Статья Г.Е.Кричевского, Проф., д.т.н., засл.деятель науки РФ

Предсказывать что-либо на ближайшие годы, когда еще, вероятнее всего, будет жить предсказатель, опасно, можно оконфузиться. Примеры таких конфузов будут приведены ниже. Прогноз на далекую перспективу совсем не опасен для предсказателя, т.к. о прогнозе и об авторе, вероятнее всего, забудут. Несмотря на эти замечания кратко-, средне- и долгосрочные прогнозы в области науки и техники делаются учеными, фантастами, политиками. Отважился на это и автор.

Серьезные прогнозы учитываются органами планирования и политическим руководством всех правительств и крупных транснациональных компаний. На основании некоторых из них принимаются решения о стратегии развития, как это было сделано в случае национальной программы по нанотехнологии в США (подписал президент Б.Клинтон в 2001 г.). Прогнозирование, конечно, не является точной наукой, предсказывающей точные даты и конкретные открытия, хотя они, как правило, делаются профессионалами высокого уровня. Но общий вектор развития прогноза, безусловно, намечают и в этом их огромная польза.

Методологические прогнозы могут быть результатом качественной экстраполяции текущего состояния науки и техники (чаще всего на этом базируются научно-фантастическая литература, кино) или итогом количественного моделирования, основанного на анализе исторических данных и тенденций развития. Прогнозы, основанные на экспертной оценки часто оформляют в дорожные карты развития науки и техники в целом или в конкретных областях технологий и продукции.

Прогнозы можно разделить на коллективные и персональные:

Коллективные прогнозы создаются и публикуются исследовательскими и статистическими структурами национальных правительств, крупных коммерческих компаний, неправительственными организациями (фондами, мозговыми центрами, международными, профессиональными союзами и ассоциациями, академическими учреждениями). Персональные прогнозы дают известные мыслители, ученые, писатели, политики.

Особенно стараются на этом поприще писатели-фантасты. Все это называется футурологией, от лат. Futurum (будущее).

Надо сказать, что прогнозы даже самых известных людей часто через относительно короткое время оказываются опровергнутыми успехами науки и техники будущего. Чаще всего самые фантастические прогнозы сбываются, а скепсис в прогнозах опровергается жизнью.

Для примера приведем несколько несбывшихся скептических прогнозов.

Известный английский физик лорд Кельвин (президент Королевского научного общества, аналог нашей академии наук) в 1890 годах сомневался в перспективах радио; воздухоплавания, не верил в реальность рентгеновских лучей.

Известный голливудский кинорежиссер Ирвинг Телеберг отвергал в 1927 г. возможность звукового кино.

В нашей области (волокна) известный американский ученый полимерщик и волоконщик Марк утверждал в 70-е годы (прошлого века), что в ближайшие 50 лет не ожидается появление новых синтетических полимеров, в том числе и волокнообразующих.

И что мы видим сегодня: радио, телевидение, мобильные телефоны, интернет, самолеты, вертолеты, ракеты, цветное 3D кино, десятки новых видов полимеров с уникальными свойствами, без которых вся эта техника не мыслима. Вот как рискованно давать долгосрочные прогнозы! Научно-технический процесс (термин условный, для кого прогресс?) развивается с экспоненциальный ускорением и тем самым затрудняет всяческие, даже самые смелые прогнозы.

Прогноз в конкретной области знаний и практик, безусловно, должен опираться на прогноз в базисных научных направлениях, их нужно учитывать и в наших прогнозах по производству волокон, текстиля, одежды и обуви. Поэтому начнем с краткого изложение опубликованных прогнозов (~ до 2050 г.) в базисных направлениях науки и техники по следующим разделам (рубрикация автора):

– искусственный интеллект и робототехника;

– роботы 2015–2045 гг.: выполняющие ручной труд (уборка помещений, простейшие хирургические операции, сельскохозяйственные работы, тяжелый и опасный труд в горной, металлургической и других отраслях промышленности, роботы-солдаты, роботы-сиделки;

– искусственный интеллект 2020–2050 гг.: компьютеры (дешевые ~ 1000 DS/штука) с интеллектом человеческого мозга, и даже суммарно всех людей на земле. Технологическая сингулярность, т.е. создание искусственного интеллекта и самовоспроизводящихся машин. После этого дальнейшая судьба цивилизации становится непредсказуема, исходя из социального поведения человека, который интегрируется с вычислительной техникой.

Сингулярность – ключевое слово современной футурологии. Под этим термином, пришедшим из астрофизики и математики, в прогнозах понимают такую временнỳю точку или фазу, после которой прогнозы не имеют смысла и не предсказуемы. По существу это связано с ускорением роста научных знаний. Это ускорение впервые было отмечено Ф.Энгельсом, а позднее В.И.Вернадским. Современные исследователи – футурологи отмечают экспоненциальный закон развития науки. Споры идут о времени наступления сингулярности в интервале 2020–2050 гг. Как можно видеть, ждать осталось недолго и наши дети и, уж конечно, внуки в реальности эту сингулярность ощутят. И мало им это не покажется. На фоне этой сингулярности, способной изменять саму биологическую сущность человека (киберчеловека), все наши современные проблемы покажутся детскими игрушками.

Биология и медицина (2020–2025 гг.): протезы зрения, использование органов животных-доноров для трансплантации. Регенеративная медицина вместо хирургии для большинства тканей и органов. Функциональное омоложение, биомиметика (использование принципов и механизмов функционирования живой природы (зрение, ориентация, обоняние, движение, защита от вредных импульсов) на пользу человеку.

Персонифицированная медицина, создание карты генома человека (по цене менее 1000 DS), с целью предсказания и лечения генетических заболеваний и заболеваний всех органов.

Культура и досуг 2015–2050 гг.

• Полное погружение в виртуальную реальность с прямым вводом информации в мозг;
• Виртуальная реальность позволит осуществлять любой тип взаимодействия с кем угодно на планете;
• Превосходство над человеком человекоподобных роботов в различных спортивных соревнованиях (футбол, бейсбол, баскетбол и др.).

Глобальная демография:

• 2013 г. – 7 млрд.чел.;
• 2026 г. – 8 млрд.чел.;
• 2043 г. – 9 млрд.чел.;
• 2183 г. – 10 млрд.чел.

Средняя продолжительность жизни:

• 2020 г. – 70 лет;
• 2030 г. – 130 лет (в развитых странах).

Наноэлектроника 2015 – 2020 гг.

Наномашины в защитной одежде боевого комплекта солдат, управляемые бортовым компьютером будут изменять свойства текстиля от гибкого до пуленепробиваемого, фильтровать и обезвреживать химическое, биологическое оружие, защищать от радиации, следить за состоянием организма, лечить раны, за счет экзоскелета усиливать мышечную силу, за счет наноэлектроники и различных гаджетов связывать солдата с другими солдатами, со штабом, полевым госпиталем, ориентировать на местности. Все эти возможности будут использоваться также в мирных областях (спорт, медицина, отдых и т.д.).

Политика и экономика. 2016 г. – ВВП Китая превысит ВВП Японии; 2022 г. – ВВП Индии превысит ВВП Японии; 2041 г. – ВВП Китая превысит ВВП США.

Транспорт 2013–2030 гг. Гибридные автомобили к 2013 г. составят 30% от рынка новых автомобилей. Автоматически управляемый (со спутников) автомобиль – 2030 г.

Космос 2015–2095 гг.

• Разработка месторождений на Луне, Марсе и астероидах – 2042 г.
• Полет человека на Марс – 2020–2030 гг.
• Полеты на Луну (Россия, США, Китай) – 2015–2024 гг.
• Космический лифт – 2020 г.
• Космический туризм – 2011–2024 гг.
• Полеты со скоростью близкой к скорости света – 2095 г.

Наноматериалы 2012 г. и далее – функции наноматериалов будут сменяться от «пассивных» (регистрация, мониторинг) до «активных» («умные» материалы и изделия), реагирующих на различные внешние и внутренние импульсы.

Биотопливо 2010 г. и далее.

• Эффективные смеси бензина, дизельного и биотоплива;
• Использование биомассы микроорганизмов и растений для производства метанола как топлива;
• Использование достижений в генетике растений и биотехнологий для целей энергетики.

Глобальные проблемы водообеспечения 2015 г и далее.

• Фильтры на основе наноматериалов;
• Опреснение и очистка воды с помощью новых источников энергии (солнечной);
• Разумные системы водопользования дл сельского хозяйства и промышленности, основанные на новых водосберегающих, водооборонных технологиях.

Экология 2012 г. и далее.

• Глобальные системы слежения за чистотой атмосферы;
• Близкий к нулевому уровню вредных твердых, жидких и газообразных выбросов за счет новых технологий.

Сельское хозяйство 2012 г. и далее.

• Определение конкретных геномов растений и животных для повышения их урожая и качества;
• Выращивание растений и животных для производства лекарств и искусственных органов;
• Выращивание сельскохозяйственных культур для производства новых видов энергии.

Безопасность и системы слежения 2012 г и далее.

• Полностью автономные системы безопасности для человека, дома, предприятия, транспорта и т.д., способные распознавать различные риски и опасности и устранять их;
• Радиочастотные метки для людей, техники и материалов;
• Все что было перечислено выше, безусловно, будет иметь прямое или косвенное отношение к производству и потреблению волокон, традиционного и технического текстиля, одежды и обуви.

Волокна, текстиль и одежда будущего

Попробуем на основании анализа литературы, личного опыта и интуиции (без нее никак) сделать прогноз до середины 21-ого века в этой области деятельности человека.

Автор заранее просит прощения у следующих поколений за обязательно просчеты в прогнозах.

Цель этих прогнозов:

– спровоцировать дискуссию;

– наметить основные вехи для составления дорожной карты развития отрасли.

Волокна

Все природные и синтетические волокнообразующие полимеры классические и новые будут использоваться для производства наноразмерных по диаметру волокон, например по технологии электроформования. Последние будут находить применение практически во всех областях науки и техники (защитный, технический, медицинский, спортивный, домашний текстиль); их производство из мало- перейдет в многотонажное.

Значительную долю вместо традиционных химических волокон из модифицированных природных и синтетических волокнообразующих полимеров составят волокна из тех же и вновь появившихся полимеров, наполненных наночастицами различной природы (минеральные, неорганические, органические, нанотрубки из углерода и других веществ). Производство этих волокон тоже станет многотонажным, и они найдут очень широкое применение, особенно в технике в качестве наполнителей в композитных материалах.

Нановолокна из нетрадиционных волокнообразующих веществ: нановолокна углеродные и из других неорганических веществ.

Волокна традиционной толщины и наноразмерные по диаметру, получаемые с использованием бионики и генной инженерии: генномодифицированый паучий шелк и шелк шелкопряда; целлюлоза, полученная микробиологически.

Волокна на основе новых волокнообразующих синтетических полимеров с изменяющимися фазовыми переходами и с памятью формы, реагирующие на изменения температуры окружающей среды (обогревающая и охлаждающая одежда).

Текстиль

Колористика:

– структурная изменяющаяся (радужная, беспигментая) окраска за счет наноструктур, на которых происходит интерференция, дифракция, преломление света (бионика: наподобие природной окраски насекомых, цветов, обитателей морей);

– текстиль на основе хромных красителей (термо-, фото-, механо-, электрохромия), реагирующий на различные внешние импульсы (новые колористические эффекты, маркировка, защита денежных знаков, сенсорный текстиль);

– универсальные красители по отношению к волокнам различной природы, самосборка красителя (пигмента) в структуре волокна (из неокрашенных наночастиц).

Гидрофобность / олефобность / гидрофильность

Текстиль с перестраивающимися противоположными поверхностными свойствами (водо-, маслоотталкивающие, смачиваемость) в зависимости от условий эксплуатации (атмосферное воздействие, стирка и др.) достигается за счет полимеров специальной структуры, ориентирующихся на поверхности текстиля неполярными гидрофобными или полярными гидрофильными группами. Другое решение – создание на поверхности волокон наношероховатостей из гидрофобных или гидрофильных полимеров. Способность текстиля отталкивать воду и масла и дышать (управление транспортом паров и капель воды) достигается использованием мембранной технологии.

Создание комфортного климата в пододежном пространстве

• Использование для покрытия текстиля полимеров с памятью формы или изменяющих фазовые состояние;
• Одежда из дышащего текстиля 3D-структуры, состоящего из полислоев, выполняющих разные теплоизоляционные, воздухопроницаемые и водонепроницаемые функции.

Защитный (в широком смысле) текстиль

Текстиль антибаллистический. Нано- или нанонаполненные волокна и полимерные покрытия текстиля, изменяющие под действием сильных деформационных нагрузок фазовое состояние. Использование полимеров с жидкокристаллической структурой, изменяющих ее при сильных деформационных нагрузках. Использованием в силовых структурах, в экстремальном спорте.

Антимикробный текстиль.

• Использование наноразмерных биоцидов селективного действия по отношению к микроорганизмам (только к патогенным);
• Использование природных механизмов защиты от вредных микробов (бионика).

Медицинский текстиль

• Нательное белье с сенсорными свойствами следит (мониторинг) за состоянием организма (температура, давление, пульс, содержание сахара в крови и др.) и передает в медицинский центр, откуда поступает рекомендация по использованию лекарств или команда о введении лекарства через кожу из текстиля (депо). Текстиль выступает в роли диагностического прибора и капельницы;
• Специальное лечебное белье, в которое вводятся различные лекарства, витамины, биологические активные препараты, добавки, контролируемо, по программе подающиеся в организм;
• Раневые покрытия, реализующие механизм инженерии тканей (восстановительная медицина), имитирующий природные механизм лечения ран;
• Широкий ассортимент имплантатов на текстильной основе различных органов (сосуды, сухожилия, мышцы, суставы, хрящи и др.);
• Одежда медперсонала безопасная по отношению к физиологическим жидкостям больных (гидрофобные и антимикробные);
• Внутрибольничный текстиль с антивирусными свойствами для профилактики госпитальной инфекции.

Защитный текстиль от различных видов радиации

• От солнечной радиации (УФ-составляющая вызывает рак кожи) с помощью эффективных частиц УФ-абсорберов наноразмеров (краситель, TiO2 и др.);
• От α-, γ- и рентгеновских лучей (самая трудная, но важная проблема, аварии на АЭС) с помощью введенных в текстиле «ловушек» излучения (соединения тяжелых металлов, специальные полимеры).

Защита от химических вредных веществ

Введение детоксикаторов (ловушек – дендримеры, циклодекстрины) вредных токсичных веществ в структуру волокна или фиксация их на поверхности текстиля; многослойный 3D текстиль.

Коммуникационный, Е-текстиль

Одежда выполняет роль многофункционального компьютера, связанного с внешними приемниками и передатчиками (глобальная связь через Интернет, ориентация на местности и др.). В структуру волокон, ткани, одежды встроены датчики, актуаторы, антенны, различные гаджеты, дисплеи и т.д.

Камуфляжные (маскировочные) ткани и одежда

• Маскировка в дневное время путем имитации окраски окружающей местности (зелень, пустыня, снег) с помощью окраски, изменяющей цвет по программе (электрохромные красители);
• Маскировка в ночное время по отношению к приборам ночного видения:
• Приборы на основе ИК-излучения. Красители со специфическим спектром отражения в ИК-области маскируют по отношению к приборам на основе ИК-излучения;
• Метаматериалы («невидимки») со специальной наноструктурой («отрицательная» оптика) маскируют по отношению к радарам.

Огнезащищенный текстиль

• Использование новых термо- и огнестойких волокнообразующих полимеров для производства волокон;
• Использование углеродных нановолокон;
• Введение в текстиль наноразмерных антипиренов.

Обувь нового поколения

• Эргономическая обувь, учитывающая физиологические особенности нижних конечностей и опорного аппарата человека. «Умная» обувь, изменяющая свой объемный профиль;
• Специальная обувь для верхолазов и альпинистов на основе механизма мгновенного прилипания и отлипания, как у ящерицы геккона (бионика);
• Специальная обувь, обработанная наноразмерными биоцидами.

Заключение

Все вышеперечисленные прогнозы, касающиеся волокон, текстиля, одежды и обуви, как и прогнозы более общего характера и вытекающие из этого технологии и материалы будущего имеют двойное назначение: цивильное и оборонительно-наступательное.

Это обычная взаимосвязь существует на протяжении всей истории человечества: колесо – обычный транспорт и боевая колесница; огонь для приготовления пищи и грозное оружие; атомная энергия – оружие массового поражения и энергетика, медицина; космос – боевые ракеты, спутники; нано-, био-, информационные технологии – боевой комплект одежды солдата, медицина, спорт, отдых и т.д.).

Эту многоадресность всех инноваций не следует забывать нам – россиянам, беря пример с развитых и развивающихся стран.

Литература

Г.Е.Кричевский «Нано-, био-, химические технологии и производство нового поколения волокон, текстиля и одежды». М., «Известия». 2011 г., 526 с.

Textile and protection. Edited by R.A.Scott. Woodhead Publ.Serias in Textile. Oxford, Cambridge, New Delhi, CRC Press, 2010, 754 p.

Smart clothes and wearable technology. Edited by J.McCann, D.Bryson. Woodhead Publ.Serias in Textile. Oxford, Cambridge, New Delhi, CRC Press, 2009, 459 p.