Доминирующим фактором, определяющим развитие России в условиях глобальной конкуренции, является "технологический прорыв" как стратегический вектор позиционирования государства на рынках военной и гражданской продукции с целью защиты его жизненно важных интересов и перехода к новому технологическому укладу. В системе обеспечения технологической безопасности России в существующей и прогнозируемой системе отношений, в том числе с учетом приоритетов так называемой цифровой экономики, базовым элементом "мягкой силы" является интеллектуальный потенциал нации, инновационность и конкурентоспособность продукции микро- и наноиндустрии. Все вышесказанное интегрируется в рамках понятия "научно-технологический суверенитет" (от франц. la souverainetй – независимость, самостоятельность). В условиях глобализации неизбежно сокращение суверенитета, а интеллектуальная изоляция ведет к стагнации, поэтому необходимо обеспечить лидерство по ключевым направлениям, определяющим глобальную независимость, паритет и превосходство.

УДК 621.3, ВАК 05.27.01, DOI: 10.22184/1993-8578.2018.11.6.450.461

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
 
ISSN 1993-8578
ISSN 2687-0282 (online)
Книги по нанотехнологиям
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
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 #6/2018
В.Лучинин
Индустрия микро- и наносистем: от импортозамещения к технологическому суверенитету
Просмотры: 3465
Доминирующим фактором, определяющим развитие России в условиях глобальной конкуренции, является "технологический прорыв" как стратегический вектор позиционирования государства на рынках военной и гражданской продукции с целью защиты его жизненно важных интересов и перехода к новому технологическому укладу. В системе обеспечения технологической безопасности России в существующей и прогнозируемой системе отношений, в том числе с учетом приоритетов так называемой цифровой экономики, базовым элементом "мягкой силы" является интеллектуальный потенциал нации, инновационность и конкурентоспособность продукции микро- и наноиндустрии. Все вышесказанное интегрируется в рамках понятия "научно-технологический суверенитет" (от франц. la souverainetй – независимость, самостоятельность). В условиях глобализации неизбежно сокращение суверенитета, а интеллектуальная изоляция ведет к стагнации, поэтому необходимо обеспечить лидерство по ключевым направлениям, определяющим глобальную независимость, паритет и превосходство.

УДК 621.3, ВАК 05.27.01, DOI: 10.22184/1993-8578.2018.11.6.450.461
Целью настоящей статьи является анализ базовых направлений парадигмы "технологического суверенитета" России применительно к развитию микро- и нанотехники как базиса инфо-, энерго- и биотехносферы шестого технологического уклада.
НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ БАЗИС
ШЕСТОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УКЛАДА.
МИКРО- И НАНОТЕХНИКА
Следует отметить, что движущими силами, определяющими динамику становления и развития нового технологического уклада, являются не только экономические стимулы, но и ряд базовых факторов, которые тесно связаны с такими понятиями, как национальная и технологическая безопасность, превосходство и паритет. Их обеспечение в рамках государственных интересов наряду с коммерциализацией продукции вносит значительный вклад в эволюции системообразующих технологий, определяющих облик нового технологического уклада (табл.1) [1]. Не обладая достаточной совокупностью знаний, необходимых для анализа всего комплекса технологий, которые определяют формирование шестого технологического уклада, обратимся лишь к направлениям микро- и наноинженерии.

В рамках анализа базовых тенденций развития естественно-научного базиса шестого технологического уклада следует отметить, что основным системным стратегическим направлением, по-видимому, станет активное использование ранее неизвестных свойств материалов и композиций, возникающих при переходе к объектам следующих видов:
• свойства которых зависят от размерного и конформационного факторов;
• представляющих собой интеграцию искусственно и естественно упорядоченных систем;
• интегрирующих материаловедческий базис неорганической и органической природы;
• в основе функционирования которых лежит комплекс кооперативно-синергетических процессов и явлений.
При решении задач по созданию и практическому использованию объектов с вышеуказанными свойствами необходимо определить и возможные приоритетные направления фундаментально-поисковых исследований для обеспечения интеллектуального базиса инноваций шестого технологического уклада:
• зависимость свойств материалов и систем от характеристических размеров;
• нетрадиционные виды симметрии и конформации с динамически перестраиваемой структурой;
• передача энергии, заряда и информации на основе кооперативных синергетических процессов;
• молекулярное распознавание как базис селективности и избирательности процессов;
• процессы самоформирования, самоупорядочения и самоорганизации;
• конвергентные системы – интеграция создаваемых человеком искусственных неорганических систем и объектов биоорганической природы.
Продуктовую модель микро- и нанотехники шестого технологического уклада определят следующие основные направления прикладных исследований:
• распределенные самоорганизующиеся рефлексивные информационные сети;
• полифункциональный адаптивный человеко-машинный интерфейс;
• искусственные органы и нефарамакологическая коррекция состояния биообъектов;
• робототехнические замещающие системы;
• бионические, в том числе когнитивные, алгоритмы и принципы функционирования.
В практику оценки технологий должен войти новый терминологический базис, определяющий их тактико-стратегическую значимость (критические технологии, технологии превосходства, непредвиденные технологии) и функционально-предметную направленность (мультидисциплинарные, природоподобные, бионические, когнитивные, биоинформационные, конвергентные, киберфизические). Так, развитие совокупности так называемых природоподобных конвергентных технологий определяет 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. Это создает предпосылку к синтезу искусственных, ранее не известных в природе, систем не просто по составу и (или) структуре, но и, в первую очередь, по свойствам, а, следовательно, функциональным возможностям. Для таких систем должен быть свойственен особый характер протекания процессов передачи энергии, заряда и конформационных изменений, отличающихся низким энергопотреблением, высокой скоростью и носящих признаки кооперативного синергетического процесса.
Требования к функциональным средам будущего, являющимся основой технологического прорыва в области электронной компонентной базы (ЭКБ) новых поколений включают сверхбольшую информационную емкость, высокую удельную энергонасыщенность, селективность к внешним воздействиям, ассоциативность и распределенность процессов обработки информации. В них также могут сочетаться процессы функционирования и самообновляющегося синтеза.
Характеризуя перспективы развития микро- и наносистем применительно к техно- и биоотехносфере, безусловно, следует выделить три наиболее прогрессивных динамично развивающихся технологических направления:
• киберфизические технологии;
• бионические технологии;
• энергообеспечивающие рекуперирующие технологии.
Таким образом, целевые функции в рамках формирования VI технологического уклада на данный момент могут быть определены как достижение нового качества жизни в условиях цифровой трансформации общества с обеспечением коммуникабельности, кибер- и биобезопасности и генерации "человеческого капитала" нового поколения.
РОССИЙСКОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
МИКРО- И НАНОТЕХНИКИ В УСЛОВИЯХ
ГЛОБАЛЬНОЙ КОНКУРЕНЦИИ
Общая ситуация, характеризующая состав современной техносферы в рамках развития востребованной рынком индустрии, может быть определена в рамках совокупности следующих коммерческих и технологических подходов:
• технологии прорывов (интеллектуальное превосходство);
• технологии заимствования (приобретаемые, "воруемые" технологии);
• технологии оптимизации (усовершенствования);
• технологии кооперации (альянс-технологии).
Развитие и реализация всех перечисленных видов требует инвестиций. Стратегия технологического суверенитета, безопасности и конкурентоспособности определяет необходимость дифференцированного подхода и учета совокупности факторов:
• наличия научно-технологических заделов;
• принадлежности к базовым системообразующим технологиям различных отраслевых технологических платформ;
• универсальность и востребованность технологии ведомственными организациями, определяющими национальную, военную и техносферную безопасность государства;
• принадлежность к базовым технологиям с длительным горизонтом коммерческой реализации;
• доступность динамичной реализации собственных конкурентоспособных решений с формированием отечественных технологических ниш;
• отнесение технологий к особо чувствительным, находящихся под санкциями, исключающими возможность их заимствования;
• необходимость получения и доступность передовых зарубежных технологий;
• серийность продукции на базе развиваемой технологии;
• конкурентоспособность продукции на базе развиваемой технологии;
• экспортный потенциал продукции на базе развиваемой технологии.
Создание и адаптация базовых элементов индустрии электронной компонентной базы гармонизируются в рамках стратегии технологической независимости по критериям экономической эффективности, оперативности постановки на производство, широте номенклатуры и востребованной серийности, а также импортозамещению и импортонезависимости. Целесообразна структуризация инфраструктурного технологического базиса исходя из совокупности ранее перечисленных функций, которые он должен выполнять:
• системообразующие инфраструктурные серийные производства;
• гибкие адаптивные линии мелкосерийного многономенклатурного производства;
• технологические центры коллективного пользования контрактного производства;
• технологические центры коллективного пользования дорогостоящим "санкционным" и уникальным оборудованием;
• уникальные кооперационные кластеры технологических прорывов-превосходства.
В рамках анализа ключевых технологий, определяющих технологическую независимость могут быть определены следующие прослеживаемые в их эволюции базовые технологии:
• наноразмерные [2];
• печатные (гибкие, конформные);
• 2D- и 3D-интеграции (сборочные);
• гетерогенной мультифункциональной интеграции (оптоэлектронные, радиофотонные);
• мультидисциплинарной интеграции (киберфизические, бионические).
В качестве ответа на глобальные вызовы и угрозы с учетом технологической независимости при создании ЭКБ могут быть определены системные технологические приоритеты (табл.2).
Современный этап характеризуется бурным целенаправленным развитием природоподобных и трансдисциплинарных технологий [3], определяющих гармоничное сочетание искусственного и естественного интеллекта в таких областях, как:
• качество жизни человека – биотехносфера (технологии персонифицированной и прогностической медицины);
• эффективность человека в "цифровом мире" – инфотехносфера (человеко-машинный интерфейс, коммуникабельность и кибербезопасность);
• обеспечение человека ресурсами – энерготехносфера (чистая ресурсосберегающая энергия, рекуперация энергии из эфира и окружающей среды).
ЭЛЕКТРОННАЯ КОМПОНЕНТНАЯ БАЗА
ДЛЯ ШЕСТОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УКЛАДА
Востребованность ЭКБ будет определяться исходя из особенностей рынка, ориентированного на оборонно-промышленный комплекс и, безусловно, развитие социально-ориентированных гражданских технологий. Наиболее широко используемой в мировой практике классификацией ЭКБ, позволяющей определить ее функциональное назначение, следует считать следующую:
• информационная электроника;
• силовая энергообеспечивающая электроника;
• микроволновая (СВЧ) электроника;
• оптоэлектроника (фотоника);
• микросистемная техника, включая сенсорику.
Для дополнительных уточнений широко используются понятия: наноэлектроника, плазменная электроника, вакуумная электроника, магнитоэлектроника, фотовольтаика, квантовая электроника, органическая электроника, биоэлектроника и др.
Чрезвычайно значимой альтернативой и определенным дополнением электроники с точки зрения генерации и обработки сигналов, передачи энергии и информации является фотоника. Дорожная карта "Развитие оптоэлектронных технологий (фотоника)" утверждена Распоряжением Правительства РФ от 24 июля 2013 года № 1305 пР с изменениями, утвержденными Распоряжением Правительства РФ от 23 июня 2016 года № 1299 пР. Фотоника определена как область науки и техники, связанная с генерацией и распространением потоков фотонов, управлением ими и использованием их взаимодействия с веществом. Продукция фотоники (фотонные устройства) – приборы и системы, для которых базовым процессом является передача энергии или информации потоком фотонов. Фактически, если отвлечься от множества понятий, используемых в рамках современной терминологии "фотоника" (иконика, когерентная оптика, квантовая оптика, нанофотоника, квантовая электроника, оптическая информатика, оптотехника, оптоэлектроника, фотовольтаика, радиофотоника, фотоинформатика, фотоэлектроника, интегральная оптика, волновая оптика, лазерная техника) и определить ее функциональное назначение, то условно можно выделить ряд значимых индустриальных направлений (табл.3).
Указанные технологии фотоники имеют широкие военный и гражданский рынки, однако с точки зрения перспективной ЭКБ особое внимание сейчас обращается на два направления: информационную и радиофотонику. Фундаментальные отличия электрона и фотона как носителей энергии и информации, а также переход от систем гальванических связей на оптические проявляются в первую очередь в быстродействии, широкополосности, помехозащищенности, информационной емкости. Ограничения, которые должны быть преодолены в рамках развития данных технологий тоже хорошо известны. Для радиофотоники – это аппаратный обратимый микро- наноинтерфейс, "электроника-оптика", а для информационной фотоники – адаптация классического материаловедческого базиса и технологии микро-, нано- и оптоэлектроники к решению задач создания оптических компьютерных платформ.
Особое место занимают технологии создания ЭКБ для сверхэкстремальных условий эксплуатации: аэрокосмической сферы, техногенно-опасных объектов, включая ядерную энергетику, химические производства, энергосети и транспортные средства с высоким уровнем электрических и магнитных полей, импульсных силовых энергогенерирующих и энергопреобразующих систем. Успех в данной сфере обеспечивается в первую очередь материаловедческой базой и компетенциями разработчика. Необходимые экстремальные параметры невозможно достичь на материалах низкого качества. Поддержание технологического потенциала, обеспечивающего независимость и безопасность государства в условиях реальных, практически бессрочных санкций должно рассматриваться как приоритетная задача с достижением полного суверенитета и импортонезависимости. В данном случае при оценке эффективности продукции в качестве критериев потребительских качеств доминируют интеллектуальный и инновационный потенциалы, значимость в решении задач обеспечения безопасности государства, человека и общества.
Характеризуя развитие технологий ЭКБ для социально-ориентированной сферы, отметим, что в рамках шестого технологического уклада, безусловно, получат свое развитие так называемые киберфизические технологии – Интернет вещей. В современном понимании это "Интернет людей", включая биомедицинские персонифицированные технологии прогностической медицины [4]: домашняя диагностика и нефармакологическая коррекция физиологического состояния, умная одежда, интеллектуальная кожа, сенсорно-корректирующие биоимпланты. Спрос на новое качество жизни и долголетие требует экономически доступного дружественного интерфейса "человек – сенсорно-информационная и корректирующая биотехническая среда". Персонифицированный, доступный для широкого круга пациентов биомедицинский мониторинг предопределил развитие крупносерийной индустрии сенсоров и меток с широким использованием печатных технологий [5] в сочетании с 2D- и 3D-сборкой, в том числе гибридных систем. Наряду с низкой себестоимостью продукции гибкая печатная электроника и фотоника обеспечивает конформную интеграцию в биообъекты и реализацию обмена по технологиям Интернета вещей. Фактически, жизнь человека должна стать первостепенным объектом технологических революций, и персонифицированный медико-биологический экспресс-мониторинг может рассматриваться как адаптированная киберфизическая технология.
ИНВЕСТИЦИИ В "ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ КАПИТАЛ"
Важнейшим элементом в достижении технологической независимости является изменение парадигмы кадрового обеспечения технологий, то есть инвестиций в "человеческий капитал". Современное состояние кадрового обеспечения высоких технологий характеризуется следующими чертами:
• общим снижением естественно-научного образовательного уровня выпускников школ, их недостаточной профессиональной ориентацией и низким уровнем мотивации;
• отставанием образовательной среды большинства вузов и, как следствие, профессионально-компетентностного уровня выпускников от реальных потребностей экономики;
• фактически потерей отраслевой и отсутствием корпоративной и индустриально-рыночно адаптированной науки;
• слабым использованием индустриально-промышленными партнерами кадрового потенциала, а также лабораторно-экспериментальной базы организаций Академии наук и вузов для проведения прикладных исследований и трансфера технологий;
• отсутствием координации программно-целевого планирования при реализации отраслевых программ с государственными инвестициями в науку и образование в форме проектов и грантов;
• отсутствием баз данных критических и востребованных технологий отраслевой направленности;
• отсутствием мотивационных механизмов для промышленных предприятий, обеспечивающих "превращение" научных подразделений вузов и Академии наук в отраслевые лаборатории для трансфера технологий и кадрового потенциала.
В рамках реализуемых грантов и проектов, инвестируемых государством, в качестве базовых показателей используются не всегда адекватные критерии оценки, которые не отражают потребности реальной экономики и, в частности, индустриально-промышленной сферы. Новая образовательная парадигма профессионально-ориентированного образования должна включать ряд конкретных действий, гармонично воспринимаемых промышленностью и научно-образовательной средой:
• формулировка атласа новых востребованных профессий, включая так называемые "загоризонтные";
• определение госзаказа на перечень специалистов, направлений и профилей подготовки;
• оптимизация (селекция) профессиональных стандартов и их гармонизация с образовательными;
• формулировка требований к квалификации и ее независимой оценке;
• развитие представлений об индивидуальных профилях компетенций – то есть персонифицированных траекториях на рынке труда;
• анализ потребности в компетенциях "цифрового инженера" для различных сфер деятельности (научной, индустриальной, коммуникационно-информационной, бизнес-товарной).
Без вышеуказанных мероприятий невозможно сформировать эффективную современную образовательную парадигму, учитывающую профессиональную направленность. Это декламируют Минтруд, Фонд инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО и другие организации, действующие в национальной системе кадрового обеспечения и квалификации.
Обеспечение глобальной конкурентоспособности в области прорывных технологий, инновационной продукции и реализация задач технологической независимости (суверенитета) определяют необходимость, во-первых, резкого возрастания значимости интеллектуальной составляющей "человеческого капитала", доминирование в достижении эффективности труда индивидуального профессионального фактора, социальных и мотивационных аспектов деятельности (инновации должны иметь мотивации), во-вторых, сбалансированности финансирования при создании новых производственных мощностей, а также технологий и кадров научно-образовательных кластеров, осуществляющих трансфер знаний (соизмеримость вложений в материальную и интеллектуальную продукцию).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Базовая цель при достижении технологической независимости в рамках наукоемких технологий отечественной микро- и нанотехники – формирование новой индустриальной среды и механизма промышленно-научно-образовательного партнерства, ориентированных на конвергенцию наук и технологий для реализации междисциплинарных исследований и разработок, развитие персонализированного профессионально-ориентированного образования и обеспечения межотраслевой научно-инженерной деятельности на рынке наукоемкой продукции нового технологического уклада.
При этом решаются следующие задачи:
• реализация фундаментальных и поисковых исследований, определяющих технологии превосходства с длительным научно-технологическим горизонтом реализации и социально-экономической эффективностью;
• проведение прикладных исследований с селекцией, систематизацией и накоплением знаний в междисциплинарных областях, формирование конкурентоспособных технологических ниш с динамичной экспресс-трансформацией знаний от исследовательской стадии к производственной;
• предоставление современных профессионально-ориентированных образовательных услуг для формирования новой генерации профессиональной элиты как базиса обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции и технологического суверенитета.
В качестве приоритетных направлений, требующих концентрации интеллектуальных, инфраструктурных и финансовых ресурсов, определяющих возможность реализации научно-технологических прорывов, длительных востребованных государством и обществом горизонтов индустриально-технологического развития, следует определить системное обеспечение технологического суверенитета в совокупности областей создания микро- и нанотехники:
• конформной персонализированной биотехносферы (технологии прогностической и персонифицированной медицины, пищевой и фармакологической безопасности);
• гармонизированной безопасной инфотехносферы (нейроморфные компьютерные платформы, Интернет вещей, кибербезопасность);
• эффективной ресурсосберегающей энерготехносферы (рекуперация энергии из эфира и окружающей среды).
Конечная цель гармонизирована с задачей по развитию на базе предприятий оборонно-промышленного комплекса производства гражданской наукоемкой продукции и может быть определена как генерация и трансфер знаний и технологий в наукоемкую инновационную сферу для обеспечения персонифицированной комфортной безопасной экономически эффективной среды обитания человека.
Можно отметить следующие угрозы и риски на этапе перехода РФ к шестому технологическому укладу и обеспечению технологического суверенитета:
• стагнация инновационных технологий (низкая эффективность экономических вложений);
• снижение качества человеческого капитала (общее снижение образовательного уровня и мотивации);
• заимствование базовых аппаратно-программных средств информационной инфраструктуры (угрозы информационной зависимости и терроризма);
• искусственное ускорение технической эволюции без оценки "опасности" создаваемых материалов и технологических процессов (экономическое стимулирование технологий, не прошедших "эволюционный отбор").
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Лучинин В.В. Формирование шестого технологического уклада. Эволюция биотехносферы // Биотехносфера. 2011. № 1–2 (13–14). С. 5–12.
Luchinin V.V. Shaping the sixth technological mode. Biotechnosphere evolution. Biotekhnosfera. 2011. No. 1–2 (13–14). P. 5–12. (In Russian).
2. Кутузов В., Лучинин В. Реализация инновационного потенциала вуза. Нанотехнологическая платформа ЛЭТИ // НАНОИНДУСТРИЯ. 2012. № 7 (37). С. 34–39.
Kutuzov V., Luchinin V. Implementation of the innovation potential of an institution of higher education. Nanotechnological platform of "LETI". NANOINDUSTRY. 2012. No. 7 (37). P. 34–39.
3. Лучинин В.В. Социально-ориентированная микро- и нанотехника – мотивированные инвестиции в человеческий капитал // Биотехносфера. 2017. № 6 (54). С. 2–10.
Luchinin V.V. Socio-oriented micro- and nanotechnics-motivated investments in human capital. Biotekhnosfera. 2017. No. 6 (54). P. 2–10. (In Russian).
4. Кутузов В., Лучинин В., Юлдашев З. Реализация инновационного потенциала вуза: междисциплинарная платформа ЛЭТИ "Биотехносфера" // НАНОИНДУСТРИЯ. 2014. № 7 (57). С. 42–49.
Kutuzov V., Luchinin V., Yuldashev Z. Implementation of innovative potential of the university: Interdisciplinary platform Biotechnosphere. NANOINDUSTRY. 2014. No. 7 (57). P.42–49.
5. Лучинин В.В. Российский пилотный проект инжинирингового центра "гибкой печатной электроники и фотоники" // Нано- и микросистемная техника. 2017. Т. 19. № 8. С. 456–462.
Luchinin V.V. Russian pilot project on engineering center "Flexible printed electronics and photonics". Nano- and microsystems technology. 2017. Vol. 19. No. 8. P. 456–462. (In Russian).
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art