КОНВЕРГЕНЦИЯ НАУК И ТЕХНОЛОГИЙ ОТ НЕЖИВОГО К

КОНВЕРГЕНЦИЯ НАУК И ТЕХНОЛОГИЙ – «ОТ НЕЖИВОГО К ЖИВОМУ» М. В. Ковальчук Москва, 9 декабря 2013 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

СИСТЕМНЫЙ КРИЗИС ЦИВИЛИЗАЦИИ ?

ПАРАДИГМА РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ – ВЗЯТЬ ОТ ПРИРОДЫ ВСЕ ЛЮБОЙ ЦЕНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРИРОДА АНТАГОНИЗМ ТЕХНОСФЕРА ПРИЧИНА КРИЗИСА Природа и техносфера разделены ментально

НОВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ техносфера «Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние – в ноосферу – перерабатывается научной мыслью социального человека» В. И. Вернадский природа человек общество Новое лицо ноосферы

НОВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ Техносфера должна стать органической частью природы «Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние – в ноосферу – перерабатывается научной мыслью социального человека» В. И. Вернадский природа человек техносфера общество Новое лицо ноосферы

ГЕНЕРАЦИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ конвергентный подход фотосинтез

ГЕНЕРАЦИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ конвергентный подход Традиционные технологии генерации Солнечная энергетика – природоподобная технология генерации ЭНЕРГО- И РЕСУРСОЕМКИЕ ПОТРЕБИТЕЛИ

ГЕНЕРАЦИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ конвергентный подход ЭНЕРГО- И РЕСУРСОЕМКИЕ ПОТРЕБИТЕЛИ

ГЕНЕРАЦИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ конвергентный подход Природоподобные системы и технологии использования энергии на базе НБИКС-технологий и систем, воспроизводящих объекты живой природы

ТЕХНОЛОГИИ КОГНИТИВНЫЕ КОНВЕРГЕНЦИЯ НАУК И ТЕХНОЛОГИЙ НБИКС ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НАНОТЕХНОЛОГИИ БИОТЕХНОЛОГИИ

элементарные частицы неорганические материалы ядро путь анализа атом молекула вещество органические материалы путь синтеза

ЭТАПЫ ПОЗНАНИЯ ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА Восприятие окружающей природы как единого целого на уровне «незнания» микробиология молекулярная биология вирусология анатомия медицина физиология минералогия геология палеонтология механика астрономия физика кристаллография Отраслевой принцип организации экономики органическая химия Узкая специализация науки и образования химия неорганическая химия Вычленение модельных сегментов природы, доступных анализу ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Отраслевые технологии: металлургия, химическая промышленность, стройматериалы, добыча полезных ископаемых и др. Интегрированные межотраслевые технологии: микроэлектроника, крупное машиностроение, энергетика и др. Надотраслевые (базовые) технологии: Информационные технологии

микробиология молекулярная биология вирусология анатомия физиология минералогия палеонтология механика астрономия кристаллография органическая химия неорганическая химия Информационные технологии

Информационные технологии микробиология молекулярная биология вирусология анатомия физиология минералогия палеонтология механика астрономия кристаллография органическая химия неорганическая химия

Информационные технологии микробиология молекулярная биология вирусология анатомия физиология минералогия палеонтология механика астрономия кристаллография органическая химия неорганическая химия Нанотехнологии

микробиология молекулярная биология вирусология анатомия физиология минералогия палеонтология механика астрономия кристаллография органическая химия неорганическая химия Нанотехнологии Информационные технологии НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ КРИСТАЛЛОГРАФИИ ИМЕНИ А. В. ШУБНИКОВА РАН

Нанотехнологии ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ Информационные технологии ВОЗВРАТ К ЦЕЛОСТНОЙ КАРТИНЕ МИРА НА УРОВНЕ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»

«Математические начала натуральной философии» сэра Исаака Ньютона впервые опубликованы в 1687 г. Исаак Ньютон (1642. . . 1727) «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica»

ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА – ИЗУЧЕНИЕ «УСТРОЙСТВА» И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА И ИХ КОПИРОВАНИЕ В ВИДЕ МОДЕЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Модельный путь – ХХ век Главный результат – технология твердотельной микроэлектроники, воспроизводимая в любой точке мира Живая природа Биоробототехнические системы

ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ ПОСТИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА – ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СИСТЕМ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ 1 -ый ЭТАП: ЭТАП соединение технологических возможностей современной микроэлектроники с достижениями в области познания живой природы (нанобиотехнологии) ЦЕЛЬ: ЦЕЛЬ создание гибридных, антропоморфных технических систем бионического типа РЕЗУЛЬТАТ: РЕЗУЛЬТАТ платформы для создания нанобиосенсоров – принципиально новых гибридных систем «очувствления» бионического типа

ОСНОВНАЯ ЦЕЛЬ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ ПОСТИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА – ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ СИСТЕМ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ 2 -ой ЭТАП: ЭТАП интеграция созданных на 1 -ом этапе нанобиосенсорных платформ ЦЕЛЬ: ЦЕЛЬ создание технологий атомно-молекулярного конструирования и самоорганизации на основе атомов и биоорганических молекул РЕЗУЛЬТАТ: РЕЗУЛЬТАТ биоробототехнические системы

Нано КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Когно ТЕХНОЛОГИИ КОГНИТИВНЫЕ КОНВЕРГЕНЦИЯ НАУК И ТЕХНОЛОГИЙ НБИКС ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НАНОТЕХНОЛОГИИ БИОТЕХНОЛОГИИ Социо Инфо Био

Нано КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Когно НАТУРФИЛОСОФИЯ НАТУР ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ ФИЗИКА МАТЕМАТИКА ХИМИЯ НБИКС Социо Инфо ГУМАНИТАРНЫЕ НАУКИ АРХЕОЛОГИЯ АНТРОПОЛОГИЯ ЭТНОГРАФИЯ БИОЛОГИЯ ГЕНЕТИКА ЛИНГВИСТИКА СОЦИОЛОГИЯ ПСИХОЛОГИЯ КОГНИТИВИКА “Белковая фабрика” ФИЛОСОФИЯ ПРЕВРАЩЕНИЕ ГУМАНИТАРНЫХ ЗНАНИЙ В ТЕХНОЛОГИИ Био

Нано КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Когно Социо Био Инфо Нейтронный исследовательский реактор ИР– 8 Курчатовский специализированный источник синхротронного излучения НИЦ «Курчатовский институт» KУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Суперкомпьютерный центр обработки данных Нейрокогнитивный комплекс Технологический комплекс Нанобиолаборатории

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Медико – биологические исследования на СИ Биомолекула Биомембрана (дифракция) (рефлектометрия) Ткань Орган (рефракционная радиография) (МУР)

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Структура Белковой фабрики

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ “союз науки и искусства”, система автоматической кристаллизации позволяет одновременно подбирать условия и выращивать кристаллы для нескольких сотен белков

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ БЕЛКОВ В КОСМОСЕ «Космические» кристаллизаторы МКС

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Экспериментальная станция белковой кристаллографии на источнике синхротронного излучения БЕЛОК Предназначена для сбора по дифракционных данных от белковых кристаллов

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ Позволяет определить пространственную структуру белковых молекул по их дифракционным данным Кристаллы белков

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Центр обработки данных на базе суперкомпьютера • Производительность 127 Тфлопс • Объем памяти 300 тбайт • Распределенная система хранения данных • Удаленное управление экспериментом • Визуализация расчетов

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР ГРИД - технология использования распределенных вычислительных ресурсов • Развитие новейших информационных технологий в России • Координация деятельности институтов • Участие в международных кооперациях • ЦЕРН, ИТЭР, НАНО – ГРИД Задачи распределяются на тысячи компьютеров Курчатовский институт головной в отечественном сообществе ГРИД

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР На базе Курчатовского института и Московского Физтеха создан ПЕРВЫЙ В МИРЕ НБИК ФАКУЛЬТЕТ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ невидимое живая природа 1 нанометр свет 1 cm 1 mm микроволны 10 -2 м 10 -3 м (1 нм) 1µm инфракрасное 10 -4 м 10 -5 м микротех рукотворное 10 -6 м рентген нейтроны электроны УФ 10 -7 м 10 -8 м 10 -9 м 10 -10 м нанотех «атомный размер»

ДВИЖЕНИЕ – КЛЮЧ ДЛЯ ПОНИМАНИЯ ФУНКЦИЙ Тера- Макро- ТЕХНОЛОГИИ Микро- Гравитация Механика Микромеханика Нано. Фемто. Химические связи Квантовая механика

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ Цель: голограмма движения молекул, атомов и электронов в реальном времени наноразмер L= 1 нм Процесс окисления Временное разрешение меньше пикосекунды t нановремя РЕНТГЕНОВСКИЙ СИНХРОТРОННЫЙ ИСТОЧНИК 4 ПОКОЛЕНИЯ ФЕМТОСЕКУНДНЫЕ ИМПУЛЬСЫ

«ПОРЯДОК» ИЗ «БЕСПОРЯДКА» Визуализация стартовых моментов Ближний порядок Дальний порядок РЕНТГЕНОВСКИЙ СИНХРОТРОННЫЙ ИСТОЧНИК 4 ПОКОЛЕНИЯ ФЕМТОСЕКУНДНЫЕ ИМПУЛЬСЫ

КУРЧАТОВСКИЙ НБИКС-ЦЕНТР Комплекс микроэлектроники НАНОЭЛЕКТРОНИКА НЭМС СИСТЕМНАЯ РАЗРАБОТКА НАНОБИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ НА УРОВНЕ ГИБРИДНЫХ МИКРОСХЕМ (“LAB-ON-A-CHIP”), включая изучение совместимости, взаимодействия и интеграции биологических, электронных и механических наносистем НАНОФЛЮИДИКА СОЗДАНИЕ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ С ОТДЕЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ И МИКРООРГАНИЗМАМИ

КЛАССИЧЕСКАЯ КРИСТАЛЛОГРАФИЯ Периодически упорядоченные кристаллы имеют оси симметрии 2 – 4 или 6 порядков Повороты вокруг осей симметрии 5 порядка и любого порядка выше 6 невозможны в системе при сохранении дальнего порядка

КВАЗИКРИСТАЛЛЫ – “МОСТИК” МЕЖДУ ЖИВЫМ И НЕЖИВЫМ !? Симметрия пятого порядка, отсутствующая в неживой природе, широко представлена в мире живого Al 60 Li 30 Cu 10

УГЛЕРОД Икосаэдр Фуллерен C 60 Усеченный икосаэдр Нанотрубки Бакминстер Фуллер, ЕХРО-1967, Монреаль

1509 год, рисунки Леонардо да Винчи в книге Луки Пачоли «Божественная пропорция»

«КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ» ОРНАМЕНТЫ В 1974 году Роджер Пенроуз предложил «квазикристаллическое» мощение, получившее название «мозаики Пенроуза» Мозаика в мечети, Исфаган, Иран, 1453

КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ В ИСКУССТВЕ Мозаики Пенроуза и работы Тейя Крашек