Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг ресурсов "УралWeb"

Rambler's Top100

Вы здесь: Главная // Аналитика

АКАДЕМИК ЕВГЕНИЙ КАБЛОВ: РОССИЙСКАЯ НАУКА - ИСТОЧНИК ЗНАНИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ШЕСТОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УКЛАДА

Добавлено: 2017-09-21, просмотров: 48


Источник: Поиск



Сейчас мир стоит на пороге новой научно-технологической революции, заключающейся в переходе к постиндустриальному обществу и построению нового социально-экономического явления - экономики знаний. Фундаментальные и поисковые исследования, переходящие в новые, прорывные технологии, и затем вывод на рынок инновационной продукции, высокие инвестиции в человеческий капитал обеспечивают развитым странам мира их технологическое лидерство, а основным источником роста экономики этих стран является производство знаний и высоких технологий.

По мнению академика РАН А.Г. Аганбегяна, “важнейшее свойство экономики знаний в том, что она оказывает значительный мультипликативный эффект на развитие всех других отраслей. Это во многом объясняет увеличение отрыва развитых стран от всех остальных”.

В нашей стране ведущей научной организацией, главной задачей которой является проведение и развитие фундаментальных и поисковых научных исследований, направленных на получение новых знаний о законах развития природы, общества, человека, всегда была Академия наук. Но, в силу ряда обстоятельств, в постперестроечные годы возникла и постоянно увеличивается явная несбалансированность между проводимыми в стране фундаментальными и прикладными исследованиями вследствие нарушения кооперационных связей между РАН, отраслевой наукой, промышленностью и бизнесом, что влечет за собой как снижение эффективности получения этих знаний, так и их невостребованность отечественной экономикой. А без этого нельзя говорить о какой-либо инновационной экономике, так же как невозможно строить дом, не возведя фундамент.

Нужно отметить, что в СССР понимали важность неразрывности фундаментальных и прикладных исследований и внедрения их результатов в промышленность, поэтому уже в первом Уставе Академии наук СССР 1927 года было прямо определено: “Академия наук Союза ССР имеет следующие задачи: ...изучать естественные производительные силы страны и содействовать их использованию; приспособлять научные теории и результаты научных опытов и наблюдений к практическому применению в промышленности и культурно-экономическом строительстве Союза ССР”. И начавшаяся в следующем 1928 году первая пятилетка развития народного хозяйства получила крепкую научную основу, позволившую в кратчайшие сроки провести индустриализацию, которая превратила молодое советское государство из преимущественно аграрной страны в ведущую индустриальную державу. Кроме этого, Отделение гуманитарных наук АН СССР с успехом выполнило задачу проведения “культурной революции”, в результате чего общий культурный и образовательный уровень граждан СССР за последующие два десятилетия заметно вырос.

Сегодня крайне важно определить критические направления исследований, которые будут способствовать построению в России экономики знаний и широкому внедрению инноваций и позволят сократить отставание от стран - технологических лидеров в переходе в новый, шестой технологический уклад. Эти направления должны быть четко прописаны в нормативных документах: Государственной программе фундаментальных и поисковых исследований в Российской Федерации, Уставе РАН, Стратегии развития РАН на среднесрочную перспективу и ряде других. Без этого Россия может вступить в затяжной экономический и технологический кризис. По мнению академика РАН С.Ю.Глазьева, многие страны уже вышли на линию устойчивого роста нового технологического уклада, который ускоряется с темпом более 20% в год, в то время как другие страны, в том числе и Россия, остаются на месте и не в состоянии проводить системную политику экономического и технологического развития.

Шестой технологический уклад характеризуется развитием когнитивных и образовательных технологий, биотехнологий, связанных как с производством продуктов питания, так и с медициной и фармацевтикой и основанных на достижениях молекулярной биологии и генной инженерии; систем искусственного интеллекта и квантовых технологий; глобальных информационных сетей и цифровых технологий; интегрированных высокоскоростных транспортных систем; новых видов и способов получения энергии. На новый технологический уровень выходят гибкие автоматизированные производства для обрабатывающей промышленности, создание материалов с заранее заданными свойствами, экологически чистая энергетика на новых физических принципах и применение возобновляемых источников энергии.

Особую роль в реализации этих направлений развития науки, экономики и общества должны играть тематические отделения Российской академии наук:

1. Отделение сельскохозяйственных наук является одним из основных игроков в обеспечении продовольственной безопасности, проводя и координируя научные исследования в сельскохозяйственных науках, особенно в части адаптивно-дифференцированного использования природных ресурсов, биологической защиты сельскохозяйственных культур, разработки научных принципов и практических приемов регуляции численности и снижения вредоносности особо опасных организмов.

Россия обладает третьей в мире площадью пахотных земель, уступая только США и Индии, но при этом урожайность с одного гектара сильно уступает показателям зарубежных стран, в том числе и в силу неблагоприятных природно-климатических условий: многие сельскохозяйственные угодья расположены в зонах рискованного земледелия и характеризуются низким плодородием. Среднегодовые приросты продуктивности сельского хозяйства будут, по ряду прогнозов, снижаться, если не произойдет активное внедрение радикальных технологических инноваций. Отделение сельскохозяйственных наук может и должно приложить все усилия для решения этой проблемы.

В 2015 году Президент Российской Федерации призвал агропромышленный комплекс интенсифицировать работы: “Россия может стать крупнейшим в мире поставщиком здоровых, экологически чистых и высококачественных продуктов питания”.

Для того чтобы к 2020 году полностью обеспечить страну отечественными продуктами питания, необходимо предусмотреть самое широкое участие Отделения сельскохозяйственных наук в реализации Федеральной научно-технической программы развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы, утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации от 25 августа 2017 года №996.

Академия наук может и должна участвовать в реализации мероприятий, направленных на развитие конкурентоспособного отечественного производства пищевых ингредиентов и биологически активных веществ, используемых в пищевой промышленности и при производстве кормов для различных видов животных и объектов аквакультуры, а также производства современных и высокоэффективных ветеринарных препаратов, ветеринарных и фитосанитарных диагностикумов, биопестицидов, средств профилактики эпизоотий и эпифитотий, средств химической защиты растений.

Все эти задачи возможно решить только при проведении комплексных междисциплинарных исследований, в которых самое активное участие должно принять Отделение биологических наук.

Таким образом, только Академия наук может комплексно решить фундаментальные задачи сельского хозяйства России для достижения технологической независимости в сфере АПК и развития технологий, способствующих переходу в шестой технологический уклад. К этим задачам можно отнести:

- разработку биотехнологий, технологий геномной и клеточной инженерии;

- организацию системы точного земледелия с использованием беспилотной и космической техники;

- широкое применение цифровых технологий (например, анализа микробиомов почв) для радикального повышения качества возделывания земель и территориальной специализации сельхозпроизводства.

Совместно с Отделением наук о Земле следует проводить исследования по изучению влияния изменений климата на условия ведения сельского хозяйства. Кроме того, Отделению наук о Земле совместно с Отделением химии и наук о материалах необходимо скоординировать исследования в рамках создаваемой национальной сети центров климатических испытаний.

2. В области гуманитарных наук Отделению историко-филологических наук необходимо увеличить количество исследований, направленных на сохранение богатого исторического, этнокультурного, духовного наследия народов России. Только при активном участии Академии можно сформировать столь необходимую в настоящее время национальную идею, идеологию государственного и общественного строительства.

Необходимо кардинально улучшить ситуацию с финансированием гуманитарных и общественных наук. Поддержка проектов именно в тех областях исследований, в которых российские ученые занимают лидирующее положение в мире (развитие Национального корпуса русского языка, составление словарей современного русского языка, издание исторических словарей русского языка), является задачей национального значения и способствует формированию национальной русской идентичности. Отечественная культура должна строиться с учетом опыта развития народов России на основе исторических, этнографических, археологических исследований. Утрата собственного языка и, как следствие, культуры - это путь к зависимости нашего государства от зарубежных стран, подчинение так называемой “западной цивилизации”.

3. В области социально-экономического развития Российской Федерации Отделение общественных наук должно принимать активное участие в формировании долгосрочных программ развития страны, определять политические, экономические, философские и социальные тренды и их сценарные экстраполяции, проводить исследования технологических и экономических механизмов и инструментария модернизации экономики страны, прогнозировать среднесрочные и отдаленные институциональные, экономические и технологические эффекты.

Одной из первоочередных задач может стать решение актуальной проблемы, стоящей перед российской наукой в целом, - совершенствования системы организации управления правами на результаты интеллектуальной деятельности.

Академия наук усилиями Отделения глобальных проблем и международных отношений должна принимать активное участие в формировании внешней политики страны.

4. Важнейшую задачу, без которой невозможен переход в следующий технологический уклад, - разработку искусственного интеллекта и квантовых технологий - в настоящее время способны совместно решить Отделения математических наук, нанотехнологий и информационных технологий, физических наук. Развитие квантовых технологий откроет новые перспективы в использовании квантовых алгоритмов, создании и моделировании сложных физических, биологических систем, новых методов передачи, приема и обработки информации. В свою очередь, это даст толчок к развитию большого числа приложений в научно-технической, экономической и социальной сферах деятельности общества. Задачи развития квантовой связи сопряжены с созданием и совершенствованием фотонных технологий и новых фотонных материалов как для распределенных квантовых линий связи, так и для классических оптоэлектронных или полностью оптических интегральных устройств. Необходимо также развивать технологии атомного масштаба, с использованием которых можно “собирать” элементы систем из отдельных атомов или молекул, что может быть реализовано Отделением физических наук. В этой связи требуется разработка новых физических принципов и подходов для создания необходимых материалов и структур, новых экспериментальных методов и метрологического обеспечения.

Особое внимание следует уделить развитию и внедрению в России цифровых технологий, которые в ближайшие 10-15 лет будут одним из приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации. Создание концепции цифровых платформ для исследований и разработок должно быть одной из первостепенных задач междисциплинарных исследований Отделений математических наук и нанотехнологий и информационных технологий.

5. Масштабные задачи стоят перед Отделением энергетики, машиностроения, механики и процессов управления. Создание научно-методической базы для реализации энергетической стратегии России с учетом потенциала энергоресурсной, энергогенерирующей и энергопотребляющей подсистем единого энергетического комплекса, включая разработку сетевых компьютерных комплексов, в перспективе сможет значительно повысить энергоэффективность российской промышленности, позволит вплотную подойти к созданию нового поколения установок генерации и транспортировки энергетических потоков высокой плотности. Результаты проводимых исследований должны лечь в основу экологически чистой энергетики на новых принципах. Применение возобновляемых источников энергии необходимо увеличить до уровня ведущих зарубежных стран.

Ключевой междисциплинарной задачей, с учетом больших запасов в России углеводородного топлива, в первую очередь природного газа, является создание электрогенерирующих газотурбинных силовых установок мощностью 300-450 МВт с коэффициентом полезного действия 60-70% и ресурсом работы турбины до 100 000 часов.

Важным приоритетом научно-технологического развития Российской Федерации является переход к роботизированным системам. Отделение должно на основе математических моделей провести исследования в области человеко-машинных систем, создать новую методику исследований в штатных и нештатных ситуациях для гражданских и оборонных объектов новых поколений, функционирующих в экстремальных условиях (атомные и термоядерные установки, авиационные и ракетно-космические системы, сложные климатические условия).

Нужно отметить, что предложения Отделения, внесенные в прогноз развития фундаментальных и поисковых исследований академического сектора науки до 2030 года, чрезвычайно интересны и перспективны, однако крайне необходима кооперация с отраслевыми институтами и предприятиями реального сектора экономики для передачи полученных знаний в прикладные НИР, ОТР и ОКР и создания технологий высокого уровня готовности, что позволит нашей стране в среднесрочный период выйти в мировые лидеры в робототехнике.

6. Важнейшее направление, определяющее новый технологический уклад и напрямую влияющее на повышение качества жизни в нашей стране, - проведение фундаментальных и поисковых исследований по важнейшим проблемам в области медицинских и биологических наук, разработка новых высокотехнологичных методов клинической и профилактической медицины. Создание эффективной конкурентоспособной экономики невозможно без обеспечения условий для сохранения и укрепления здоровья, работоспособности и продления жизни граждан.

Сейчас отечественная медицина в основном импортозависима, российские фармацевтические компании выпускают лекарственные средства главным образом на основе зарубежных субстанций, используя при этом приборы и реактивы импортного производства. Механизм отбора и передачи результатов фундаментальных и поисковых исследований на стадию прикладных работ и разработки опытных образцов инновационных препаратов, продуктов, технологий и проведения их доклинических исследований отсутствует, тем самым разрушая единую инновационную цепочку “идея - лаборатория - производство - клиника”.

Крайне необходимо реализовать импортозамещение в медицинской науке, наладить кооперационные связи между медицинскими лабораториями и фармпредприятиями.

Вместе с тем следует отметить, что Отделения медицинских наук и физиологических наук в настоящее время наиболее эффективно исправляют сложившуюся ситуацию. Ряд утвержденных документов федерального уровня (Стратегия развития медицинской науки в Российской Федерации на период до 2025 года, План мероприятий по реализации Стратегии развития медицинской науки в Российской Федерации на период до 2025 года, научные платформы по приоритетным направлениям развития медицинской науки), а также созданные кооперационные связи в рамках технологической платформы “Медицина будущего”, в которой принимают участие 64 академических института, направлены на создание проектов полного инновационного цикла - от лаборатории до клиники.

Тем не менее для координации работ по медицинским направлениям целесообразно разработать и утвердить Государственную программу развития медицинской науки до 2030 года. Определяющую роль в проведении исследований должны играть академические институты, при этом программа должна носить межведомственный и междисциплинарный характер и учитывать интересы как гражданского, так и военного секторов экономики.

7. Россия обладает практически всеми видами запасов минерального и углеводородного сырья, богатыми водными ресурсами, и огромная заслуга в разведке и освоении месторождений полезных ископаемых принадлежит предшествующим поколениям геологов, геофизиков, океанологов, географов и экологов, обеспечивших нашей стране сырьевую безопасность и суверенитет.

Вместе с тем в постперестроечные годы происходила интенсивная эксплуатация месторождений с использованием малоэффективных технологий добычи, переработки и транспортировки сырья, что на фоне сократившихся георазведочных работ уже в ближайшие годы может крайне негативно отразиться на добывающей отрасли страны. И потому высокая ответственность ложится на Отделение наук о Земле, которое должно разработать новые подходы и парадигмы поиска и разведки новых месторождений, создать эффективные технологии добычи и соответствующее оборудование для обеспечения разработки труднодоступных месторождений. Целесообразно совместно с Отделением химии и наук о материалах разработать новые “зеленые” технологии переработки сырья высокого уровня передела.

Особое внимание следует уделить океанологическим исследованиям в силу актуальности Мирового океана в качестве сырьевого источника, логистического коридора, места формирования глобального климата.

8. Отделение химии и наук о материалах должно проводить фундаментальные, поисковые и прикладные исследования согласно одному из основных приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации - разработке материалов нового поколения и способов их конструирования. Наибольшее внимание следует уделить таким направлениям, как разработка основ синтеза новых органических, элементоорганических, неорганических и полимерных веществ, что в дальнейшем может позволить российской химической отрасли отказаться от значительной части импортных компонентов; разработка новых ресурсо- и энергосберегающих металлургических и химико-технологических процессов, что будет способствовать повышению конкурентоспособности продукции отечественных металлургического и химического комплексов на мировом рынке, и, конечно же, аддитивные технологии, которые являются одним из главных мировых трендов новой научно-технологической революции.

По инициативе ФГУП “ВИАМ” в 2011 году с учетом приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, тенденций развития материалов в мире, стратегий инновационного развития интегрированных структур были разработаны “Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года”. В создании этого документа принимали участие 80 научно-исследовательских и конструкторских организаций, в том числе институты РАН. В декабре 2011 года он был одобрен Научно-техническим советом Военно-промышленной комиссии РФ. Стратегические направления были актуализированы на 2017-2030 годы в соответствии со Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации.

В документе заложены базовые принципы создания материалов нового поколения и сложных технических систем:

- фундаментальные и поисковые исследования для создания опережающего научно-технического задела с широким применением многоуровневого математического моделирования материалов на нано-, микро-, мезо- и макроуровнях;

- “зеленые” технологии при создании материалов и комплексных систем защиты человека и сложных технических систем;

- реализация полного жизненного цикла с использованием цифровых технологий (создание материала - эксплуатация в конструкции - диагностика, ремонт, продление ресурса - утилизация);

- неразрывность цепочки “материал - технология - конструкция”.

Одним из направлений, полностью соответствующих этим принципам создания материалов нового поколения, является разработка аддитивных технологий - наиболее динамично развивающаяся область “цифрового производства”, позволяющая значительно повысить эффективность и результативность экспериментального производства, проведения НИР, ОТР и ОКР, ускорить процессы подготовки производства, изготавливать серийную продукцию, отказавшись от избыточного процесса металлообработки, свойственного традиционным способам производства. Аддитивные технологии сегодня - самый перспективный способ производства изделий сложной конфигурации, позволяющий, например, вырастить “деталь в детали” или деталь с переменными по толщине свойствами материала, изготовить сетчатые конструкции, которые невозможно получить ни литьем, ни механической обработкой, такие как чрезвычайно сложные системы охлаждения (причем целые узлы, собранные из нескольких составляющих, можно заменить одной деталью). Важной и уникальной особенностью этих технологий является возможность изготавливать детали, спроектированные на основе бионических принципов, то есть максимально воспроизводить объект - как если бы его создала сама природа (например, эндопротез пустотелой кости).

Технологии аддитивного производства могут стать “точками роста” инновационной экономики России, и для ответа на этот вызов необходимо проведение большого количества фундаментальных, поисковых и прикладных исследований в кооперации с исследовательскими университетами, государственными научными центрами, промышленными предприятиями и бизнес-структурами. Особенностью этой проблемы является ее междисциплинарный и межведомственный характер, так как результат достигается в единстве составляющих аддитивных технологий: “материал - конструкция - математические модели - программное обеспечение - технологии - оборудование”.

Аддитивные технологии - одна из основ шестого технологического уклада. Для выполнения принятых руководством нашей страны решений о создании и внедрении аддитивных технологий в различных отраслях отечественной экономики необходимо объединить и скоординировать усилия всех ученых России для реализации следующих задач:

а) создание в Российской Федерации единой информационной среды на базе цифровых технологий для проектирования и изготовления изделий, для чего необходимо разработать отечественное программное обеспечение (ПО), включающее в себя:

- САПР для 3D-моделей (CAD-системы),

- ПО для управления процессами послойного синтеза, в том числе для подготовки и экспорта 3D-моделей,

- ПО для генерации слоев и поддержки (САМ-системы),

- ПО для расчета топологической оптимизации (в том числе с использованием бионического дизайна) деталей (САЕ-системы),

- ПО для управления жизненным циклом изделия (PLM-системы);

б) разработка отечественных металлических и неметаллических порошковых композиций для синтеза деталей сложной геометрии;

в) разработка отечественного оборудования для аддитивных технологий, в том числе источников теплового излучения (лазер / электронный луч / плазмотрон), систем точного позиционирования (сканирующие системы), систем подачи порошковых композиций, манипуляторов и проч.

Для реализации вышеперечисленных задач необходима консолидация различных отделений РАН. Отделение математических наук, Отделение физических наук и Отделение нанотехнологий и информационных технологий должны разработать методы математического моделирования с дальнейшим построением вычислительной модели с учетом сложной топологии, методы анализа и синтеза сложных процессов, компьютерные системы автоматического проектирования и PLM-системы. Отделение химии и наук о материалах должно проводить исследования в области получения металлических и неметаллических порошковых композиций с заранее заданными свойствами и разрабатывать новые методы послойного синтеза. Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления должно разрабатывать методы построения гибких автоматизированных аддитивных производств. Отделение медицинских наук должно взять на себя задачу создания высокотехнологичных протезов, используемых в кардиохирургии, стоматологии, ортопедии, спинальной и пластической хирургии, разработать требования и прототипы инструментария и приборов медицинского назначения для хирургии, создаваемых по аддитивным технологиям.

Подводя итог, нужно отметить, что Российская академия наук должна стать инициатором и координатором крупных “прорывных” проектов, имеющих межведомственный и системообразующий характер для всей промышленности, да и экономики в целом.

Есть замечательное высказывание выдающегося советского ученого, лауреата Нобелевской премии академика АН СССР П.Л.Капицы: “Техническое творчество и все виды научного творчества могут развиваться только одновременно, идя рука об руку, а независимо они существовать не могут”. Российская академия наук должна быть открыта для сотрудничества, реализации новых, прорывных идей, полученных в результате проводимых исследований и способных кардинально улучшить качество жизни в нашей стране, повысить благосостояние населения и укрепить национальную безопасность. Только так мы сможем построить экономику нового типа - экономику знаний.