Вернуться к обычному виду



Блог Олега Фиговского - Сообщения с тегом "инновации"

  
  • Архив

    «   Декабрь 2019   »
    Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
                1
    2 3 4 5 6 7 8
    9 10 11 12 13 14 15
    16 17 18 19 20 21 22
    23 24 25 26 27 28 29
    30 31          
Фиговский Олег  Львович

Блог Олега Фиговского

Автор: Фиговский Олег Львович

Prof. Oleg L. Figovsky is the founder, Director R&D of International Nanotechnology Research Centre “Polymate” (see at: http://www.polymateltd.com/), where he is carrying now many research works in nanostructured corrosion resistant composite materials and protective coatings based on polymer and silicate matrix. In 1982 he elaborated the first nanostructured anticorrosion composite materials based LG-matrix, where nanoparticles are forming during technological process by hydrolysis of TFS. Last his elaborations are nanostructured nonisocyanate polyurethanes, nanocellulose and nanocomposites based on epoxy-rubber binders.
Novel nanotechnologies invented by prof. Figovsky were a base for establishing a few of industrial production in USA, Canada, China, Russia and Israel.
He is also the President of IAI (Israel), member of European Academy of Sciences, Foreign Members of two Russian Academies of Sciences (REA & RAACS), the chairman of the UNESCO chair “Green Chemistry”. For few of his inventions in nanotechnologies he received gold and silver medals at the IENA-98 (Nurnberg, Germany).
From 1999 he is the editor-in-chief of the journal “Scientific Israel – Technological Advantages”, from 2008 – of the “Open Corrosion Journal” and from 2010 the journal "Resent patents on Corrosion Science".
In 2006 he received the Gold Angel Prize at the “Genious-2006” exhibition and in 2007 NASA Nanotech Briefs®’ Nano 50™ Award, Prof. Figovsky had many times keynote lectures, including for National Investment Banking Association (see at: http://www.nibanet.org/Figovsky-slideshow.html
For last ten years prof. Figovsky was a chief scientific adviser for 3 investment institutions.
Prof. Figovsky is now Director R&D of US investment and transfer technology company “NanoTech Industries, Inc.” (see at: http://www.nanotechindustriesinc.com/index.php). Prof. Oleg L. Figovsky has more than 500 patents and has published and lectured extensively. He is one of authors of the Encyclopedia of Surface and Colloid Science, (http://www.dekker.com/sdek/issues~db=enc~content=t713172975)
Prof. Figovsky was elected as a Presidium member of Russian Nanotechnology Society (2008). During last a few of years prof. Figovsky carrying his reviews as an expert of Israeli Ministry of Industry & Trade (BASHAN program), European Committee (7 framework program) and RusNano (Russia). He is a honorary professor of Voronezh University (VGASU) and Kazan State National Research Technical University. In 2009 prof. Figovsky became the VIP-expert of Russian Foundation for small and middle business.
Web-site: http://figovsky.borfig.com/


К.Л.Левков.О.Л.Фиговский. ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИЙ И ЕГО СТРУКТУРА.

К.Л.Левков   О.Л.Фиговский.

ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ ИННОВАЦИЙ И ЕГО СТРУКТУРА.

          Данная работа представляет собой часть курса «Введение в Инновационный Инженеринг», прочитанную нами в Томске 17-20 сентября в рамках Открытого Универсета Сколково.
Целями инновационной политики ведущих стран мира являются увеличение вклада науки и техники в развитие экономики страны, обеспечение прогрессивных преобразований в сфере материального производства, повышение конкурентоспособности национальных продуктов на мировом рынке, укрепление национальной безопасности и обороноспособности страны, улучшение экологической обстановки и др.
Реализация инновационной политики экономически развитых государств происходит в рамках непрерывного процесса создания инноваций. Процесс создания инноваций определён как основа социально-экономического развития современного общества. Основными компонентами структуры этого процесса являются: инновация, инновационный процесс, инновационная деятельность, инновационный инжиниринг, инновационный инженер и его профессиональная подготовка.

Инновация. В соответствии с международными стандартами инновация определяется как конечный результат инновационной деятельности, получивший воплощение в виде нового или усовершенствованного продукта, внедренного на рынке, нового или усовершенствованного технологического процесса, используемого в практической деятельности, либо в новом подходе к социальным услугам.
Новый продукт считается инновационным, если он отвечает критериям рыночной потребности, новизны и экономической целесообразности. Т.е. этот продукт должен быть необходим определённой группе людей или производств, быть новым или обладать существенными отличиями по сравнению с прототипом и его производство в требуемых количествах должно быть экономически целесообразно. В соответствии с этими критериями инновационный продукт классифицируется по глубине вносимых изменений и по характеру рыночной новизны.
Инновационный процесс. В общем определении процесс создания инноваций называется инновационным процессом.  Он связан с созданием, освоением и распространением инноваций.  
Инновационный процесс осуществляется на разных уровнях: государственном, региональном, муниципальном, фирменном, подразделенческом и исполнительском.
Государственный уровень реализации инновационного процесса заключается в государственной политике стимулирования и поддержки инновационной деятельности.

Каждый последующий нижний уровень инновационного процесса более конкретен в плане участия в реализации инновационных проектов. Самым нижним и самым конкретным является исполнительский уровень инновационного процесса.
Исполнительский уровень инновационного процесса определяется как последовательность стадий и этапов воплощения идеи возможного нововведения в разработку, производство, продажу и диффузию нового инновационного продукта, кратко называемого «инновацией».
Инновационный процесс на исполнительском уровне обеспечивается деятельностью непосредственных исполнителей инновационных разработок, к которым относятся инновационные инженеры, учёные, специалисты по маркетингу (маркетологи), патентоведы, конструкторы, технологи, экономисты, и др.

Инновационная деятельность.  Инновационный процесс представляет собой объединённую общей целью инновационную деятельность какого-либо субъекта экономики. Эта деятельность направлена на реализацию законченных научных исследований и инженерных разработок в виде нового или существенно усовершенствованного и реализуемого на рынке продукта. Характер инновационной деятельности связан с предметной областью, в рамках которой создаётся инновационный продукт.

Множество предметных областей, которые имеют общий научный базис,
образуют отдельное направления в разработке инноваций. Инновационная деятельность может быть разделена на следующие основные направления: вещественное, методологическое, программное и системное.

         Вещественное инновационное направление, связанно с созданием новых веществ, материалов (конструкционных, полупроводниковых, строительных и др.),  покрытий, продуктов сельского хозяйства, пищевых продуктов,  лекарственных средств, косметики и т.п.  

         Методологическое инновационное направление включает: новые методы диагностики, предупреждения и лечения заболеваний, новые методы обучения, экономические модели, экспертные системы и др.

         Программное инновационное направление включает: новые программные продукты, предназначенные для удовлетворения существующих общественных потребностей и обеспечивающие прогресс в различных областях человеческой деятельности.

         Системное инновационное направление включает новые технические системы в широком многообразии практических реализаций.
         Разделение инновационной деятельности на отдельные направления носит условный характер. В реальности все направления создания инноваций тесно связаны друг с другом.      

         Например, при создании новых материалов используются соответствующие по новизне технические системы в виде экспериментальных установок и технологического оборудования, новые методы, технологии и программное обеспечение.

         Развитие программных продуктов стимулирует развитие компьютеров, которые для своего дальнейшего совершенствования нуждаются в новых компонентах и материалах.
         В свою очередь, постоянно увеличивающиеся вычислительные мощности компьютеров создают благоприятные условия дя создания всё более сложных программных продуктов.

         В целом, взаимосвязь инновационных направлений определяет технологический уклад, который характеризуется единым техническим уровнем составляющих его производств, связанных потоками качественно однородных ресурсов, опирающихся на общие ресурсы квалифицированной рабочей силы, общий научно-технический и инновационный потенциал и др.

         Целенаправленная инновационная деятельность, связанная с процессом непосредственного создания инновационных продуктов, является по своей сущности инновационным инжинирингом.
Инновационный инжиниринг.  В соответствии с определением инжиниринг (инженерия) – это область человеческой интеллектуальной и практической деятельности, дисциплина, профессия, задачей которой является применение достижений науки, техники, использование законов природы и её ресурсов для решения конкретных проблем, целей и задач человечества.

          Исторически возникновение инжиниринга связано со строительством. В дальнейшем смысловое сочетание строительства (построения) и инженерии вошло в определение других технических и научных направлений. К этим направлениям, к примеру, относятся: машиностроение, авиастроение, приборостроение и др.
Структура, процесс и обеспечивающие его методы создания востребованного рынком нового продукта на исполнительском уровне называется инновационным инжинирингом.
Инновационный инжиниринг  является ориентированным на удовлетворение рыночной потребности подходом, отвечающим за создание удовлетворяющего эту потребность инновационного продукта и использующего для этой цели все доступные ресурсы.

         Любой новый для рынка продукт является результатом инновационного инжиниринга, как процесса структурно-функционального соединения всех необходимых для создания инновации ресурсов, осуществляемого производительными силами.

         К многообразию ресурсов (прямых и косвенных, материальных и нематериальных), используемых при создании инноваций относятся: образование исполнителей, их опыт работы, подбор кадров, микроклимат в коллективе, материально-техническое обеспечение, используемые программно-инструментальные средства разработки, различного рода методы разработки, патентно-информационный фонд, конструкционные материалы, комплектующие изделия и др.

Инновационный инжиниринг существует наряду со множеством  других  инжинирингов:  системным, программным, социальным, генным, инжинирингом знаний и др.
         Инновационный инжиниринг определяет характер и методы практической деятельности каждого из участников создания инновационного продукта, а также принципы и порядок их взаимодействия в процессе разработки, проектирования, реализации, продвижения и внедрения (диффузии) инноваций.
         Инновационный инжиниринг имеет как минимум три связанные между собой составляющие: методологическую, структурную и процессуальную.
         Инновационный инжиниринг, как методология, представляет собой совокупность выбираемых исполнителями методов последовательного создания инновационных продуктов.
         Инновационный инжиниринг, как структура, представляет собой систему связанных производственными отношениями производительных сил, с помощью которых осуществляется процесс создания инновационных продуктов, производимый при помощи  использования соответствующих методов.
         Инновационный инжиниринг, как процесс, представляет собой практическую реализацию методов создания инновационных продуктов, осуществляемую производительными силами.
         Большая часть функций инновационного инжиниринга осуществляется в процессе исполнения начальной стадии жизненного цикла технических систем (ЖЦТС), которая названа инновационной.

         Основные характеристики, структурно-функциональная модель будущего объекта техники, рыночная привлекательность, патентоспособность и др. определяются в процессе реализации инновационной стадии его жизненного цикла.    
         Используемые при реализации инновационной стадии ЖЦТС методы должны обеспечивать выполнение всех её этапов.
         В перечень методов, используемых в инновационном инжиниринге, входят: системный инжиниринг,  разнообразие методов активизации творческого мышления, функционально-стоимостный анализ, проверка на патентную чистоту и на патентоспособность, инновационный менеджмент, инновационный маркетинг и др.
         Важной составляющей инновационного инжиниринга является методика и процесс поиска необходимых для создания инновации ресурсов.
         Согласно определению, производительными силами являются специалисты в конкретной области и используемые ими средства производства (инструментальные средства разработки).
         Применяя профессиональные знания, трудовые навыки, приобретённый опыт и инструментальные средства инновационные специалисты осуществляют процесс разработки инновационных продуктов.
         Средства производства, используемые в процессе  разработки инноваций, подразделяются на материальные и нематериальные.
         К материальным средствам производства (разработки) относятся компьютеры, стенды, технологическое оборудование, приборы, инструменты и т.п.
         К нематериальным средствам относятся программное обеспечение компьютеров общего характера, интернет, используемые в разработках программные инструментальные средства, методики, патентно-информационный фонд, относящиеся к конкретной разработке стандарты и другие нормативные документы.

         Характер производственных отношений между непосредственными исполнителями инновационной разработки определяются профессиональной и должностной причастностью каждого из них к конечному результату разработки,  порядком прохождения этапов инновационной стадии и психологическими принципами функционирования малых групп.

         Процесс взаимодействия и производственные отношения между членами рабочей группы регулируется инновационным инженером, являющимся ответственным исполнителем инновационной стадии жизненного цикла технической системы (ЖЦТС).
Жизненный цикл технической системы (ЖЦТС) включает следующие стадии:
 1. Инновационную.
 2. Конструкторско-технологическую.
 3. Подготовки производства.
 4. Производства и сбыта.
 5. Эксплуатационную.
Основными задачами, которые должны быть решены в процессе реализации инновационной стадии ЖЦТС, являются:
- всесторонний анализ первичной идеи (ПИ);
- анализ потребности, которая должна быть удовлетворена при реализации ПИ;
- анализ рынка, для которого создаётся новое изделие;
- проверка новизны инновационного предложения;
- создание рыночного образа инновации;
- построение структурно-функциональной модели будущего изделия;
- осуществление компонентного синтеза;
- разработка и испытания прототипа;
- разработка технического задания для осуществления технического проекта.

Инновационная стадия ЖЦТС начинается с формулирования и анализа первичной идеи и заканчивается передачей документации и технического задания для дальнейшей разработки проекта в рамках конструкторско-технологической стадии. В решении задач инновационной стадии участвуют менеджер проекта, экономист, инновационный инженер, специалист по маркетингу и патентовед.
Каждый из специалистов, участвующих в разработке этапов инновационной стадии ЖЦТС,  выполняет свою часть инновационного проекта, которая определяется для каждого из них соответствующим комплексом задач. Инновационный характер разработки определяется, в основном, деятельностью инженера, маркетолога и патентоведа.
Процесс разработки ИС ЖЦТС требует особым образом организованного творческого и интерактивного взаимодействия участвующих в реализации этапов инновационной стадии специалистов.
Инновационный инженер.  Интегративные (объединяющие) и менеджерские функции при реализации инновационной стадии ЖЦТС осуществляются инновационным инженером.

В рамках этой стадии инновационный инженер выполняет функции менеджера, осуществляя планирование и координацию работ других исполнителей (специалиста по маркетингу, патентоведа, экономиста и др.), а также функции непосредственного исполнителя отдельных этапов.

Менеджер проекта, при этом, решает общие организационные вопросы, касающиеся всех стадий разработки инновационного продукта.
Кроме функций инновационного менеджера, инновационный инженер в рамках инновационной стадии ЖЦТС выполняет функции исполнителя инженерной части проекта.

Основными исполнительскими функциями инновационного инженера в процессе реализации ЖЦТС являются:
1. Преобразование первичной идеи в инновационный замысел с последующим оформлением инновационного предложения.
2. Структурно-функциональный и компонентный синтез инновационного продукта.
3. Разработка, изготовление и испытания прототипа.
4. Разработка и оформление технического задания для дальнейшего продвижения инновационного процесса на этапах стадии технического проекта (стадии конструкторско-технологической разработки).
Преобразование первичной идеи в инновационный замысел с последующим оформлением инновационного предложения.
Авторами первичных идей далеко не всегда являются специалисты в области техники, к которой эта идея относится. Во многих случаях идеи по улучшению существующих систем, приборов и устройств или по созданию принципиально новых объектов техники возникают у нетехнических специалистов,  которые эти системы используют в своей повседневной работе. Первичные идеи в области медицины и медицинской техники, например, чаще всего появляются у медицинских работников,  так как именно они, в основном, сталкиваются с проблемными ситуациями в их профессиональной деятельности и вынуждены задумываться о путях их решения.
Cтруктура системы, представленная к рассмотрению на базе первичной идеи, представляет собой субъективное видение её автором средства и способа решения той или иной проблемы, связанной с удовлетворением существующей или будущей потребности. Предлагаемый вариант решения задач, связанных с реализацией первичной идеи, является в большинстве случаев стартовым для дальнейшего процесса внедрения инновации. Как показывает практика, задачи, видимые авторами первичных идей, а также пути и методы их решения, необходимые для реализации этих идей, могут быть очерчены спонтанно и непрофессионально. Кроме этого, последующая за процессом возникновения первичной идеи авторская эйфория и «зацикливание» на единственном варианте её реализации, мешает самостоятельному трезвому и всестороннему анализу предложенной первичной идеи.

Одной из основных функций инновационного инженера и других исполнителей инновационной стадии ЖЦТС является преобразование первичной идеи в инновационный замысел (ИЗ). Инновационный замысел является концептуальной формой представления первичной идеи. Он должен содержать необходимое техническое, экономическое, маркетинговое и патентное обоснование.

Значения слова  «замысел» происходит от существительного  «мышление». Это значит, что любой замысел является результатом процесса мышления. Т.е. процесс перевода первичной идеи в инновационный замысел предполагает реализацию методов, основанных на использовании различных форм воображения, а также существующего перечня мыслительных операций и способов мышления.

Преобразование (перевод) первичной идеи в инновационный замысел включает:
а) построение рыночного образа (функциональной модели) изделия, которое необходимо создать на  базе предлагаемой первичной идеи;
б) анализ и классификация рыночной потребности в новом изделии в соответствии с её видом и характером возможного удовлетворения;
в) внешняя системная и рыночная адаптация функциональной модели будущего изделия, создаваемого на базе первичной идеи;
г) формирование инновационного замысла и оформление инновационного предложения.
Структурно-функциональный синтез инновации. Построенные в соответствии с требованиями рынка и условиями патентования структурно-функциональная модель и рыночный образ инновации определили её обобщённую функциональную структуру, предназначенную для системы, в которой инновация станет одним из элементов. Эту структуру можно назвать внешней по отношению к разрабатываемому нововведению. Она должна определять и обеспечивать  все необходимые функциональные связи инновации с остальными элементами системы, в среде которой она должна функционировать.
Структурно-функциональный синтез (СФС) производится для создания оптимальной внутренней функциональной структуры инновации, которая должна соответствовать  ранее построенной внешней структурно-функциональной модели  новой ТС. Внутренняя функциональная структура, по сравнению со структурой внешней, более конкретна в плане будущей реализации и ориентирована на использование реальных системных компонентов.

Компонентный синтез инновации. Компонентный синтез производится на основе построенной внутренней структурно-функциональной модели новой ТС.
В процессе компонентного синтеза:
а) производится поиск и выбор системных компонентов, каждый из которых   способен выполнять одну или несколько функций внутренней структуры будущей ТС;
б) проверяется сочетаемость характеристик реальных системных компонентов новой ТС при их совместном функционировании;
в) производится оценка характеристик выбранных системных компонентов по множеству декларируемых показателей (рабочая температура, напряжение электропитания, размеры, вес и т.п.);
г) производится моделирование или макетирование нового продукта как системы с выявлением и исправленрием ошибок предварительного компонентного синтеза.
Разработка, изготовление и испытания прототипа. Разработка, изготовление и испытания прототипа является логическим продолжением и натурным воплощением компонентного синтеза, реальным способом проверки качества его реализации. Целями создания прототипа являются выявление и исправление ошибок структурно-функционального и компонентного синтеза, а также проверка в заданных условиях (лабораторных, производственных, полевых, экстремальных)  функций и характеристик разрабатываемого изделия. При разработке прототипа не учитываются параметры будущего изделия, связанные, например,  с его конкретным конструктивным исполнением и дизайном, если они не влияют на его основные характеристики. В процессе разработки прототипа инновационный инженер должен продемонстрировать знания и умения инженера системотехника и инженера-конструктора. При разработке прототипа должны быть также учтены и проверены возможности технологической реализации будущего изделия.
Разработка и оформление технического задания на выполнение технического проекта. Разработка и оформление технического задания (ТЗ) является заключительным этапом инновационной стадии.  В случае разработки технических систем, ТЗ является исходным документом на проектирование объекта техники. ТЗ устанавливает основное назначение разрабатываемого объекта, его технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предписание по выполнению необходимых стадий создания документации (конструкторской, технологической, программной и т. д.) и её состав, а также специальные требования. Существуют различные формы заданий, близких по своей сущности к ТЗ, на создание чего-то нового в ряде предметных областей. Например, в области медицинской техники разрабатываются и оформляются медико-технические требования (МТТ), в области военной техники – тактико-технические требования (ТТТ), при создании технических средств обучения и обучающих систем – технико-дидактические требования (ТДТ).

В соответствии с международными стандартами качества (ISO 9000), в зависимости от структуры системы, ТЗ должно быть представлено, как минимум, двумя документами:
Hardware Requirements Specification – для аппаратурной части,
Software Requirements Specification – для программной части.
Рекомендуемое содержание ТЗ приведено в ряде стандартов, однако в каждом конкретном проекте оно устанавливается в соответствии с особенностями предмета разработки, фирмы, страны и др. В любом случае, в ТЗ должен быть отражён весь список требований, необходимый для создания рыночного продукта, который соответствует концепции инновационного замысла. В соответствии с этим, вполне логично, что разработка ТЗ осуществляется инновационным инженером. ТЗ, как юридический документ, утверждается после его согласования со всеми заинтересованными сторонами.

Профессиональная подготовка инновационного инженера.  Инновационный инженер относится к категории специалистов, работа которых относится к высшим формам человеческой деятельности (творческие работники, учёные, инженеры-изобретатели, педагоги, врачи, адвокаты). Процесс подготовки этих специалистов отличается тем, что достижение ими продуктивного (или высокого) квалификационного уровня происходит через 10  - 12 лет с момента начала учёбы в университете. Это связано с тем, что в педагогике профессионального обучения за обозримый исторический период каких-либо существенных методологических прорывов, направленных на сокращение сроков профессионального становления,  не произошло. Стихийно-повседневный процесс приобретения индивидуального профессионального опыта является доминирующим для этой категории специалистов.

         В отличии от традиционных образовательных методов, процесс подготовки инновационных инженеров должен также иметь инновационный характер. Необходима разработка обучающих методов, которые способствуют повышению качественных показателей обучения и сокращению сроков достижения специалистами уровня профессионального мастерства.

Уровень развития образовательных технологий по части технического обеспечения, разнообразия и доступности учебной информации, а также её мультимедийности за последние годы существенно возрос. Поисковые системы Интернета, игровые обучающие и тренинговые программы, виртуальные инструменты и экспериментальные установки стали реальными компонентами общеобразовательных и обучающих технологий.
Однако, эти достижения в развитии технических средств обучения (ТСО) не привели к ощутимому прогрессу в области образования. Причиной этого является то, что консервативным элементом системы обучения является сам обучаемый. Если более конкретно, то это свойственные человеку механизмы восприятия, связанное с этим восприятием мышление и последующее ассоциативное запоминание учебной информации.

Необходима разработка дидактических  методов, учитывающих психологию восприятия, т.е. возможности студентов воспринимать и эффективно усваивать определённый объём учебной информации за единицу времени. Педагогика, как наука и часть общей системы знания, не является обособленной и невосприимчивой к использованию междисциплинарных моделей или аналогий. Возможность использования в разрабатываемых образовательных методах аналогий и изоморфных явлений других предметных областей является эффективным средством повышения КПД учебного процесса.

Реализация процесса объединения изоморфных явлений, аналогий, процессов, принципов и законов для целей образования и обучения является составной частью ассоциативной дидактики, которая, помимо снижения объёма учебной информации, позволяет значительно повысить коэффициент полезного действия образовательного процесса в направлении расширения междисциплинарного кругозора, развития общего и системного мышления, а также повышения прочности знаний. Основой метода является принцип тематического объединения, реализуемый путём взаимной ассоциативной привязки тем и решаемых задач изучаемых предметов к похожим явлениям и задачам других предметных областей. Тематическое объединение может быть произведено также на основе общего ассоциативного признака (например, общей математической модели). Практическое осуществление метода ассоциативной дидактики производится  путём соответствующего логического анализа учебных материалов и подбора изоморфных явлений, математических и семантических моделей из существующей системы знания, состоящей из множества взаимосвязанных предметных областей.

Процесс профессиональной подготовки инновационного инженера рассчитан на 2-х годичный период. Примерный перечень изучаемых предметов для подготовки специалистов в области технических систем включает следующие целевые адаптированные курсы:
1.     Прикладную математику.
2.     Прикладную физику.
3.     Общую теорию систем и законы развития технических систем.
4.     Развитие творческого мышления и творческого воображения.
5.     Теорию решения изобретательских задач.
6.     Функциональные компоненты технических систем (включая химические и биологические структуры).
7.     Основы программирования и программирование встроенных систем.
8.     Функциональный и компонентный синтез технических систем.
9.     Инструменты и системы компьютерного моделирования и проектирования.
10. Функционально-стоимостный анализ.
11. Системный инжиниринг.
12. Инновационный маркетинг.
13. Инновационный менеджмент.
14. Патентоведение.
Личностные качества.  Базовой основой для профессиональной подготовки инновационных инженеров являются основные личностные качества специалистов.  Личностные качества - это вид социально- и профессионально-значимых качеств, способствующих адаптации и успешности человека в его деятельности и в обществе. По разным оценкам, существует от 30 до 50 различаемых личностных качеств. Значительная часть из них являются социальными, т.е. связанными с поведением человека в социуме. Что же касается профессиональных качеств креативных специалистов, то творческая их составляющая основана на базовых личностных качествах – мотивации, воображении и мышлении.

         Желание, как конкретизированная потребность, является побуждением к действию или мотивацией. Мотивация является важным и первичным фактором в появлении инновационных идей. Человек, озадаченный конкретной проблемой, становится прагматиком в поиске, усвоении и интерпретации всей получаемой информации в проекции на искомое решение. Мотивация и настойчивость в решении проблемы являются существенной составляющей успеха. В отношении к любому виду деятельности мотивация имеет внутреннюю и внешнюю составляющие.
Внутренняя (интринсивная) мотивация обусловлена содержанием конкретной деятельности. Субъекту мотивации нравится сам процесс и характер этой деятельности. В значительной степени это связано с его способностями к конкретной деятельности и устойчивыми положительными результатами выполняемой работы.

         Внешняя (экстринсивная) мотивация связана с влияющими на неё факторами, находящимися вне конкретной деятельности субъекта мотивации.
К таким факторам относится материальная заинтересованность, высокие социальные притязания и т.п. В случае доминирования экстринсивных мотивов привлекательна не деятельность сама по себе, а только то, что связано с ней (например, престиж, слава, материальное благополучие), а этого часто бывает недостаточно для побуждения к эффективной творческой деятельности.
Если в процессе деятельности, связанной с непосредственным созданием инноваций, экстринсивные мотивы не будут подкреплены процессуально-содержательными, то есть интересом к содержанию и процессу деятельности, то они не обеспечат максимального творческого эффекта. Отсюда значимость профессиональной ориентации и профессионального отбора для творческих видов деятельности. Вместе с тем, обеспечивающие уровни инновационного процесса (государственный, региональный, отраслевой, муниципальный, фирменный) должны создавать условия внешней мотивации для творческих и продуктивных исполнителей инновационных разработок.
Вторым по значимости фактором, благодаря которому появляются инновационные идеи, является воображение. Воображение — это способность сознания создавать образы, представления, идеи и манипулировать ими. Воображение играет ключевую роль в следующих психических процессах: моделирования, планирования, творчества, игры, человеческой памяти. В широком смысле, всякий процесс, протекающий «в образах» является воображением. Разновидностью творческого воображения является фантазия. Воображение, как  одна из форм отражения мира, является психическим процессом, заключающимся в создании образов и манипулировании ими в различных ракурсах, состояниях и сочетаниях в прошлом, настоящем и в будущем времени. С помощью воображения осуществляется процесс прогнозирования этапов будущей деятельности и её результатов.
Воображение является сложным психическим процессом с соответствующей этой сложности классификационной структурой. Из многообразия компонентов структуры этого процесса, которые в большинстве своём более важны для целенаправленного формирования воображения как  важного для генерации инновационных идей качества, выделим активное и пассивное воображение. Пассивное воображение не предполагает какую-то реализацию создаваемых образов, так как ими, по большей части, являются мечтания или грёзы. Активное воображение, в свою очередь, может быть творческим или воссоздающим, т.е. создающее образы по готовым описаниям.
Высшей формой активного воображения является творческое воображение, которое предполагает самостоятельное создание образов и их последующую реализацию. Этот вид воображения   –  неотъемлемая часть любого вида творчества, так как он присущ любой творческой личности – писателю, художнику, изобретателю. Без этого вида воображения не были бы решены многие изобретательские задачи, не были бы сделаны великие открытия, не появились бы на свет шедевры искусства и т.д. Примеров великих достижений человеческого гения во всех областях деятельности достаточно много, но всех авторов этих известных миру инноваций объединяет единое качество – творческое воображение. Благодаря именно ему, они сумели в своём воображении «оторваться от действительности», вообразить конечный результат, наметить пути и план реализации и практически исполнить задуманное.
Эффективным учебным предметом, развивающим творческое воображение и способность к генерации идей является пройденный и усвоенный, при эффективном тренинге, курс РТВ (Развитие Творческого Воображения). Его роль в подготовке инновационных специалистов столь же высока как и роль гимнастических упражнений при подготовке спортсменов.
Такие известные учёные как Давид Ландау, Альберт Эйнштейн и Нильс Бор справедливо считали, что в науке воображение и мышление в тысячу раз важнее знаний.
Творческое мышление является третьим по значимости личностным качеством инновационного инженера. В его базисной основе находится творческое воображение. В отличие от наглядно-образного, наглядно-действенного и словесно- логического мышления, обеспечивающих оценку и анализ реально наблюдаемых и воспринимаемых объектов и событий, творческое мышление оперирует виртуальными объектами. Оно требует способности удерживать в воображении множество предметов, образов и взаимосвязей между ними. При этом вся эта синтезированная изначально в статике система подвергается различного рода комбинаторным или целенаправленным структурно-функциональным изменениям до достижения приемлемого результата. Творческое мышление является осуществляемым в воображении процессом мысленных манипуляций с проектируемой системой в статике и динамике, в пространстве и во времени, в подсистемах и в надсистеме с использованием известных операций и способов мышления.
В психологии выделяют следующие операции мышления: анализ, синтез, обобщение, сравнение, классификацию (систематизацию), абстрагирование, конкретизацию. С помощью этих операций осуществляется процесс проникновения в глубь той или иной стоящей перед человеком проблемы, рассматриваются свойства составляющих эту проблему элементов, их взаимосвязь и характер противоречий. Решение задач, развивающих профессионально ориентированное мышление, является одним из аспектов подготовки инновационных инженеров.

Заключение.  Создание инноваций является многофункциональным процессом, зависящим от множества влияющих факторов. Любой новый для рынка продукт является результатом инновационного инжиниринга, как процесса структурно-функционального соединения всех необходимых для создания инновации ресурсов, осуществляемого производительными силами.
В структуре производительных сил основным разработчиком новых рыночных продуктов  является инновационный инженер.  В его профессиональной структуре главным фактором, влияющим на качество инноваций, являются необходимые личностные качества,  уровень профессиональной подготовки и накопленный опыт работы.

Литература

1. K. Levkov, O. Figovsky: On the training of innovative engineers. Scientific Israel - Technological Advantages, vol. 12, No.4, 2010, pp. 179-186.
2. Левков К.Л,, Фиговский О.Л. Построение профессиональной модели инновационного инженера на основе анализа его деятельности. Сборник докладов конференции "Intercultural Ties in Higher Education and Academic Teaching". Ariel University Center of Samaria. 19-21.09.2011.
3. Левков К.Л., Фиговский О.Л.  Двумерный метод обучения в процессе подготовки инновационных инженеров. Сборник докладов научной школы с международным участием "Высшее техническое образование как инструмент инновационного развития". Казань 5-7.10.2011.
4. Левков К.Л., Фиговский О.Л. Инновационный процесс и инновационный инженер. Апрель 2012. http://rehes.org/lst2/lst2_innov.html.

5. Левков К.Л., Фиговский О.Л. Функции инновационного инженера в процессе перевда первичой идеи в инновационный замысел. Июль 2012 г. http://rehes.org/lst2/levkov2.html.

6, Левков К.Л., Фиговский О.Л.  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВНЕШНИХ МОДЕЛЕЙ, АНАЛОГИЙ И ИЗОМОРФНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ИННОВАЦИОННОГО ИНЖЕНЕРА. 26 сентября 2012 г.
http://park.futurerussia.ru/extranet/blogs/figovsk/

7. Рыжов В.П. ИНЖЕНЕРНОЕ ТВОРЧЕСТВО И ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ. Открытое образование 5/2005.

8. С.Ройтман, О.Фиговский.  Система приема, формализации и продвижения новаций  // Экология и жизнь. - 2007. - N 10. - С. 26-31.

9. А.И.Гасанов, Б.М.Гохман, А.П.Ефимочкин, С.М.Кокин, А.Г.Сопельняк.
РОЖДЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (стратегия и тактика решения изобретательских задач). Москва. Интерпракс. 1995г. ISBN 5-85235-226-8/

10. Владимир Петров. Основы Теории Решения Изобретательских Задач. Учебник. ISBN 965-7127-00-9. 1990 – 2003.

11. Инновационное управление. http://innovation-management.ru/

12.  Управление инновационными проектами. Учебное пособие. Под редакцией проф. В.Л.Попова. Москва. ИНФРА-М. 2009.

13. Огарков С.А. , Кузнецова Е.С , Грязнова М.О.  Инновационный менеджмент и государственная инновационная политика. Издательство «Академия Естествознания» , 2011 год.

14. Элизабет Халл, Кен Джексон, Джереми Дик. Разработка и управление требованиями. Практическое руководство пользователя. Telelogic. 2005.

Инновационное развитие: пока ещё нано, но будет и макро…(техника и люди)

Инновационное развитие: пока ещё нано, но будет и макро…(техника и люди)

Проф. Олег Фиговский,
академик Европейской академии наук, РААСН и РИА, главный редактор журналов SITA (Israel), OCJ (UK) и RPCS (USA)

  Президент Дмитрий Медведев взбудоражил СМИ мыслью о необходимости создания нового класса людей-чиновников: «Человека надо брать на работу исключительно по его личным качествам».
  "Если оставить в стороне фундаментальные проблемы системы и идеологии, которые формируют чиновника в «новой России», исправить ситуацию всё-таки можно. Для этого людей на административные должности надо подбирать не через «образование», не с учётом «стажа» и уж тем более не зацикливаясь на возрасте кандидата. Человека надо брать на работу исключительно по его личным качествам. Однако именно эта деталь и не берётся в расчёт: при приёме на работу смотрят не на человеческий материал, а на документы, которые, как и любой диплом, можно купить, и которые в конечном итоге ни о чём не говорят" – замечает главный редактор журнала "Федерал" Григорий Трофимчук.
  Поэтому посоветовать Дмитрию Медведеву, в его поисках профессиональных чиновников, можно только одно: смотрите на людей, а не на бумагу. России необходима система по отбору таких кадров по всей стране. Однако и она не будет работать, так как этим с большим трудом найденным людям придётся обеспечивать элементарный социальный пакет, давать зарплату и квартиру — в этом месте весь этот замечательный проект кончается. В условиях сплошной «семейственности», «клановости» и «кумовщины» начальник готов обеспечить условия только своим знакомым и родственникам, а не креативному деятелю из региона.
  Это ещё в большей степени относится и к креативным инженерным кадрам, тем, кто и может, и должен создавать и осваивать инновационные технологии. А ведь для реального перехода к инновационной экономике необходимо создать необходимую инновационную критическую массу. Генеральный директор Фонда инфраструктурных и образовательных программ, заместитель председателя правления ОАО "Роснано" Андрей Свинаренко справедливо замечает, что у нас недостаточно инноваторов, готовых придумать что-либо принципиально новое и, как следствие, небольшой запас перспективных инновационных проектов. Мы существенно отстаем от передовых стран по темпам применения инноваций, интегральным технологическим решениям, созданию инструментов реализации новых технологических решений. Кроме того, мы нуждаемся не только в тех, кто создает инновационные технологии, но и в тех, кто умеет их квалифицированно продвигать и внедрять. То есть мы имеем дело не с одной, а с целым комплексом проблем, и они хорошо известны руководству страны. В России сейчас реформируется система образования и науки - они существенно сближаются друг с другом. Это позволяет рассчитывать на появление большего числа специалистов, способных генерировать и использовать новые технологии. В части классического инженерного образования в ведущих российских технических вузах подготовка специалистов продолжает оставаться на традиционно высоком уровне. При этом практическая значимость этого образования значительно ниже, чем могла бы быть. Особенно, если учесть, что образование теперь должно готовить людей, способных активно участвовать в развитии инновационной экономики. Что же касается бизнес-школ, специализирующихся именно на инновационном, технологичном предпринимательстве, то в России их очень мало.
  В связи с тем, что вопрос подготовки инновационных инженеров со знаниями в области инновационного менеджмента в России стоит очень остро, мы надеемся, что такая специализация с помощью фонда "Сколково" и Роснано будет открыта в следующем году в Казанском национальном исследовательском техническом университете им. А.Н. Туполева. Это позволит нарастить так необходимую России критическую инновационную массу.
  Необходимую лепту в этот процесс может внести и Российская академия наук в случае её коренной перестройки, о чём говорили молодые ученые РАН на своём собрании 7 ноября 2011 г. «Чтобы эффективно развиваться в текущих условиях и отвечать на изменяющуюся действительность, академии следует решить четыре проблемы: взять курс на укрупнение, ввести возрастной ценз, ограничить количество членов и грамотно распределять финансирование», – заявила Вера Мысина, председатель Совета молодых ученых РАН. «Число отделений и секций сейчас неоправданно велико, то же можно сказать и о различной обслуживающей инфраструктуре, – отметила она. – Следует провести оценку эффективности работы подразделений и реорганизовать некоторые из них. Тогда автоматически появятся средства для решения других насущных вопросов».
  «Мы предлагаем ограничить занятие руководящих должностей в РАН возрастом 70 лет, а также остановить рост академии. В советское время в последние годы было всего 500 академиков, а сейчас 1200. Разве это отражает реальный рост науки с тех пор?» – заметила Мысина.
  Участвовавший на этой конференции министр образования и науки Андрей Фурсенко формально поддержал требования молодых ученых в целом, но отметил, что социальное в науке вторично. Так что, тем ученым, которые хотят жить и трудиться на достойном уровне, опять надо уезжать работать за границу? Неужели опыт Китая, который делает всё для возвращения как молодых, так и маститых учёных, ничему не учит российских менеджеров от науки?
  Ведь выделение 49 мегагрантов в этом году столь малая величина, что она ничего не дает реально для огромной России. Необходимо давть 3-4 таких гранта для каждого федерального и исследовательского университета, и не в Москве и Петербурге, а главное – в других городах России.
  И в завершение этой части статьи я хотел бы привести интересную мысль председателя правления Роснано Анатолия Чубайса о том, что «у Роснано не очень конкурентная среда, поэтому нужно завести себе злобного акционера, который будет смотреть за порядком в доме. Я провел множество переговоров с рядом первых лиц крупнейших компаний, иностранных и российских, и для меня была порой неожиданна их реакция. Те иностранные структуры, от которых я ожидал определенной сдержанности и осторожности, с каким-то просто энтузиазмом отнеслись: «классная идея, мы готовы, соответствует мандату, давайте проводить due diligence». В тоже время, разговаривая с некоторыми российскими структурами, получал порой совершенно противоположный результат тому, на который рассчитывал».
  Это ещё раз подчёркивает необходимость привлечения зарубежных специалистов к реальной модернизации России. Но если с коммерциализацией нанотехнологий, хотя бы по отчётам Роснано, виден проблеск прогресса, то вопрос об опережающих научных достижениях остаётся открытым. Здесь будет уместно заметить, что ещё около 4-х лет тому назад мы предложили создать объединённый международный институт нанотехнологий и наноматериалов по типу ОИЯИ в Дубне (статья была опубликована в журнале «Экология и жизнь» № 2, 2008 г.). Сегодня эту идею поддержал академик Ю.Д. Третьяков,  декан факультета наук о материалах МГУ им М.В. Ломоносова.
  Надо отметить, что нанотехнология в отличие от обычных технологий, как справедливо отметил чл.-корр. РАН И.В. Мелихов, отличается повышенной «наукоемкостью» и затратностью, в ней резко снижена вероятность решения задач методом «проб и ошибок», который традиционно используется в прикладных разработках. Поэтому путь от лаборатории к наноиндустрии несомненно более сложен, чем при промышленным создании обычных продуктов. Если же учесть, что в России не удалось сохранить даже традиционные промышленные производства в тех объемах, которые существовали 15-20 лет назад, то ускоренное развитие наноиндустрии в нашей стране кажется утопией. Вряд ли на бизнес-сообщество может повлиять позиция бывшего главы правительства М. Фрадкова, породившего очередной незабываемый афоризм: «Если бизнес не пойдет в нанотехнологии, он пропустит все на свете и будет в лучшем случае в телогрейке работать на скважине, которой будут управлять и обслуживать наши друзья и партнеры». Есть основания сомневаться в том, что до тех пор, пока экстраприбыли будут обеспечиваться в нашей стране за счет нефтяного, газового и строительного бизнеса, кто-то предпочтет инвестировать средства в развитие инновационных производств типа наноиндустрии. В этом смысле ситуация за рубежом кажется несомненно более благоприятной. В США, Японии и Южной Корее частный бизнес инвестирует наноразработки в объеме, не уступающем бюджетной поддержке, причем за 5 лет – с 1999 по 2004 г. размеры частных инвестиций в наноиндустрию выросли в 10 раз, а с 2004 по 2009 г. ещё в 12 раз.
  В России по прежнему работают по проектам «бюджетного капитализма». Здесь интересно мнение известного экономиста, директора Института проблем рынка РАН, академика Николая Петракова, который следующим образом оценивает проект «Сколково»: Сколково – довольно странный проект. Как его делать при том, что у нас из года в год сокращаются расходы на науку и образование? Я был в американской Силиконовой долине в 1989 году в первой и последней советской делегации – раньше не пускали, а потом не стало СССР. Меня заинтересовал вопрос: а как у них вообще это получилось? Идея там очень интересная. По уставу университета Беркли всё, что изобрёл тот или иной учёный, становится его собственностью, интеллектуальной. Только оборудование, на котором он работал, принадлежит университету. Получается, что учёный – полноправный участник рынка. Ни наш нынешний президент, ни кто другой таких идей применительно к Сколково не озвучивали. Тогда непонятно: допустим, я что-то изобрёл – это становится собственностью Сколковского центра? Второй момент – у нас целый ряд учёных обвиняли в шпионаже. Они что-то изобретали, открытия в собственной стране были невостребованы. Тогда продавали их, скажем, Китаю. Тут же выяснялось, что это собственность российского государства, и ФСБ обвиняло в шпионаже. У нас всё перевёрнуто, схема Сколково скорее похожа на сталинские «шарашки». А что делать с иностранными учёными, которых собираются в Сколково приглашать? Если они будут работать с нашими талантливыми молодыми специалистами, им же никто не запретит вывозить совместно придуманные технологии, никто не обвинит их в шпионаже? Вообще – если ты хочешь делать какой-то прорыв, то надо всё секретить, потому что промышленный шпионаж никто не отменял.
  Инвесторам всегда хочется, чтобы изобретатели приходили к ним не только с инновационной идеей или проектом, но и с уже готовой сметой и бизнес-планом. Инноваторы, в свою очередь, настаивают на том, что доводить их идеи до внедрения и окупаемости – это задача инвестора. Однако, на самом деле, самые больше проблемы бизнеса на патенте начинаются тогда, когда, казалось бы, все основные задачи решены, а проект уже начал приносить прибыль…
  Можно сколько угодно отплясывать танцы с бубнами вокруг изобретателей-инноваторов, рассказывая, показывая и направляя их в сторону самостоятельного изучения организационных вопросов для претворения их идей в работающий бизнес. И все – без толку. Соглашаюсь с тем, что нельзя вынуждать носителей технического прогресса осваивать навыки административного управления. По большому счету, Альберт Эйнштейн известен не как патентовед и не как профессиональный скрипач. Мы его знаем как гениального физика-теоретика. Если бы он создавал теорию относительности исключительно в целях ее последующей монетаризации, то вряд ли бы его революционный вклад в науку был сейчас по достоинству оценен. Тем более что находятся и изобретатели, так сказать представители целевой аудитории, гневно стучащие туфлей по монитору в яростном убеждении того, что именно задача инвестора доводить их изобретения и идеи до внедрения и окупаемости.
  Поскольку переубеждать особо упорствующих товарищей в том, что в таком формате инвестор с ними даже разговаривать не станет, смысла нет, хотелось бы остановиться на практических вопросах. Инвесторам нравятся только два слова – "прозрачность" и "контроль". Поэтому им особенно не нравятся мутные и неуравновешенные типы, не способные в двух словах объяснить, куда деньги идут, и откуда они приходят, но сулящие миллионные прибыли. Каждый потенциальный инвестор первым делом интересуется тем, кто будет управлять инвестируемым проектом. Финансируются не столько проекты, сколько люди, способные эти проекты поднять и реализовать именно так, как это написано у них в бизнес-плане. И даже если прогнозы не выдерживаются (к примеру, кто в 2007г. мог предположить кризис 2008-го?), то самым важным фактором для инвестора есть способность управленческой команды контролировать общую ситуацию и корректировать тактику действий в формате, при котором проект может остаться на плаву. Именно поэтому у меня всё-таки теплится надежда, что проекты типа «Сколково» смогут, соединяя в одном месте изобретателей и инвесторов, получить желаемый позитивный результат.
  Академик РАН Михаил АЛФИМОВ  считает, что взаимосвязи в цепочке "наука - НИОКР - производство" начинают оживать. Он, в частности, отмечает: «Без нано никакого будущего нет. Не только у нас – у всего человечества. Да, вам могут говорить, что и раньше этим занимались, вся эволюция материи шла по этому пути. Более того – находят и предъявляют образцы. Однако наноструктурные элементы, которые действительно присутствуют в таких материалах, не определяют их свойств. А ведь это – главное! Только на отдельных направлениях науки, отдельные группы ученых научились так управлять атомами и молекулами, чтобы получать материалы и устройства с нужными характеристиками. И только такие материалы и устройства мы можем называть наноматериалами и наноустройствами».
  Так посмотрим на новейшие достижения в нанотехнологиях, которые были созданы в последние месяцы этого года.
  Немецкая компания AIXTRON представила для покупателей две ключевые технологии получения графена: химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и высокотемпературная сублимация. Химическое осаждение из паровой фазы с использованием углеродных реагентов является одним из наиболее обещающих методов для реализации контролируемого осаждения графена на большой площади при низкой себестоимости. Система Black Magic производства AIXTRON идеально подходит для этого – основанная на масштабируемой концепции showerhead, она содержит нижний и верхний малоинерционные нагреватели, автоматическое регулирование температуры поверхностис помощью ИК пирометрии и возможность использования плазмы. Гибкость системы AIXTRON привлекла внимание как исследователей, так и производителей, и на сегодняшний момент компания уже поставила системы для выращивания графена на подложках размером от 50 до 300 мм. Система 300 мм оборудуется встроенным автоматизированным роботом-загрузчиком и многоподложечным шлюзом, что позволяет достичь высокого уровня производительности.
  Сотрудники американских компаний Nanotek Instruments и Angstron Materials сконструировали литий-ионную ячейку, которая превосходит традиционные литий-ионные аккумуляторы и «суперконденсаторы» по плотности мощности и энергии. Такие результаты обеспечивает оригинальный механизм действия ячейки: в ней происходит обмен ионами между поверхностями двух наноструктурированных электродов, а привычные процессы интеркаляции и деинтеркаляции лития роли не играют. Пористые катод и анод нового устройства имеют обширные углеродные поверхности, непосредственно контактирующие с жидким электролитом; в первом рабочем цикле литий, который находится в форме частиц или фольги на аноде, ионизуется, полученные ионы через электролит продвигаются к катоду, проникают в поры и очень быстро захватываются. При перезаряде ионы лития столь же быстро высвобождаются и мигрируют к аноду. Электроды литий-ионных ячеек изготавливались из графена (85%), политетрафторэтилена (10%) и проводящей добавки (5%). В экспериментах они демонстрировали плотность энергии, доходящую до 160 Вт•ч/кг, что в 30 раз выше возможностей обычных симметричных «суперконденсаторов» (5 Вт•ч/кг) и сравнимо с показателями литий-ионных аккумуляторов. Плотность мощности при этом составляла 100 кВт/кг, в то время как «суперконденсаторы» дают лишь 10 кВт/кг, а литий-ионные батареи – 1 кВт/кг.
  Инженеры компании Battelle разработали на основе углеродных нанотрубок уникальную противообледенительную систему для летательных аппаратов. Технология Battelle представляет собой специальную краску, которая нагревает поверхность самолета и при этом потребляет совсем мало энергии, не говоря уже об экономии места и удобстве нанесения на изогнутые поверхности крыльев и фюзеляжа. Противообледенительное покрытие содержит углеродные нанотрубки и представляет собой их смесь с обычной краской, которой окрашивают самолеты. Но в отличие от обычной краски, покрытие от Battelle может нагреваться, питаясь от бортового генератора самолета и таким образом предотвращать опасное обледенение. Традиционные противообледенительные системы используют отвод горячего воздуха от двигателей, механические устройства (например, сбивающие ледяную корку вибрацией), разбрызгивание токсичных жидкостей вроде антифриза и другие методы, обычно очень сложные, дорогие и опасные. Кроме того, старые противообледенители слишком тяжелы для установки на беспилотные летательные аппараты, у которых каждый килограмм полезной нагрузки ценится на вес золота.
Новая технология предлагает простой и эффективный способ предотвращения образования ледяной корки на самолетах. Ее применение позволит снизить опасность попадания льда в двигатель, разрушения обшивки самолета, а также повысит экономичность полета, благодаря тому, что не нужно будет тратить горючее на перевозку намерзшей воды. Новое покрытие найдет применение прежде всего на военных беспилотных летательных аппаратах, которые длительное время находятся на больших высотах. В последние пять лет использование военных БПЛА в США резко выросло и дошло до 500 тыс. летных часов в боевых условиях. При этом у БПЛА не так много возможностей для размещения дополнительных систем, особенно тяжелых и требующих большого отбора мощности у двигателя. Поэтому подавляющее большинство американских БПЛА не имеют противообледенительных систем, что приводит к авариям и отмене приблизительно 12% полётов.
  Четверо физиков из Норфолкского университета штата и Университета Пердью (оба – США) разработали метаматериал с исключительной поглощающей способностью. Как известно, метаматериалы обычно используются для создания маскирующих устройств и оптических систем, преодолевающих дифракционный предел. В этих случаях поглощение излучения становится нежелательным эффектом, который необходимо минимизировать. Интересовавшие авторов «гиперболические» метаматериалы, напротив, способны очень эффективно поглощать свет и могут применяться при конструировании фотодетекторов и солнечных элементов. Материалы этого класса отличаются тем, что компоненты диэлектрической проницаемости, определяемые в двух взаимно перпендикулярных направлениях, у них имеют противоположные знаки. Примерами таких структур служат представленные ранее массивы металлических нанопроводов в диэлектрических мембранах и слоистые металл-диэлектрические или полупроводниковые конструкции. Для своих экспериментов американцы изготовили массив серебряных нанопроводов толщиной 35 нм в мембране из оксида алюминия. Нанопровода ориентировались перпендикулярно поверхности последней, и в ближней инфракрасной области спектра диэлектрическая проницаемость в направлении, совпадающем с осью нанопровода, оказалась отрицательной, а в плоскости мембраны — положительной.
При падении излучения с s- и p-поляризацией на образцы физики зарегистрировали довольно слабое отражение, но этого им показалось мало. Чтобы улучшить поглощающие свойства, учёные обработали поверхность образцов шлифовальным порошком, сделав её менее ровной, что и позволило создать эффективный метаматериал.
  Сульфид свинца сегодня широко применяется в технике в объемном состоянии. Группа ученых из американской национальной Лаборатории в Лос Аламос отличилась, создав фототранзистор на основе пленки из нанокристаллического PbS и исследовав его проводимость в зависимости от напряжения на затворе и освещения. Для объяснения наблюдаемого они воспользовались зонной теорией полупроводника. Группа ученых из американской национальной Лаборатории в Лос Аламос получила фототранзистор на основе пленки из нанокристаллического PbS (рис. 1). Управление проводимостью канала в таком устройстве может осуществляться как приложением управляющего напряжения к затворному электроду (то есть за счет полевого эффекта), так и освещением поверхности (то есть за счет генерации светом неравновесных носителей заряда) X Нанокристалличность, по-видимому, требовалась для увеличения ширины запрещенной зоны по сравнению с объемным сульфидом свинца. Размер нанокристаллов составлял около 3,3 нм, что соответствовало ширине запрещенной зоны около 1,3 эВ. Это, безусловно, влияло на спектр поглощения PbS.
  Международный коллектив исследователей предложил новый метод синтеза сверхпроводящих нанонитей диборида магния из сравнительно доступных прекурсоров. Тем не менее, величины критической плотности тока сравнимы с лучшими образцами. Как известно, кристаллический бор (а точнее его β-ромбоэдрическая модификация) отличается высокой термической устойчивостью, поэтому высокая температура в ходе его реакции с магнием приводит к крупнозернистой структуре MgB2, что, в свою очередь, приводит к уменьшению силы пиннинга, а, следовательно, к уменьшению критической плотности тока. Одним из путей снижения реакционной температуры может быть получение наноразмерных образцов, например нанонитей. Однако существующие методы роста таких нанонитей имеет большой недостаток – высокую пористость конечного материала, снижающего величину критической плотности тока. Международный коллектив исследователей предложил принципиально иной метод роста нанонитей. Суть метода состоит в использовании крупнозернистого порошка магния (размером более 150 мкм) и нанодисперсного бора, инкапсулированного углеродом (инкапсуляция препятствует окислению бора до B2O3), способствующего снижению температуры реакции и уменьшению блочности нанонити. Магний гораздо более пластичный материал, чем бор, поэтому при холодной обработке магний «вытягивается» вдоль направления нити. Как и предполагалось, критическая плотность тока достигает при этом 27000 А/см2 при величине индукции магнитного поля 10 Тл и температуре 4,2 К, что соответствует наибольшим величинам, полученным для нанонитей из аморфного бора (который существенно дороже кристаллического) и допированных углеродом.
  Новый материал, созданный учёными из Национального университета нанонаук и нанотехнологий Сингапура (NUSNNI), сделает хранение энергии не только более эффективным, но и экономически более целесообразным. Аккумуляторы и батареи – неотъемлемая часть транспортных средств будущего. Именно поэтому по всему миру проводятся исследования по повышению эффективности таких систем, которые будут дольше сохранять энергию и обеспечивать автономную работу не только автомобилей, но и других мобильных устройств. Учёные из Национального университета нанонаук и нанотехнологий Сингапура (National University of Singapore's Nanoscience and Nanotechnology institute – NUSNNI) представили весьма интересную разработку: они создали мембрану, которая позволит хранить заряд электричества не только более эффективно, чем используемые сегодня аккумуляторы, но и более рентабельно. Группа исследователей, возглавляемая доктором Се Сиань Нин (Xie Xian Ning), изготовила мембраны из полимера (на основе полистирола), который помещен между двумя металлическими пластинами. Такая мембрана отличается хорошей мягкостью и гибкость – ее можно складывать – поскольку в ней нет жидкого полимера. Её электрическая ёмкость составляет 0,2 фарада на квадратный сантиметр. Для сравнения: ёмкость в стандартных конденсаторах достигает, как правило, не более одного микрофарада на ту же площадь. Кроме того, коллектив исследователей так же приводит результаты подсчётов, по которым экономическая эффективность их мембраны будет составлять 10-20 Ватт/часов за доллар США по сравнению с 2,5 Ватт/часов за доллар у литий–ионных аккумуляторов, что связано с высокой эффективностью мембраны, и низкой стоимостью применяемых в ней материалов. Авторы разработки видят применение своей мембраны в гибридных транспортных средствах. Ветряных турбинах и солнечных батареях. Исследовательская группа в настоящее время изучает перспективы коммерциализации и массового производства данной продукции.
  Инженеры из Промышленной лаборатории ветроэнергетики Государственного университета штата Айова (США) представили свою новую разработку – лазерная технология для повышения эффективности ветровых турбин. Лазер слой за слоем сканирует гибкий стеклопластик, из которого сделаны лопасти турбины, чтобы обнаружить любой, даже мельчайший дефект в материале, способный отрицательно повлиять на производительность всей установки.
  Но в связи с резким увеличением применения нанотехнологий появились и проблемы их влияния на окружающую среду и здоровье человека.
  Специалисты двух объединений химической промышленности Германии - DECHEMA (Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie) и VCI (Verband der Chemischen Industrie) – представили краткий обзор всех научно-исследовательских проектов, касающихся наночастиц. Опаснее всего – многостенные нанотрубки, отмечают они. Конечно, от документа объемом всего в 60 страниц ожидать подробного анализа положения в области нанотехнологий не приходится, но общее представление об уже полученных результатах он все же дает. В частности, выявлена наночастица, с которой исследователи связывают наибольший потенциальный ущерб для здоровья человека. Харальд Круг (Harald Krug), научный сотрудник Швейцарской государственной лаборатории материаловедения и технологий, говорит: "И эксперты промышленных компаний, и академические круги едины в том, что больше всего неприятностей нам сулят углеродные нанотрубки". Давнее предположение, согласно которому нанотрубки (миниатюрные пустотелые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров) могут вызывать повреждение дыхательных путей, в значительной мере подтвердилось. "Наибольшую опасность представляют особо длинные и особо жесткие многостенные нанотрубки. Они могут травмировать легкое, вызывать воспалительные реакции, а при длительной экспозиции привести к развитию раковой опухоли", – предупреждает Харальд Круг. По воздействию на организм такие нанотрубки сходны с волокнами асбеста, а связано это с их вытянутой формой. Против столь длинных структур клетки иммунной системы бессильны, в результате они не выводятся из организма и остаются в тканях длительное время. "Однако те же исследования показали, что к более коротким и более гибким нанотрубкам все это не относится, – добавляет ученый. – Таким образом, даже не имея исчерпывающих данных, мы уже можем с известной долей уверенности предсказать, какие материалы опасны для здоровья, а какие – нет".
  Осознавая все опасности нанотехнологий, российские специалисты организовали международную научно-техническую конференцию по теме "Экологически безопасные нанотехнологии в промышленности", которая состоится 30 ноября – 2 декабря в Казани и даст новый импульс в решении этой проблемы. На конференции выступят с докладами ведущие ученые из России, США, Китая, Германии, Польши и других стран.

"В интервале пяти лет появятся инновации, которые сегодня кажутся фантастикой"

"В интервале пяти лет появятся инновации, которые сегодня кажутся фантастикой"
О.Л. Фиговский, академик Европейской академии наук,
президент Ассоциации изобретателей Израиля

  Фраза, послужившая заголовком настоящего обзора, была произнесена не учёным, не футурологом, а вполне ответственным финансистом – директором департамента программ и проектов Российской венчурной компании Андреем Введенским. С его точки зрения "Прорывы, интереснейшие достижения будут в секторе авиационной и космической отрасли. Об этом говорят уже появляющиеся перспективные разработки, которые есть и в России, и в мире. Я думаю, что в интервале трех-пяти лет появятся и выйдут на рынок технологии «нового поколения». Одна из возможностей для рывка — это сделать рынок авиации и космоса более доступным для бизнеса. Сейчас он в основном обслуживает государство: программы военно-специального назначения, оборонные и международные космические инициативы. Тенденция такова, что космос, как и небо будут становиться ближе к потребностям общества. С точки зрения других секторов, безусловно, фармацевтика и биотехнологии приведут нас к новым достижениям. И я не исключаю, что эти открытия могут отменить все предыдущие. Сейчас многие эксперты говорят о фундаментальных открытиях и возможностях, которые таит в себе неклассическая медицина. Не исключаю, что и здесь могут быть сюрпризы, в хорошем смысле этого слова, и для фармотрасли, и для потребительского рынка. Кроме того, в нашей повседневной жизни будут все больше использоваться встроенные вычислительные системы. Полагаю, что в интервале пяти лет нам будут доступны такие технологии и инновации, которые сегодня многим кажутся фантастикой".
  И как всегда первыми достижениями науки пользуются военные. Так, сетевые технологии изменили саму суть ведения войны. Оснащение войск коммуникационными сетями вроде американской MTS (Movement Tracking System), которая использовалась в ходе «Бури в пустыне», разворачивает перед всеми участниками военного конфликта полную картину происходящего. Благодаря радиоизлучающим чипам RFID, GPS и беспроводному доступу в тактическую компьютерную сеть командующие, тыловики, командиры боевой машины пехоты, летчики и т.д. непрерывно получают всю информацию о ходе операции. Армия, владеющая сетевыми технологиями ведения войны, фактически «просачивается» во враждебное государство, действуя малыми подразделениями. Раньше такая тактика считалась самоубийственной: небольшие группы наступающих быстро погибли бы в глубине вражеской территории, отрезанные от союзных частей, артиллерийской и авиационной поддержки. Однако коммуникационная сеть позволяет тысячам мелких групп действовать как единое целое на обширной территории, заставляя противника распылять силы. Сетевая армия всегда будет иметь преимущество перед «традиционной» – середины ХХ-го века, поскольку больше знает об обстановке на поле боя, а также обладает более высокой маневренностью и возможностями вызова авиа- и артподдержки. Опасность «дистанционной» войны – в чрезвычайной легкости принятия решения о применении военной силы. С этого момента до нанесения первых ударов пройдут считанные часы, и противопоставить дистанционной атаке можно лишь аналогичный удар по территории нападающего. Неуязвимые для ПВО гиперзвуковые ракеты вроде X-51A Waverider, стратосферные беспилотные бомбардировщики типа Falcon HTV-2, БПЛА X-47B и другие сверхсовременные виды оружия позволяют практически безнаказанно наносить удары по территории стран, не обладающих стратегическим ядерным оружием. Единственные потери, которые понесут агрессоры, будут финансовыми, что на войне часто не имеет особого значения. Высокотехнологичная армия невозможна без средств отображения визуальной информации. Тяжелые и хрупкие кинескопные телевизоры были слишком громоздки и потребляли слишком много энергии, чтобы их можно было устанавливать в тесных салонах боевых машин. Появление плоских LCD-мониторов позволило значительно увеличить осведомленность бойца об окружающей обстановке. В кабине самолетов несколько плоских экранов с высоким разрешением заменили множество приборов со стрелками, летчик получил возможность видеть картинку с мощных оптических сенсоров и различить даже отдельных людей на расстоянии в десятки километров. Простой пехотинец с ноутбуком или смартфоном может своими глазами увидеть фотоснимки с разведывательного спутника, а не ждать пока его командиру пришлют копии фотографий. Цифровая революция и внедрение сетевых технологий были бы невозможны без плоских мониторов. Огромный скачок сделало военное обучение. Тренажеры типа COMBATREDI или Virtsim компании Motion Reality полностью погружают солдата в виртуальную реальность и имеют исключительное значение в плане подготовки бойца. Виртуальное моделирование боевых действий позволяет привыкнуть к незнакомой местности и лишить противника преимущества в знании собственной территории.
  Внедренная под кожу электроника с помощью беспроводных технологий может контролировать солдат и их состояние. Команда ученых различных направлений, основу которой составляют исследователи из университетов Кента и Манчестера, при поддержке Военной научно-технической лаборатории (Defence Science and Technology Laboratory, DSTL) и госпиталя Грейт Ормонд Стрит (Great Ormond Street Hospital, GOSH), взялась за реализацию новой программы EPSRC. Целью программы EPSRC являются исследования, направленные на создание электронных устройств, внедренных в кожу человека, способных осуществлять обмен данными с помощью технологий беспроводной связи. «Человеческое тело является не самым подходящим "контейнером" для любой радиоэлектроники. Поскольку люди являются своего рода "оболочками" для большого количества соленой воды, их тела имеют очень высокое значение диэлектрической постоянной. Из-за этого тело человека имеет большую электрическую емкость, что обуславливает большие потери мощности и высокий уровень помех при попытках организации радиосвязи» – рассказывает доктор Джон Бэчелор из Кентского университета в интервью издательству "The Engineer». Военные применения подобных «татуировок» будут заключаться в получении и анализе биометрических данных, получении данных об усталости и нагрузках, текущем положении солдата в режиме реального времени. Более поздние и более совершенные устройства, согласно планам исследователей, смогут помочь командованию контролировать действия солдат и передавать им команды и необходимую информацию прямо в мозг, минуя промежуточные стадии. Тем временем, работа, выполняемая в госпитале GOSH, будет направлена на более мирное использование разрабатываемой технологии в медицинских целях.
  Израильские учёные разработали интересные методы слежения за мобильными телефонами. Американские спецслужбы воспользовались этими новациями для получения «голосового автографа» тех, кто имел непосредственный доступ к лидеру «Аль-Каиды». Таким образом, «охотники» за бен Ладеном получили возможность определить, кто и когда с ним говорил. На следующем этапе был зафиксирован и голос самого лидера «Аль-Каиды». Если выслеживается серьезный объект, то в ХХI веке основным техническим элементом, который при этом используется, становится телефон. Сегодня для спецслужб, обладающих соответствующей техникой, нетрудно определить, не только кто и откуда звонит, но и с кем говорят. В случае сотового телефона сигнал передается несколькими близко расположенными антеннами. Затем сопоставляются расстояния и сила сигналов, а с помощью триангуляции (топологического определения местоположения) вычисляется адрес мобильника. С точностью до сантиметра!
  Исследователи в США разработали оригинальную схему, благодаря которой можно будет получать лазерный луч, достаточный для сжигания цели, от сравнительно небольшого и лёгкого устройства. Лазерное оружие Excalibur – это проект агентства по перспективным оборонным исследованиям Пентагона (DARPA). Инженеры намерены получить установку с мощностью луча порядка 100 кВт, питаемую от бортовой электросети носителя (самолёта, беспилотника, бронетранспортёра или автомобиля).
Нужно пояснить, что пока самые мощные боевые лазеры относятся к химическому типу. Для «залпа» им нужны реактивы. Таковы мегаваттный Airborne Laser, сбивший в полёте баллистическую ракету, или комплекс ПВО Skyguard. Но военные не очень-то стремятся иметь дело с оружием, требующим подвоза небезопасных реагентов. Генералы запрашивают боевые лазеры, питаемые «от розетки». К сожалению, пока 100-киловаттная (по выходному лучу) твердотельная система занимает столько места, что может быть поставлена разве что на грузовик. Для истребителя, штурмовика или вертолёта она слишком велика. «Лазерная пушка» Excalibur пытается обойти это ограничение. В её основе лежат массивы одномодовых лазерных диодов, работающих самостоятельно или скомбинированных с волоконными лазерными усилителями (рассматриваются разные варианты). Такие излучатели должны объединять свои пучки в общий луч без потери его качества. Этот принцип обеспечивает больший КПД установки, а значит, она потребляет меньше энергии, нежели единичный крупный твердотельный лазер с диодной накачкой. Расплата за эффективность – проблемы со сведением множества лучиков в один, не теряющий низкую расходимость и высокую яркость. Тут мешают дифракция, интерференция и всяческие нелинейные эффекты.
Для решения этой проблемы учёные создали световой аналог фазированной антенной решётки (ФАР). В современных радарах ФАР позволяет не только фокусировать луч, но и управлять углом его отклонения без поворота самой антенны. На основе «лазерных ФАР» можно собирать устройства различной мощности, пригодные как для систем целеуказания, связи и локации, так и для лазерного оружия 100-киловаттного класса, полагают разработчики системы. Подобную аппаратуру можно будет аккуратно вписать в обводы самолёта. DARPA пишет, что по размеру и весу оружие, построенное по программе Excalibur, окажется в десять раз меньше, чем химический лазер аналогичной мощности.
  Новое устройство, разрабатываемое в течение более чем семи лет компанией Optics1, дает солдатам тепловое видение, подобное тому, которое было продемонстрировано в серии научно-фантастических фильмов «Хищник /Predator». Устройство COTI (Clip On Thermal Imager) не является отдельным и самодостаточным устройством, оно просто добавляет функции теплового видения к существующим ныне системам ночного видения. Человеческие глаз может видеть свет в диапазоне от 400 до 700 нанометров, обычные приборы ночного видения позволяют расширить этот диапазон до 900 нанометров, что почти приближается к инфракрасному диапазону. А более длинноволновая тепловая инфракрасная технология COTI расширяет зрение до невиданного доселе диапазона, до 8–10 микрометров, позволяя солдатам видеть в абсолютно темных помещениях при полном отсутствии какого-либо света. Использование диапазона световых волн от 8 до 10 микрометров дает солдатам возможность видеть сквозь дым, туман, дождь, листву и другие препятствия, там, где обычные приборы ночного видения полностью теряют свою работоспособность. В то время, как некоторые виды защитного камуфляжа могут "одурачить" приборы ночного видения, такой камуфляж не сможет обойти способность устройства COTI обнаруживать источники тепла. С помощью нового прибора можно даже обнаружить следы на земле, оставленные недавно прошедшими людьми, следы прикосновений, к примеру, на дверных ручках и оставленные взрывные устройства. Помимо всего вышеперечисленного возможности устройства COTI позволяют обнаружить скрытое под одеждой человека оружие и взрывное устройство. Конструкция устройства COTI рассчитана на применение в экстремальных условиях военных действий. Устройство компактно, оно легко умещается в ладони, его вес составляет всего 165 грамм, от одной батареи устройство может работать в течение трех часов, а при использовании дополнительной внешней батареи – до одиннадцати часов. В то время, как большинство приборов ночного видения обеспечивают отображение изображения характерного зеленого света, изображение, генерируемое устройством COTI является полностью настраиваемым, как с точки зрения яркости, контрастности, так и с точки зрения отображаемых цветов. У устройства COTI, помимо военного применения есть еще широкий ряд применений в других областях. Прибор будет невероятно полезен спасательным службам, пожарным, которые смогут видеть в условиях окружающей среды, затянутой плотным дымом. А модели устройства COTI следующего поколения будут изготавливаться с учетом требования установки их на оружие в качестве ночных прицелов.
  Военные инженеры США ведут испытания беспилотников размером с насекомые на военной базе в штате Огайо. Планируется, что эти беспилотные микроаппараты, в отличие от нынешних, смогут летать и выполнять задания самостоятельно, без помощи человека. Также их можно будет запрограммировать на то, чтобы наносить удары по определенным мишеням, вести поиск ядерного оружия и даже искать пострадавших от стихийных бедствий. Для их разработки инженеры взяли за образец движения птиц и насекомых. Причем ученых больше заинтересовали крылья насекомых, например бабочки-бражника, а не крылья птиц. Дело в том, что траектория движений пернатых гораздо более сложна, а летающих жуков скопировать куда проще. «Мы ищем способы сделать так, чтобы наши устройства остались незамеченными на виду у всех», – рассказывает инженер Грег Паркер. Держа в руках модель маленького беспилотника, инженер пояснил, что этот "механический ястреб", издающий при полете угрожающее жужжание, управляется компьютером. Пентагон резко увеличил использование беспилотных самолетов за последние два года. Как сообщается, ведомство уже запросило у Конгресса США почти $5 млрд. для покупки беспилотных летательных аппаратов в следующем году.
  Весьма интенсивно ведутся исследования в области экологии и охраны окружающей среды. Так химики из Университета Калифорнии в Санта-Крус разработали новый тип материала, который "вылавливает" отрицательно заряженные ионы загрязняющих веществ. Новый материал под названием SLUG-26 (этандисульфонат гидроксида меди) может использоваться для очистки загрязненной воды с помощью ионообменного процесса, похожего на умягчение воды. В процессе умягчения воды отрицательно заряженная ионообменная смола притягивает положительно заряженные загрязнители и освобождает нетоксичные положительно заряженные ионы натрия. В свою очередь SLUG-26 представляет собой положительно заряженное вещество, которое может притягивать отрицательно заряженные частицы загрязняющих веществ. Работа по созданию SLUG-26 длилась 12 лет и имела своей целью разработку материалов, способных задерживать опасные и трудно извлекаемые из воды вещества. SLUG-26 имеет слоистую структуру, состоящую из положительно заряженных двумерных листов с высокой способностью к проведению отрицательных ионов. В настоящее время исследователи пытаются использовать SLUG-26 для улавливания радиоактивного металла технеция, который является одной из основных проблем долгосрочного захоронения радиоактивных отходов.
  Cамоизвлекающаяся игла шприца разработана британскими специалистами из Университета Ноттингем Трент и компании Olberon Medical Innovations. Глава проекта Амин аль-Хабиби рассказал, что при протыкании стенки сосуда повышение давления сдвигает перемычку в шприце, которая активирует пружинный механизм. Он и выталкивает иглу обратно. Игла помещена в специальную пластиковую трубочку (канюлю), которая расширяет стенки сосуда и позволяет быстро ввести препарат непосредственно в кровоток. Как заявляют изобретатели, работа с новой иглой ничуть не сложнее, чем с обычной. Да и её стоимость должна будто бы остаться на прежнем уровне. Ранее в этом году Olberon Medical Innovations представила шприц, который анестезирует место инъекции перед введением иглы.
  Полимерные наносистемы медицинского направления становятся всё популярными. Однако многие учёные полагают, что лекарственные препараты, инкапсулированные в наночастицы, могут выводиться из организма в систему канализации, откуда могут попадать в окружающую среду, угрожая экологической безопасности. Такая обеспокоенность небезосновательна – результаты нового исследования демонстрируют, что полимерные наносистемы, уже использующиеся в медицине, могут адсорбироваться на поверхностях, типичных для окружающей среды. Мустафа Акбулут (Mustafa Akbulut) из Сельскохозяйственного и Технического Университета Техаса отмечает, что в настоящее время на рынке присутствует около двух десятков наномедицинских систем, при этом более сотни уже проходят клинические или предклинические испытания, однако мало что известно о судьбе наномедицинских систем в окружающей среде. Акбулут поставил задачу выяснить – могут ли выведенные «естественным путем» наномедицинские препараты адсорбироваться на растительной целлюлозе, которая, в свою очередь, может стать пищей животных или бактерий. Ранее была обнаружена тенденция к увеличению концентрации наночастиц при движении от подножия к вершине пищевой пирамиды, при этом в организм животных уже может попасть такое количество наночастиц, которое будет опасно для этих организмов. Акбулут подчеркивает, что целлюлоза представляет самую распространенную органическую молекулу в окружающей среде, поэтому, если существует опасность «утечки» наночастиц в окружающую среду, в первую очередь необходимо выяснить возможность взаимодействия наночастиц именно с целлюлозой.
Для моделирования возможного взаимодействия растений с выведенными из организма наночастицами исследователи из группы Акбулута изучили адсорбцию и десорбцию на поверхности целлюлозы полиэтиленгликолевых наночастиц, заполненных молекулами болеутоляющего препарата – ибупрофена. Поскольку полиэтиленгликоль является одним из немногих полимеров, чьи наночастицы прошли необходимую для использования в медицинских приложениях сертификацию, именно наночастицы из полиэтиленгликоля применяются в медицинской практике США чаще всего. Учёные получили наночастицы с размерами от 46 до 271 нм и изучили скорость их адсорбции на целлюлозе, а также – с какой скоростью наночастицы с различным размером будут десорбироваться с поверхности целлюлозы под действием омывающего эту поверхность потока воды. С помощью взвешивания на микровесах и атомно-силовой микроскопии было обнаружено, что для меньших по размеру наночастиц наблюдается лучшая адсорбция на целлюлозной поверхности.
  Давно известно, что асбест вреден для клеток человеческого организма: его волокна протыкают клетки насквозь, подобно копьям. Однако было неясно, почему асбест и другие наноразмерные материалы, которые явно велики для клеток, так их привлекают. И вот теперь группа ученых из университета Брауна объяснила, что происходит. С помощью молекулярных моделирований и экспериментов ученые установили, что определенные наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки, входят в клетку наконечником и почти всегда под углом 90 градусов. Это обманывает клетку, которая из-за округлого наконечника принимает частицу за сферу, а не длинный цилиндр. К тому моменту, когда становится ясно, что для поглощения частица слишком велика, уже бывает слишком поздно. «Это как если бы мы  проглотили леденец вместе с палочкой, длина которой превышает наш рост», сказал профессор Huajian Gao. Важность исследования высока в особенности потому, что наноматериалы, в том числе углеродные нанотрубки, рассматриваются в качестве средства поставки лекарственных препаратов в организме. Если ученые поймут окончательно, как частицы взаимодействуют с клетками, они смогут создать материалы, которые будут помогать, а не вредить нам.
  Однако учёным Великобритании удалось изобрести защитную капсулу, которая благополучно транспортирует "хорошие" бактерии в кишечный тракт организма человека. Это может вызвать стремительный рост производства пробиотиков. Ученые из Университета Вулверхэмптона разработали специальный тип биополимера, который защищает пробиотические бактерии от губительного воздействия желудочного сока и благополучно доставляет их в кишечник, где те начинают выполнять свою функцию. Новый биополимер полностью разлагается микроорганизмами, устойчив к воздействию желудочного сока и растворяется в кишечнике, обогащая флору живительными бактериями. Ученые продемонстрировали это на опыте, поместив штаммы лактобацилл и бифидобактерий, покрытых оболочкой, в смоделированный раствор желудочного сока на четыре часа. Бактерии без капсулы сохраняли жизнеспособность всего на протяжении двух часов и затем погибали. В своих исследованиях ученые использовали новые съедобные и нетоксичные биополимеры, способные защищать бактерии в течение срока годности препарата и после его приема внутрь. Ученые считают, что их открытие может произвести настоящий переворот в мире пробиотической индустрии. Существуют непрекращающиеся споры по поводу целесообразности производства пробиотиков, так как нынешние препараты не могут обеспечить транспортировку достаточного количества живых бактерий в кишечный тракт. Поэтому изобретение продукта, который бы стабильно доставлял одинаковое количество бактерий в кишечник, существенно изменит отношение к этому вопросу и поспособствует производству более качественных пробиотических продуктов питания, предотвращающих гастроэнтерологические, зубные и респираторные заболевания. Новый биополимер имеет также потенциал для клинического применения за пределами пробиотической индустрии. Например, для повышения степени всасываемости кальция в кишечнике, что благоприятно скажется на структуре костей и общем физическом состоянии организма. Полимер также можно использовать в производстве нестабильных препаратов, которые растворяются в желудочно-кишечном тракте.
  Американские химики создали "зеленую" батарейку из водорослей, заменив применяемый в литий-ионных аккумуляторах фторопласт, производство которого наносит урон окружающей среде, о чём заявили в статье, опубликованной в журнале Science. «Мы полагаем, что дешевые, емкие и долгоживущие "зеленые" батареи оставят свой след в жизни человечества. Такие аккумуляторы можно будет использовать для производства "долгоживущих" электромобилей, мобильных телефонов и ноутбуков – и при этом производство таких устройств не будет вредить окружающей среде», – заявил один из авторов работы Глеб Юшин из Технологического института штата Джорджия (США). Группа ученых под руководством Игоря Лузинова из университета города Клемсона (США) установила, что алгинаты хорошо проводят электрический ток. Эти соединения извлекаются из бурых водорослей и используются в пищевой промышленности и фармацевтике в качестве загустителей или антацидов – нейтрализаторов кислот. «Мы обратили наше внимание на водоросли, которые растут в соленой воде – в ней концентрация ионов особенно высока. Электроды в аккумуляторе погружены в раствор электролита – жидкость, в которой "растворено" большое количество ионов. Мы подумали, что водоросли, живущие в такой агрессивной среде как морская вода, могут быть идеальным кандидатом для "клея", который соединяет электроды в аккумуляторе», – пояснил Лузинов. Как правило, анод – отрицательный полюс литий-ионных аккумуляторов – изготавливается из графитового порошка и полимерного загустителя. Такая конструкция может проводить ток даже в застывшем виде – при движении и тряске электролит в таком аккумуляторе не прольется. Считается, что кремниевый порошок примерно в 10 раз эффективнее графита в качестве активного вещества анода. С другой стороны, частицы кремния расширяются и сжимаются при изменении емкости батареи – через несколько циклов такой анод разваливается. Лузинов и его коллеги обнаружили, что загуститель из алгинатов сжимается и расширяется вместе с кремнием, и анод остается целым. Как отмечают ученые, экспериментальный источник питания с кремниевым анодом оказался примерно в 8 раз эффективнее, чем «обычный» литий-ионный аккумулятор. В отличие от них, "зеленая" батарея не теряла своей емкости даже после 1300 циклов перезарядки – за это время современные аккумуляторы могут потерять от 10 до 40% своей емкости. Кроме перспективных «кремниевых» батарей, эти вещества могут применяться и для производства литий-ионных аккумуляторов с графитовым анодом.
  По своему энергетическому потенциалу батареи, основанные на сочетании магния и серы, способны обойти литиевые. Но до сих пор никто не мог заставить эти два вещества дружно работать в аккумуляторной ячейке. Теперь, с некоторыми оговорками, это удалось группе специалистов в США. Учёные из тойотовского исследовательского института в Северной Америке (TRI-NA) попытались решить главную проблему, стоящую на пути создания магниево-серных батарей (Mg/S). По информации Green Car Congress, для задействования магния в роли анода химикам до сих пор удавалось применять только нуклеофильные электролиты, что исключало работу в паре с данным металлом электрофильных катодов, таких как сера. Ведь указанные электролиты сразу выводили катод из строя, вступая в ненужные реакции. Фактически для пары Mg/S до сих пор не существовало никакого приемлемого электролита, который был бы совместим с обоими элементами. А ведь такой аккумулятор очень привлекателен, поскольку его теоретическая плотность энергии – более 4000 Вт-ч/л. Создать подходящий ненуклеофильный электролит авторам работы удалось в реакции гексаметилдисилазид хлорида магния и трихлорида алюминия. Получились кристаллические частицы [Mg2(μ-Cl)36THF]+, способствовавшие стабилизации и активности электролита. Учёные собрали опытную батарейку размером с монетку, применив магниевый анод, сепаратор, катод из серы, смешанной с сажей и полимерным связующим, и новый электролит. Фактически получился первый перезаряжаемый аккумулятор типа Mg/S. Удельную энергоёмкость литий-воздушных батарей удалось значительно повысить.
Новый тип аккумуляторов может запасать вчетверо больше энергии на единицу веса, чем традиционные литий-ионные накопители. Литий-воздушные батареи считаются перспективным средством аккумуляции энергии, которое может потеснить своих предшественников в различных областях. Их особенностью является катод из пористого углерода, который запасает находящийся в воздухе кислород. При разряде ионы лития движутся с литиевого анода через электролит и вступают в реакцию с кислородом, образуя оксид или пероксид лития. Параллельно с анода на катод движутся электроны, что в итоге и даёт ток. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) использовали в качестве катода «ковёр» из углеродных волокон диаметром около 30 нм, выращенный на керамической подложке с помощью CVD-процесса. «Нам удалось получить структуру, в которой 90% объёма занимает свободное пространство для размещения участвующего в реакции материала», – рассказывает руководитель проекта Ян Шао-Хорн. Прежнее достижение годовой давности заключалось в создании более сложной углеродной структуры, в которой на долю «пустоты» приходилось 70% объёма. Удельная энергоёмкость новых аккумуляторов достигла 2 500 Вт•ч/кг; для сравнения: у литий-ионных батарей она составляет около 600 Вт•ч/кг. Ещё одним достоинством является упорядоченная форма углеродных волокон, благодаря чему можно наблюдать за поведением электрода под электронным микроскопом.
  Комбинируя чередующиеся слои нанометровых и микрометровых частиц, команда инженеров из Университета Миннесоты смогла повысить эффективность солнечной панели на целых 26%. Новая конструкция фотоэлектрической панели основана на микроскопических сферах, в которых свет «рикошетит» и используется максимально эффективно. Ученые сосредоточили свои усилия на совершенствовании перспективных солнечных ячеек, известных как солнечные элементы на сенсибилизированном красителе (DSSC). Они изготавливаются из диоксида титана (TiO2), светочувствительного материала, который обходится дешевле, чем традиционные кремниевые солнечные батареи. Кроме того, современные солнечные панели быстро приближаются к теоретическому пределу своей эффективности, в то время как DSSC потенциально имеют намного больший КПД. К сожалению, до сих пор от DSSC удавалось добиться лишь на 10% большей эффективности, но открытие американских ученых может решить эту проблему. Одной из причин низкой эффективности является то, что свет инфракрасной части спектра плохо утилизируется солнечной ячейкой. Новый слоистый дизайн увеличивает путь света через солнечные ячейки и преобразует в электроэнергию больший диапазон электромагнитного спектра. Новые ячейки состоят из микронных сфер с нанометровыми порами между слоями наноразмерных частиц. Сферы, сделанные из TiO2, действуют как плотно упакованные пружинящие столбики в игре пинбол. Они «отфутболивают» фотоны и заставляют их метаться внутри поля сфер, после чего фотоны проходят через ячейку солнечной панели. Каждый раз, когда фотон ударяется об одну из сфер, производится небольшой электрозаряд. Интерфейс между слоями также помогает повысить эффективность преобразования света в электричество, действуя как зеркало и сохраняя свет внутри солнечной панели. Новая технология увеличения эффективности сбора и трансформации солнечного света в энергию может быть легко интегрирована в существующие коммерческие панели типа DSSC.
  Эти новые разработки только небольшая часть исследований, позволяющих революционно изменить технологии в промышленности и медицине.