Статьи

Нанотехнология — инновационная основа систем безопасности

06 августа 2007 Рубрика: Исследования и разработки, Технологии Ключевые слова: нанотехнологии, системы безопасности, инновации

В статье рассмотрены тенденции использования инновационных нанотехнологий и наноматериалов в системах безопасности будущего, включая нанодатчики на различных физических принципах, антитеррористические средства для обнаружения сверхнизких концентраций запрещенных к распространению веществ, системы доступа, паспортного и миграционного контроля с использованием нанопамяти в качестве носителя информации; нанокомпозитные многофункциональные защитные покрытия.

Популярный сегодня термин «нанотехнология» означает совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами от 1 до 100 нанометров (нм), хотя бы в одном измерении. Оказывается, что привычные для нас свойства материалов начинают изменяться при уменьшении геометрических размеров материалов до 1–100 нм, причем многим наноматериалам присущи принципиально новые качества, существенно превосходящие свойства своих собратьев большего масштаба.

Изучением свойств наноматериалов в рамках проведения фундаментально-поисковых и прикладных научно-исследовательских работ занимаются почти во всем мире, за исключением большинства стран Африки и некоторых стран Южной Америки. Наибольшие успехи получены в США, Японии, Франции. В нашей стране исследованиями в области нанотехнологий занимаются несколько десятков лет. По отдельным направлениям российские ученые занимают приоритетные позиции в мире. В частности, в области метрологии российское предприятие НТ МДТ имеет уникальный опыт создания сканирующих зондовых микроскопов, имеющих атомарное разрешение. Отличительной особенностью этих приборов является не только пассивное получение сверхмощного увеличения изображений нанодиапазона, но и возможность конструирования различных наноструктур методами литографии (вырезания) и молекулярно-лучевой эпитаксии (наращивания). На рис.1 представлен один из таких приборов и полученные им изображения некоторых структур и нанокомпонентов электронной техники.

Развитие нанотехнологий в Российской Федерации является одним из приоритетных направлений науки и техники. Ускоренное развитие работ в области нанотехнологий и наноматериалов призвано обеспечить реализацию стратегических национальных приоритетов Российской Федерации, в т.ч. обеспечение национальной и экономической безопасности страны. Основной целью государства при решении данной проблемы должно стать создание и развитие научной, технической и технологической базы в области нанотехнологий и наноматериалов в Российской Федерации, обеспечивающей в т.ч., необходимый уровень обороноспособности и безопасности государства. При этом формирование наноиндустрии безопасности должно стать важнейшим стратегическим направлением, определяющим новые подходы к инновационному преобразованию отечественной промышленности.

Современные достижения в области наноматериалов и нанотехнологий открывают новые возможности для повышения в десятки раз тактико-технических характеристик систем безопасности и являются по своей сути инновационными, поскольку направлены на создание, главным образом, новой продукции, востребованной рынком систем безопасности. В ближайшие 3–10 лет наиболее перспективны следующие направления использования нанотехнологий в системах безопасности:

  1. Новые средства и методы контроля и защиты документов от подделки, например на основе наноматериалов, микропечати, тонких электронных схем, бумаги с добавлением наночастиц, компактных устройств считывания данных.
  2. Системы контроля доступа в помещения на основе наносенсоров, например считыватели отпечатков пальца, теплового рисунка вен руки или головы, геометрической формы руки в динамике.
  3. Многофункциональные сенсоры «электронный нос» для обнаружения и идентификации сверхмалых количеств взрывчатых, наркотических и опасных веществ.
  4. Более компактные, чуткие и информативные портативные и стационарные металлоискатели и детекторы движения на основе наносенсоров.
  5. Распределенные массивы наносенсоров типа «умная пыль» для охраны границ и периметров объектов.
  6. Магниторезонансные установки для точного анализа объемного содержания закрытых емкостей и грузов в аэропортах, на проходных, на таможне.

Примеры создания перспективных технических средств и систем безопасности на базе нанотехнологий и наноматериалов, имеющие высокую степень завершенности исследований:

  1. Нанодатчики на различных физических принципах (рис. 2):
    • туннельные датчики давления;
    • пассивные и активные радиочастотные датчики-идентификаторы с каналами наземной и космической связи;
    • интеллектуальные датчики «умная пыль»;
    • датчики сверхраннего обнаружения пожаров.
    Нанодатчики на основе туннельного эффекта обладают сверхвысокой чувствительностью в диапазоне от 0,1 Гц до 200 кГц и могут быть использованы в системах сейсмо- и акустолокации, мониторинга и предсказания на сверхранней стадии прочностных характеристик инженерных и строительных объектов и т.д. Комплектация нанодатчиков давления состоит из следующих подсистем:
    • чувствительной части сейсмодатчика, датчика акустической эмиссии и т.п.;
    • системы регулирования величины туннельного зазора;
    • высокоточного аналого-цифрового преобразователя;
    • блока обработки сигналов.
    Чувствительным элементом датчика является наносистема, состоящая из проводящей игры, выполненной с применением кремниевой микромеханики, сверхтонкой слоистой гофрированной мембраны и системы поддержания туннельного тока. Чувствительная и электронная часть сенсора (рис. 2) изготавливаются на единой подложке групповым методом по технологии сверхбольших интегральных схем.
  2. Антитеррористические средства, в т.ч. гиперспектральные наноанализаторы сверхнизких концентраций взрывчатых, наркотических и других запрещенных к распространению веществ.

    На рис. 3 показана наносенсорная нейроподобная система «Электронный нос», включающая в себя блок оригинальных наносенсоров, аспирационную систему, систему записи регистрации сигналов и программное обеспечение распознавания обонятельных образов.

    Принцип работы прибора заключается в измерении электропроводности набора химических сенсоров при их взаимодействии с парами летучих веществ. В результате адсорбции молекул исследуемого вещества электропроводность чувствительных материалов сенсоров увеличивается. Каждый сенсор не является строго селективным по отношению к какому-либо газу. Однако величина отклика каждого сенсора из набора на разные газы индивидуальна. Математическая обработка данных сенсорного массива позволяет сформировать уникальный химический образ анализируемого вещества. Сенсорный массив обычно включает от 8 до 30 элементов.

  3. Системы контроля и управления доступа, паспортного и миграционного контроля, в т.ч.:
    • идентификационные документы и системы контроля и управления доступа на базе нанометок и нанопамяти, включая системы для идентификации лиц на основе получения, записи на защищенный носитель (нанопамять) и цифровой обработки трехмерного видеоизображения (рис. 4);
    • замковые устройства для режимных помещений с уникальными электронными ключами – нанометками;
    • электронные заграничные паспорта второго поколения и миграционные удостоверения с нанопамятью 1–10 Гбайт (рис. 5).
  4. Технологии создания гетеромагнитных структур с использованием монокристаллических ферритовых микрорезонаторов в виде сфер, пленок различных топологий:
    • управляемые многофункциональные магнитодиоды Ганна и ЛПД в радиоволновом диапазоне;
    • магнитные антенны (распределенные системы датчиков с управляемой мобильной пространственной апертурой);
    • системы кодировки сигналов и сообщений; интеллектуальные микросистемы, нелинейные локаторы, распознающие образы и уровень организации (построения) радиоэлектронной системы;
    • портативные системы магнитовидения и магнитной томографии.
    Особенность рассмотренных гетеромагнитных структур наноразмерных технологий — повышенная устойчивость к механико-климатическим воздействиям и воздействиям спецфакторов.
  5. Технологии получения и нанесения нанокомпозитных многофункциональных защитных покрытий на конструктивные элементы технических средств и систем безопасности (рис. 6). Основные характеристики покрытий: увеличенный в 2–4 раза срок службы конструктивных элементов систем безопасности в условиях воздействия агрессивных химических кислотно-щелочных сред, а также повышенной влажности и соляного тумана, повышенная до 20 дБ помехозащищенность систем безопасности в условиях воздействия повышенных электромагнитных помех и радиационного фона существенно превосходят аналоги.

Для технологического обеспечения выпуска, контроля нанопродукции, метрологического обеспечения и испытания наносистем безопасности необходимо создать инфраструктуру с оснащением нанотехнологическим оборудованием (рис. 7). В настоящее время сформирована федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2007–2010 годы».

В послания к Федеральному Собранию РФ 26.04.2007 г. Президент РФ В.В. Путин отметил: «Мною утверждена недавно стратегия развития наноиндустрии, которая определяет главные приоритеты и организационно-правовые механизмы создания инфраструктуры соответствующей отрасли. В нее войдут государственные научные центры и университеты, а также лаборатории частных корпораций. Государством должны быть выделены необходимые средства на материально-техническое, кадровое и организационное обеспечение соответствующих работ. Эти средства будут переданы в управление специально создаваемой Российской корпорации нанотехнологий. При этом важнейшим вопросом является создание условий для роста негосударственных инвестиций в развитие наноиндустрии».

В настоящее время в нашей стране сформированы кооперации соисполнителей, способные в кратчайшие сроки реализовать проекты по созданию перспективных систем безопасности. Дело за инвестированием инновационных проектов. И здесь роль государства, как никогда, велика. Поддерживая инновационные нанотехнологии, государство открывает тем самым путь венчурным инвесторам, которые весьма осторожно относятся к финансированию проектов, находящихся на ранней стадии коммерциализации, каковыми являются системы безопасности с использованием нанотехнологий.

Несомненно, за нанотехнологиями, в т.ч. в системах безопасности, — будущее. Важно здесь не опоздать. А для этого необходимо сосредоточить усилия на приоритетных направлениях: здравоохранении, экологии, безопасности. Для успешного развития работ по нанотехнологиям в индустрии безопасности ежегодные затраты на проведение НИОКР должны составлять в ближайшие годы 2,5-3 млрд рублей, в т.ч. из средств федерального бюджета 1–1,5 млрд рублей.

Нужно выявлять инновационные проекты, находящиеся на высокой ступени завершенности, выделять их в отдельный бизнес с привлечением государственных и частных инвестиций. Необходимо совершенствовать нормативно-правовую базу по созданию инновационных частно-государственных структур с современными организационно- правовыми формами, ориентированных на выполнение конкретного проекта и обеспечивающих комплексную оптимизацию выполняемых проектов по стоимости, материальным ресурсам, времени, рискам, составу привлекаемых для реализации проекта ведущих специалистов, а также применение современных методов организации работ project management, соответствующих международным стандартам.

Подобные структуры частно-государственного партнерства позволят существенно ускорить коммерциализацию инновационных проектов, повысить качество жизни людей, национальную безопасность и обеспечить высокие темпы экономического роста.

Источник:

  • ФГУП «СНПО «Элерон»

Карточка организации:

Добавить комментарий

  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30