Цель данной работы – анализ влияния быстро прогрессирующей области науки и техники, основанной на использовании новых нетрадиционных свойств и функциональных возможностей материалов, процессов и систем при переходе к наномасштабам, на возникновение потенциальных рисков и угроз, а также оценка перспективных направлений активного использования наноиндустрии для их предупреждения, ослабления и устранения, т.е. уменьшения вероятности перехода опасности из возможности в действительность.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под ред. Ханнинка Р.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #3/2008
В. Лучинин.
Наноиндустрия и безопасность
Просмотры: 3245
Цель данной работы – анализ влияния быстро прогрессирующей области науки и техники, основанной на использовании новых нетрадиционных свойств и функциональных возможностей материалов, процессов и систем при переходе к наномасштабам, на возникновение потенциальных рисков и угроз, а также оценка перспективных направлений активного использования наноиндустрии для их предупреждения, ослабления и устранения, т.е. уменьшения вероятности перехода опасности из возможности в действительность.
Более глубокое познание и, безусловно, использование возможностей материального мира на микро- и – особенно – наноразмерных уровнях (когда фактически становится безразличной исходная принадлежность атома или молекулы к объекту органической или неорганической природы) создает предпосылки к синтезу искусственных, ранее не известных в природе систем не просто по составу и структуре, но и, в первую очередь, по свойствам, а, следовательно, функциональным возможностям [1]. Процесс эволюции ускоряется, а возникающее многообразие не всегда подвержено естественному отбору временем, причем, это относится не только к материальной, но и к интеллектуальной продукции. В этом сила и опасность любого нового направления, особенно междисциплинарного. Поскольку в этом пока еще "карлике" просматриваются очертания "гиганта", целесообразно на начальном этапе развития индустрии с приставкой "нано" оценить возможное положительное или отрицательное влияние наноиндустрии на безопасность как "состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства от внутренних и внешних угроз" [2].

ИСТОЧНИКИ НАНОУГРОЗ
Базисом наноиндустрии являются нанотехнологии – совокупность научно обоснованных действий, обеспечивающих практическое материальное воплощение системы знаний, основанной на описании, объяснении и предсказании свойств материальных объектов с нанометрическими характеристическими размерами или систем более высокого метрического уровня, упорядоченных или самоупорядоченных на основе наноразмерных элементов.
Продукция нанотехнологий – наноматериалы и нано­системы [3].
Наноматериалы – вещества и композиции веществ, представляющие собой искусственно или естественно упорядоченную или неупорядоченную систему базовых элементов с нанометрическими характеристическими размерами и особым проявлением физического и (или) химического взаимодействий при кооперации наноразмерных элементов, обеспечивающей возникновение у материалов и систем совокупности ранее неизвестных механических, химических, электрофизических, оптических, теплофизических и других свойств, определяемых проявлением наномасштабных факторов.
Наносистемы – материальные объекты в виде упорядоченных или самоупорядоченных интегрированных элементов с нанометрическими характеристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, проявляющихся в виде квантово-размерных, синергетически-кооперативных, коллективных, "гигантских" эффектов, явлений и процессов, связанных с проявлением наномасштабных факторов.
В основе продукции наноиндустрии лежит использование новых, ранее не известных свойств и функциональных возможностей материальных систем при переходе к наномасштабам, определяемых особенностями процессов переноса и распределения зарядов, энергии, массы и информации при наноструктурировании.
Следует предположить, что наиболее значимыми причинами появления вышеуказанных особенностей в условиях "наномира" являются:
энергетическая, полевая и "вещественная" неравновесность поверхности, охватывающая значительные объемы наночастиц и нанокомпозиций;
повышение роли различных видов размерных эффектов из-за значительной площади границ раздела в условиях нанокомпозиций;
проявление в условиях больших коллективов энергетически активных наночастиц нетрадиционных механизмов упорядочения, переноса энергии и заряда;
малые характеристические размеры частиц и особый характер их упорядочения, обеспечивающие энергетическую и пространственную доступность транспорта заряда, энергии и конформационных изменений.
Наиболее характерными проявлениями "наномира" даже по сравнению с объектами с микроскопическими характеристическими размерами следует признать:
высокую "полевую" (электрическую, магнитную) активность и "каталитическую" (химическую) избирательность поверхности ансамблей на основе наночастиц;
появление нетрадиционных видов симметрии, особых видов сопряжения границ раздела и конформаций, в том числе, с динамически перестраиваемой структурой;
особый характер протекания процессов передачи энергии, заряда и конформационных изменений, отличающихся низким энергопотреблением, высокой скоростью и носящих признаки кооперативного синергетического процесса;
доминирование над процессами искусственного упорядочения явлений самоупорядочения и самоорганизации, отражающих проявление эффектов матричного копирования и особенностей синтеза в условиях, далеких от равновесных.
В качестве возможных причин возникновения наноугроз следует особо выделить:
малые геометрические размеры наночастиц и, как следствие, их высокую проникающую способность, реакционную и адсорбционную активность при отсутствии у человека, животных и растений эволюционно выработанных защитных механизмов противодействия;
многообразие структуры и состава наночастиц и нанокомпозиций и, как следствие, сложность их идентификации и количественной характеризации;
развитие междисциплинарных исследований, стимулирующих создание конвергентных систем, основанных на искусственной интеграции объектов органической (в том числе, живой) и неорганической природы в отсутствии надежной информации о механизмах их взаимодействия и патогенных проявлениях при аккумуляции;
экономически стимулированное резкое ускорение технологической эволюции в области процессов нанотехнологии, наноматериалов и производства продукции на их основе в отсутствии необходимой нанотехнологической культуры у разработчиков, производителей, органов сертификации и санитарно-эпидемиологического контроля;
новизна продукции наноиндустрии при возможной высокой экономической эффективности финансовых вложений, создающей у определенной группы, как правило, "молодых" небольших компаний соблазн достижения быстрого результата без оценки риска и последствий;
малые массогабаритные и энергетические показатели ряда нанотехнологических процессов и возможность их "скрытной" реализации, стимулирующие возникновение тенденций к использованию нанотехнологий и наноматериалов для реализации преднамеренных террористических проявлений.
Изложенные ранее представления о возможной роли наноиндустрии в возникновении искусственных и естественных наноугроз позволяют сделать заключение – проблема из частной выходит на системный уровень, и термины с приставкой "нано" прочно входят в лексикон не только научно-технической и журналистской элиты, но и представителей силовых ведомств.
НАНОУГРОЗЫ И РИСКИ
Совокупность угроз и рисков, порождаемых развитием, применением и распространением нанотехнологий обобщена в табл.1.
В связи с развитием нанотехнологий следует особо выделить направления возникновения военно-технических угроз [4–6]:
новые типы обычного оружия повышенной точности и поражающей силы;
боевые автономные миниатюрные системы наземного, воздушного и космического базирования, в том числе распределенные (типа "рой");
сверхскоростные информационные распределенные системы;
ультрасверхвысокочастотные радиоэлектронные средства обнаружения и связи;
распределенные сенсорные сети (типа "умная пыль") специального назначения;
имплантируемые микро- и наносистемы, предназначенные для управления, изменения потенциальных возможностей и "манипулирования" человеческим организмом;
биологическое и химическое оружие триггерного и генетически избирательного действия.
РОЛЬ НАНОИНДУСТРИИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ НАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
В процессе становления наноиндустрии можно определить ряд особенностей "нанотехнологического бизнеса" как инновационного интеллектуальноемкого и экономически эффективного направления, затрагивающего, в том числе, и геополитические особенности развития государств:
нанотехнологии основаны на фундаментальных знаниях и имеют в качестве принципиального ограничения кадровый потенциал;
нанотехнологии построены на новых знаниях и, как правило, требуют защиты интеллектуальной собственности;
развитие нанотехнологических исследований требует значительных экономических вложений;
выход на рынок нанотехнологий требует чрезвычайно значительных "импульсных" экономических вложений;
нанотехнологический капитал – рискованный, отдача медленная.
Основной геополитической особенностью нанобизнеса является селекция государств по их возможностям, исходя из следующих критериев:
образовательный капитал (уровень) [7],
финансовый капитал (экономический потенциал),
природный капитал (ресурсы).
Не претендуя на полноту, представим состояние развития основных областей наноиндустрии в Российской Федерации (табл.2)
Особого внимания заслуживают проблемы обеспечения медицинской, биологической, экологической, продовольственной безопасности, т.е. безопасности жизнедеятельности человека (рис.1) как носителя генетического, исторического, культурного и технологического наследий.
Фактически первым научно-обоснованным нормативным документом, определяющим химическую и биологическую безопасность продукции, полученной с использованием нанотехнологий или содержащей наноматериалы, является "Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов", утвержденная Постановлением главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 31 октября 2007 года № 79.
Следует выделить ряд особенностей, отличающих требования к нанопродукции от требований к традиционным веществам, материалам и процессам. Это "доза-эффект" и "химический состав – эффект". Кроме того, следует особо учитывать отсутствие у организма эволюционно сформированной системы распознавания и иммунного ответа на наночастицы, а также устойчивость наночастиц к биотрансформациям. Это может приводить к их аккумуляции в продуктах растительного, животного происхождений и передаче по пищевой цепи с накоплением в организме человека. Следует также обратить внимание на информацию о том, что токсичность наноматериалов проявляется, в первую очередь, в виде окислительного стресса в клетках мозга, повреждения клеточных мембран и ДНК. Последнее подтверждает особую роль, которую могут играть в будущем для генетического анализа наноаналитические чипы (рис.2) как экономически эффективные системы для массового скрининга населения [8].
Проведенный анализ позволяет выделить совокупность факторов, определяющих риски человека, животных, растений и окружающей среды в связи с развитием наноиндустрии. К ним относятся:
продукция наноиндустрии в виде наноматериалов различной структуры и состава;
обычная продукция, полученная с использованием наноматериалов в качестве основных и вспомогательных компонентов технологического процесса;
промышленные отходы и выбросы при производстве продукции наноиндустрии;
промышленные отходы и выбросы при производстве обычной продукции, в качестве исходных материалов и полуфабрикатов которой используется продукция наноиндустрии;
наноматериалы и наносистемы, используемые в качестве инструментальных, диагностических и лекарственных средств при оказании медицинских услуг и проведении исследований;
одежда, обувь, упаковка, продукты, созданные с применением наноматериалов и процессов нанотехнологии;
пищевая цепочка: вода, растения, животные – человек;
ингаляционный путь: воздушная среда, растения, животные – человек.
Характеризуя современное состояние информационной безопасности на микро- и наноуровнях [9], следует обратить внимание на три основные тенденции:
Перенесение центра тяжести технического и технологического противостояния на наноуровень (за рубежом чрезвычайно высокие темпы разработки и промышленного освоения электронной компонентной базы новых поколений):
- наноразмерные топологические нормы в массовом производстве ИМС, резкое увеличение функциональных возможностей сверхинтегрированных систем, реализуемых в микрообъемах;
- интеграция электронных цифровых, СВЧ и оптических систем на кристалле.
Резкое обострение борьбы за "эфир" как глобальную коммуникационную среду (радиоканал как универсальная беспроводная гибкая распределенная система сбора, передачи информации и управления):
- расширение функциональных возможностей радиотелефонов;
- развитие технологий радиочипов, интегрированных с компьютерной техникой;
- развитие технологии радиоидентификаторов.
Ориентация на междисциплинарные информационные технологии [10]:
- использование конвергентной бионеорганической элементной базы на основе интеграции наноразмерных объектов живой и неживой природы, уже имеющих соизмеримые размеры (рис.3);
- использование вступающих в синергетическое электромагнитное взаимодействие сверхбольших массивов наноразмерных элементов неорганической природы с - возникновением у кооперации свойств обработки и хранения информации, типичных для биосред (адаптивность, рефлексия, обучение).
Развитие методов динамической электрической наноразмерной криптографии на кристалле интегральной схемы для считывания информации о логическом состоянии ячейки памяти (0 или 1) с нанометровым пространственным разрешением с помощью АСМ иллюстрирует рис.4.
Несмотря на то, что продукция наноиндустрии, как правило, имеет двойное назначение, выделим приоритетные проекты, реализация которых ориентирована, в первую очередь, на обеспечение безопасности государства, жизнедеятельности человека и особо опасных производственных объектов.
Общие тенденции в создании системы обеспечения безопасности различного функционального назначения с учетом внедрения в практику продукции наноиндустрии иллюстрирует табл.3.
Не отрицая важности экономических критериев при оценке эффективности наноиндустрии в формировании промышленного и социального секторов экономики, особо выделим ее роль как фактора обеспечения безопасности, обороноспособности и технологической независимости государства.
Наиболее актуальными вопросами при этом остаются:
наличие угрозы;
источник угрозы;
степень угрозы;
момент наступления угрозы;
способ выявления угрозы;
способ предотвращения угрозы;
способ адекватного ответа на угрозу.
С учетом новизны и интеллектуальной закрытости рассматриваемой области ответы на данные вопросы могут быть даны лишь при возможности реального, на уровне "знаний-умений", анализа внешней информации, а также при наличии собственной научной и технологической базы и соответствующего кадрового потенциала.
На этапе перехода от "микро" к "нано", требующего огромного научного задела, экономического потенциала и высокообразованного кадрового обеспечения в качестве стимулирующего фактора в отношениях между различными государствами или фирмами на мировом рынке товаров и услуг будет являться фактор абсолютного превосходства над конкурентом. К данной ситуации уже сейчас применим известный афоризм: "Имей, что знаешь". В то же время, отсутствие научного и образовательного базисов и, безусловно, экономического потенциала для создания или приобретения современного оборудования дает повод использовать другой афоризм: "Знай, что имеешь".
К сожалению, в условиях современной России последний афоризм достаточно долго доминировал над первым, и реальность данной угрозы вполне очевидна, поскольку время не работает на нас.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лучинин В.В. Индустрия наносистем. Системный подход. Дополнение №3 к книге Ч. Пул, Ф. Оуэнс. Нанотехнологии. 3 изд-е. – М.: Техносфера, 2007, с. 346–375.
2. Закон Российской Федерации "О безопасности" (в редакции Указа Президента Российской Федерации от 24.12.1993 г. № 2288).
3. Лучинин В.В. Введение в индустрию наносистем. –Нано- и микросистемная техника, 2007, №8 (85), с. 2–7.
4. Альтман Ю. Военные нанотехнологии. – М.: Техносфера, 2006. – 421 с.
5.Ratner D., Ratner M. Nanotechnology and Homeland Security/PRENTICE HALL, 2004. –145 p.
6. Телец В., Алфимов С., Иванов А., Митин Ю., Борисов А., Истомин Е. Прикладные аспекты нанотехнологий. – Наноиндустрия, 2007, № 2, с. 16–23.
7.Лучинин В.В. Наноиндустрия и "человеческий капитал". – Наноиндустрия, 2007, № 6, с. 2–8.
8. Зимина Т.М., Лучинин В.В. От сенсоров к микроаналитическим системам. Дополнение к книге Б. Эггинс. Химические и биологические сенсоры. – М.: Техносфера, 2005, с. 302–324.
9. Лучинин В.В. Проблемы обеспечения информационной безопасности на микро- и наноуровнях. – Петербургский журнал электроники, 2006, № 3, с. 3–9.
10. Лучинин В.В., Мальцев П.П. Биомолекулы как базис информационных систем будущего.– Информационные технологии, 1997, № 5, с. 36–41.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art