Одним из передовых направлений XXI века стали исследования в области нано- и биотехнологий. Нанотехнология - область прикладной науки и техники, занимающаяся изучением свойств объектов и разработкой устройств размеров порядка нанометра (по системе единиц СИ, 10−9 метра).
Научные труды в этом направлении охватывают множество сфер нашей жизни. Так в 2018 году нанотехнологии нашли свое применение в аккумуляторах, сверхпрочных поверхностях, высокостойких красках, защищающих от коррозий, солнечных панелях, суперконденсаторах, медецине и многих других [2].
Наиболее ярким представителем нанотехнологий является графен. Графен это одна из модификаций углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом.
Потенциал этого материала не раскрыт до конца. Государства ведут борьбу, финансируя разработки новых способов его получения и поиску областей практического применения.
На данный момент его научились применять в аккумуляторных батареях. Так как это вещество двумерно его необычные свойства полуметалла позволяют ему быть с одной стороны сверхпроводником, с другой стороны накапливать большую энергию в меньшем объеме, по сравнению с литий-ионными аккумуляторами.
Его можно использовать в качестве фильтра или детектора газа. Структура ячеек не позволяет пропускать вредные пары через него, молекулы вредных газов задерживаются на нем, он действует по принципу рыболовной сети. А так как он полуметалл, становится возможным замерять энергетические изменения при попадании на него молекул различного рода газов. Проанализировав полученные данные можно точно сказать о составе воздуха.
Также широкое применение он может найти в сфере лакокрасочных материалов. Его свойства выдерживать огромные нагрузки и быть очень прочным в двумерном виде позволят изготавливать очень долговечную краску с антикоррозийными свойствами, которые невозможно было бы произвести без его использования [1].
Нанотехнологии требуют большого финансирования и НИОКР, которые могут не принести результатов. В этой связи государства неохотно выделяют средства на развитие данной сферы из-за больших рисков. Но конкурентная борьба за нахождение областей его применения и удешевления его производства заставляет их ввязываться в гонку лидерства на этом рынке.
Более узкой областью нанотехнологий являются биотехнологии. Ученые разрабатывают сотни методик лечения онкологических заболеваний, клонирования животных, клеток, предсказания генетических заболеваний, производства генетически модифицированных организмов.
Технология CRISPR/Cas9 это очень дешевая технология работы с ДНК, придуманная пару лет назад. Она способна подменять любой участок ДНК, со 100% точностью на ДНК чужеродного организма и очень быстро по времени. Такие возможности позволяют ученым проводить исследования в области наследственных и врожденных заболеваний, снижая риск их развития.
Эта технология позволит создавать совершенных людей изменяя их геном. Такая технология столкнулась с проблемой высокого протеста среди населения. Очень перспективная технология не сможет существовать без поддержки государства [7]. Среди восточных стран первые эксперименты были проведены в Китае. Британское государственное агентство HFEA (Human Fertilisation and Embryology Authority — Управление по эмбриологии и искусственному оплодотворению) стало первопроходцем на западе. Агенство разрешило проводить генетическую модификацию человеческих эмбрионов с помощью технологии CRISPR/Cas9. Требуются тщательные эксперименты и много времени для изучения генома человека, иначе это может привести к различным его повреждениям и появлению поколения с заболеваниями, с которыми человечество еще не сталкивалось.
ГМО также столкнулось с неприятием его на потребительском рынке, многие люди считают, что такие продукты вызывают раковые заболевания, плохо сказываются на воспроизводственных функциях человека. Многие страны принимают законы о запрете на ГМО продукцию. Но производителей это не останавливает, они находят новые рынки сбыта в других странах (см. рисунок 1) [5].
Рисунок 1 – Площадь засаживаемых территорий по странам
Анализ данных, представленных на рисунке, показывает, что за 7 лет значительный рывок в освоении ГМО культур сделала Бразилия. Остальные ведущие в этой области страны постепенно увеличивают объемы засаживаемых территорий.
Помимо положительного эффекта такие культуры могут приносить риски. Наиболее серьезными рисками от этих культур можно выделить опасность объединения видового состава и сортамента сельскохозяйственных культур, встраивание трансгена в геном организма, что может привести к нежелательным последствиям. Так, в Индии фермеры, выращивающие Bt-хлопок на своих небольших территориях, потерпели резкую неудачу, из-за отсутствия воды, от которой очень сильно зависит эта культура, что и привело к серьезным экономическим и социальным последствиям [6].
Очень сильно продвинули науку оптические приборы, когда в 1610 г. Галилей обнаружил, что, раздвигая зрительную трубку можно увеличивать небольшие предметы, посредствам положительной и отрицательной линз. Именно после этого года исследования микромира и небесных тел начали быстро развиваться.
Исследования Галилея с применением его телескопа способствовали появлению гелиоцентрической системы мира. Также он изучил движения планет солнечной системы, ландшафт луны и многое другое.
Семнадцатый век стал революционным в плане изменений и усовершенствований микроскопа и телескопа. Возможности, которые теперь открылись перед учеными позволили взглянуть на обыденные вещи с новой точки зрения.
Одним из ученых, внесших огромный вклад в развитие микробиологии и усовершенствование микроскопа в 18 веке, был Антоний Ван Левенгук. Он занимался шлифовкой линз в свободное время, что давало ему увеличение в 350-400 раз. Основываясь на своих линзах, он собрал устройство, позволившее ему увидеть в капле грязной воды множество живых мельчайших существ.
Оптический микроскоп имеет предел увеличения в 1500-2000 раз, что обусловлено спектром светового излучения, при использовании УФ лучей можно достичь увеличения в 3000-3500 раз [4].
Развитие техники не стоит на месте и помимо чисто оптических устройств появляются их модификации, использующие электроны, магниты и другие элементы для получения изображения исследуемого объекта.
В 2006 году ученые из Германии разработали наноскоп – сверхмощный оптический микроскоп, он позволяет исследовать объекты размером 10 Нм, а также делать 3D изображения высочайшего качества [3].
Возможности развития увеличения оптики на основе данных прошлых лет можно представить графически (рис. 2).
Рисунок 2 – Возможности оптики в разные исторические периоды
Из графика видно, что оптические технологии развиваются по экспоненциальной кривой, с небольшими отклонениями.
В настоящее время помимо микроскопов и телескопов оптические технологии получили свое развитие в области оптоволоконной передачи информации, которая превосходит по скорости передачи обычные провода в десятки раз. Но недостатком такой системы является относительно небольшая дальность передачи информации, поэтому ученые работают над специальными устройствами – повторителями, которые позволят осуществлять передачу на сотни километров, не уступая привычным проводам.
Передовая медицинская аппаратура также использует оптические технологии вкупе с лазерными системами, позволяющими проводить диагностику пациентов, выявлять у них ранние стадии заболеваний и производить операции, что ранее без данных технологий было невозможно.
Технологии развиваются и в области фото-, видеоаппаратуры, позволяющей снимать высококачественный контент.
2018 год задает тенденцию на развитие исследовательских, поисковых зондов, луно-, марсоходов и много другого оборудования, связанного с космической отраслью.
Таким образом, современные технологии становятся на путь исследований и разработок в области высокотехнологичных сфер знаний. Исследованные технологии находятся на этапе потенциального роста, о чем говорят приведенные график и диаграмма. Технологии, первоначально применяемые только в научно-исследовательских целях, начинают постепенно проникать во все сферы общественной жизни.