 |
Глобальные тенденции в научно-технологическом развитии
|
|
|
|
В форсайтных исследованиях проводимых во всем мире эксперты выделили следующие основные тенденции научно-технологического развития: усиление конвергенции технологий; усиление диффузии современных высоких технологий в среднетехнологические сектора производственной сферы; растущее значение мультидисциплинарности научных исследований; усиление воздействия новых технологий на управление и организационные формы бизнеса, стимулирующее развитие гибких сетевых структур. В рамках каждой из этих тенденций формируются многообещающие новые технологии и области науки с точки зрения их потенциального применения в различных сферах человеческой деятельности. Эти технологии потенциально являются ответами на глобальные вызовы и формируют новый технологический образ мира. Сценарии долгосрочного развития России, уже идущие процессы модернизации экономики не могут не учитывать этих тенденций и связанных с ними технологий, которые во многом будут определять как сами будущие рынки, так и конкурентоспособность стран на них.
2.3.1 Усиление конвергенции технологий, формирование на этой базе в странах-лидерах нового технолого-экономического "ядра"
В настоящее время в западной научной литературе закрепился термин «конвергенция технологий» или «конвергентные технологии» под которым понимается широкий круг процессов – как конвергенция отдельных областей наук, так и непосредственно технологий. Следует отметить, что при этом высказываются две крайние точки зрения на существо самого процесса конвергенции:
– простая междисциплинарная конвергенция на основе горизонтального влияния нанотехнологии на другие технологии[22],
|
|
|
- появление полностью новых направлений науки и технологии, которые в будущем будут развиваться по своим собственным траекториям[23].
Подтверждением идущих процессов конвергенции могут служить государственная стратегия финансирования новых направлений, библиометрические и патентные показатели, растущая научно-техническая кооперация в областях КТ (альянсы и сети), диверсификация деятельности частных компаний (компании ИКТ развивают аутсорсинг с биотехничеким бизнесом), потоки венчурного капитала, политика университетов (перестраиваются учебные курсы), создание научно-промышленных кластеров. Библиометрические исследования свидетельствуют о том, что за последние 10 лет резко возросло число публикаций в сферах «пересечения» областей КТ. В частности, результаты библиометрического анализа мировых научных публикаций за 1999-2001гг, проведенного японскими экспертами с использованием картирования, показали развитие тесных связей между рядом научных направлений. В их числе, бионауки – химический синтез - наноматериалы и устройства – сверхпроводимость и компьютерные науки, бионауки – окружающая среда, бионауки – когнитивные науки – социальные науки.[24]
Наибольшие ожидания эксперты связывают с развитием нанотехнологии, которая становится стержнем формирования новых отраслевых комплексов. В связи этим выделяют несколько видов кластеров: нанотехнология + ИКТ; нанобиотехнология + ИКТ; когнитивные науки + ИКТ; нанотехнология + материаловедение + ИКТ. Развитие нанотехнологии основано на интеграции целого ряда дисциплин: химии, физики, механики, материаловедения, электроники и т.д. В краткосрочной перспективе применение нанотехнологий скажется, прежде всего, на традиционных отраслях, в долгосрочной перспективе наиболее «прорывные» достижения дадут толчок к появлению новых секторов и рынков.[25] Произойдет трансформация промышленных отраслей и межсекторских связей. (Одним из примеров такой трансформации может служить новый комплекс «креативных» технологий, объединивший свыше 10 подотраслей промышленности и услуг, связанных с промышленным и художественным дизайном).[26]
|
|
|
Конвергенция технологий носит взаимонаправленный характер. Так, прогресс в нано- и биотехнологиях зависит от постоянного повышения чувствительности и точности измерительного оборудования, мощности информационных систем обработки данных, фактически от прогресса информационных технологий, опирающегося в настоящее время на инновации в области нанотехнологий. Не только компьютерные технологии оказывают большое влияние на развитие биотехнологий, но наблюдается и обратный процесс, например, в разработке ДНК-компьютеров.
Для информационных технологий переход на наноуровень может означать создание трехмерных наноструктур и компонентов с другими носителями информации – на смену заряда электрона придут другие характеристики его состояния - фотоны или спины. Переход к транзисторным структурам нанодиапазона послужит основой нового поколения вычислительных систем, обеспечивающих значительное увеличение информационных плотностей, скорости вычислительного процесса при существенном уменьшении потребляемой мощности. Будет значительно расширено использование мобильных и распределенных информационных систем прежде всего за счет практической разработки нанопамяти, которая придет на смену флэш-памяти, сетевых кремниевых нано-лазеров и т.д.
Современные, наиболее перспективные исследования и разработки в области биотехнологии и биомедицины также вышли на наноуровень, в их числе работы в области генной инженерии (молекула ДНК в ширину имеет 3 нанометра), биосовместимое протезирование (искусственные молекулы), целевая доставка лекарств в больные клетки с помощью наночастиц и многое другое. О направлениях биотехнологии, перед которыми стоит задача улучшения понимания процессов, дающих жизнь клеткам, можно также говорить как о разделах нанотехнологии или бионанотехнологии. Основные работы в области биоинформатики направлены на исследование геномов, анализ и предвидение структуры белков, изучение взаимодействий молекул белка друг с другом и другими молекулами, а также моделирование процессов эволюции. В науке появился термин "биология in silico", буквальный смысл которого - "биология на кремнии", или иными словами, проведение биологического эксперимента на компьютере.
|
|
|
Общий объем накопленной информации таков, что на первый план выходит системная биология, цель которой - не просто объединить достижения, полученные различными методами, но интегрировать имеющиеся знания и перевести их на качественно новый уровень. Новые разработки в биоинформатике и генетике, например, так называемая фармакогенетика (изучение взаимосвязей между болезнями, генами, протеинами и фармацевтическими средствами), дадут медицине такой инструмент лечения человека как подбор лекарств и средств воздействия в зависимости от его генетической предрасположенности, а также конструирование лекарств направленного действия. Компьютерные технологии в таких разработках незаменимы. Наномедицина может изменить традиционное представление о болезни и здоровье человека и в конечном итоге привести к медицине, основанной на предвидении и предотвращении вместо лечения заболеваний. Более того, если создание наноприборов, как одна из наиболее радикальных форм нанотехнологий, получит существенное развитие, ее можно будет отнести к числу важнейших разработок в истории технологий. В США межведомственная рабочая группа по нанотехнологиям пришла к заключению, что «социальное воздействие этих разработок может быть больше, чем совокупное воздействие таких технологий как кремниевые интегральные микросхемы, синтетические полимеры и компьютерное проектирование»[27].
В ближайшей и среднесрочной перспективе прикладное значение NBIC-технологий будет связано прежде всего с нано- и биомедициной. Центр технологического прогнозирования Азиатско-Тихоокеанского Экономического Сотрудничества (АТЭС) предсказывает появление первых практических разработок селективных наносенсоров и лекарственных нанооболочек в трехлетний период, а начало использования новых систем медицинской диагностики и методов воздействия на человеческие клетки для восстановления отдельных органов к 2013 г.. Предполагается, что фармацевтическая промышленность США первую коммерческую отдачу от выхода на рынок лекарств, созданных на базе научных достижений Национальной инициативы в сфере нанотехнологий, начнет получать уже в ближайшие 5 лет.[28]
|
|
|
По мнению европейских экспертов, окончательное формирование полного комплекса конвергентных технологий (нано-био-инфо-когно), и изменение на его базе траектории социально-экономического развития, можно ожидать не ранее 2020г. Практическое использование конвергентных технологий в будущем будет характеризоваться такими особенностями, как всепроникаемость (новые технологии сформируют невидимую техническую инфраструктуру); неограниченная информационная доступность (возможность получить информацию о любых процессах и свойствах); конструирование человеческого сознания и тела (электронные имплантаты и физические модификаторы позволят улучшить возможности человека); индивидуализация (исследования в области нанобиотехнологии позволят создавать лекарства, учитывающие особенности конкретного генома, что даст возможность избежать побочных эффектов).[29]
Государственная политика и политика корпораций в области стимулирования КТ
Фундаментальные исследования в области конвергентных технологий носят стратегический характер. В долгосрочной перспективе их результаты будут положены в основу существенно преобразованных высокотехнологичных отраслей, которые в немалой степени будут определять инновационный, экономический и оборонный потенциал страны. В США государство берет на себя не только значительную часть ассигнований на фундаментальные и отчасти прикладные исследования в области информационных, нано- и биотехнологий, но, что не менее важно, организует и координирует эти исследования через Национальную Инициативу в области нанотехнологий (National Nanoscale Initiative - NNI) или Федеральную программу исследований и разработок в области сетевой и информационной технологии (Federal Networking and Information Technology Research and Development Program – NITRD), а также многочисленные программы ведущих ведомств.
Конвергенция пронизывает многие приоритетные направления исследований, финансируемые государством. Программа NITRD, например, на начальном этапе своего формирования в начале 1990-х годов представляла собой масштабную, но узкоцелевую программу межведомственных исследований, ориентированную на достижение значительного прогресса в производительности вычислительных систем и возможностей информационных сетей. По мере расширения задач программы и ее финансирования (прогноз на 2009 г. - 3,5 млрд.долл.) в число важнейших составляющих были включены вопросы взаимодействия человека и машины, компьютерного моделирования биосистем, наноинформационных исследований и разработок (например, разработка компьютерных программ для искусственных микро- и наносистем) и многое другое.
|
|
|
Очень интересные инновационные перспективы, постепенно проступающие по ходу реализации фундаментальных исследований, имеют все конвергентные технологии, что благодаря привлечению экспертного сообщества отражается на содержании научных планов ведущих федеральных ведомств. Например, целую серию программ по исследованию геномики микробов разработали ННФ, Министерство энергетики, Агентство по охране окружающей среды, Национальные институты здоровья и Министерство сельского хозяйства. Например, в рамках министерства энергетики США соответствующая программа (Genomics – Genomes to Life) функционирует уже более пяти лет, а в 2008 г. она вошла в качестве одного из базовых направлений Стратегического плана данного ведомства. Ее первоочередной задачей является достижение понимания на системном уровне процессов, протекающих в живой природе (в растениях, микробах, биологических сообществах), в объеме достаточном для предсказания их поведения с помощью компьтерных моделей. В долгосрочной перспективе целью программы является создание микроорганизмов, способных решать задачи ведомства в области энергетики, экологии и климата: производить альтернативное экологически чистое энергосырье, стабилизировать уровень загрязнений тяжелыми металлами и радионуклидами, очищать отходы от органических остатков и многое другое. Ежегодное финансирование фундаментальных исследований в рамках данной программы увеличено до 200 млн.долл. Уже на этом этапе государство, лицензируя новые технологии и выделяя гранты на инновационные исследования, резко активизировало развитие биотехнологической промышленности США.
В настоящее время в экономике США проходят стадию становления инновационные производства, опирающиеся на новейшие конвергентные технологии. Ориентация NBIC-технологий на человека, их целевая ориентация на решение его проблем и обеспечение потребностей на принципиально новом техническом уровне сможет обеспечить этим производствам высокий спрос и конкурентоспособность на жестком современном рынке с избыточным предложением. По оценкам консультационной фирмы МакКинси, несмотря на фактическое прохождение процессов конвергенции только начального этапа пути - стадии фундаментальных исследований, мировому рынку уже в 2010 г. будет предложено произведенной на их базе инновационной продукции на сумму порядка 1 трлл. долл.[30]
В США за последние три десятилетия создан сложный и хорошо отлаженный инновационный механизм, способный улавливать технологические волны и соответственно перестраивать структуру национальной промышленности. Базой для новых производств конвергентной технологии по большей части будут служить сформированные наукоемкие отрасли информационной и биотехнологий. Только за один 2007 г. венчурные вложения в биотехнологические компании составили 11,6 млрд.долл..[31] В новые ниши уходят фирмы, специализирующиеся на производстве информационных технологий, избирая, как правило, био- или наноинформатику. Эти процессы хорошо видны в таком всемирно известном инновационном регионе как Кремниевая Долина. Если 10-15 лет назад на этой территории была самая высокая в мире плотность расположения высокотехнологичных фирм, специализирующихся на разработке компьютерных технологий, то в настоящее время эту же характеристику можно применить к малым и средним фирмам, работающим с конвергентными технологиями. Их общее число уже перешагнуло за сотню, и данный процесс набирает обороты.
Крупные корпорации, финансирующие основной объем национальных ИР, также ожидают наиболее интересные инновации в смежных областях и активно работают над их практическим воплощением. Специалисты ИБМ уже добились успеха в создании транзисторов на карбонных нанотрубках, характеристики которых значительно превосходят изделия на кремнии. Фирма Интел объявила о прорыве в проектировании микропроцессоров в нанодиапазоне, содержащих свыше 1 млрд. транзисторов по сравнению со 125 млн. транзисторов в Пентиум 4. Корпорация Хьюлетт-Паккард запатентовала результаты своих исследований в области создания компьютерных схем на отдельных молекулах.
В ЕС концепция конвергенции стала ключевым элементом разработки стратегий в области новых технологий и финансирования проектов с начала 2000гг. В 2004г Европейская Комиссия обнародовала план действий в области нанотехнологии, в котором подчеркивалась необходимость коммерциализации европейских достижений в этой области. В 2005г «технологическая платформа» по наномедицине представила стратегию развития до 2025г, в разработке которой участвовало около 45 промышленных компаний и ведущих экспертов в этой области. В 2006г были созданы «карты» использования наноматериалов в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, энергетике, медицине. В 7-й Рамочной программе НИОКР на 2007-2013г идея конвергенции легла в основу поддержки нанонауки и нанотехнологии, дальнейших разработок в сферах ИКТ и новых технологий информационного общества, биотехнологии и экологии. (На период 2007-2013гг ЕС расходы ЕС на НИОКР в области ИКТ, нанонаук, нанотехнологий и новых материалов составят 12 535 млн евро – 38,6% отраслевого исследовательского бюджета Рамочной программы). Следует отметить, что значительные ассигнования выделены также на исследование конвергенции вне естественных наук, в частности на усиление прогностической деятельности в социальных науках, расширения исследований в области этических аспектов КТ.
В ближайшей и среднесрочной перспективе в странах Западной Европы инновации на основе конвергентных технологий затронут, прежде всего, здравоохранение и медицину (превентивная медицина, лечение болезней и восстановление физических и умственных функций). Так, в рамках одного из проектов, осуществленных в сети “Nano2Life”, был прведен онлайновый опрос экспертов по поводу будущих перспектив нанобиотехнологии. Опрос показал, что большинство новых технологий может найти коммерческое применение в среднесрочной перспективе - до 2015г, [32] наибольшее значение с точки зрения влияния на другие технологии и возможности коммерциализации, имеют такие технологии, как «лаборатория на чипе»; «самосборка» материалов и устройств; материалы, созданные на принципах биомимикрии; биосенсоры; биодетекторы. В первую очередь эти технологии разрабатываются для нужд медицины и здравоохранения. В число прочих сфер применения биотехнологий входят безопасность, окружающая среда, сельское хозяйство и потребительская продукция. Следует отметить, что наиболее «прорывные» технологии были инспирированы разработками в области биологии (наноструктурированные биоматериалы, биомолекулярные двигатели, самогенерерующие искусственные системы, чипы с биомолекулами, чипы на ДНК и протеинах).
Краткосрочный период – до 2010г:
- биодетекторы с «умными» нано-покрытиями;
- нано-анализаторы и диагносторы, проникающие в клетку без нарушения ее нормальной деятельности
Среднесрочный период – 2011-2015гг:
- новые наноструктурированные материалы, заменяют традиционные материалы (в т.ч. полимеры);
- «доставка» лекарств на наночастицах к больному органу становится стандартной процедурой;
- использование для внутренней диагностики «умных» частиц, дающих сигнал при достижении больного органа;
- применение наноинструментов для манипуляций внутри клетки;
- широкое использование биоинженерных материалов, созданных на принципах биомимикрии;
- «лаборатория на чипе» широко используется для различных целей, в различных секторах, включая домашнее хозяство;
- протеиновые чипы, интегрированные с ДНК чипами, используются для специфической диагностики в больницах;
-тестирование на клеточных чипах заменяет тестирование на животных (фармацевтика, косметика ит.д.);
-коммерческое производство и использование биосенсоров на клеточном уровне;
- технология «самосборки» широко используется для разработки материалов и усройств;
- коммерческое производство активных элементов на биомолекулярных чипах;
-коммерческое производство наноэлектронных чипов с использованием ДНК или пептидов в качестве подложки.
Долгосрочный период – 2016-2020:
-благодаря прогрессу в нанобиотехнологии практически полностью поняты фундаментальные процессы развития клетки;
-прогресс в нанобиотехнологии позволяет конструировать искусственные человеческие органы;
-биологические системы консервации энергии (в т.ч., биомолекулярные двигатели) используются в искусственных микро\нано системах;
-протеиновые чипы широко используются обычными потребителями;
- в искусственных системах используются принципы «живых» самовосстанавливающихся механизмов.
Долгосрочный период – около 2025г:
- использование наномеханизмов для внутренней терапии и диагностики человеческого организма.
Кроме этого, ожидается, что КТ будут активно использоваться в сельском хозяйстве и пищевой промышленности, энергетике, а также в военной промышленности и в сфере обеспечения безопасности. В то же время следует отметить, что пока можно говорить о формировании новых комплексов по линиям нано-био и нано-инфо. В частности, в ЕС действуют три «технологические платформы» в области новейшей технологии: наноэлектроники, наномедицины, а также по водороду и топливным элементам, объединяющие основных игроков данного сектора в целях выработки стратегии научно-технического развития.
В целом, для комплекса КТ в странах Западной Европы типичны общие проблемы развития инновационной деятельности этого региона (те же преимущества, слабые стороны и основные вызовы) - разрыв между наукой и коммерциализацией, недостаток частных инвестиций в НИОКР, растущая конкуренция новых развивающихся экономик, особенно азиатских стран. Западноевропейские страны имеют потенциальные возможности использования ТК в области здравоохранения, превосходят США по уровню развития теоретических подходов в области когнитивной науки, активизируют институциональную среду разработки новой технологии путем расширения сетевой кооперации, стимулирования МСБ и частно-государственного партнерства.
Роль сетей в формировании конвергентных технологий
Разработка новых конвергентных технологий и их использование требует расширения сотрудничества и кооперации внутри научного сообщества, между наукой и промышленностью на региональном, национальном и международном уровнях, повышения значения горизонтальных и вертикальных сетей. Формирование исследовательских сетей на основе личных связей может служить индикатором возникновения новой области в стране. Затем, если академические и правительственные круги осознают важность этих направлений, сети консолидируются на национальном или трансграничном уровне.
Страны ЕС, имеющие богатый опыт сетевого сотрудничества в традиционных дисциплинах, начали создавать сети в области КТ в последние годы. Если в 2000г в области нанотехнологии действовало около 90 сетей (почти поровну национального и международного характера), то в 2003г их насчитывалось свыше 116. [33] Так, например, в ходе реализации 6-й Рамочной программы НИОКР ЕС была создана исследовательская сеть “Nanoforum” (координатором которой является институт нанотехнологии Великобритании с партнерами из Франции, Испании, Германии, Нидерландов и Дании), установившая тесные связи с бизнес сетью European Nanobusiness Association в целях стимулирования передачи технологии. Первая европейская сеть центров превосходства в области нанобиотехнологии - “Nano2Life” (создана в рамках 6-й Рамочной программы в целях превращения в дальнейшем в виртуальный европейский нанотехнологический институт) объединила около 200 исследователей из 23 научных центров 12 стран, включая 5 центров в Канаде, США, Южной Корее и Австралии, а также около 30 ассоциированных партнера из промышленности и университетов. В ее рамках организовано более 40 консорциумов по разработке совместных проектов, участниками которых являются биотехнологические компании (35%), компании приборостроения (32%), специализирующихся на разработке микротехнологии и нанотехнологии (по 14% соответственно), компьютерной техники и софта (5%).[34] Цели “Nano2Life”: повышение конкурентоспособности европейской промышленности и научного уровня в нанотехнологии путем преодоления географической и дисциплинарной фрагментарности ресурсов, определение потенциальных рынков, подготовка специалистов и экспертов, формирование благоприятной среды использования нанобиотехнологии (этические, юридические, социальные аспекты, охрана интеллектуальной собственности).
|
|
|
