Взгляд изнутри: что такое нбик? Феномен NBIC-конвергенции: Реальность и ожидания Философские и мировоззренческие проблемы, порождаемые NBIC-конвергенцией.

Источник: Ведомости, Михаил Ковальчук, директор РНЦ «Курчатовский институт»

Устойчивое развитие мира напрямую связано с достаточным энергетическим снабжением

Сегодня мы стали современниками ресурсного кризиса, заложенного 60 лет назад, когда человечество встало на путь активного потребления и истребления ресурсов. Технический прогресс при этом развивался линейно, путем модификации уже изобретенного.

Нанотехнологии дают шанс выхода из ресурсного коллапса. Они предполагают решение двух разных задач, которые являются и основными чертами развития научно-технической сферы сегодня. Первая - внедрение новой технологической культуры, основанной на конструировании принципиально новых материалов с заданными параметрами, с помощью атомно-молекулярного конструирования. Уже сегодня мы можем таким образом создавать разнообразные структуры и материалы с качественно новыми, улучшенными характеристиками для самых разных отраслей промышленности, качественно новые сплавы для трубопроводов, корпусов атомных реакторов, новые материалы для строительства и дорожного покрытия. Именно на основе нанотехнологий осуществляется уже сегодня во всем мире и переход от традиционных ламп накаливания к светодиодным светильникам.

Вторая задача - перейти на принципиально новые, неистощимые ресурсы и технологии, созданные по образцу живой природы, с использованием самых совершенных технологических достижений, в первую очередь в области твердотельной микроэлектроники. Но это не просто соединение одной технологии с другой, а конвергенция, взаимопроникновение знаний и технологических достижений в области изучения живой природы и человека как высшей формы ее развития. Когда-то искусственно разделив единое естествознание на специальности, отдельные науки для углубленного изучения, человечество сегодня готово снова их объединить уже на уровне новых знаний и технологических достижений. В этом состоит так называемый «запуск будущего» - конвергенция, скрещивание нано-, био-, информационных и когнитивных (НБИК) технологий, которые станут основой развития науки и технологий в XXI в.

Что же включают в себя НБИК-технологии? Нанотехнологии - это методология создания «под заказ» материала любого типа, для любого применения. Присоединяя биотехнологии, мы «подключаем» биоорганический материал и конструкции и в результате получаем гибридный материал и системы. Из них с помощью информационных технологий мы делаем интеллектуальную систему. И последняя составляющая - это когнитивные науки, изучающие процессы и механизмы сознания, познания. В будущем именно присоединение когнитивных технологий даст возможность вводить алгоритмы, которые фактически и будут «одушевлять» создаваемый нами прибор, системы.

НБИК-технологии требуют принципиально новой междисциплинарной организации научных исследований, объединения под одной крышей мощной экспериментальной, приборной, кадровой базы. В Курчатовском институте создан НБИК-центр, в рамках которого сосредоточено уже сегодня уникальное оборудование модернизированного и реконструированного курчатовского синхротронного центра, исследовательского нейтронного реактора ИР-8, зоны чистых комнат, а также самые современные приборы для междисциплинарных исследований, кстати зачастую от наших отечественных производителей. Разумеется, такая концентрация уникального оборудования, включая источники синхротронного и нейтронного излучений, служит хорошим стимулом для притока сюда молодежи, в том числе и после работы за рубежом.

Острый вопрос с подготовкой междисциплинарных специалистов нового типа. Сегодня только начинают закладываться основы обучения. Успешно работает с 2007 г. кафедра физики наносистем на физическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова. Студенты кафедры имеют возможность работать на уникальном оборудовании и в МГУ, и в Курчатовском институте. Принципиально новый наш образовательный проект - факультет нано-, био-, информационных и когнитивных технологий (ФНБИК), созданный в мае 2009 г. в МФТИ на базе факультета нанотехнологий и информатики. Учебной и научной базой ФНБИК является Курчатовский институт. Сейчас на факультете ведется разработка и реализация инновационной образовательной программы «Конвергентные нано-, био-, информационные и когнитивные технологии». Я уверен, что заложенный нами сегодня базис междисциплинарного обучения уже через несколько лет принесет свои осязаемые плоды и в науке, и в технологиях.

На данный момент научно-технический прогресс резко ускорился и мы в состоянии наблюдать целые волны открытий, которые накладываются друг на друга во времени. С 80-х началась научно-техническая революция в области информационных технологий и коммуникаций, за ней последовал взрыв открытий в области биотехнологий, а в последнее время все говорят о начале революции в сфере нанотехнологий. В последнем десятилетии также активно развивалась когнитивная наука.

Крайний интерес вызывает взаимное влияние всех этих наук друг на друга. Такое явление получило собственное название - NBIC-конвергенция (по первым буквам областей: N -нано; B -био; I -инфо; C -когно). Ввели в обращение его Уильям Бенбридж и Михаил Роко, которые написали очень значительный отчет Converging Technologies for Improving Human Performance в 2002 году. В отчете указывалась важность и особенность NBIC-конвергенции, ее значение в развитии цивилизации и формировании современной культуры. Из четырех описываемых областей (нано-, био-, инфо-, когно-) наиболее развитая (информационно-коммуникационные технологии), которая используется во всех других областях. В частности, для моделирования различных процессов. Биотехнология широко применяется в нанотехнологиях и когнитивной науке, и развитии компьютерных технологий.

Взаимодействие нано- и биотехнологий является двусторонним. Биологические системы дали ряд инструментов для строительства наноструктур (например, созданы особые последовательности ДНК, которые заставляют синтезированную молекулу ДНК сворачиваться в двумерные и трехмерные структуры любой конфигурации).

Нанотехнологии приведут к возникновению и развитию новой отрасли, наномедицины: комплекса технологий, позволяющих управлять биологическими процессами на молекулярном уровне.

В целом же взаимосвязь нано- и био- областей науки и технологии носит фундаментальный характер. При рассмотрении живых (биологических) структур на молекулярном уровне становится очевидной их химическая природа, и можно сказать, что на микроуровне различие между живым и неживым не очевидно.

Нанотехнологии и когнитивная наука наиболее далеко отстоят друг от друга, поскольку на данном этапе развития науки возможности для взаимодействия между ними ограничены, кроме того, эти области начали активно развиваться позже других. Но из просматриваемых сейчас перспектив, прежде всего, следует выделить использование наноинструментов для изучения мозга, а также - его компьютерного моделирования. Существующие внешние методы сканирования мозга не обеспечивают достаточной глубины и разрешения. Безусловно, существует огромный потенциал для улучшения их характеристик, но разрабатываемые во многих ведущих лабораториях роботы размером до 100 нм (нанороботы) представляются наиболее технически простым путем изучения деятельности отдельных нейронов и даже их внутриклеточных структур. Когнитивная наука станет базой для усовершенствования мыслительной деятельности мозга, причем для этого будут применяться нанотехнология, биотехнология, инфотехнологии. Особое значение сыграют нанотехнологии. Манипулирование атомами позволит произвести нанореволюцию как в производстве, так и в обществе.

Принимая во внимание взаимосвязи, а также в целом междисциплинарный характер современной науки, можно даже говорить об ожидаемом в перспективе слиянии NBIC областей в единую научно-технологическую область знания.

Такая область будет включать в предмет своего изучения и действия почти все уровни организации материи: от молекулярной природы вещества (нано), до природы жизни (био), природы разума (когно) и процессов информационного обмена (инфо). Как отмечает Дж. Хорган, в контексте истории науки, возникновение такой мета-области знания будет означать «начало конца» науки, приближение к ее завершающим этапам.

В целом, можно говорить о том, что развивающийся на наших глазах феномен NBIC -конвергенции представляет собой радикально новый этап научно-технического прогресса. По своим возможным последствиям NBIC -конвергенция является важнейшим эволюционно-определяющим фактором и знаменует собой начало трансгуманистических преобразований, когда сама по себе эволюция человека, надо полагать, перейдет под его собственный разумный контроль. Особенностями NBIC-конвергенции являются: 1) интенсивное взаимодействие между научными и технологическими областями; 2) широта рассмотрения и влияния - от атомарного уровня материи до разумных систем; 3) технологическая перспектива роста возможностей развития человека.

4) – значительный синергетический эффект;

В результате конвергенции уже возникли новые направления: наномедицина, нанолекарства, нанобиология, нанообщество. Возникла также когнитивная наука (или когнитология) - это новая наука о разуме человека. Она объединяет в себе достижения когнитивной психологии, педагогики, исследований в сфере искусственного интеллекта, нейробиологии,нейропсихологии, нейрофизиологии, лингвистики, математической логики, неврологии, философии, и других наук. Следует подчеркнуть, что когнитология сейчас конвергирует, подобно инфотехнологии, во многие другие науки

NBIC — это аббревиатура, которая означает совмещение в одной цепочке нано- и биоинженерных, то есть генетических технологий, информационных и компьютерных технологий, а также когнитивных ресурсов, нацеленных на искусственный разум.

В приличном обществе признаком интеллектуальной просвещенности является осведомленность в важности нанотехнологий. Можно не слишком понимать, что это такое, нарекать нанотехнологиями ветхозаветные манипуляции, но необходимо с умным видом рассуждать об их революционной сущности. Они важны, но постепенно и неотвратимо на первое место выдвигаются NBIC-технологии, которые обещают перевернуть мир так, что все прежние научные революции покажутся походом в скобяную лавку за долотом и веником.

Иначе говоря, NBIC-технологии — это создание саморазвивающихся по существу живых интеллектуальных систем из неживой материи, которые могут быть использованы повсюду — от медицины до промышленности. Об опасностях мероприятия можно спорить бесконечно, но несомненный факт, что NBIC-технологии по потенциалу приближают человека к Высшему Творцу, который в незапамятные времена сотворил мир. Если гипотеза о Высшем Творце кому не нравится, существа дела это не меняет.

Одна из первых точек прорыва на планете Земля — NBIC-центр, который только что начал работу в Курчатовском институте. В Европе и близко нет лабораторий, которые были бы оснащены аппаратурой такого уровня и в таком количестве. В США имеются мощные лаборатории, но они не собраны в единый центр, который ставил бы перед собой столь амбициозные задачи, как NBIC-центр Курчатовского института.

Профессор Алексей Марченков работал в Америке, но научное счастье нашел в России (фото: Известия)- В Америке я работал 17 лет, — говорит руководитель отдела прикладных нанобиотехнологий Алексей Марченков, внушительным видом похожий на квотербека из американского футбола. — Вырос до полного профессора университета штата Джорджия. И все-таки, по здравому размышлению, решил вернуться в Россию. На Западе даже для удачливого иностранца существует потолок. По-настоящему сложные и важные проекты американцы поручают только американцам. В российском NBIC-центре я решаю крупные задачи, которые в США оставались для меня недоступными. Кроме того, у нас подобралась такая талантливая молодежь, что американцам сто очков форы даст. Мы строим и скоро создадим нанобиотехнологический комплекс, которого нет нигде в мире.

В эту лабораторию постороннему попасть невозможно, как верблюду нельзя просочиться через игольное ушко. Помещение ограждено толстым стеклом, внутри поддерживается 6-й класс чистоты воздуха, атмосфера полностью обновляется 20 раз в час, то есть каждые 3 минуты. Ученые облачены в стерильные одежды, как хирурги в операционной. Одна напасть — из-за циркуляции воздуха ученые заражаются друг от друга, как малыши в детском саду.

В отделе нанобиотехнологий выполняются проекты широкого диапазона — от выращивания суперчистых полупроводников, производства материалов с новыми свойствами до создания медицинских и биологических материалов нового поколения, нанесения нейронов на неорганическую подложку, чтобы создать гибриды живых и неживых структур, что принципиально при работе над искусственным интеллектом. Большая часть оборудования для лаборатории изготовлена в России.

— Мне в России намного интереснее, чем в Америке. — размышляет профессор Марченков. — Самый большой минус в России — наша бюрократия, поперек дороги лежит.

— Детей вы забрали из Америки? — спрашиваю напоследок у профессора-патриота.

— Нет, дети остались в Америке, — вздохнув, отвечает ученый. — Дети американизировались.

Не замахнуться ли нам на Вильяма Шекспира?

Синхротронный источник обещает прорыв в святая святых Природы- Невозможно поддерживать секретность в полном объеме, — едко острит заместитель директора Курчатовского института Павел Кашкаров. Вся его научная жизнь прошла в МГУ, но теперь он приобрел особое отношение к небоскребам. — Из высотных домов вокруг миллионеры могут без подзорной трубы взирать на наши реакторы. Во времена Курчатова скорее в жизнь на Марсе поверили бы, чем в такое нескромное жилище.

Когда Герой Социалистического Труда маршал Лаврентий Берия принял решение о создании на окраине Москвы лаборатории N 2, которой было поручено придумать атомную бомбу, окрест росли вековые сосны. Сейчас домики, где жили гениальные академики, создавшие ядерный щит, выглядят как бараки военнопленных. Взор ласкают элитные комплексы «Северная звезда» и «Эльсинор», взявшие в кольцо Курчатовский институт. Живут там люди, чьи доходы намного превосходят состояние принца Гамлета, который тоже проживал в Эльсиноре, но без вида на ядерные реакторы. О вкладе владельцев нового «Эльсинора» в достояние страны народу известно значительно меньше, чем принцу Гамлету было известно о тайне гибели его отца.

В Курчатовском институте режим уже не тот, что в эпоху атомного проекта. На территории NBIC-центра строится, как заведено в западных лабораториях, гестхаус для ученых, приехавших из других лабораторий. Ученый люд во всем мире не шибко богат, и тратиться на гостиницы накладно. Низкая мобильность ученых в России — одна из проблем нашей науки и упирается она именно в отсутствие доступного жилья. Гестхаус практически готов — условия неизмеримо лучше, чем в гостиницах, где селят командировочных по всей России.

Достраивается компьютерный корпус для хранения данных, добытых в NBIC-центре. Сейчас в распоряжении мощности в 100 терафлоп. Через год силы NBIC-центра вырастут до 300 терафлоп. Такие мощности в России наперечет. В проекте — бизнес-инкубатор, метрологический корпус…

Историки до сих пор не могут ответить на вопрос, ступал ли маршал Берия на территорию лаборатории N 2, которая выросла в Курчатовский институт. Если бывал, то наверняка с целью инспекции первого советского реактора Ф-1, который был запущен в 1946 году и до сих пор работает рядом с новейшим NBIC-центром. В Чикаго первый американский реактор разобрали, а наш пашет как перпетуум-мобиле, загрузки урана хватит еще на 200-300 лет. Впрочем, жители Эльсинора, если не тяготит совесть, могут в отличие от Гамлета спать спокойно. Мощность реактора Ф-1 — всего 20 кВт, исчезающе мало, годится только для метрологии и калибровки.

Русский ученый опаснее бен Ладена

— Зачем мне ехать на Запад? — заместитель директора синхротронного центра 30-летний Роман Сенин чувствует себя неуютно в деловом костюме, но очевидно являет редкий пример удачливости молодого российского ученого. — Что мне могут предложить? Исследования, должность, оклад — в России все интереснее и выше. Два года назад в институте предлагали молодым ученым надолго в Германию поехать. Никто не поехал, не хотели время терять. Некоторые выражались в духе черного юмора: на Запад можно ехать только на отдых или на танке. Это, ясное дело, в шутку…

Сильно подозреваю, что таких молодых начальников нет ни на одном ускорителе в мире. Сколько надо платить молодому ученому, чтобы он не заглядывался на Запад, а если раньше переметнулся, то вернулся домой? Не так давно в Академии наук обеспечили минимальный оклад в 30 тысяч рублей. Этого, как выяснилось, мало — утечка умов продолжается, а если напор ослаб, то только потому, что все, кто хотел, уже уехали. В NBIC-центре я установил, что если не надо тратиться на жилье, ученый с Запада возвращается в Россию на 50 тысяч рублей. При условии, естественно, оборудования мирового уровня и интересного проекта. На Западе, как на собственном опыте выяснил профессор Алексей Марченков, «при приближении исследований к мировому уровню русский физик становится для властей опаснее бен Ладена».

Из новых сотрудников NBIC-центра половина вернулась с Запада. Руководители практически всех ведущих лабораторий и ключевые сотрудники работали в лучших университетах, среди которых знаменитый Эдинбургский, где была клонирована первая овечка Долли. В России эти ученые увидели лучшие перспективы для научной карьеры. Можно вспомнить парадоксальное заключение директора Курчатовского института Михаила Ковальчука: Россия должна быть благодарна Западу за утечку умов, потому что русские ученые в тяжелые времена сохранили себя в науке, а теперь могут вернуться домой, набравшись к тому же полезного опыта.

Конечно, не надо наводить тень на плетень: уровень финансирования, который получил Курчатовский институт по национальному нанотехнологическому проекту, позволяет реализовывать амбициозные проекты и создавать заманчивые условия. Россия выделила на нанотехнологии средств не меньше, чем ведущие страны. Это первый в новой России опыт масштабной поддержки не отдельной научной организации, а крупного — в масштабах страны — научного проекта. Курчатовский институт и нанотехнологический проект вызывают в ученой среде повсеместную зависть за то, дескать, что его лидерам удалось выжать из бюджета крупные средства. Но не лучше ли корить себя за неумение продвигать собственные идеи? Королев, Курчатов, Келдыш были не только выдающимися учеными, но и умели доказывать перспективность своих проектов не всегда грамотным, чего скрывать, руководителям. Поэтому, так мне кажется, нанотехнологии — это не только первый случай, когда на науку выделили большие деньги. Это первый случай, и это важнее, когда ученые не ждали у моря погоды, а сумели заинтересовать власть своими идеями.

— По моему опыту, для молодого ученого очень важна мотивация, — говорит заведующий кафедрой общей физики МГУ и замдиректора Курчатовского института Павел Кашкаров. — Так уж устроен человек, особенно русский, что творческая мотивация в родной стране у него выше, чем за границей. Если создать условия для занятий наукой, никуда ученый из России не уедет. В этом году факультет нанотехнологий МФТИ преобразован в первый в России NBIC-факультет. Преподавание будет вестись на базе Курчатовского института, наш директор Михаил Ковальчук стал деканом факультета. Это безумно интересное направление, и мне жалко, что я не могу опять стать студентом.

Профессор вырос на помойке

Ядром, из которого вырос NBIC-центр, является специализированный источник синхротронного излучения. Это один из самых перспективных инструментов не только для фундаментальных исследований, но и для создания принципиально новых технологий. Таких ускорителей в Европе всего 16, в Восточной Европе наш — единственный. «Мотаются, бедные», — профессор Кашкаров выразил сочувствие электронам. Они мечутся в кольце диаметром 30 метров со световой скоростью и за счет ускорения, как перезрелая вишня, брызжут электромагнитным излучением во всем спектре — от инфракрасной области до рентгеновской. Излучение собирают десятки чувствительных станций, расставленных, как сторожевые башни, по периметру кольца. На синхротронном источнике в тысячу раз лучше, чем на другом оборудовании, можно изучать атомный состав вещества, тончайшую структуру любых в том числе биологических объектов, создавать наноструктуры и вести медицинскую диагностику.

Синхротронный источник — единственный крупный научный комплекс, запущенный в нашей стране за 30 лет. В 1990-х строительство заглохло, и когда директором ускорителя стал Михаил Ковальчук, здесь царила полная разруха. В 1999 году синхротронный источник был запущен, но с тех пор он значительно расширен и модернизирован. За последние 2 года рабочие площади вокруг ускорителя расширены в 4 раза, появилось место для новых лабораторий. Важность синхротронного источника такова, что сюда дважды приезжал Владимир Путин — и премьером, и президентом. «Синхротронный источник — штука живая, — важно сообщил Роман Сенин. — Как за девушкой надо ухаживать, так и ускоритель надо постоянно перестраивать».

Наталья Груздева тоже работала в Америке — в Корнуэльском университете, мировом лидере по генной инженерии. В NBIC-центре оборудование не хуже — секвенаторы для определения последовательностей ДНК, белковые фабрики по наработке белков для фармацевтики и медицины, аппараты для встраивания чужеродной ДНК в клетки. На моих глазах в замысловатом резервуаре шла бурная расшифровка генома больного раком почек — для изготовления лекарства необходимо собрать внушительную базу данных. Начинала Наталья Груздева путь в биологии своеобразно — школьной учительницей — и считает, что опыт построения отношений с трудными подростками чрезвычайно полезен в научных коллективах. В Корнуэльском университете Наташа встретила столпотворение всех языков и рас и пришла к выводу, что у русских мозги самые лучшие. «Азиаты — трудолюбивые, но креатива у них мало, американцы скупают таланты по всему миру и выжимают идеи», — сделала вывод бывшая учительница. А в России мешает научному прогрессу бюрократия: на Западе, чтобы получить нужный реактив, требуется несколько часов, у нас на элементарное дело гробятся недели. Эти сетования повторяет каждый ученый, имеющий опыт работы на Западе. Будет обидно и глупо, если идею NBIC-центра, который задумано вывести на мировой уровень, погубят вечные российские проблемы. Дьявол, как известно, кроется в деталях — даже в тех проектах, где человек пытается подняться на божественную высоту.

— По заграницам я чуть ли не с детства скитался, — говорит директор белковой фабрики Алексей Липкин, роскошным усам которого позавидовали бы «Песняры». — Когда уезжал, ученые по помойкам оборудование собирали. Сколько ни кипятили, все равно из-за грязи разряды стреляли. Я даже студента-физика нанял, чтобы разобрался. Он, кстати, давно профессором в Англии. Надо бы его найти. Пусть тоже возвращается. Больше его током бить не будет.

Петр Капица говорил, что науку должны делать веселые люди. Курчатовский центр — пока единственное место в России, где к ученым вернулось оптимистичное настроение и гамлетовский вопрос о том, быть или не быть науке, решен положительно. Решится ли этот вопрос в общероссийском масштабе, покажет время.