перерабатывать непрерывный поток поступающей информации, превращая их в такой же поток «новостей». При этом теряется важная составляющая, необходимая для удержания интереса к науке, – удивление. Нам сообщают ответы, почти не оставляя места для вопросов. Популяризаторы, а круг их крайне узок, сконцентрированы на объяснениях. Из самых лучших побуждений. Но это проигрышная стратегия – в конечном счете человек теряет интерес, так как ему «все стало понятно». Пишущим о науке в любом случае стоит иметь в виду: когда популяризация расставляет все по полочкам, не оставляя места для сомнений и загадок, это ведет к проигрышу на длинной дистанции. Люди, проявляющие интерес к науке, хотят, чтобы им оставляли возможность не только знать, но и думать. Все же один показатель из данных ВЦИОМ позволят сохранять некоторый оптимизм: среди 18–24-летних наукой и техникой интересуются 66 процентов, что гораздо выше средних значений. Задача ученых и популяризаторов – не дать погасить этот интерес. Иван Стерлигов 15


БИЗНЕС-ИНКУБАТОР

Скрестить изобретателя с предпринимателем В бизнес-инкубаторе МГТУ им. Н.Э. Баумана придумывают новые стадионы, применяют для рекламы лазеры и превращают копировальные аппараты в платежные терминалы. Все эти новинки обещают стать успешными на рынке продуктами.

Какое изобретение вырастет в денежное дерево?

16

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


БИЗНЕС-ИНКУБАТОР Попробуй замани российскую молодежь в бизнес – не верит она в собственные силы. Согласно исследованию Всемирной службы Би-би-си, среди представителей 24 стран мира, больше всего стремление генерировать идеи и запускать собственные проекты продемонстрировали индонезийцы (85 процентов опрошенных), на втором месте разместились США и Китай (по 75 процентов). Россия оказалась в хвосте со своими 26 процентами потенциальных предпринимателей. Хуже, чем у нас, дела обстоят только у Турции (24 процента). В России есть, пожалуй, лишь островки или, лучше сказать, оазисы, где предпринимательский дух желает подняться повыше. Один из них – проектный бизнес-инкубатор, созданный четыре года назад в МГТУ им. Н.Э. Ба умана при Центре развития инновационной инфраструктуры и молодежного предпринимательства (ЦРИИМП), наставляющий студентов и выпускников Бауманки на путь развития собственного дела. Пришел ли к ним у спех? И кто они, успешные, состоявшиеся молодые предприниматели, вышедшие из стен ЦРИИМП?

САМЫЙ ПЕРВЫЙ: «СТЕНА – ЭТО НАШ ПАЦИЕНТ» Алексей Кригер – выпускник МГТУ с большим стажем. Т ак уж вышло, что, будучи студентом 4-го курса, в 2000 году он отправился по программе обмена студентами в Германию и задержался там на целых 5 лет. После учебы подрабатывал на различных предприятиях, и последним местом такой подработки стала фирма по гидроизоляции зданий с помощью инъектирования – точечного закачивания гидроизоляционного материала в трещины. «Представьте себе, что стена – это пациент, которого лечат, – говорит Кригер. – Мы берем “шприц”, то есть перфоратор, и сверлим отверстие диаметром 14 мм. Оно может быть сквозным, а может заканчиваться в теле стены. Затем в него вставляем штуцер (работающий по принципу дюбеля, см. фото) и насосом закачиваем саму гидроизоляционную композицию (обычно полимерные смолы или гели. – Ред.). Вот эту технологию я и решил модернизировать, вернувшись на родину в 2005 году и заново восстановившись на 4-й курс МГТУ. Что там можно было модернизировать? – спросите вы. Дело в том, что все аналогичные способы инъектирования стен, которые применялись W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

и на Западе, и у нас в стране, подразумевали закачку смесей ручным насосом. У меня же процесс автоматизирован, а значит, более дешев и качественен. Один насос нового типа может обслуживать одновременно большой участок здания». Одно дело придумать технологию, совсем другое – воплотить ее в жизнь, создать малое предприятие, которое работало бы и приносило прибыль. В этом студенту и помог университетский бизнес-инкубатор, куда Алексей пришел со своим изобретением в числе первых. «Инновационный центр очень помогает в плане психологической настройки на положительный результат, учит командной работе, помогает запатентовать изобретение, – говорит выпускник 2008 года Кригер. – Кроме того, инкубатор очень помогает со всевозможными видами освидетельствования метода, к примеру на безопасность. А однажды наставники даже помогли найти нового заказчика».

САМЫЙ ПЕРСПЕКТИВНЫЙ: «ИЗМЕНИТЬ ИДЕОЛОГИЮ СТАДИОНА» Проект Алексея Нониашвили в ЦРИИМП называют самым перспективным. Алексей окончил МГТУ в 2008 году, а в инкубатор пришел с идеей создания многофункционального стадиона. Спортивная индустрия быстро развивается, к строительству новых спортивных площадок привлекают колоссальные деньги. Стадионы, в основном футбольные, должны иметь очень качественный натуральный газон, если, конечно, претендуют на международный уровень. Но в этом – основная загвоздка. Специфика такова, что газон можно использовать очень ограниченное число раз, по подсчетам специалистов, около 40 дней в году, потому что дорогостоящее покрытие быстро повреждается, вытаптывается, усыхает, в общем, требует огромного количества мероприятий для поддержания в должном состоянии между матчами. Речь идет об особой системе полива, подогрева, освещения. В результате эксплуатационные затраты не окупаются: многие владельцы о прибыли со своего стадиона даже не мечтают: сделать бы

так, чтобы он работал безубыточно. О порядке расходов можно судить по тому факту, что знаменитый «Уэмбли» в Лондоне меняет свой газон раз в три месяца, затрачивая на это каждый раз по 600 тысяч евро. И это еще не все: новому газону требуется время, чтобы дойти до нужной кондиции, а это означает дополнительные несколько месяцев простоя стадиона. «Мы увидели, что существует возможность использовать стадион еще как минимум 320 дней в году, – говорит Алексей Нониашвили. – Для проведения иных массовых мероприятий у него есть все – размеры, паркинги, рестораны. Летом здесь можно проводить концерты, зимой у страивать каток, ледовые шоу, которые приносили бы хорошую прибыль. Главное, чтобы это позволил сделать наш капризный натуральный газон». Будущие предприниматели проанализировали две существующих в мире системы сохранения газона на стадионе. Они пришли к выводу, что одна из них – газон, выезжающий на время концертов, ярмарок и автосалонов за пределы спортивной чаши (такое есть только у 5 стадионов в США, Голландии, Японии, Германии; и строится одно поле в России), – это очень сложная конструкция. Уже построенные арены не смогут применить данную систему – надо просто заново отстраивать стадион. Есть, конечно, еще пластиковые панели, которые просто стелятся на газон на период проведения «неспортивных» мероприятий (второй тип систем). Но они приминают траву, что вовсе не идет ей на пользу . В итоге было решено создать такой помост, чтобы он никуда не уезжал и не опирался на газон, отведя элементы его опоры за пределы игрового поля. Технологических тонкостей Алексей пока не выдает, поясняя лишь, что за основу взята воздухоопорная конструкция. В результате поле абсолютно не контактирует с ее элементами. «Я думаю, что наш помост сможет в принципе поменять идеологию современного стадиона, – высказывает надежду Нониашвили. – Ведь он не только позволит проводить рокфестивали, выставки, автосалоны и даже цирковые выступления без ущер-

Стадион «Уэмбли» меняет свой газон раз в три месяца, затрачивая на это каждый раз по 600 тысяч евро 17


БИЗНЕС-ИНКУБАТОР ляет никакого труда. Я была искренне удивлена, что научно-исследовательские и опытно конструкторские работы, на которые деньги обычно выделяют учебные заведения, РФФИ или Минобрнауки, выпускник кафедры энергомашиностроения МГТУ Алексей Нониашвили провел на собственные средства, – у него уже несколько лет работает своя фирма по оказанию изобретательских услуг AINtrees. Единственное, о чем мечтает сейчас изобретатель, – найти помещение, где можно было бы на площади примерно 80 на 100 метров воссоздать свой замысел наяву. Когда потенциальный инвестор сможет попрыгать на помосте и проехать по нему на машине, вопросов о рентабельности проекта не останется.

САМЫЙ МИНИАТЮРНЫЙ: «НАРУЖНАЯ РЕКЛАМА ПОМЕЩАЕТСЯ В СУМКУ»

Штуцеры для закачки «залечивающего» раствора в бетон (вверху) и общий вид залеченных трещин (внизу)

ба для газона (новшество выдерживает нагрузку в 500 кг на 1 квадратный метр), но будет еще и ухаживать за натуральным покрытием». Итак, пока сверху раскатывают машины или прыгают толпы музы18

кальных фанатов, внизу можно будет наблюдать настоящую идиллию по бережному поддержанию нужной температуры и освещения, своевременного полива. Сегодня сделать все это автоматизированным не состав-

Немало маленьких фирм ежедневно сталкиваются с проблемой: нужна броская реклама всего одного мероприятия (к примеру, новогодней вечеринки в кафе), но хозяева рекламных билбордов неумолимы: будь добр, заказывай дорогостоящее световое панно по общим расценкам. Андрей Панасенко и его друг Иван Шерстобитов из Пятигорска считают, что придумали недорогую альтернативу – проецирование наружной рекламы с помощью лазерного устройства. Бумажного или пластикового плаката не потребуется – достаточно цифровой картинки, проецируемой на экран. А им может служить все что угодно. Конечно, было бы наивно полагать, что никто раньше не догадывался использовать лазерные проекции. Тем не менее имеющееся зарубежное оборудование, в основном, рассчитано на использование в помещении и всего в течение 2–3 часов. Пятигорцы же разработали для своего аппарата всепогодный корпус. Их проектор весит так мало, что его можно носить в сумке, а для проецирования картинки на экран размером с 5-этажный дом понадобятся обычная электрическая розетка и ноутбук, с которого будет производится управление процессом. Это явно составит конкуренцию дорогостоящим электронным билбордам, на которые рекламодатели тратят тысячи долларов. – Мы можем «накладывать» свою рекламу на уже существующую дневную картинку, – говорит Панасенко. – Ночью ее все равно не видно, поэтому В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


БИЗНЕС-ИНКУБАТОР

Что бы ты сделал, если бы у тебя на руках сейчас оказалось 300–500 тысяч рублей? – Еще спрашиваешь! Конечно, купил бы себе долгожданную машину, новую! можно закрыть ее щитом и пу стить наше лазерное «шоу». – А где вы будете у станавливать проектор? – спрашиваю я. – На штанге, прикрепленной к самому билборду. А вообще изображение можно передать хоть на 2 км. Мы уже испытывали наше изобретение в клубах, на вечеринках в Бауманке. Кстати, кроме стен и гор лазерное шоу можно проецировать даже на облака. С атмосферными труднее – долго ждать нужного, а вот с облаками пара от столичных котельных мы бы с удовольствием поработали. Но тут требуется согласование с ГИБДД: если водители засмотрятся на необычную картинку и совершат ДТП, нас могут обвинить в аварии.

САМЫЙ УСПЕШНЫЙ: «У НАС РАБОТАЕТ СРАЗУ ДВЕ БАШНИ» «Что бы ты сделал, если бы у тебя на руках сейчас оказалось 300–500 тысяч рублей», – поинтересовалась я у соседа, учащегося в техническом вузе. «Вы еще спрашиваете, – ответил он, – конечно, купил бы себе долгожданную машину, новую!» А вот люди с деловой жилкой поступили бы по-другому. К ним точно можно отнести Артура Шайхутдинова, ставшего выпускником бизнесинкубатора на год раньше окончания основной учебы в университете. Заработав примерно те же деньги с помощью своего интернет-магазина, он немедленно сколотил команду для нового проекта. Туда и вложил почти все средства. «На свой инновационный проект “Терминал-Копицентр” мы, скинувшись, потратили 1.5 миллиона рублей, – рассказывает выпу скник бизнес-инкубатора. – Что он из себя представляет? – Автомат самообслуживания, содержащий персональный компьютер и копировальное у стройство. Идея его создания пришла ко мне сама собой. Как-то в 2008 году я сидел в университете. Время приближалось к 9 вечера, очень хотелось, чтобы преподаватель принял мою лабораторную работу. И он готов был это сделать – не хватало только распечатанного чертежа. Я выбегаю на улицу, но там все точки печати уже закрыты… W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Проекты многофункционального стадиона, где травяной газон сохраняется с помощью воздухоопорной конструкции

19


БИЗНЕС-ИНКУБАТОР

Терминал, содержащий персональный компьютер и копировальное устройство

Пришлось приезжать к преподавателю в следующий раз. “Нет , так дело не пойдет, – подумал я, – гораздо лучше иметь печатный терминал прямо в университете, что называется, под рукой. И чтобы можно было воспользоваться им самостоятельно, без оператора, как обычным платежным терминалом в любое время суток”». Нечто подобное уже существу ет в Москве, но эти аппараты оснащены только копировальной системой. Задумка Артура, терминал, состоящий из двух башен, совмещает в себе несколько возможностей. В левой башне находятся монитор, клавиатура и купюроприемник, в правой – копир. Пользователь может скачать из интернета или с флэшки все, что нужно, и тут же распечатать. Первый опытный образец, по договоренности Шайхутдинова с руководством университета, должен был появиться в стенах родного МГТУ уже этим летом, во время сессии. Это самое горячее время, когда все существующие в учебном заведении принтеры от большого наплыва пользователей не выдерживают, ломаются один за другим. На вопрос, сколько еще денег ему надо, Артур отвечает: «Мы ищем инвестора на 10 миллионов рублей, которые необходимы проекту для входа на рынок с позиции сильного игрока. Они дадут нам возможность динамичного и цельного развития. Окупаемость, по нашим планам, ожидается уже через 10 месяцев. За 3 года мы создадим сеть из 13 000 терминалов по всей России».

САМЫЙ ОБЩИТЕЛЬНЫЙ: «ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ АНАЛИЗА ОБЩЕСТВЕННОГО МНЕНИЯ» Компания WOBOT (Web Robot) работает на рынке исследований уже год с небольшим, помогая широкому кругу фирм, брендам, исследовательским агентствам и даже политическим структурам мониторить социальные сети на предмет извлечения из них мнения пользователей по тем или иным проблемам, событиям, качеству товаров. Рассказывает директор по развитию WOBOT Андрей Демидов: «Аудитория социальных медиа ежегодно удваивается. Только в России 90 процентов всех пользователей интернета имеют аккаунты в социальных сетях ВКОНТАКТЕ, Facebook, Twitter, LiveJournal и других. И если у вас есть возможность 20

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


БИЗНЕС-ИНКУБАТОР “слушать” людей, оставляющих свои высказывания на “стенах” своих рабочих страничек, комментарии к новостям в онлайн-СМИ, то вы получаете отличный инструмент для контроля общественного мнения. Вам не составит труда узнать, где сидит ваша целевая аудитория. Например, сейчас в Москве проходит митинг против реформы образования. Как относятся к ней те самые 90 процентов россиян — пользователей интернета? Чтобы это выяснить, мы делаем специальные запросы в нашей системе, вводя сложные выражения из ключевых слов. В результате мы видим большую выборку мнений по поводу реформы. Потом система запу скает аналитический модуль и создает отчет . К примеру, отвечает на вопрос: большинство – за или против? Многие торговые компании, вместо того чтобы приставать к прохожим на улицах с вопросами “Какие газированные напитки вы предпочитаете? ” или заказывать дорогостоящие исследования мнения о своем продукте, заказывают сбор мнений нам». Существуют и другие технологии мониторинга, однако, по мнению Демидова, они не позволяют столь же качественно исследовать социальные медиа. «Бесплатные системы не могут обходить всю территорию Рунета, которую обходит наш сборщик информации – “веб-паук” – это было бы для них слишком затратно и потребовало бы огромного трафика. И еще у них отсутствует аналитика», – говорит Демидов. – Но что мешает гигантам рынка запустить у себя такую же систему? – спрашиваю я выпускника МГТУ. – На это нужны время, люди и технология. Кроме того, наш плюс в том, что система работает без посредников, напрямую передавая информацию клиенту: конфиденциально, гарантированно, стабильно. А еще мы можем предоставлять графики, выделять ключевые фигуры по теме, самых влиятельных людей, которые где-то что-то говорили. К примеру , Артемий Лебедев был очень недоволен сервисом одной из авиакомпаний и выразил свое отношение в посте. В итоге имиджу компании был нанесен серьезный урон. Примечательно, что сам Андрей разработкой почти не занимается. Специальность, по которой он заканчивает учебу в МГТУ им. Н.Э. Ба умана, связана с навигацией в пространстве. Он руководит коллективом компании, в которой сейчас работает более 10 челоW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Гарад Джонстон, вице-президент МТС: «Скоро реклама будет все более таргетированной, то есть нацеленной на конкретного человека» век, среди которых и выпускники, осваивающие профессию, и опытные специалисты. Ребята в этом году выиграли грант компании Microsoft и съездили в Кремниевую долину на стажировку. Есть в их копилке и грант фонда Бортника. На «развитие и масштабирование» им не хватает 16 млн рублей, за которые они готовы отдать 25–30 процентов уставного капитала.

ИНКУБАТОР СОВЕРШЕНСТВУЕТСЯ Занятия в бизнес-инкубаторе для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, безусловно, дополнительная нагрузка – три раза в неделю после занятий они выслушивают здесь дополнительные лекции и проходят курс психологического тренинга. Но, побеседовав с ребятами, я поняла, что сама бы не отказалась от такого факультатива. Ведь уроки бизнеса им дают настоящие профессионалы с мировым именем. К примеру, лекцию «Россия во время кризиса и процветание после кризиса» бауманцам прочел тогдашний директор по стратегическому маркетингу ОАО «МТС» Гарретт Джонстон. В лекции он рассказал в том числе о том, куда движется рекламный бизнес. Этот гуру рекламы, владеющий 11 языками, включая русский, украинский и чеченский, поведал о том, что скоро реклама будет все более таргетированной, то есть нацеленной на конкретного человека. «Вот есть рейс конкретной авиакомпании из Нью-Йорка в Люксембург, – говорит Джонстон. – Ваша задача посадить пассажира именно на него. Для этого в соцсетях интернета мы станем искать потенциальную группу людей, которым в ближайшее время надо вылететь по указанному маршруту, например, на разрекламированный заранее фестиваль джазовой музыки. Это могут быть сами музыканты или их поклонники, которые общаются на специальных форумах. Таким образом, “подсмотрев” или “подслушав” их цели, специалисты в области рекламы станут точечно, индивидуально направлять свои предложения». Раньше студенческие коллективы размещались в инкубаторе с конкретными проектами после победы в специ-

альном конкурсе – Конкурсе инновационных проектов (КИП). Это походило на обычный экзамен, со всеми свойственными ему атрибутами: волнением участников, весьма поверхностной заинтересованностью экспертов, сидящих в жюри, и, конечно же, естественным расслаблением после победы. Кстати, по словам организаторов бизнес-школы, побеждали на конкурсе порой совсем неожиданные проекты, на которые сами они ставок не делали. Просто то или иное выступление было ярче подано, субъективно больше понравилось экспертам, а на деле потом выходило, что реальные инвесторы в проект не пришли. «Теперь мы пошли другим путем, – говорит руководитель проектного бизнес-инкубатора МГТУ им. Н.Э. Ба умана Виктор Малинин. – Этим летом вместо конкурса мы проведем так называемую инвестиционную сессию. Она заключается в том, что на этапе подготовки к финалу, то есть представления проекта на суд жюри, с выпу скниками будут работать в одной связке... сами бывшие его члены. У маститых экспертов теперь будет больше времени на то, чтобы разобраться в каждом проекте, помочь улучшить его до настоящего бизнес-предложения. А кто тогда войдет в жюри, для которого эти готовые “блюда” преподнесут на тарелочке с голубой каемочкой? Конечно же, те самые потенциальные инвесторы». Кстати, в конце нашей беседы Виктор Малинин не удержался и выдал нам свой бизнес-проект. «Нельзя заниматься бизнес-инкубатором, если сам не занимаешься бизнесом, – говорит он. – Вот я и придумал свой проект – театр роботов. Он пока на самой начальной стадии, но в будущем, я надеюсь, это будет то еще шоу: в автономном режиме несколько запрограммированных роботов будут играть целый 45-минутный спектакль». Все понятно, атмосфера предпринимательства никого не оставляет здесь спокойным, даже самих преподавателей. Наталья Веденеева Статья опубликована в журнале New Scientist №7, 2011 год 21


КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Российский квантовый центр, или

Новый микромир нашей науки С успехами в квантовой физике связывают будущую научную революцию, на пороге которой, полагают многие ученые, находится цивилизация. Россия пытается стать участником этих грандиозных событий и открывает квантовый центр, в котором будут работать ученые со всего мира – лучшие из лучших в своих областях. Предварительно проект создания Центра был одобрен четыре месяца назад; на днях его окончательно утвердили на научном совете Сколково. О том, как новая структура будет способствовать развитию и интернационализации отечественной науки, – в интервью с членом управляющего комитета Центра, профессором университета Калгари в Канаде Александром Львовским. Александр, расскажите, что бу дет представлять собой Российский квантовый центр и вообще зачем его создавать? – Понимаете, согласно закону Мура, наши компьютеры становятся все быстрее потому, что микросхемы, из которых они состоят, постоянно усложняются. В каждой микросхеме умещается все больше транзисторов, размеры которых постоянно уменьшаются и скоро будут сопоставимы с размерами атомов. Это означает, что мы приближаемся к границе между макроскопическим миром, в котором мы живем, и микромиром, который управляется совершенно другими законами – законами квантовой физики. Когда мы приблизимся вплотную к квантовому рубежу, все наши знания и умения, вся наша интуиция, которую мы приобрели за сто лет существования классической электроники, окажутся бесполезными. Вот представьте, что вы пришли на стадион и обнаружили, что мяч летит одновременно через двое ворот и ведет себя по-разному, в зависимости от того, есть ли на стадионе публика или нет. До такой же степени не интуитивным для нас является квантовый мир. Поэтому имеет смысл уже сейчас, хотя мы предполагаем, что это произойдет не сегодня, а в течение одного-двух десятилетий, готовиться к пересечению квантового рубежа, изучать, что за ним, разрабатывать технологии, которые пригодятся, после того как мы шагнем в этот микромир. И, конечно, готовить кадры, которые будут знать квантовую 22

Александр Львовский: «Мы надеемся создать такие условия, при которых ведущие ученые всерьез будут рассматривать вариант работы в Российском центре»

физику и которые смогут вершить эту квантовую революцию непосредственно, когда общество столкнется с ней. Насколько сегодня продвину лось это научное направление в мире, есть ли центры, подобные тому, который предполагается создать в России? – В мире очень популярно это направление. Уже создано несколько центров, целиком посвященных квантовой тематике, практически в каждом хорошем физическом институте есть одна-две лаборатории, которые ведут теоретиче-

ские и экспериментальные исследования в этом ключе. Например, две организации в структуре общества Макса Планка в Германии работают именно по квантовой физике – Институт квантовой оптики и Институт науки о свете. В Барселоне есть институт фотоники, в крошечном государстве Сингапур создана отдельная структура для изучения квантовых технологий, в которую инвестировали 100 миллионов долларов. И, конечно, в США работает множество институтов, которые либо целиком, либо частично занимаются квантовой тематикой. В России тоже немало физических институтов, в структуре которых м ожно было бы открыть квантовый центр. Почему все же решили создавать новую организацию? – Здесь вся суть в том, что наш институт будет частью международной научной системы, тогда как современные российские академические институты, к сожалению, наоборот теряют свою интегрированность в международное сообщество. Как правило, ученые не имеют возможности взаимодействовать со своими коллегами из зарубежных научных центров. А в современных условиях при таком подходе работать невозможно. Научный товар, как и многие другие, является рыночным, хотя и очень специфическим товаром. В этом сегменте также существу ет международная конкуренция, покупатели, какие-то метрики у спеха. Сейчас ситуация такова, что большинство российских академических институтов не участвуют в этой системе, их просто нет на этом рынке. Получается, проще создать новую организацию, чем перевернуть уже сложившуюся рабочую траекторию действующих институтов. На какой стадии находится сейчас проект создания Центра? Известно, кто его возглавит, кто там будет работать? – Формально проект создания Российского квантового центра был предварительно одобрен четыре месяца назад; недавно его окончательно утвердили на научном совете Сколково. На сегодняшний день уже подготовлен проект нового здания, есть бюджет. Пока собственных помещений нет, лаборатории будут работать в здании МГУ по договоренности с руководством университета. Мы его немного отремонтируем, и с начала 2012 года начнем научную работу. Что же касается кадров, то они подобраны только на ключевые должности. Сформирован международный консультативный совет, состоящий из крупнейших ученых, работающих в В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


КВАНТОВАЯ ФИЗИКА нашей области, а также попечительский совет из представителей крупного бизнеса и правительства. Список есть на сайте центра. Эти люди не будут заниматься собственно научной работой в Центре, но будут осуществлять общее руководство и контроль над его деятельностью. Их авторитет в на учных, деловых и политических кругах является гарантом качества выпускаемой Центром научной продукции. Если это качество будет низким или, скажем, финансирование будет использоваться неправильно, они не побоятся во всеуслышание заявить об этом. Кроме того, существует управляющий комитет (в нем состою и я), который занимается созданием Центра в Москве. Возглавит этот комитет и Центр Томмасо Каларко, профессор университета Ульма, опытный организатор науки, координатор нескольких европейских научных проектов. В руководстве Це нтра много известных ученых, есть нобелевский ла уреат. Насколько сложно было собра ть такую представительную команду? – Это стало возможным благодаря Мише Лукину – одному из инициаторов проекта, руководителю международного консультативного совета центра. Ему около сорока лет, он учился в России, сейчас – профессор Гарвардского университета. На сегодняшний день он, пожалуй, один из наиболее влиятельных ученых в области квантовой физики. Когда он бросил клич, что в России собираются организовывать такой центр, очень многие откликнулись. Но, разумеется, не только благодаря его авторитету, а еще и в связи с тем, что в мире очень уважают российскую научную ментальность, традиции, историю. Многие видят колоссальную потерю в том, что в последнее время российская наука утратила свои позиции. И цель возрождения российской науки,

Многие видят колоссальную потерю в том, что в последнее время российская наука утратила свои позиции которую мы перед собой ставим, близка сердцам очень многих ученых в мире. На каких условиях предполагается привлекать к работе в Це нтре «лучших из лучших»? – Мы надеемся создать такие у словия, при которых люди всерьез будут рассматривать вариант работы в Российском центре. Во-первых, предлагаем достойную зарплату на уровне ведущих научных центров, а может, даже и выше. Если в моем университете в Калгари аспирант получает 2000 долларов в месяц, постдок – 3000–4000, молодой профессор – 6000, ведущий профессор – еще больше, соответственно, здесь нужно будет предлагать более высокую зарплату, потому что Россия пока не имеет устоявшейся репутации в организации ведущих научных центров, кроме того, жизнь в Москве и сложнее, и дороже, чем в той же Канаде. Но, естественно, важна не только зарплата, но и финансирование научной работы, мы надеемся, что в этом отношении значительно превзойдем конкурирующие организации. Это будет очень мощным фактором для привлечения толковых людей. С таким бюджетом, наве рное, все остальные проблемы в организации российской науки будут уже не столь чувствительными… – Ага, у Высоцкого есть песня: «Я б в Москве с киркой уран нашел при такой повышенной зарплате…» На самом деле все, конечно, не так. Потому что если даже деньги выдать, то ими можно распорядиться по-разному: можно в землю закопать, можно неразумно потратить либо просто украсть. Потому что есть

следующий уровень этой пирамиды – это управление на укой. Оно должно быть честным и компетентным. Но и это еще не все, потому что на учный институт существует не в вакууме, а взаимодействует с государством, в частности, с его юридической системой, которая в России сейчас совершенно не приспособлена для интернационализации науки. Например, есть колоссальная проблема с таможней или проблема признания зарубежных научных степеней, сложности в оформлении виз. Плюс еще один важный фактор – здоровье общества. Люди, которые сюда приезжают, должны быть уверены, что их не ограбят и не убьют , что, если они попадут в больницу , их не залечат до смерти, а их детей не замучают в армии. Вообще-то, если общество здорово, в нем построить фундаментальную науку несложно. Есть масса примеров: тот же Сингапур, Канада или Испания. Просто нужно предоставить финансирование, найти толковых людей, и они вам все организуют. С Россией все намного сложнее. Однако здесь есть свои преимущества, о которых я уже говорил, – славная научная история, научная традиция. У России, наконец, есть диаспора. Кроме того, и общество, и руководство страны понимают, что фундаментальную науку необходимо развивать. Недавно создано Сколково, в котором юридические рамки немножечко расслаблены и есть хорошее финансирование. Благодаря этим факторам появляется надежда, что, если мы будем действовать по-умному, добьемся нужных целей. Наталья Быкова

»nanorf.ru новости • ана литика • к арьера W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

23


ТЕХНОЛОГИИ

Война гибридов

В Toyota Prius установлены две электрические машины. Одна работает как мотор, другая – как электрогенератор. Фото из пресс-материалов Toyota

Полгода назад мой приятель, что называется, по случаю приобрел гибридный автомобиль Toyota Prius. До этого он ездил на бензиновой Mazda, которая постоянно требовала техобслуживания, а топлива потребляла больше десяти литров на сотню километров. Знаменитый Prius, начальная цена которого у нас больше миллиона рублей, приятель купил почти вдвое дешевле. Столько запросили в одном из автосалонов из-за пробега в пятьдесят тысяч километров. Как оказалось, Prius был одним из гибридов из гаража столичной мэрии, которая закупила их в начале века и теперь распродавала за ненадобностью. Видимо, при градоначальнике-пчеловоде, имевшем патенты во многих отраслях техники, нельзя было не продемонстрировать приверженность экологии. Все должно было быть, как в лучших мэриях мира. 24

Но японский Prius – это автомобиль для практичных людей среднего класса, считающих свои собственные деньги, потраченные на горючее и ремонт . В нем нет шикарных и просторных диванов, на которых расслабляются в пути наши чиновники. Не стал этот тихий автомобиль и предметом мечтаний крутых пацанов, которые любят внушительный вид внедорожников и рык мощных моторов BMW или Audi. Обычная публика в автосалоне за мэрскими автомобилями тоже не давилась. Видимо, в силу неосведомленности о плюсах гибридизации. Теперь мой знакомый с гордостью демонстрирует окружающим показания приборов своего автомобиля. Его гибрид тратит четыре с половиной – пять с половиной литров бензина на сотню километров. Радостной неожиданностью оказалось и ненужность серьезных вложений на обслуживание.

В описанной ситуации отразились многие проблемы, типичные для рынка гибридных автомобилей. О них – чуть ниже, а пока – об основополагающих принципах.

МИЧУРИНСКИЕ ИДЕИ Бензин нынче дорог. Не только в нашей энергетической сверхдержаве, но и в импортирующих энергоносители странах. И, что самое неприятное, продолжает дорожать. Поэтому использовать его лучше экономно. Именно эти соображения, а также все возрастающие возможности и удешевление современных технологий, и привели к рождению гибридных автомобилей. Идея гибридизации состоит в замене стандартного мотора на новую силовую установку, представляющую собой связку двух двигателей разного типа. Это могут быть симбиозы двигателя внутреннего сгорания, электромотора, гидравлического двигателя, пневмоили гидроцилиндра, механического маховика. Наиболее распространены гибриды первых двух. Это, так сказать, большевики. Почти во всех подобных конструкциях гибридная силовая у становка включает в себя и дополнительный аккумулятор соответствующего вида энергии, электрическую батарею, например. В среднем двигатель внутреннего сгорания у большинства из них примерно вдвое мощнее электромотора. Казалось бы, какой смысл городить такой огород, ведь все равно исходное углеводородное топливо будет преобразовано в тягу автомобиля, да еще через лишнее передаточное звено – электродвигатель? Дело в том, что в гибридных силовых установках двигатель внутреннего сгорания может работать в оптимальных для него по мощности либо экономии топлива режимах. Эти режимы не предполагают значительного изменения числа оборотов вала двигателя и у силия на нем, то есть скорости вращения и мощности. Именно их непостоянство, то есть перегазовки, ускорения, частые торможения, медленная езда и холостой ход в разы снижают и без того невысокий КПД обычных двигателей. При этом львиная доля бензина тратится впу стую. Идея гибридизации очевидна, крейсерские режимы всегда выгоднее форсажных. Это, однако, в идеале. В реальности двигатель соединен с колесами через или совместно с особым электромотором, который иногда также может брать на себя функции трансмиссии и коробки переключения передач. КонВ М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ТЕХНОЛОГИИ струкции гибридов современных производителей очень разнообразны и продолжают совершенствоваться, поэтому в оптимальном режиме двигатель будет работать ровно настолько, насколько это заложено в его электронные мозги. Вопрос о доле участия каждого мотора в движении можно очень точно решить с помощью современной электроники, которая будет включать двигатель и мотор по заданной программе в зависимости от условий движения. Эта программа может быть очень разной в зависимости от основного назначения гибридного автомобиля – минимум загрязнений окружающей среды либо максимальная экономия топлива. Но и первые тоже существенно экономят топливо. В среднем большинство режимов движения гибрида оказывается ближе к рабочему оптимуму его двигателя внутреннего сгорания, чем у обычного авто. Меньший износ гибрида связан с меньшей удельной энергонагруженностью всей его силовой установки из-за сниженной по сравнению с бензиновыми собратьями мощности двигателя внутреннего сгорания. Кроме этого, современная электрика и электроника более надежны, чем механика.

ПЛЮСЫ ГИБРИДИЗАЦИИ Гибридные автомобили наиболее приспособлены для городского цикла движения. Они имеют улучшенную аэродинамику и шины с низким сопротивлением качению, автоматически выключают двигатели при остановке, многие вспомогательные системы у них сделаны электрическими, а не механическими. Существенная экономия топлива достигается потому, что КПД электромотора во всем диапазоне рабочих параметров в разы больше максимального КПД обычного двигателя внутреннего сгорания, а электромеханические трансмиссии более адаптивны и эластичны по режимам движения, и их эффективность выше чисто механических. Управление всеми процессами, и даже перепрограммирование автомобиля на разные режимы, осуществляется электронно, а не механически. Делается это простым нажатием кнопки или прикосновением к сенсорному дисплею на панели приборов. Значительный энерговклад также вносит и возможность возвращения энергии при торможении. При такой рекуперации электродвигатель играет роль тормоза. Он становится электрогенератором и с тем же высоким КПД возвращает аккумулятору энергию двиW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Chevrolet Volt, модель 2011 года. Это гибрид с последовательной схемой - двигатель внутреннего сгорания крутит электрогенератор. Фото из пресс-материалов Chevrolet

жения автомобиля. Первый гибридный авто с тормозной рекуперацией три с лишним десятилетия назад построил американский инженер Дэвид Артурс (David Arthurs). Он переоборудовал свой Opel GT. Но здесь тоже не все просто. Энергию резкого торможения надо еще суметь быстро перевести в депо. Узким горлом для энергопотока оказывается скорость зарядки аккумуляторных батарей. Суммарная эффективность такой передачи иногда не превышает одной трети. Поэтому разрабатываются и альтернативные системы рекуперации, например, гидравлические. Не так давно появились энергоемкие и быстро заряжаемые электрические суперконденсаторы. В них скорость зарядки не ограничена химическими процессами, как в аккумуляторах. Несколько лет назад для гибридных авто были адаптированы литий-ионные аккумуляторы, хорошо всем знакомые по сотовым телефонам. По сравнению со свинцово-кислотными они в два-три раза более емки и во столько же легче. У литиевых батарей отсутствует эффект памяти, они дают напряжение, более чем в три раза выше металлогидридных. Выше и выдаваемая ими удельная мощность, меньше токи утечки. Время их жизни примерно равно времени эксплуатации всего гибридного автомобиля. В производстве литиевых батарей лидирует японцы, фирма Hitachi. Сегодня в гибридах у станавливают никель-металлогидридные, литийионные и литий-полимерные батареи, которые при утилизации уже не наносят такого вреда окружающей среде, как ранее применявшиеся никель-кадмиевые и особенно свинцово-кислотные

аккумуляторы, повсеместно используемые сегодня в обычных автомобилях. Из-за снижения вредности выхлопа гибридного авто экология сильно выигрывает. Доля вредных эмиссий сегодняшних гибридов даже ниже пяти тонн углекислого газа за время жизни среднего автомобиля, рекомендованных Агентством по защите окружающей среды (Environmental Protection Agency). Три самые распространенные гибридные модели Honda Civic, Honda Insight и Toyota Prius выбрасывают 4.1, 3.5, 3.5 тонны диоксида углерода соответственно. Что касается смогообразующих загрязнений, то их выброс у гибридов еще меньше, до 90 процентов ниже обычного.

КЛАССИФИКАЦИЯ Типологию современных гибридных автомобилей нельзя назвать у стоявшейся. Классифицируют их по разным критериям. Это тип топлива, конструкции силовой установки и трансмиссии, режимы работы, доля участия разных моторов в движении. Прежде всего гибриды делятся на параллельные и последовательные. В параллельных схемах электромотор, обычно единственный, и двигатель внутреннего сгорания вместе подключены к механической трансмиссии и могут одновременно передавать у силие на колеса. Двигатель использу ется и для зарядки электроаккумулятора. Двигатель и электромотор обычно соединяются с коробкой передач автоматическими сцеплениями. При этом в режиме параллельной работы двигатель и электромотор вращаются с одинаковой скоростью. Такие схемы наиболее эффективны на больших скоростях. 25


ТЕХНОЛОГИИ

Chevrolet Silverado, модель 2005 года – неполный гибрид. Фото из пресс-материалов Chevrolet

Обычно мощность электромотора не превышает нескольких десятков лошадиных сил. Вместе с небольшим аккумулятором это не дает возможности начать движение только на электротяге. Гибрид Honda Insight был первым массовым параллельным гибридом. Сегодня таковы трансмиссии Honda, установленные на моделях Civic, Accord, или система Chevrolet Malibu от General Motors. В последовательных схемах двигатель внутреннего сгорания крутит электрогенератор, который нагружен на тяговый электромотор и/или заряжает питающие его аккумуляторы. Механической связи между двигателем и электромотором нет. Последовательные силовые установки обычно имеют меньшие, чем у параллельных, двигатели, но большие батареи. Это удорожает € их, но делает более приспособленными для городского режима движения. Последовательные гибриды приспособлены к малым скоростям. Двигатель оптимизирован для работы с электрогенератором, когда энергии батарей недостаточно для движения. На последовательном гибриде удобно установить и тяговые мотор-колеса. Пример такой силовой у становки дает широко рекламируемый выпущенный в прошлом году Chevrolet V olt от General Motors, аккумуляторы которого можно заряжать и от обычной электросети. На них он может пробежать до 35 километров. Компания производитель позиционирует Volt как электромобиль с бензогенератором, увеличивающим дальность пробега. Гибрид Volt, предназначенный для США, Бразилии, Швеции, даже подвинул на второе место Prius, самый эффективный до него по использованию топлива из продаваемых в США. 26

Бывают и конструкции, совмещающие оба схемных принципа и обладающие преимуществами обоих. Это системы с разделением потока мощности, параллельно-последовательные. Усилие двух моторов может быть в разных пропорциях совмещено для передачи на колеса с помощью делителя мощности в виде планетарной передачи. Она позволяет менять вклад каждого мотора в движение от нулевого до полного. При движении по шоссе главный источник мощности – это обычно двигатель внутреннего сгорания. Электромотор лишь помогает ему при ускорении. В городском цикле до некоторой скорости он обычно выключен. Электромотор может работать и как генератор и заряжать аккумуляторы. И все же в современных моделях гибридных автомобилей, построенных по наиболее популярной схеме с разделяющимся потоком мощности, обычно установлены две электрические машины. Одна из них работает как мотор, другая – как электрогенератор. Так устроены Toyota Prius, Ford Escape, Lexus RX400h, RX 450h, GS450h, LS600h и другие гибриды от Nissan, F ord, GM Chrysler. Другая, пересекающаяся с описанной выше классификация гибридных авто подразделяет их по степени гибридизации. Она делит их на неполные и полные, иногда называемые сильными. Полные гибридные автомобили могут перемещаться только на двигателе внутреннего сгорания или только на аккумуляторных батареях. К ним относят силовые у становки фирмы Ford, систему Hybrid Synergy Driv e от Toyota, технологию Two Mode Hybrid от General Motors и Chrysler. Фактиче-

ски полные гибриды могут двигаться в режиме электромобиля, но для этого их оборудуют дорогими и энергоемкими батареями. Обычно трансмиссия с разделением мощности позволяет полным гибридам гибко регулировать доли вкладов мотора и двигателя, правда, за счет сложности конструкции. Таковы, например, Toyota Prius, Ford Escape и Ford Fusion. На своем слабом, в несколько десятков лошадей, электромоторе неполный гибрид не может передвигаться как электромобиль. Фактически, неполный гибрид – это обычный автомобиль с очень большим стартером, позволяющим быстро глушить и надежно запускать двигатель, когда это требу ется. Соответственно его не хватает, чтобы полностью использовать все преимущества гибридизации. Обычно мотор, установленный между двигателем и трансмиссией, добавляет мощности при разгоне и рекуперирует энергию при торможении. Экономия топлива не превышает пары десятков процентов. Однако и сложность конструкции, и мощность электромотора, и цена аккумуляторов ниже. Отличный пример неполного гибрида – это полноразмерный пикап Chevrolret Silverado 2005–2007 годов, экономивший десятую долю топлива на рекуперации и выключении мотора. К параллельным неполным гибридам относятся Honda Civic, Honda Insight, Mercedes Benz S400, BMW 7-series Hybrid, Smart for Two Hybrid. Особо интересный подтип гибридных автомобилей – так называемые плагин-гибриды. Их можно подключать к обычной электросети, таким образом, «заправлять» электроэнергией дома, а не бензином на АЗС. Обычно это параллельные или последовательные гибриды с увеличенной емкостью батарей, чаще литий-ионных. Плагин имеет и значительно больший автономный пробег, чем его гибридный прародитель. Этот гибридный тип позволяет не только серьезно сэкономить на топливе, но и резко снизить затраты на амортизацию двигателя и вредные выбросы. Последние в этом случае частью ложатся на совесть энергокомпании. Заметим, что сегодня в мире электроэнергия для частных потребителей повсеместно дешевле углеводородного топлива. В Японии, например, ночной тариф на электроэнергию почти на порядок меньше дневного. В нашей стране ночной тариф ниже в разы. Александр Гурьянов В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА

Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее М.В. Ковальчук Эта статья посвящена тому, как трансформировалась наука, менялась ее парадигма по мере развития цивилизации и как новая научно-технологическая ситуация должна обеспечить прорывное развитие человечества в XXI веке. Речь пойдет о конвергенции – объединении, взаимопроникновении наук и технологий. Этот новый научно-технологический уклад базируется на так называемых НБИКтехнологиях, где Н – это нано, Б – био, И – информационные технологии, К – когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, поведения живых существ, и человека в первую очередь (рис. 1). Почему же сегодня стала актуальной тема конвергенции наук и технологий и как мы к ней подошли? Сегодня наиболее злободневная тема в мировом масштабе – финансовый кризис. Как заклинание повторяется набор слов: деньги, ипотека, финансовые схемы, падение курса валют, безработица и прочее. По сути же, кризис сегодня – это одна из волн, обострение, последствие процесса, начавшегося сразу после Второй мировой войны. В конце 1960-х годов вышла книга французских писателей Веркора и Коронеля под названием «Квота, или «Сторонники изобилия». По сюжету и композиции это остросатирический и в то же время необычайно глубокий психологический роман. Основной его смысл состоит в том, что авторы наглядно показывают тупиковый путь развития общества потребления в США и в мире в целом. Оправившись после потрясений Второй мировой войны, человечество запустило новую экономическую модель развития общества под условным названием «расширенное воспроизводство и потребление». В погоне за комфортом человечество включило индустриальную машину по истреблению ресурсов, которая набирает обороты год от года. При условии, что эта машина будет обслуживать «золотой миллиард» земной цивилизации, W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

ее хватит надолго. Но как только хотя бы одна гигантская страна третьего мира, например Индия или Китай, выйдет на уровень потребления энергии, какой был в Соединенных Штатах в 1960-м году, фактически наступит ресурсный коллапс, что мы сегодня с вами уже видим. Глобальный кризис начался полвека назад, а сегодня он обострился, дал «метастазы». Но мы пока продолжаем обсуждать последствия, вместо того чтобы пытаться понять причины. По моему мнению, в процессе приближения энергетического коллапса не последнюю роль сыграло то, что развитые страны, в первую очередь США, целенаправленно, на протяжении десятилетий, перебрасывали затратные, в основном у старевшие, производства в Индию и Китай. Они «разбудили» эти страны, активно включив их в модель расширенного воспроизводства и потребления. Напомню, что Китай и Индия

занимают 1 и 2 места по численности населения в мире (соответственно это порядка 2.5 миллиарда человек в обеих странах), и все это население за последние 30–40 лет включилось в активное промышленное производство и потребление, а фактически в «истребление» ресурсов – формально объемы мирового производства за счет этих стран колоссально возросли, но при этом использование дешевой и зачастую неквалифицированной рабочей силы затормозило научно-технический прогресс. Ведь за последние десятилетия человечество, по сути, не совершило никакого принципиального технологического прорыва. Технический прогресс развивался линейно, путем модификации, усовершенствования уже изобретенного, как, например, увеличение числа элементов на электронном чипе. Никаких глобальных открытий сделано не было, собственно, они и не требовались.

Рисунок 1

НБИК

27


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА ции. В ХХ веке возникли еще более сложные, интегрированные, межотраслевые технологии для создания самолетов, кораблей, космических ракет. Но эти сложнейшие объекты сегодняшней промышленности создавались в рамках отраслевой экономики и синергетического эффекта, взаимопроникновения технологий не происходило – было лишь аддитивное сложение успехов и результатов различных технологических отраслей.

Рисунок 2

НАДОТРАСЛЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: ИНФОРМАЦИОННЫЕ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Во времена паритета США – СССР был главный стимул – сохранить равновесие путем наращивания военных мощностей, развития военно-промышленного комплекса (ВПК). До сегодняшнего дня практически все технологические новшества окружающего нас бытового мира выросли именно из ВПК. В США процесс перетока военных нововведений в сферу потребления был отлажен естественным образом и шел бесперебойно, у нас же мощная инновационная экономика со всеми ее составляющими была изолирована и ориентирована исключительно на военную сферу. Когда распался СССР, соревновательность между нашими странами (пресловутое «догоним и перегоним Америку») исчезла, США по праву почивали на лаврах, но это в итоге тоже затормозило научно-технический прогресс. Таким образом, мы стали современниками ресурсного коллапса, зародившегося 50 лет назад. Что теперь? Перед человечеством стоит дилемма: мы либо, двигаясь линейно, как сегодня, в обозримом будущем исчерпаем все ресурсы и должны будем, по сути, вернуться к первобытному строю, сохранив скотоводство, земледелие, огонь, передвигаться на лодке, велосипеде. В чем-то это гротеск, и это может произойти не через 10, а скажем, через 30–50 лет, но неизбежность этого очевидна. Но есть и второй путь – суть его в том, что мы технологически должны стать частью природы, жить за счет принципиально 28

новых, неистощимых ресурсов и технологий, созданных по образцу живой природы, но с использованием самых совершенных технологических достижений. И сегодня человечество подошло к этому вплотную.

ЭТАПЫ НАУЧНОГО РАЗВИТИЯ Позвольте некий исторический экскурс на 300 с лишним лет назад – во времена Ньютона. Тогда была, фактически, только одна научная специальность – натурфилософия, естествознание, и только один «тип» ученого – натурфилософ, естествоиспытатель (рис. 2), который изучал мир, единую и неделимую природу, непонятую на том уровне знаний и, в частности, поэтому обожествленную. Затем, по мере роста наших знаний о природе, развития исследовательского инструментария человечество начало искусственно делить единую природу на сегменты для их более легкого понимания, изучения. Т ак возникли физика, химия, биология, геология и т.д. В результате этих процессов человечество постепенно сформировало узкоспециализированную систему науки и образования, которая существует и успешно функционирует до сегодняшних дней. Такой принцип устройства науки привел, в том числе, и к отраслевому принципу организации промышленности (рис. 3). На начальном этапе это была примитивная деревообработка, камнеобработка, добыча полезных ископаемых и др. Отраслевые технологии усложнялись с развитием цивилиза-

Всего несколько десятилетий назад появились информационные технологии, которые поначалу рассматривались в прежней отраслевой парадигме: появилась еще одна отрасль, еще одна новая технология. Но в действительности в лице информационных технологий впервые появилась технология, имеющая НАДотраслевой характер. Сегодня очевидно, что ни в одной из известных отраслей нет прогресса без использования информационных технологий – это и телемедицина, и дистанционное обучение, и числовые управляемые станки, автоматическая система пилотирования автомобилей, самолетов, кораблей и т.д. Таким образом, информационные технологии стали неким «обручем», который объединил все на уки и технологии (рис. 4). Информационные технологии стали принципиально новыми с методологической точки зрения – они не добавились еще одним звеном к существующему ряду дисциплин, а объединили их, став их общей методологической базой. И уже вслед за информационными технологиями появились нанотехнологии, внутренняя логика развития которых призвана соединить существующую узкоспециализированную науку и отраслевую экономику в единую картину естествознания, но уже на новом уровне развития цивилизации, новом укладе промышленного производства, основанном на использовании отдельных атомов и молекул. Играя столь же важную надотраслевую роль, как информационные технологии, нанотехнологии, в отличие от первых, материальны, так как они прежде всего дают принципиально новый способ конструирования материалов. А любая область знаний, любая отрасль промышленности предполагает в первую очередь создание материалов. Так вот, нанотехнологии дают нам принципиально В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА новый фундамент в виде технологий атомно-молекулярного конструирования для создания этих материалов. Нанотехнологии – это принципиальная модернизация всех существующих дисциплин и технологий на атомарном уровне (рис. 5). Нанотехнологии меняют принцип создания материалов, их свойства, то есть фундамент для развития всех без исключения отраслей экономики постиндустриального общества.

Рисунок 3

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ СОВРЕМЕННОГО ЭТАПА РАЗВИТИЯ НАУЧНОТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЫ Попытаемся сформулировать основные черты современного этапа развития научно-технической сферы (рис. 6). Во-первых, переходя к наномасштабу, мы получаем возможность манипулировать атомами и молекулами, составляющими любое вещество. Сто лет назад главная цель науки заключалась в стремлении проанализировать и понять, каким образом устроен окружающий мир. В ХХ веке, используя электромагнитное излучение и частицы, человечество двигалось по пути анализа в область микромира, последовательно открывая молекулы, атомы ядра и элементарные частицы. В середине прошлого столетия, благодаря открытию рентгеновского излучения, рентгеновской дифракции, стали видны молекулы и атомы, появилась возможность видеть их, а позднее и манипулировать ими. Соединяя отдельные атомы и молекулы, стало возможным конструировать из них новые вещества. Та к и м о б р а з о м , п о я в и л и с ь искусственные материалы, хорошо известные нам сегодня: полупроводниковые кристаллы (кремний, германий, арсенид галлия), диэлектрические кристаллы, лазерные и т.д. Большие успехи были достигнуты и в органическом материаловедении – был создан синтетический каучук, целый ряд полимеров и других биоорганических объектов. Та к и м о б р а з о м , в с е р е д и не прошлого столетия, наряду с основной линией развития на уки – анализом, начала формироваться новая линия – линия синтеза, когда человечество руками и разумом ученых начало синтезировать искусственные материалы, даже такие, которых нет в природе и которые обладают свойстваW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Рисунок 4

29


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА Рисунок 5

новые вещества, не может назвать себя физиком, химиком или биологом. Этот ученый – тоже естествоиспытатель, каким был Ньютон 300 лет назад, но уже на качественно новом уровне, «уровне знаний».

НАНОТЕХНОЛОГИИ: ДВА ПУТИ РАЗВИТИЯ

ми, не существующими у природных веществ. Парадигма развития науки стала меняться от процесса познавания мира, его устройства к тому, чтобы целенаправленно и оптимальным путем самим создавать какие-то его элементы (рис. 7). Но если еще 50 лет назад конструирование таких новых материалов шло во многом эмпирически, то сейчас, с появлением качественно новой исследовательскотехнологической базы, мы можем контролировать процессы, которые происходят на атомно-молекулярном уровне, смоделировать и запроРисунок 6

30

граммировать результат с помощью суперкомпьютера. Вторая характерная черта на учного развития на данном этапе – это сближение органического мира, мира живой природы, с неорганическим, в чем мы достигли больших у спехов в последние десятилетия. Как следствие – принципиально меняется подход к организации исследовательской работы – от узкоспециального мы должны перейти к междисциплинарному методу проведения научных исследований. Ученый, манипулирующий атомами, создающий из них

Раньше мы шли «сверху», то есть двигались в сторону уменьшения размеров создаваемых предметов: рубили дерево, обтесывали бревно, распиливали его на доски, делали вагонку или же добывали руду, выплавляли ее, делали болванку, обтачивали на станке и т.д. – т.е. отрезали все лишнее. В итоге мы получали доску или металлическую деталь, но большая часть наших усилий – материальных и технологических – шла на создание отходов и на загрязнение окружающей среды. Сейчас мы начинаем идти «снизу», с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, материалы и системы с заданными свойствами. Фактически речь идет о создании технологий и оборудования для атомно-молекулярного конструирования любых материалов (кстати, это возможно лишь при создании адекватных методов диагностики с атомарным разрешением). Если двигаться по этому пути, то переход к нанотехнологиям, к атомарному конструированию дает важнейший результат – дематериализацию производства и резкое качественное уменьшение энерго- и ресурсоемкости. При этом развитие нанотехнологий подразумевает развитие двух самостоятельных направлений (рис. 8). Что я имею в виду? С одной стороны, нанотехнологии – это новая технологическая культура, основанная на конструировании макроматериалов путем направленного манипулирования атомами и молекулами, размер которых порядка миллиардной доли метра, то есть нанометра. Но главное – наноподход, а не наноразмер. Миниатюризация и нанотехнологии не имеют знака равенства. Новая технологическая нанокультура состоит в том, что создаются новые материалы, необходимые практически для всех отраслей промышленности, и, следовательно, речь идет о формировании рынка принципиально новой продукции в рамках существующего экономического уклада. Уже сегодня мы можем создавать разнообразные наноструктуры с разными свойствами, например, использу я полупроводниковые изолирующие, электроВ М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА проводящие слои, углеродные материалы, в частности, область применения которых очень широка. Таким же образом мы можем создавать качественно новые сплавы для трубопроводов или платформ для добычи нефти, корпусов атомных реакторов, новые материалы для строительства или дорожного покрытия и многое другое. Такие новые материалы с качественно новыми, улучшенными характеристиками востребованы во всех сферах – от медицины до строительства, от информатики до легкой промышленности и т.д. Естественным результатом этого станет эволюционное изменение технологического и, как следствие, социально-экономического уклада общества. Парадигма развития науки в конце ХХ века изменилась от изучения того, как устроен мир, к тому, чтобы целенаправленно и оптимальным путем самим создавать какие-то его элементы. Этот путь развития четко определен – наука достигла определенного уровня, и новейшие достижения нанотехнологий должны плавно и естественно перетекать в сферу производства, создавать новые продукты, формировать новые рынки и улучшать старые. Это процесс линейный, и на сегодняшний день можно сказать, что в России впервые после долгого перерыва создана для этого и необходимая инфраструктура, а главное – возникла идеология развития научного проекта. В президентской инициативе развития нанотехнологий в Российской Федерации речь идет о решении двух принципиально различных задач. Первая задача развития нанотехнологий, как уже говорилось выше, состоит в совершенствовании технологий атомно-молекулярного конструирования и создания этим путем макроматериалов. Эта задача понятная, она сегодня основана на модернизации существующих производств путем введения нанотехнологических решений, материалов и дальнейшего совершенствования и перевода экономики на новые рельсы – более экономичные. Это уже стало государственной политикой, определена головная научная организация – РНЦ «К урчатовский институт», под его эгидой формируется национальная нанотехнологическая сеть. Го с к о р п о р а ц и я « Р о с н а н о т е х » создана для внедрения на учных разработок в промышленность, их коммерциализации и поддержки инфраструктуры. Кроме того, в РосW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Рисунок 7

сии есть ряд федеральных целевых программ, одна из них – «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008– 2010 годы», направленная на создание и развитие научно-технологической инфраструктуры. На НИОКР в области наносистем и живых систем выделены значительные бюджетные средства. Важно отметить, что мы снова производим «средства производства» для развития нанотехнологий: стро-

им источники синхротронного излучения, нейтронов, установки молекулярно-лучевой эпитаксии, атомно-силовые микроскопы и крупные технологические комплексы на их базе, проводим модернизацию действующих «машин», активно участвуем в международных проектах, таких как CERN, международный термоядерный реактор ITER, уникальный Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах XFEL. В последних проектах финансовый Рисунок 8

31


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА Рисунок 9

и интеллектуальный вклад России составляет существенную часть.

«ЗАПУСК БУДУЩЕГО» Но вернемся ко второй составляющей нанотехнологий, в основе которой лежит сближение и взаимопроникновение «неорганики» и биоорганического мира живой природы. Это

Рисунок 10

32

направление развития нанотехнологий называется «запуск будущего» и состоит в соединении возможностей современных технологий, в первую очередь твердотельной микроэлектроники как наивысшего технологического достижения современности, с «конструкциями», созданными живой природой (рис. 9).

Бесспорно, что самое сложное создание, уникальное во всех смыслах, – это человек: самосогласованная и единая система, в которой нет по отдельности ни физики, ни химии, ни биологии, ни математики. В нас есть все эти компоненты, которые составляют замкнутую самоорганизованную систему, и, чтобы понять, мы должны оценивать ее целиком. Стремление человечества в развитии научно-технического прогресса – достичь в технологических приборах того совершенства, которое заложено в каждом из нас. В XIX–XX веках, создавая новые технические системы, мы прежде всего копировали себя, пытались усовершенствовать то, что дано нам природой. Например подъемный кран – это фактически имитация руки, в оптических приборах мы имитируем и совершенствуем человеческое зрение, в акустических – слух и т.д. Когда началось развитие полупроводниковой микроэлектроники, компьютеров, образец для подражания был очевиден – человеческий мозг. Но сложные белковые молекулы состоят из десятков и даже сотен тысяч атомов, их пространственная структура не была известна 60 лет назад. Поэтому проще было в качестве материальной основы взять модель из неживой природы, и для развития полупроводниковой микроэлектроники и вычислительной техники начали использовать полупроводниковые кристаллы, например кремния, в элементарной ячейке которого всего восемь атомов (рис. 10). Двигаясь по этому пути, человечество создавало все более совершенные технологии, как, например, молекулярно-лучевая эпитаксия, которая используется для получения тонких структур порядка размеров атомов, и новые структуры – так называемые структуры с квантовыми точками, образование и поведение которых подчинено принципам самоорганизации. Уникальные технологии микроэлектроники позволяют нам сегодня, сочетая литографию и последовательные совмещения, делать где угодно одну и ту же интегральную схему, то есть фактически мы имеем технологию, воспроизводимую в любой точке мира. Благодаря достижениям фундаментальной на уки, использующей в первую очередь рентгеновскую физику, рассеяние синхротронного излучения и нейтронов, ядерно-магнитный резонанс, суперкомпьютеры, стала очевидна структура биологических объектов. Мы определили их сложную трехмерную пространственную структуру, В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА Рисунок 11

изучили механизмы функционирования этих биологических молекул. Сегодня мы подошли к технологическим решениям, в основе которых лежат базовые принципы живой природы, – начинается новый этап развития, когда от технического, модельного копирования «устройства человека» на основе относительно простых неорганических материалов мы готовы перейти к воспроизведению систем живой природы на основе нанобиотехнологий (рис. 11).

МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТЬ – ОСНОВА НОВОЙ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ Развитие этих направлений, создание гибридных материалов и систем на их основе требует принципиально новых подходов и формирования принципиально нового научного уклада. Готово ли к этому сегодня на учное сообщество? Одно из главных у словий – наличие специалистов междисциплинарной направленности. Представьте, что вы хотите создать с помощью нанотехнологий устройство, подобное человеческому глазу. С одной стороны, глаз – это уникальный оптический прибор, а с другой – это биологический объект, фоточувствительный белок, в котором протекают сложные биохимические процессы. Так что моделирование глаза – это задача для большой команды специалистов из разных научных областей: физиков и математиков, химиков и биологов, медиков и физиологов, инженеров, прибористов, схемотехников и др., работающих в рамках единого подхода на общий результат, на основе единой инфраструктуры. Серьезный фактор, препятствующий развитию такого единого подхода, – действующая сегодня во всем мире система финансирования и организации науки. Она построена по узкоспециальному принципу и затрудняет организацию междисциплинарных исследований. Чтобы перейти к «запуску будущего», необходимо в корне изменить нынешнюю организацию науки, причем в мировом масштабе. Те страны, которые смогут быстро и эффективно перестроить систему научных исследований и образования, нацелить их на междисциплинарные исследования, обеспечат себе достойное место в глобальном мире. Перед человечеством сегодня стоит задача формирования и развития принципиально нового подхода, и речь идет в первую очередь о W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

конвергентных технологиях НБИК. Сама логика развития науки привела нас от узкой специализации к междисциплинарности, затем наддисциплинарности, а теперь фактически к необходимости объединения наук. Но не к простому геометрическому сложению результатов, а к их синергетическому эффекту, взаимопроникновению (рис. 12).

НАНО-, БИО-, ИНФО-, КОГНО- (НБИК) ТЕХНОЛОГИИ И КУРЧАТОВСКИЙ НБИК-ЦЕНТР На первом этапе это касается объединения четырех глобальных направлений сегодняшней науки и технологий НБИК: Н – это нано, новый подход к конструированию материалов «под заказ» путем атомно-молекулярного конструирования, Б – это био, что

Рисунок 12

33


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА Рисунок 13

позволит вводить в конструирование неорганических материалов биологическую часть и таким образом получать гибридные материалы, И – информационные технологии, которые дадут возможность в такой гибридный материал или систему «подсадить» интегральную Рисунок 14

схему и в итоге получить принципиально новую интеллектуальную систему, а К – это когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, познания, мыслительного процесса, поведения живых существ, и человека в первую очередь, как с нейрофизио-

логической и молекулярно-биологической точек зрения, так и с помощью гуманитарных подходов. Присоединение когнитивных технологий даст возможность, основываясь на изучении функций мозга, механизмах сознания, поведения живых существ, разрабатывать алгоритмы, которые фактически и будут «одушевлять» создаваемые нами системы, наделяя их неким подобием мыслительных функций. Смысл создания НБИК-центра в Курчатовском институте состоял в том, чтобы сформировать инфраструктурную базу этой конвергенции наук и технологий. Ядро, вокруг которого развивается Курчатовский НБИК-центр, – уникальная комбинация МЕГА-установок мирового класса – источников синхротронного излучения и нейтронов. Курчатовский НБИК-центр включает в себя новый нанотехнологический корпус, модернизированный и реконструированный источник синхротронного излучения, исследовательский нейтронный реактор ИР-8, центр обработки и хранения данных на основе суперкомпьютера (рис. 13). В Курчатовском НБИКцентре сосредоточено уникальное рентгеновское оборудование, атомносиловые и электронные микроскопы, различные технологические приборы для нанобиотехнологий и микроэлектроники, зоны чистых комнат и многое другое. Хочу отметить, что существенная часть этого уникального оборудования разработана и изготовлена отечественными компаниями.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЛАТФОРМЫ КУРЧАТОВСКОГО НБИК-ЦЕНТРА Основная цель конвергенции четырех направлений – формирование новой технологической куль туры, нацеленной в первую очередь на создание гибридных материалов и систем на их основе. Причем речь идет о принципиально новом поколении антропоморфных систем бионического типа, воспроизводящих в конечном итоге конструкции живой природы – биоробототехнические системы. Для этого в Курчатовском НБИК-центре мы создали на учнотехнологическую платформу с условным названием «ГИБРИД». На ее примере поясню принцип построения платформы для конвергентных НБИК-технологий. В подразделении НБИК-центра под условным названием «гибридные приборы» работают специалисты, хорошо разбирающиеся в у строй34

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА стве, эксплуатации приборов определенного типа и назначения (оптических, акустических и др.). Они создают техническое задание на проектируемый прибор или устройство. Следующее подразделение, также под условным названием «инженерно-технологический центр», имеет необходимые средства и технологии для практической реализации подготовленного техзадания. Но главная проблема при разработке «гибридного» материала и прибора связана с соединением технологических возможностей микроэлектроники с биоорганическими элементами – основой живой природы. В рамках Курчатовского НБИКцентра нами было сформировано мощное подразделение нанобиотехнологий, которое включает в себя: генно-инженерную и иммунологическую лаборатории, лаборатории стволовых клеток и клеточных технологий и др. Важную связующую роль между биологией и микроэлектроникой играет кристаллографическое отделение, которое включает в себя синхротронно-нейтронный центр, комплекс для физико-химических, механических и других исследований различных материалов, кристаллизации белков, а «мостиком» между биологическим и кристаллографическим подразделениями служит созданная нами «белковая фабрика». Рассмотрим схематично работу этой части НБИК-инфраструктуры. Например, мы хотим создать оптический сенсор, имитирующий глаз живого организма. Сегодня любой оптический прибор состоит из детектирующей части, как правило, кристаллической, обладающей определенным набором свойств, например спектральной чувствительностью, радиационной стойкостью и т .д., и считывающего устройства (интегральной схемы), которое обрабатывает сигнал (изображение), фиксируемое детектирующей частью. На первом этапе наша задача состоит в том, чтобы заменить эту детектирующую часть, как правило, неорганической природы, на материал биоорганического происхождения. Последовательность технологических операций может быть такова: для использования в качестве детектора конкретного фоточувствительного белка в первую очередь необходимо выделить ген, который клонирует этот определенный белок, и затем «вставить» этот ген в некую конструкцию (например E-coli), для того чтобы экспрессироW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Рисунок 15

вать (наработать) нужное количество этого белка. Затем наработанный белок проходит стадии различной обработки, очистки и т .д. и далее поступает в конечный сегмент белковой фабрики на кристаллизацию. На этой стадии белок превращается в трехмерный (или двумерный) кристалл. При этом кристаллизация может проводиться как в лабораторных условиях, так и в условиях микрогравитации на космической станции. Затем атомную структуру полученного белкового кристалла расшифровывают с использованием синхротронного излучения (рис. 14), нейтронов и др. Полученные данные обрабатываются с использованием суперкомпьютера – также части НБИК-инфраструктуры. Фоточувствительный белок с хорошо изученной структурой, свойствами и функциями необходимо соединить с твердотельной подложкой, которая в свою очередь должна быть превращена в некий прообраз электронной схемы. Это очень приблизительное, схематическое, но понятное описание использования НБИК-инфраструктуры для получения гибридных материалов и систем на их основе.

СОЦИОГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ – НОВЫЙ ЭТАП В КОНВЕРГЕНЦИИ НБИКС-ТЕХНОЛОГИЙ Помимо перечисленных подразделений в НБИК-инфраструктуру входит: суперкомпьютерный центр, медико-биологическое подразделение, подразделение когнитивных исследований и технологий, состоящее из нейрофизиологического блока и гуманитарной части.

Развивая когнитивные исследования, мы пытаемся реализовать принципиально новый подход. С одной стороны, мы изучаем процессы сознания с помощью нейрона ук, физиологии и молекулярной биологии, а с другой стороны, одновременно привлекаем гуманитариев различных специальностей: философов, психологов, социологов, лингвистов, этнографов и др. Поясню, что, изучая поведение человека или животного в момент принятия решения, мы смотрим на распространение сигнала по нейронным сетям, возбуждение различных отделов мозга с нейрофизиологических позиций, далее опускаясь на молекулярный уровень. С другой стороны, одновременно мы можем исследовать этот же процесс с помощью гуманитарных технологий, например, изучая поведенческие, речевые, психологические и другие особенности. Привлечение гуманитарных технологий дает нам право говорить о создании новой конвергентной НБИКCтехнологии, где «С» – это социальные гуманитарные технологии. Напомню, что при создании НБИК-инфаструктуры, ставя перед собой цель создания гибридных материалов, мы опирались на экспериментальную базу Курчатовского института, состоящую из МЕГА-установок – специализированного источника СИ и нейтронного реактора, стоимость которых составляет миллионы долларов. Но уникальность этого комплекса, дополненного большим количеством исследовательских методик и при35


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА боров, позволила нам сформировать «попутно», без специальных затрат , целый ряд принципиально новых современных исследовательско-технологических платформ, крайне важных для прорыва на ключевых направлениях научно-технологического развития. Приведу ниже эти платформы. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКО-ТЕХНОЛОГ И Ч Е С К И Е П Л АТФ О Р М Ы ДЛЯ СОЗДАНИЯ: •Гибридных материалов и систем – соединение нанобиотехнологий с микроэлектроникой (ГИБРИД); •Генетической базы персональной медицины, этногенетического картографирования, создания иску сственной клетки как основы принципиально новых медицинских технологий (ГЕНОМ); •Новых лекарственных препаратов и средств их целевой доставки: медико-биологический комплекс – белковая фабрика – кристаллизация, в том числе в космосе – расшифровка структуры – синхротрон – суперЭВМ – синтез препаратов (ЛЕКАРСТВА – ДИЗАЙН И ДОСТАВКА);

•Новых методов синхротронно-нейтронной диагностики материалов, неорганических и органических (СИН-ДИАГНОСТИКА).

ДЛЯ РАЗРАБОТКИ: •Когнитивных наук и технологий – синтез нейрофизиологии, молекулярной биологии и гуманитарных наук (КОГНО); •Технологий изотопного материаловедения и ядерной медицины – развитие нейтронной и нейтронзахватной терапии, инновационные радиофармпрепараты, новые материалы (ИЗОТОП), влияние излучений и частиц на живые организмы (БИОРАДИАЦИЯ); •Перспективных энергетических технологий – создание инновационных технологий производства и потребления энергии, в том числе биоэнергетика, атомная и водородная энергетика, солнечная энергетика, термоядерный синтез (ЭНЕРГОТЕХ); •Многоуровневого компьютерного моделирования и конструирования (суперЭВМ).

КОНВЕРГЕНТНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ В настоящее время в К урчатовском НБИК-центре мы создаем прообраз производства будущего, включающий в себя уникальное нанобиотехнологическое производство; исследовательско-диагностические и технологические возможности на базе МЕГА-установок – источников синхротронного излучения и нейтронов и космической станции; основные элементы и технологии полупроводниковой микроэлектроники; подразделение когнитивных исследований и разработок, состоящее из нейрофизиологической и гуманитарной частей. Все эти чрезвычайно сложные технологии требуют специалистов принципиально нового класса, подготовленных уже на междисциплинарной основе. При этом таких междисциплинарно образованных специалистов не должно быть много, на сегодняшний день это, можно сказать, элита научного сообщества (рис. 15). Наш первый опыт подготовки таких ученых – совместная кафедра физики наносистем на физическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова и

Рисунок 16

36

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА РНЦ «КИ», которая успешно работает с 2005 года. Студент, получив степень бакалавра по одной специальности, затем поступает в магистратуру, где уже нет разделения по специальностям, а производится «интегрированное» обучение. Поскольку количество читаемых курсов формально превышает учебный план, у студентов есть возможность выбора индивидуальной траектории. Студенты нашей кафедры могут работать на уникальном оборудовании и в МГУ, и в РНЦ «Курчатовский институт», и в ряде академических институтов, в первую очередь в Институте кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН. Следующий наш образовательный проект – созданный в мае 2009 года в Московском физико-техническом институте факультет нано-, био-, информационных и когнитивных технологий (ФНБИК), не имеющий на сегодня мировых аналогов (рис. 16). В новой структуре мы постарались наиболее полно реализовать идею непрерывной междисциплинарной подготовки специалистов в области нанотехнологий, конвергентных технологий. Для этого у РНЦ «КИ» есть четыре базовые школы, где занятия по физике и математике ведут наши ученые. На новом факультете уже с первого курса идет преподавание химии, биологии, когнитивных наук. Студенты факультета имеют возможность не просто прийти посмотреть на НБИК-центр, но и начать здесь работу. Но главное, у них есть возможность получать навыки работы на самом современном оборудовании, работая бок о бок с ведущими учеными, участву я в творческом процессе. Я думаю, сегодня можно уже с уверенностью сказать, что Курчатовский НБИК-центр конвергентных наук и технологий по праву занимает лидирующие позиции среди ведущих научных центров мира, а для всей российской науки создан серьезный задел, заложены основы для прорыва.

НБИКС-ТЕХНОЛОГИИ – ОСНОВА ПРИРОДОПОДОБНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ XXI ВЕКА В заключение я хотел бы снова вернуться к мировому кризису, связанному с конечностью используемых ресурсов, в первую очередь энергетических. Напомню, что у стойчивое развитие цивилизации прежде всего связано с достаточным энергообеспечением. Качество жизни в конечном итоге определяется количеством потребляемой энергии. Именно поэтому сегодня в мире самое пристальное внимание уделяется вопросам развития энергетики. W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Рисунок 17

Наряду с традиционной углеводородной энергетикой активно развиваются новые энерготехнологии, переживает ренессанс атомная энергетика, большинство развитых стран реализуют глобальный проект по созданию международного термоядерного реактора ИТЭР – прообраза энергетики будущего (рис. 17). При этом большое внимание уделяется так называемым возобновляемым источникам энергии, среди которых особое место занимает солнечная энергетика. Несмотря на то что возобновляемая солнечная энергетика технологически развивается уже многие десятилетия и эффективность солнечных элементов существенно выросла, все же солнечная энергетика так и не смогла стать мощным энергетическим ресурсом. Почему же солнечная энергетика до сих пор не может стать мощной, адекватной современности энерготехнологией? Природа использует и запасает солнечную энергию через процесс фотосинтеза. В солнечной энергетике мы моделируем этот природный процесс переработки солнечной энергии, но вместо недоступной пока для воспроизведения сложной биоорганической структуры зеленого листа используем модельную

полупроводниковую структуру. Но живая природа сама по себе – очень «экономный» пользователь энергии, она правильно самоорганизована, и ей с лихвой хватает «маломощной энергетики фотосинтеза». В нашей современной жизни мы используем искусственно созданные нами машины и механизмы, потребляющие колоссальное количество энергии. Для их энергоснабжения в принципе не может хватить возможностей экономичных, «природоподобных» энерготехнологий. Наряду с развитием и совершенствованием существующих технологий перед человечеством стоит сложная и амбициозная задача – создание принципиально новых технологий и систем использования энергии, то есть замена сегодняшнего конечного энергопотребителя системами, воспроизводящими объекты живой природы. Сегодня уже очевидно, что это можно сделать, «запуская будущее» на базе конвергентных нано-, био-, инфо-, когно-, социогуманитарных (НБИКС) технологий. «Российские нанотехнологии», №1-2, 2011 г.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Bainbridge M.S., Roco M.C. // Managing nano-bio infocogno innovations: converging technologies in society. Springer. 2005. 2. Веркор, Коронель // «Квота или «Сторонники изобилия». М: Прогресс, 1970. 3. Ковальчук М.В. // Кристаллография на рубеже веков: итоги и перспективы. Кристаллография. № 44 (6). 1999. 4. Ковальчук М.В. // Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика. Вестник Российской академии наук. № 73 (5). 2003. 5. Ковальчук М.В. // Нанотехнологии как новая технологическая революция. Индустрия наносистем и материалы. Сборник Министерства образования и науки РФ. 2008.

37


ИСТОРИЯ

Сеанс китайской магии с разоблачением Историк Дина Дубровская рассказывает о китайских древностях, которые в разные времена ассоциировались со словом «загадка».

38

stealthtractor

Великая стена самый знаменитый археологический памятник Китая

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ИСТОРИЯ Срединное государство – Китай – может похвастаться самой длинной непрерывной линией развития цивилизации в мире. Конкуренцию в этом составляет ему лишь Индия, правда, разрозненные владения полуострова Индостан слились в одно государство недавно, а Китай объединился еще в III веке до н. э. и с тех пор почти не разъединялся. И все же огромная Поднебесная, раскинувшаяся от Тибета, Тянь-Шаня и пустыни ТаклаМакан до тихоокеанского побережья и кажущаяся извне столь этнически монолитной, никогда не была территорией проживания только одной народности – ханьцев, стройными рядами выводивших свою родословную от синантропа до Мао Цзэдуна. Кто-то в Китае строил пирамиды. Другие почему-то носили шотландские килты (юбки). Третьи претендовали на звание лилипутов и при этом считали себя потомками пришельцев с небес. Четвертые моделировали Вселенную с помощью ртути. Все эти странные вещи объединяет одно: они никогда не находились на виду, приобретая известность во многом лишь благодаря случаю. Скрывает ли Китай свои древние сокровища – вольно или невольно? Попробуем разобраться.

ПРОЛЕТАЯ НАД СИАНЬЮ Как и положено любой уважающей себя древней цивилизации, китайская (вернее, те многочисленные, что существовали на территории нынешней КНР) породила гигантские каменные сооружения. И речь не только о Великой стене, видной из космоса, но и о таких, казалось бы, чисто египетских или мексиканских постройках, как пирамиды. Это сейчас на службе любителя тайн Земли стоит вездесущий глаз Google Maps, а когда американский летчик времен Второй мировой войны Джеймс Гауссман, летевший из Индии в Китай, увидел сверху то, что назвал позже «Великой белой пирамидой», он был потрясен и заинтригован, – тем более что на верхушке сооружения ему привиделось нечто сияющее драгоценным огнем. Дело происходило неподалеку от древнего столичного города Сиани, более всего прославленного Терракотовой гвардией первого императораобъединителя страны Цинь Шихуана (годы правления 259–220 до н. э.) и его же могильным холмом, тоже причисляемым к китайским пирамидам. В свое время мне приходилось стоять на вершине этого холма, и пирамидальным ныне он вовсе не выглядит. W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Внутри, по преданию, находится модель тогдашней вселенной, с морями и реками, выполненными из неиспаряющейся ртути, и все это честно описано китайским «отцом истории» Сыма Цянем в известнейшем труде «Ши Цзи» («Исторические записки»). Не так давно археологи запустили в гробницу зонды, подтвердившие наличие в пирамиде ртути, так что древние легенды не соврали. Безусловно, нет ничего странного в том, что в Древнем Китае существовали подобные строения, однако поднимаемая вокруг них шумиха и окружающий их ореол тайны всегда придавал им особенную привлекательность для журналистов, писателей и путешественников, осложняя тем самым работу ученых.

ПОД ГНЕТОМ ПИРАМИД Из-за принципиальной закрытости Китая для вмешательства извне любые находки, особенно нечаянные, добываемые в ходе случайных полетов или шпионских экспедиций гденибудь в Тибете, немедленно приобретают статус сенсации. Тот факт, что китайские пирамидальные гробницы стали достоянием науки весьма позд-

но, – результат относительно позднего развития китайской археологии: ее просто не существовало примерно до середины прошлого столетия. При том, что археологических памятников в Китае, по скромным подсчетам, около 400 тысяч, а 770 из них относятся к защищаемым государством, можно себе представить «непаханность» этого поля. Т ак что, как бы скептически ни относилась современная наука к археологам-любителям с их варварскими методами, но именно они, придя с Наполеоном в Египет или вслед за Шлиманом в Т урцию, открыли для Запада древности этих цивилизаций. А вот Китай (в частности, провинция Шэньси, где находится большинство пирамид) до сих пор, в основном, закрыт для внешнего изучения и поэтому порождает огромное количество домыслов, так что всегда приходится разделять увлекательные случаи обнаружения непонятных объектов и систематическое их изучение. В итоге почти столетие интриговавшая охотников за загадками Белая пирамида внезапно оказывается свободно посещаемым музеем Маолин – мавзолеем императора У-ди (годы

В шутке о том, что в Китае распаханы даже промежутки между шпалами, отражена суровая реальность 39


ИСТОРИЯ

Вид Белой пирамиды с одного из строений мавзолея Маолин – гробницы императора У-ди

КАК СТРОИЛИ ПИРАМИДЫ Представьте, что вам нужно поместить что-либо в землю, скажем, – гробницу царя. Чем торжественнее захоронение, чем более важным лицом был покойный при жизни, тем больше места понадобится ему для размещения погребальной утвари, иногда – жен, наложниц, обслуживающего персонала, лошадей, воинов и предметов меблировки. Чем более комфортно вы захотите обставить посмертное обиталище своего правителя, тем больше земли придется извлечь наружу. Поместив усопшего и все его хозяйство в погребальную камеру, вы, скорее всего, не просто заровняете над ним поверхность, а используете полученную землю, чтобы насыпать сверху эффектный памятный курган. Сыпучий материал естественно распределяется на поверхности в форме конуса, и таковыми являются все более простые курганы – например степные, скифские. Если же цивилизация продвигается дальше, кургану, скорее всего, придадут форму, то есть спрямят конус до пирамиды. Варианты возможны разные – верхушку можно сделать плоской (таковы китайские пирамиды или пирамиды Теотиуакана в Мексике), добавить сверху еще одну «ступень», затем еще и еще. Так мы получим, скажем, знаменитую пирамиду Джосера в Египте, ступенчатые пирамиды Мезоамерики или вавилонские зиккураты, самым знаменитым из которых был зиккурат Этеменанки, более известный как Вавилонская башня или... пирамиду в Китае. Как показывает опыт Египта, ступенчатые пирамиды, более простые в строительстве, в идеале уступают место гладким, требующим более совершенных технологий. 40

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ИСТОРИЯ правления 141–87 гг. до н.э.) династии Хань. В одной только Шэньси 38 учтенных пирамид – в них лежат родственники и приближенные императоров, а строили надгробные холмы правители династий Хань, Тан, Сун, Западная Ся и, конечно, представители более ранних культур на территории Китая. Но как Белая пирамида стала музейным сооружением? Точно так же, как описанная Марко Поло страна «Катай» оказалась позже Китаем. Летчик не знал, над чем пролетал его самолет , а то, что сверкало под солнцем на вершине пирамиды, было лишь фрагментом ее облицовки. Когда же в Китай пришли реформы, принесшие с собой большую, чем при Джеймсе Гауссмане, открытость внешнему миру (а как следствие – и туризм), показалось, что за время, прошедшее с конца войны, археологи и музейные власти открыли гробницу для посещения, даже и не подозревая, что она успела побывать великой скрываемой тайной Срединной империи. В отличие от пирамид Гизы (иногда в расположении китайских пирамид видят тот же рисунок, что и в Египте), китайские превратились в туристическую достопримечательность относительно недавно, причем далеко не все. Многие до сих пор стоят среди пахотных или заливных полей, многие засажены деревьями. В камуфляжных ли целях, или потому что земельный голод в Поднебесной остается столь же жестоким, сказать трудно: в шутке о том, что в Китае распаханы даже промежутки между шпалами, отражена суровая реальность.

Для китайцев символика яшмовых дисков столь важна, что с них скопированы даже оборотные стороны олимпийских медалей 2008 года

Внешний вид яшмового диска би – символа неба в Древнем Китае

ТИБЕТСКИЕ ПРИШЕЛЬЦЫ Еще одна некогда жареная сенсация китайской археологии – «космические диски» из яшмы (другое название этого камня – нефрит), найденные в Тибете. В 1978 году некто Дэвид Агамон опубликовал книгу «Солнечные боги в изгнании», ссылаясь на записки своего недавно у сопшего оксфордского босса, профессора Кэрила Робин-Эванса, рассказавшего об экспедиции 1947 года в Т ибет, где он путешествовал по горам Баян Хар и набрел на таинственный народ под названием дропа (или хам). Он якобы происходил от инопланетян, потерпевших крушение на Земле, о чем свидетельствовали фотографии этих крошечных людей, их «короля» и «королевы» и сакральных каменных дисков с изображениями планет и внеземных посланий. W W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Внешний вид яшмового полого цилиндра цун – символа земли в Древнем Китае

41


ИСТОРИЯ Получалось, что некий космический корабль пришельцев по имени дропа (или дзопа) 12 тысяч лет назад потерпел крушение на Тибетском нагорье. Местные обитатели с неожиданно библейским названием «хам» не стали чинить пришельцам тарелку, а те от нечего делать кое-как адаптировались к жизни на Земле и взяли в жены некоторых хамских женщин. Тем временем коротышки-хам, недовольные таким поворотом событий, перебили большинство пришельцев и похоронили их в пещерах, где в ногах скелетов и были якобы обнаружены описанные диски. Камни и вправду выглядели интригующе: планеты, орбиты и иероглифы перемежались в них, по вествуя о звездной родине племени дропа. Однако сенсация, до сих пор окончательно не сброшенная со счетов уфологами, сама собой сошла на нет через 17 лет после выхода «Солнечных богов»: британец Дэвид Гэмон признал, что написал книгу под псевдонимом Агамон, позавидовав всемирной известности творений Эриха фон Дэникена о древних астронавтах – «Возвращения к звездам» и «Золота богов». Источником для фантазии послужила статья 1960-го года в западном журнале «Ру сский дайд-

жест» и… французский научно-популярный роман «Диски Бьем-Кара» Даниэля Пирэ; профессора Кэрила Робин-Эванса Гэмон, разумеется, тоже выдумал.

ПОЮЩИЕ МУМИИ ИЗ ПУСТЫНИ ТАКЛА-МАКАН Во многих древних куль турах существовало убеждение, что тело усопшего должно быть сохранено, ибо может пригодиться ему в жизни за гробом. Самый известный пример – египетское искусство мумификации, которому мы должны сказать спасибо за возможность исследовать, скажем, генетический материал Тутанхамона. Но иногда природа сама берет на себя функции человека и делает историкам подарки. Например, в 80-х годах прошлого века китайские археологи, исследовавшие южный участок бассейна реки Тарим – обширный негостеприимный пустынный регион, по внешнему краю которого некогда проходил Великий шелковый путь, обнаружили захоронения с телами людей, усопших 3.5–4 тысячелетия назад. Мумифицированные останки были найдены в самой засушливой и просоленной части Центральной Азии – в пустыне Такла-Макан китайского

Туркестана (Синьцзян-Уйгурского автономного района КНР), в районе городов Черчэнь и Лоулань. Сохранность найденных останков превосходит состояние даже египетских мумий – и все благодаря исключительно сухому воздуху региона и тому факту, что могилы вырыли в соляной почве, ускоряющей процесс высушивания тканей и убивающей микроорганизмы. Так что мумификация произошла 4 тысячи лет назад совершенно случайным образом. Тела, похороненные в пу стыне зимой, замерзали и высушивались до того, как начинали разлагаться. Помещали их в гробы без днища, и свободная циркуляция воздуха способствовала полному высушиванию останков. Тела, преданные земле в жаркое время года, превратились в скелеты. Старейшим мумиям из Черчэня около трех тысяч лет, а старейшинам из Лоулани – около четырех. Покойники были одеты в яркие наряды, которые не разрушились и не выцвели за прошедшие тысячелетия. Находки поместили в Провинциальный музей г. Урумчи, где они воссоединились еще с несколькими мумиями, найденными в этом регионе. Однако лишь в 1994 году вместе с публикацией в журнале Discovery фотографий и статьи мумии Урумчи стали известны научному миру.

Пустыня Такла-Макан: песок и камни

42

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ИСТОРИЯ

ЧЕРЕЗ ЕВРАЗИЮ В ШОТЛАНДКЕ И ФРИГИЙСКОМ КОЛПАКЕ Что особенного в черчэньских мумиях? В первую очередь все они европеоиды ростом не менее 180 см, неизвестно как оказавшиеся в этих местах. Это «черчэньский мужчина», три женщины и лежащий на подушке из белой овечьей шерсти трехмесячный младенец, обернутый в прекрасную коричневую материю и обвязанный красными и синими шнурами. Ребенка похоронили с «бутылочкой» из коровьего рога и, наверное, с самой древней в истории соской, сделанной из овечьего вымени; на глазах у ребенка синие камни. Челюсть мужчины аккуратно подвязана, поэтому он выглядит вполне обычно, подвязки же на головах женщин ослабли, и их лица приобрели вид «поющих» или «кричащих». Мужчина покоится в позе человека, уснувшего в гамаке, поэтому – с учетом сохранности тела – посетители музея невольно разговаривают шепотом, словно опасаясь разбудить спящего. Хорошо сохранились подпоясанный плетеным жгутом халат и ярко раскрашенные чулки из овечьей пряжи. На левой ноге – высокий кожаный чувяк. «Черчэньский мужчина» светлолиц. Слегка вьющиеся русые волосы заплетены в две спу скающиеся на плечи косы – из двух, а не из трех, как некогда у китайцев, прядей. Легкая седина показывает , что умершему было за 50. Он отличался завидным – под два метра – ростом и нехарактерным для азиатов крупным, выдающимся на лице носом. По сумме внешних признаков черчэньский человек – индоевропеец. Тело высокой женщины из того же захоронения также не подверглось тлену. Ее лицо сохранило следы цветной косметики, в русые косы добавлено по две пряди чужих волос для придания прическе пышности, она щеголяла в одежде из овечьей шерсти. Интересно, что мужчина был похоронен с десятью головными уборами, каждый из которых выполнен в своем стиле, один из них – точный прообраз фригийского колпака (см. фото скульптуры). К лоуланьским мумиям относятся так называемая лоуланьская красавица»и несколько других мумий, среди которых восьмилетний ребенок, обернутый в кусок набивной шерстяной материи, застегнутой костяными застежками. Лицо женщины столь прекрасно, что уйгуры называют ее своей «спящей красавицей», хотя антропологически она далека от тюркского (и, естественно, ханьского) фенотипа. Интересно, что в захоронении, в плотW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Мужчина покоится в позе человека, уснувшего в гамаке, поэтому – с учетом сохранности тела – посетители музея невольно разговаривают шепотом, словно опасаясь разбудить спящего

Внешний вид фригийского колпака (Фригия – область в Малой Азии, современная территория Турции). В древности использовался племенами, населявшими эти земли. В дальнейшем прославился как символ свободы и революции. На фото: скульптура Париса. Римская копия с работы Ефранора

ной тканой сумке, обнаружили семена пшеницы, а на груди покойной – решето для просеивания зерен. Лоуланьская шерстяная ткань не так красочна, как черчэньская, но по узорам и рисунку плетения она не менее впечатляюща. Эти мумии сохранились хуже, но не оставляют сомнений в расовом родстве с «черчэньцами». Есть и важное отличие: материя, из которой изготовлена одежда на этих мумиях, по расцветке и орнаменту напоминает клетчатую кельтскую шотландку. Весьма вероятно, что все эти люди при жизни могли говорить на языке индоевропейской семьи.

Кто эти переселенцы? Откуда пришли? Куда несли свои клетчатые одежды и многочисленные головные уборы? В отличие от Белой пирамиды и дисков би, это пока действительно остается загадкой. И шансов ее отгадать с имеющимися данными немного. Разве что Китай не подбросит чего-нибудь – из закромов своих учтенных 400 тысяч археологических памятников и неизвестного количества пока необнаруженных, ждущих шанса предъявить историкам новые загадки, попутно раскрывая старые. Статья опубликована в журнале New Scientist №7, 2011 год 43


ГРАВИТАЦИЯ

ФизИков труд Гравитация умело скрывается от тех, кто решил постичь ее тайны

44

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ГРАВИТАЦИЯ Вещи Гарольда Паркса уже перевозили во Францию, когда он вдруг понял, что гравитация опять от него ускользнула. «Представляете, рабочие уже выносили мебель из моей квартиры», – вспоминает он… Сам Паркс в тот момент находился в Объединенном институте лабораторной астрофизики (Боулдер, штат Колорадо, США), завершая проверку точных измерений гравитационного взаимодействия в эксперименте, который продолжался целых два года. «Сигнал не должен был измениться, но он изменился», – рассказывает ученый. Это произошло 10 лет назад. Переехав, Паркс решил покончить с исследованиями гравитации, однако она умеет притягивать к себе тех, кто ей занимается. Пробыв некоторое время в храме метрологии – Международном бюро мер и весов в Париже, – Паркс решил вернуться в Боулдер, чтобы у совершенствовать и заново провести свой эксперимент. В сентябре 2010 года он вместе со своим коллегой Джимом Фаллером наконец опубликовал результаты измерения гравитационной постоянной G (Physical Review Letters. Т. 105. С. 110801). Все предыдущие годы прошли в их скрупулезной проверке и перепроверке. «Это было прекрасно!» – радостно утверждает Паркс. Но – при всей их красоте – результаты не согласовывались ни с какими другими. А вот такого рода нестыковками занимается уже Барри Вуд, метролог в канадском Институте национальных измерительных стандартов (Оттава)

НАСКОЛЬКО ТОЧНО ИЗМЕРЕНА ГРАВИТАЦИЯ?

Гравитационная постоянная измерена со значительно меньшей точностью, чем другие величины:

G h e α

гравитационная постоянная Ньютона

постоянная Планка Джс

элементарный заряд Кл

постоянная тонкой структуры

и глава международной комиссии по определению величин фундаментальных физических констант. Каждые четыре года комиссия Вуда пересматривает эти величины; каждый такой пересмотр, как правило, становится очередным триумфом метрологии, которая в своих измерениях приближается к точности в миллионные доли процента. Это справедливо в отношении всего, кроме гравитационного

«ЖЭ» МАЛОЕ, «ЖЭ» БОЛЬШОЕ Казалось бы, огромная гравитация Земли легко позволит измерить ньютоновскую гравитационную постоянную G. Однако дело обстоит с точностью до наоборот, и по одной простой причине: точно измерить массу Земли невозможно. А без знания этой величины трудно рассчитать G, пользуясь законом обратных квадратов Ньютона – то есть устанавливая отношение силы притяжения между тестовой массой и массой Земли к квадрату расстояния между ними. Невообразимая масса нашей планеты позволяет достаточно просто определить ее силу притяжения. Замерьте время, необходимое мячу, чтобы упасть на землю, и вы получите маленькое g – ускорение, возникающее в результате притяжения. Всем известно, что оно равно примерно 9.8 м в секунду за секунду. Какой бы полезной эта величина ни была, она говорит лишь о том, какое гравитационное притяжение испытывается телом на расстоянии примерно 6400 км от центра масс Земли. Однако без независимого метода определения массы нашей планеты мы не можем приблизиться к определению величины G, от которой зависит сила притяжения. Один из способов выйти из этого тупика – полное игнорирование Земли. Принцип, основанный на э той идее, приW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

м3кг-1с-2

взаимодействия, которое портит всем настроение. Более 200 лет измерений константы, известной среди специалистов как гравитационная постоянная, позволили довести точность до скромной одной десятитысячной. Последний этап измерений (включая эксперименты Паркса и Фаллера) показал, что их точность не только не повышается, но может еще и ухудшиться. Комиссия Вуда еще не вынесла своего решения, но, судя по всему, официальный вывод будет таков: гравитационная постоянная стала меньше.

ЧТО ЕСТЬ G Поведение гравитации – это тайна за семью печатями. С тех пор как Исаак Ньютон более 300 лет назад получив подсказку в виде упавшего на него яблока решил дать количественное определение этой силы, мы не приблизились к ее пониманию. Великий ученый дал свое знаменитое толкование, предложив удобную формулу. В соответствии с его законом обратных квадратов, благодаря гравитации любые два объекта притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом в ньютоновской формуле присутствует коэффициент G, так называемая гравитационная постоянная. Пока нет нового, квантового подхода к гравитации, ни одна теория не может сказать, откуда взялась величина G и каким должно быть ее значение. «G существует, и все тут», – говорит Клайв Спик из Бирмингемского

надлежит английскому геологу Джону Мичеллу, который в конце XVIII века создал прибор, известный как крутильные весы (см. диаграмму). В базовом варианте они состоят из длинного горизонтального коромысла, висящего на нити, которая может свободно скручиваться. На концах коромысла находятся одинаковые шары из свинца или любого иного тяжелого металла. Для определения силы гравитации два других свинцовых шара подносились к шарам на коромысле, после чего замерялось, насколько скрутится нить благодаря притяжению масс. Для этого совершенно необязательно знать, как неизвестная масса Земли притягивает к себе всю установку. «Данную идею можно назвать блестящей, поскольку удалось избавиться от маленькой g», – говорит Джим Фаллер, сотрудник Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA) в Боулдере (штат Колорадо, США). Начиная с 1797 года Генри Кавендиш использовал крутильные весы для того, чтобы осуществить первое измерение G с точностью до полпроцента. В последующем применялись несколько видоизмененные весы, но результаты при этом были лишь незначительно точнее. 45


ГРАВИТАЦИЯ

университета (Великобритания). Он потратил 30 лет на исследование всех аспектов гравитационного взаимодействия, но признает, что и на сегодняшний день самое точное его описание дано в ньютоновском законе обратных квадратов и в общей теории относительности Эйнштейна. Единственный способ определить истинное значение гравитационной постоянной – провести высокоточные измерения. Сказать это легко, но как осуществить такую идею? Огромная масса Земли сильно притягивает к себе любой предмет, и это полностью маскирует научную истину, которая гласит: из четырех фундаментальных сил природы гравитация намного слабее остальных трех, и, соответственно, ее намного труднее измерить. За время, прошедшее с первой попытки Генри Кавендиша измерить G (немногим более двух веков назад), достигнуто очень мало (см. «Жэ малое, жэ большое»). «Это не тот случай, когда кто-нибудь заглядывает в лабораторию, 46

остается там на неделю, а потом выходит с измеренной величиной, – говорит Вуд. – Большинство экспериментов затягиваются на десятилетие. Лишь немногим хватает времени, ресурсов и нервов, чтобы не бросить эту задачу». Усложняет ситуацию еще и тот факт, что точное измерение G не сулит большой выгоды. Да, это позволит с большей точностью вычислить орбиты планет и звезд, однако в практическом плане мало что даст , по сравнению, например, с измерением времени с точностью до одной триллионной секунды в интересах системы GPS. При всем при этом наша неспособность уточнить гравитационное взаимодействие вызывает недоумение. «На некоторых встречах народ высказывает удивление по поводу того, что G измерено так неточно», – говорит Спик. Последняя серия экспериментов была спроектирована таким образом, чтобы преодолеть некоторые недостатки измерения G, а поводом для их проведения послужил последний эпи-

зод этой эпопеи. В 1995 году группа из немецкой Национальной измерительной лаборатории PTB в Бра уншвейге опубликовала новую величину, полученную с помощью у совершенствованной модели аппарата, который использовал еще Кавендиш 200 лет назад. «У них было нужное оборудование, нужные люди, время и деньги, – рассказывает Терри Куинн, который в то время возглавлял Международное бюро мер и весов. – Всем казалось, что этот эксперимент снимет большинство вопросов». Но случилось непредвиденное. Группа из PTB получила величину на шесть тысячных больше, чем считалось ранее. С точки зрения метрологии такое отклонение «зашкаливало». Никто не мог поверить в то, что гравитационное взаимодействие настолько усилилось или что все прежние измерения страдали неточностью. Похоже, в измерения вкралась ошибка. «Все считали, что мы должны были сработать лучше», – рассказывает В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


ГРАВИТАЦИЯ Куинн. Поэтому группы ученых по всему миру решили сами определять гравитационную постоянную, после чего комиссия Вуда должна была объединить все результаты и выдать официальное значение, как это происходило начиная с 1969 года. А до этого комиссия решила не менять значение G.

ЖЕСТОКИЕ ИГРЫ К тому времени, когда в 2002 году настала пора пересмотреть фундаментальные константы, был достигнут консенсус относительно того, чтобы исключить из рассмотрения результаты измерений, полученных РТВ. А Паркс тем временем пытался решить ту же самую задачу в Боулдере. Установка в его эксперименте состояла из двух свободно подвешенных маятников, вокруг которых стояли четыре стойки из вольфрамовых блоков. Движение блоков по направлению друг к другу (см. диаграмму) приводило к тому, что маятники сближались на величину в 1000 раз меньшую, чем толщина человеческого волоса, – такого смещения достаточно, чтобы его зафиксировал лазерный интерферометр. Труднее оказалось убедить себя в том, что все смещения объясняются исключительно гравитацией. «Начинало казаться, что весь мир ополчился на тебя, чтобы помешать эксперименту», – говорит Паркс. Он и Фаллер установили маятники в вакууме, чтобы избежать влияния температуры и движения воздуха, замедляющих ход маятников. Вольфрамовые стойки покоились на тонких воздушных подушках, чтобы не было случайных вибраций. Даже при всех этих предосторожностях находиться поблизости от эксперимента людям запрещалось, поскольку это привело бы к локальному прогибу пола и изменило результаты измерений. Проблемы не ограничивались стенами лаборатории. Над подвалом, где находилась установка, стоял многоэтажный дом, который в течение дня нагревался солнцем то с одной стороны, то с другой, что вызывало его неравномерное расширение. Дом невидимо для глаза наклонялся, влияя на все, что находилось с ним рядом, включая и лабораторию Паркса, которая сначала смещалась в одну сторону, а потом в другую. Но даже эти жестокие игры оказались чепухой по сравнению с тем, что однажды открылось, когда прозвучала пожарная тревога. «В ежедневно регистрируемых данных были регулярные всплески, а после сирены они исчезли, – рассказывает Паркс. – ОказаW W W. N A N O R F. R U | № 8 2 0 11 | В М И Р Е Н А Н О

Комиссия Вуда еще не вынесла своего решения, но, судя по всему, официальный вывод будет таков: гравитационная стала слабее лось, что всякий раз, когда в жилом доме работал лифт, скачки напряжения приводили к небольшому перемагничиванию маятников, замедляющему их движение и искажающему результаты измерений». Паркса можно простить за излишние сомнения, но после нескольких лет наблюдений и постоянных попыток устранить или компенсировать такие воздействия он пришел к выводу, что значение гравитационной постоянной на 0.03 % ниже официального значения. «Физикам нравится получать правильные ответы», – комментиру ет Фаллер. Паркс решил, что не будет публиковать результаты до тех пор, пока не устранит все мыслимые источники ошибки. Он рассказывает: «Мне казалось, что я наделал глупостей, и не понимал, почему другие этого не видят». Но никто этого пока не сказал. К тому времени, когда он вновь пришел в согласие с самим собой, он уже знал, что аномальные резуль таты получила не только его группа. В июне 2009 года группа из На учно-технического университета Хуажон в Ухани (КНР) провела измерение G, хронометрируя колебания маятника, свисающего в вакууме, при вращении вокруг него больших масс. Этот эксперимент тоже стал кульминацией десятилетних усилий и тоже дал результат меньше официального значения (Physical Review D. Т. 82. С. 022001). В Оттаве комиссия Вуда проверяет полученные данные и гадает, как изменится гравитация за следующие четыре года. Угадать эту цифру весьма трудно. Поскольку два последних резуль тата уже не совпадают с предыдущими лучшими измерениями, есть вероятность, что новая величина, как и полученная в 1998 году, будет менее точной, чем предыдущие, и, пожалуй, несколько меньше.

ЗАНЯТИЕ НА ВСЮ ЖИЗНЬ Изменяется ли гравитационное взаимодействие на самом деле? Возможно, нет. Существуют экзотические теории гравитации, которые утверждают, что ее величина должна меняться каждый день, от места к месту и от сезона к сезону (New Scientist, английская версия. 18 апреля 2009. С. 28). Однако состояние нашей экспериментальной науки таково, что

мы пока неспособны увидеть прогнозируемые изменения, даже если они существуют. «В настоящее время большое G – всего лишь нудная константа из закона всемирного тяготения», – считает Спик. Куинн же категорично заявляет: «Такие вещи мы не обсуждаем». Это неизбежно приводит к вопросу: зачем нужно точно измерять G, если это так сложно, а какие-то гравитационные неожиданности вряд ли появятся? Ответ прост: раз она есть, ее нужно измерять. Вся беда в том, что, как считает Паркс, когда сталкиваешься с чемто очень сложным, то не знаешь, сможешь ли ты с этим справиться. «Это как прополка, – замечает Спик. – Как только ты начинаешь обращать внимание на сорняки, они тут же начинают тебя беспокоить». Они с Куинном готовятся опубликовать последние полученные значения для G, которые основаны на работе, начатой в 2001 году. Куинну для этого пришлось уйти с работы, а Спик посвящал экспериментам все свои выходные. По мнению Куинна, «всех, начиная с Кавендиша, кто занимался этими измерениями, можно назвать чудаками», и дело не в том, что это физики, витающие в облаках. Помимо того что измерения ведут к достижениям в других областях прецизионной метрологии, важно – пусть не сегодня, а завтра – понять, что собой представляет гравитационная постоянная. Однажды квантовая теория гравитации предскажет точное значение G. «Тогда нам потребуется провести точный эксперимент, чтобы убедиться в правильности теории, – заключает Куинн. – В этом все дело». На это уйдет как минимум несколько лет. Но, как показывает история, за меньший срок с гравитацией не управиться. Паркс вспоминает, как он присутствовал в 1998 году на конференции в Лондоне, где отмечалось двухсотлетие первого эксперимента Кавендиша. Сам он тогда только начинал свою работу, а кто-то в зале сказал: «Приятно смотреть на молодых физиков, снова работающих с гравитацией». Терри Куинн усмехается: «Станут старыми, пока это дело закончат». Ричард Уэбб Статья опубликована в журнале New Scientist №7, 2011 год 47


РУБРИКА

48

В М И Р Е Н А Н О | № 8 2 0 11 | W W W. N A N O R F. R U


В МИРЕ

№ 8 2011

Конвергенция наук и технологий –

прорыв в будущее

Читайте на стр. 27

В мире нано № 8  

Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you