Prognozowanie technologiczne. Nanotechnologia i materiały. 1

Prognozowanie technologiczne. Nanotechnologia i materiały.
Prognoza Japońska 2005
Jakub M. Tomczak
1. Wstęp
Urząd ds. Nauki i Techniki Japonii od roku 1971 tworzy rozległe
prognozy technologii, które mają przedstawić możliwe kierunki rozwoju
technologii oraz wskazać ważność podanych hipotez.
W roku 2005 powstał kolejny raport. Przewidywania oparte były głównie
na metodzie Delfickiej, ale również uwzględniono studia nad potrzebami
socjalnymi i ekonomicznymi (aby zwrócić uwagę na przyszły kształt
społeczeństwa i jego potrzeb), studia nad szybkim rozwojem obszarów
badawczych (poszukiwanie pojawiających się nowych dziedzin naukowych
poprzez analizę baz danych z cytatami) oraz analiza scenariuszy (postępowe
scenariusze oparte na poglądach ekspertów). Szczegóły przedstawiono na
rysunku 1.
Rys. 1 Użyte metody w raporcie.
W raporcie dokonano analizy hipotez podzielonych na trzynaście
obszarów badawczych (nazwy podane po angielsku, aby nie zgubić
oryginalnego sensu):
1.
2.
Information/communications (9 podobszarów, 75 tematów)
Electronics (15, 69)
1
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Life science (11, 65)
Health/medical care/welfare (8, 80)
Agriculture/forestry/fisheries/foods (5, 46)
Frontier (space marine and earth sciences (11, 76)
Energy/resources (10, 51)
Environment (7, 55)
Nanotechnology/materials (10, 70)
Manufacturing (9, 59)
Industrial infrastructure (10, 59)
Social infrastructure (14, 97)
Social technology (11, 56)
Poprzez temat rozumie się kluczowe technologie i badania zagadnień
typowych dla poszczególnych obszarów (podobszarów).
W niniejszej pracy przedstawione zostaną prognozy dziewiątego obszaru,
czyli nanotechnologii oraz materiałów.
2. Prognozy dla nanotechnologii
W tabeli 1 przedstawiono dane dotyczące wysłanej ankiety (na temat
nanotechnologii).
Pole
Nanotech
M K
95 1
NR 20 30 40 50 60 70< Co Uni IA OO O NR R&D O NR
4
0 11 39 35 15 1
32 51 15 1
2 0
89
11 0
Tabela 1. Dane ankietowe z prognozy japońskiej.
Skróty oznaczają:
1.
•
•
•
Płeć:
M – mężczyźni;
K – kobiety;
NR – brak odpowiedzi;
2. Wiek:
• 20, 30, 40, 50, 60, 70 < - wiek badanych (odpowiednio dwadzieścia lat,
trzydzieści, itd.);
3. Miejsce pracy:
• Co – pracownik korporacji;
• Uni – pracownik akademicki;
• IA – pracownik niezawisłego przedsiębiorstwa;
• OO – pracownik innej organizacji;
• O – inne;
• NR – brak odpowiedzi;
2
4. Rodzaj pracy:
• R&D – osoby zaangażowane w B&R;
• O – inne;
• NR – brak odpowiedzi.
Nanotechnologię uznano jako jedną z kluczowych nauk i technologii w
rozwiązywaniu problemów z zakresu biologii, informacji (informatyki),
środowiska i energetyki. Ponadto obszar ten jest atrakcyjny dla nauk
podstawowych, które przynoszą przełomowe odkrycia w obróbce w skali nano,
materiałach syntetycznych i in. Zaproponowano następujące obszary rozwoju
nanotechnologii:
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Symulacja nanomateriałów.
Nano pomiary i analiza technologii.
Nano obróbka i technologie produkcyjne.
Powstawanie materii i materiałów, technologie syntezy i obróbki.
Nowe materiały kontrolowane z poziomu nano.
Nanourządzenia i sensory.
Technologie NEMS (technologie Nano-Electro-Mechanical Systems).
Ekologiczne i energetyczne materiały.
Nanobiologia.
Nanonauka służąca bezpieczeństwu i spokojowi społeczeństwa.
W tabeli 2 podano najważniejsze 10 hipotez.
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
Temat
Technologie produkcyjne zdolne do kontroli wymiarów i
kształtów z dokładnością do 1 nanometra
Duże przestrzenie bezkształtnych krzemowych baterii
słonecznych z efektywnością zamiany powyżej 20 %.
Wodorowe procesy produkcyjne oparte na rozkład
fotokatalityczny wody i światła.
Biochip (system diagnostyczny), który jest zdolny do
wstępnej diagnozy ryzyka wystąpienia nowotworów i
innych groźnych chorób oraz do dostarczania informacji
(w krótkim czasie) o dostarczaniu lekarstw.
Trójwymiarowa technologia upakowywania w nano
skali.
System nanoprzenoszenia służący do dostarczania
lekarstw i genów do określonych komórek ciała. System
kierowany jest sygnałami z zewnątrz.
Superprzewodniki zdolne do działania w temperaturze
3
Index
90
Rok R Rok W
2013
2019
88
2012
2020
88
2013
2022
87
2012
2020
84
2013
2020
83
2013
2022
83
2022
2033
8
9
10
pokojowej i wyższej.
Produkcja materiałów w określonej strukturze w 82
nanoskali i właściwości poprzez samoorganizację.
Metody analizy sondy skanningowej, które umożliwiają 82
analizę kompozycji układu oraz pomiar ilościowy w
nano skali.
Procesy synteza makromolekuł, które wykorzystują 82
odnawialne surowce w obszarach konwencjonalnych
procesach petrochemicznych.
2013
2021
2012
2019
2013
2020
Tabela 2. 10 najważniejszych tematów. Rok R – rok realizacji technologii. Rok W – rok wprowadzenia do
użycia.
Indeks określa istotę badań nad podanym tematem. Jak widać okres
realizacji technologii a okres powszechnego użycia jest różny (co najmniej o 6-7
lat). Różnice te przedstawia rysunek 2 (różnice dla poszczególnych obszarów
badawczych).
Rys. 2 Interwał między realizacją technologii a jej wprowadzeniem do powszechnego użycia.
Warto zwrócić uwagę na ten aspekt, gdyż często mylone są okresy
realizacji a wprowadzenia do powszechnego użycia danej technologii.
Na przykład w obszarze nanourządzeń i nanosensorów różnica ta wynosi prawie
11 lat, chociaż w samych Stanach Zjednoczonych tylko w roku 2005
zanotowano ponad 1650 artykułów na ten temat!
4
W tabeli 3 przedstawiono jeszcze inne hipotezy, na które warto zwrócić
uwagę.
Temat
Rok R
Superprzewodnictwo
makromolekuł materiałów do
działania w temperaturze wyższej od płynnego azotu.
Urządzenia, które wykorzystują funkcje wymieniające
pojedyncze molekuły i atomy.
Urządzenia i sensory molekularne do wykorzystywania
protein i DNA jako elementów.
NEMS, które wykorzystują ruchy Browna jako źródło
energii.
Technologie sztucznej fotosyntezy do wykorzystywania
dendrimerów.
Technologie do wolnego stosowania materiałów
organicznych, nieorganicznych i metalicznych w skali nano.
Urządzenia przechowujące pamięć za pomocą pojedynczych
elektronów.
Technologie do mierzenia/kontrolowania polaryzacji
spinowej na poziomie molekuł i atomów.
Manipulatory do nanochirurgii biomolekuł.
Biokomputer wykorzystujący sieci komórek nerwowych.
2019
Okres
wprowadzenia
12
2017
12
2014
12
2015
12
2017
11
2015
11
2014
11
2014
11
2014
2022
11
11
Tabela 3. Inne hipotezy oraz daty ich realizacji wraz z okresem wprowadzenia.
3. Zakończenie
Zatem jak przedstawiono, pozostaje jeszcze wiele obszarów badawczych
do zgłębienia oraz dopiero po 2020 roku będzie można mówić o społeczeństwie
wykorzystującym nanotechnologie. Tym niemniej możliwości wypływające z
podanych technologii są kolosalne i rzeczywistość przedstawiana w książkach
Sci-Fi będzie osiągalna.
ŹRÓDŁO:
•
„Science and Technology Foresight Survey. Delphi Analysis”, May 2005,
Science and Technology Foresight Center, National Institute of Science
and Technology Policy, Ministry of Education, Culture, Sports, Science
and Technology Japan
5