Программы DARPA, непосредственно связанные с нанотехнологией

Четыре программы входят в состав комплексного исследования Advanced Lithography, посвященного методам изготовления микроэлектронных и иных структур с размерами элементов менее 50 нм [DARPA Budget, 2003: 277-279]. Кроме этого, к НТ могут быть отнесены некоторые направления исТаблица 3.4. Структура финансирования нанотехнологических исследований в широком и узком смысле этого термина (см. текст) в рамках 13 элементов (макропрограмм) ОАКРА. В таблице указано число входивших в элементы программ и проектов, объемы финансирования (в миллионах долларов). Исследования разбиты на три большие категории в соответствии с принятой классификацией. Итоговая сумма округлена с учетом возможных ошибок.

Категория

финанси

руемых

исследований

Элементы Финансиро- (макропрограммы) вание из бюджета в 2003 г.

Число

проектов

Число программ в элементе

Программы, связанные с HT

В узком смысле

В широком смысле

(милл. долл.)

Число

программ

Финан

сирова

ние

(млн.

долл.)

Число

прог

рамм

Финан

сирова

ние

(млн.

долл.)

1

2 3

4

5

6

7

8

9

Фундаментальные исследования ВА1

Оборонные 199 технологии

4

26

15

136

2

36

Прикладные

исследования

ВА2

Информационные техно- 409 логии, вычислительная техника

9

58

0

0

16

153

Программное обепечес- 59 ние и методы вычислений

3

6

0

0

3

27

Методы борьбы с биоло- 162 гическим оружием

1

12

1

37

1

5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тактические

(специальные)

технологии

Технологии, связанные

  • 170
  • 434
  • 6
  • 5
  • 40
  • 49
  • 0
  • 12
  • 0
  • 188
  • 8
  • 3
  • 27
  • 59

Технологии

с электроникой и материаловедением Аэрокосмические

235

2

22

1

40

8

141

и НИОКР ВАЗ

системы

Электронные

159

5

36

7

68

2

13

технологии Системы управления

117

3

23

0

0

3

4

и связи

Датчики и системы

217

4

19

0

0

0

0

наведения на цель Технологии для во-

36

1

4

0

0

0

0

енно-морского флота Технологии для про-

166

3

12

0

0

3

82

ведения наземных операций

Программы «класси-

288

?

?

?

?

?

?

фикации»

«Сетевые» технологии

0

2

6

0

0

2

0

Штабное управление

42

(1)

(1)

-

-

-

-

Всего

2690*

48

313

36

465

51

547

следований в области создания компьютеров на принципиально новой основе, в число которых входят две программы, посвященные изучению новых материалов для спинтроники, т.е. устройств типа спиновых транзисторов и спиновых логических элементов [Spin Dependent Materials and Devices, Spin Electronics, DARPA Budget, 2003: 22, 23]. Программа Molectronics (молекулярная электроника) нацелена на создание комбинированных устройств из молекул, нанотрубок, нанопроводов и т.д. В программе Molecular Computing изучаются возможности использования молекулярных компонентов в качестве логических и запоминающих устройств, объединенных в единое целое. Авторы намерены создать действующую модель процессора (последовательная логическая вычислительная машина с конечным числом состояний), способного к интерпретации простых языков программирования высокого уровня [DARPA Budget, 2003: 231-232; DARPA Mole, 2003]. В программе Interfacing Nanoelectronics [DARPA Budget, 2003: 213,214] предлагается исследование новых возможностей сопряжения систем в нанометрическом масштабе (это направление можно назвать наноэлектроникой поверхностей раздела).

Высокоспециализированная программа Nanomechanical Аггау Signal Processors посвящена изучению возможностей обработки радиочастотных сигналов с использованием решетки (матрицы) из 1024 нанорезонаторов, что позволит создать сверхкомпактные (размером с наручные часы) информационные СВЧ-приемники или даже приемные устройств для навигационных систем управления типа известной GPS [DARPA Budget, 2003: 291, 292]. В программе Chip-Scale Atomic Clock предлагается использовать сочетание нанорезонаторов с устройствами, изготовленными методами фотоники и микросис- темной техники. Используя помещенные в микрополости атомы щелочных металлов, авторы проекта хотят создать высокоточные атомные часы (относительная точность ± 10" сек) с объемом менее 1 см3 [DARPA CSAC, 2003], позволяющие организовать высокоэффективные и помехоустойчивые каналы связи даже при очень малых размерах передатчиков.

Особым разнообразием отличаются проекты, связанные с материаловедением. Например, в весьма обширной программе Structural Materials and Devices, посвященной конструкционным материалам и устройствам [DARPA Budget, 2003: 197, 198], предлагается целый ряд НИОКР дешевых методов синтеза, производства и сборки наноматериалов и нанотрубок с заданными характеристиками. В другой столь же масштабной программе по функциональным материалам и устройствам Functional Materials and Devices [DARPA Budget, 2003: 200, 201], связанной с новейшими разработками в создании функциональных полимеров и электронике, предполагается разработать новые методы синтеза обширного класса необычных веществ. Речь идет об электропроводящих полимерах (для аналоговых вычислительных машин), так называемых электроактивных полимерах (для конструирования дисплеев и «мышц» или приводов в робототехнике), разнообразных материалах магнитной и микроволновой техники (ферриты, нанокомпо- зитные ферроэлектрики, магнетодиэлектрики, оптические среды с отрицательным коэффициентом преломления) ит.п. Кроме этого, проект предполагает исследования в области новейших функциональных материалов (относящихся к проводникам, пьезоэлектрикам и т.д.), включая волокнистые структуры для так называемых тканных электронных материалов (electronic textiles).

Многие из перечисленных программ прямо или косвенно связаны с бурно развивающейся наукой, которую можно назвать нанобиологией. Например, программа Nanostructure in Biology посвящена исследованию наноструктурных магнитных материалов, а также их использованию для изучения и даже управления процессами в биологических молекулах и клетках. В аналогичных программах предлагается разработка биосовместимых нанометричес- ких «меток», датчиков и «пинцетов». Кроме этого, планируется создать новые типы микроскопов, например магниторезонансные атомно-силовые микроскопы с кронштейнами (их называют иногда кантилеверами или консолями). Такие устройства позволят довести разрешение получаемых изображений и спектроскопических измерений до уровня отдельных атомов, что станет принципиально новым шагом в изучении молекулярных структур на наномет- рическом уровне [DARPA BioMagnetICs, 2003; DARPA MOSAIC, 2003; DARPA Budget, 2003: 10-12].

Программа Simulation of Biomolecular Microsystems (Моделирование биомолекулярных микрсистем) имеет целью упрощение стандартных методик анализа и даже, возможно, создание интегрированных биохимических микросистем, что позволит наконец моделировать и иллюстрировать так называемые механизмы «молекулярного распознавания», а также описывать такие процессы в виде некоторых наборов электрических и механических сигналов. Идея программы заключается в изучении и использовании сложных систем, включающих в себя нанопоры, микро/наноразмерные кантилеверы или кронштейны, наночастицы и даже соответствующие им процессы гидродинамического и молекулярного переноса на нанометрическом уровне рассмотрения [DARPA SIMBIOSYS, 2003; DARPA Budget, 2003: 7, 8].

Программа Bio Futures относится к изучению возможностей биологического моделирования вычислительных процессов на основе сопряжения или сочетания (создания интерфейсов) электронных и биологических систем и структур. В принципе, такой подход обещает в будущем возможность создания коммуникационных каналов диаметром всего ~ 2 нм, позволяющих организовать параллельную обработку информации, поступающей от биомолекул и микрогидродинамичес- ких устройств. Развитие таких комбинированных методик, возможно, даже позволит затем выделять отдельные эмбрионы насекомых, а также изучать (используя, например, решетки кронштейнов с полевыми транзисторами) параметры процессов, протекающих в изолированных биологических клетках. Программа предполагает также построение алгоритмов, позволяющих анализировать электрические импульсы нейронных сигналов, регулирующих клеточную активность и дифференциацию тканей в эмбрионах [DARPA Budget, 2003: 8, 9].

В программах DARPA содержится еще несколько необычных вариантов использования наноструктурных материалов. Например, их предполагается использовать для создания линз с переменным коэффициентом преломления, построенных по принципам работы оптической системы биологических организмов. В таких линзах будут применяться вещества, напоминающие те, из которых состоят органы зрения животных, что позволит имитировать работу глаза человека, который способен изменять коэффициент преломления хрусталика и за счет этого регулировать поле зрения [программа Bio-Optic Synthetic System, DARPA BOSS, 2003]. Еще в одном проекте рассматривается возможность использования уже обнаруженных биомоле- кулярных «двигателей» или моторов, позволяющих осуществлять внутри биологических тканей линейные или вращательные смещения молекул на нанометровом уровне (за счет использования энергии химических реакций). Программа предлагает изучение свойств таких двигателей и их применение в различных измерительных устройствах. Гибридные биомеханические двигатели такого типа могут стать реальным средством «транспортировки» материалов и жидкостей в диапазоне масштабов от макро- до нанометров, что позволит разделять, унифицировать и использовать в дальнейшем требуемые микроколичества таких веществ в различных технологических процессах [программа Biomolecular Motors, DARPA Biomolecular, 2003].

В рамках программы Biological Adaptation, Assembly and Manufacturing планируется исследование адаптации живых клеток к очень суровым условиям выживания. Целью работы является использование специфических генов для повышения устойчивости клеток и тканей организма (включая тромбоциты и красные кровяные тельца), а также подавление их метаболизма при различных повреждениях. В рамках программы будут изучены также процессы «сборки» или создания костных, оболочечных, кожных и других тканей в виде наномасштабных биомолекуляр- ных сеточных структур [DARPA Budget, 2003: 9, 10].

Разнообразная комбинация исследований и НИОКР программы Biological Warfare Sensors включает в себя конкретную нанотехнологическую задачу изготовления миниатюрного диагностического набора. Такой набор будет содержать требуемые образцы антител и даже «специально сконструированных малых молекул», предназначенных для специфического связывания заданных биологических агентов (типа бактерий сибирской язвы, вирусов оспы, токсинов и т.п.). Система включает в себя также бактериальный биочип, позволяющий быстро идентифицировать образцы без использования известной полимеразной реакции синтеза цепи (polymerase chain reaction, PCR) (DARPA Budget, 2003: 133-137].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >