В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Александр Городников
ОАО "НИКФИ", академик ЕАТР
Процесс конвергенции, объединивший СМИ, средства связи и компьютеры в гигантскую _ область инфокоммуникаций, постепенно охватывает и другие сферы. Сегодня конвергенция формирует обширную, весьма доходную область под названием "индустрия развлечений" , где новейшие инфокоммуникационные технологии подчинены быстрому и эффективному решению задач шоу-бизнеса
В сравнительно недалеком будущем компьютерные игры, кинофильмы, телешоу будут запускаться как сквозной проект с содержательной и коммуникационной конвергенцией. Уже сегодня выпуск нового кинофильма зачастую сопровождается появлением компьютерных игр и телевизионных шоу, или, наоборот, по популярным компьютерным играм снимают кино. И это лишь начало - в недалеком будущем такие процессы станут обычным явлением, в чем уверены участники ежегодного саммита "Голливуд и игры". По мнению одного из них, американского режиссера Пола Андерсона, процесс конвергенции неизбежен и вскоре интеллектуальная собственность будет выпускаться одновременно в виде игр, фильмов и телепостановок.
Что же происходит на необъятных просторах нашей Родины? В советское время существовало немало крупных научных и инженерных проектов, которые работали на престиж страны. И эти проекты, к которым в полной мере можно отнести и создание советской киноиндустрии, а затем и телеиндустрии, не только развивали научно-технический и производственный потенциал, но прежде всего формировали идеологию общества, его национальные ценности, вдохновляли молодежь. К счастью, сегодня вновь появляются масштабные национальные проекты, и, например, зимняя Олимпиада 2014 г. является типичным конвергентным шоу-бизнес-проектом будущего.
Но способна ли отечественная наука и техника предложить российскому обществу в недалекой перспективе новые проекты, равномасштабные по значимости ядерной и космической программам?
Мне представляется, что одним из таких проектов в стране вообще и в индустрии массовых развлечений и кино в частности может стать внедрение нанотехнологий. Мировая гонка по их освоению только началась, что в известной степени уравнивает стартовые возможности соревнующихся на новом уровне.
Промышленная революция
Что же такое нанотехнологий? Это не просто новые материалы и вещи из них, как иногда полагают, но, скорее, новые сущности, требующие колоссальных материальных ресурсов и поэтому доступные на первом этапе ограниченному количеству стран. Эти сущности требуют переворота не только в науке и технике, но прежде всего в мышлении.
Нанотехнологий определяются как совокупность методов и приемов манипулирования веществом на атомном и молекулярном уровнях с целью производства конечных продуктов с заранее заданной атомной структурой.
Ключом к пониманию нанотехнологий является то, что их применение предполагает не просто качественные продукты, но значительное улучшение самих средств производства. Производство промышленных нанопродуктов может стать таким же дешевым, как копирование компьютерных файлов. Здесь заложено настоящее значение нанотехнологий - именно поэтому их освоение часто рассматривают как "следующую промышленную революцию".
Сегодня мир находится на пороге эпохи глобального конструктора легко собираемых игрушек. Нанотехнологий позволяют манипулировать частицами на уровне размеров молекул и атомов (порядка десять в минус девятой степени метров) и строить из них, как из кубиков, принципиально новый окружающий мир.
Ведь сначала человек перевел в цифру информацию, что обусловило появление компьютеров и нового качества связи, в том числе и при передаче аудиовизуальной информации. И лишь теперь, на базе накопленных обществом знаний с помощью нанотехнологий, по образному выражению, в цифру переводится сама материя.
От нанотехнологий в недалеком будущем ожидается сильнейшее влияние на многие, ранее консервативные базовые области, в том числе и на материаловедение, электронику, хранение информации. Достаточно сказать, что по нанотехнологиям в авторитетной международной организации по стандартизации - Международной электротехнической комиссии (МЭК), в сентябре 2006 г. был открыт соответствующий специализированный комитет ТК113.
Реализация замысла
Если XX век был эпохой революционных открытий практически во всех областях науки и техники, то век XXI обещает стать веком нанотехнологий. Еще в 1959 г. американский физик Ричард Фейнман предположил, что со временем многие материалы и приборы будут создаваться на молекулярном или даже атомарном уровне, что сулит фантастические перспективы. Но чтобы манипулировать столь малыми объектами, необходима измерительная и рабочая аппаратура нового поколения.
Реализовать замысел помог открытый в начале XX века туннельный эффект, возникающий между двумя проводящими веществами, расположенными на таком расстоянии, чтобы волновые функции электронов перекрывались. В результате выяснилось, что с помощью очень тонкой иглы можно получать информацию о строении материи на атомном уровне.
В 1966 г. американский ученый Рассел Янг сконструировал прибор, работающий по этому принципу, однако его открытие не было востребовано. Второе свое рождение оно получило в 1981 г., когда специалисты Цюрихского объединения IBM Г. Бининг и Г. Рорер разработали прибор, действующий по аналогичному принципу, и назвали его сканирующим зондовым (или туннельным) микроскопом (СЗМ).
Это устройство позволяло наблюдать каждый атом в отдельности, причем в заданных точках. Рабочим органом прибора - зондом - служила токопро-водящая металлическая игла. Зонд подводился к изучаемой поверхности очень близко - на десятые доли ангстрема, при подаче постоянного напряжения между ними возникал электрический ток. После компьютерной обработки информации о перемещении зонда можно было "увидеть" рельеф поверхности объекта с необходимым разрешением.
В 1986 г. в той же лаборатории были созданы СЗМ второго поколения - атом-но-силовые. В них сканирующее устройство было устроено подобно патефону: острая иголочка (зонд) прикреплялась к одному концу плоской упругой пластинки из тонкой платиновой фольги - кан-тилевера, а другой ее конец крепили в держателе. В ходе сканирования игла, повторяя рельеф изучаемой поверхности, заставляла кантилевер колебаться и поворачиваться вокруг продольной оси. В 1993 г. появились приборы, использующие резонансный метод, при котором измерения проводят вибрирующим кантилевером, колебания которого возбуждает внешний пьезогенератор. При его приближении к объекту характер колебаний становится иным, причем изменение амплитуды в основном зависит от рельефа поверхности, а фаза чувствительна к ее физическим свойствам.
Сегодня многие оппоненты нанотех-нологий говорят об отсутствии практических результатов вообще, а уж в предметной, аудиовизуальной области и подавно. Но в то же время наш соотечественник физик Виталий Фролов научился использовать конфокальный сканирующий микроскоп наноразреше-ния для неповреждающего воспроизведения архивных носителей механической звукозаписи - редких фоновали-ков и грампластинок. А уж компакт-диски и DVD "читать" таким бесконтактным образом можно и подавно. Представляете, какой высокой плотности записи-чтения информации можно достичь в недалеком будущем?..
Иглы различной модификации позволяют сканирующим зондовым микроскопам выявлять свойства исследуемых материалов. Например, если зонды имеют токопроводящую поверхность, можно измерить относительное распределение поверхностного сопротивления и емкости, а также электрические характеристики приповерхностных структур. Проводящими электрический ток зондами с диэлектрическим покрытием устанавливают распределение приповерхностных магнитных полей и емкости и т.д.
Нетерпеливый читатель спросит, какое отношение все это имеет к искусству, массовой информации, к хранению, передаче и воспроизведению аудиовизуальной информации. Забегая вперед, отвечу: самое прямое. Об этом и пойдет речь в данной статье.
Зондовые микроскопы способны модифицировать самые различные поверхности и менять их структуру, скажем, методом литографии с нанометровой точностью.
О ювелирной тонкости подобного метода говорит такой пример: "нарисованные" таким образом портреты всех россиян с их биографиями уместились бы на пластине твердого материала, вплоть до алмаза. Вот это действительно вечный архив!
Сегодня различные СЗМ выпускает ряд иностранных фирм, таких как: Digital Instruments, Molecular Imaging (США) и т.д. Огромный вклад в развитие нанотехнологии внесла и отечественная наука. Так, еще в 1993 г. в Зеленограде была создана компания ЗАО "Нанотехнология-МТД", которая стала выпускать высококачественные сканирующие зондовые микроскопы самых различных модификаций и назначений и комплектующие к ним. На базе основных серий - "Смена" и "Солвер" -можно "набрать" около 20 вариантов "машин", позволяющих определять до 43 характеристик изучаемого объекта. Это единственная российская фирма, вышедшая на мировой рынок и занявшая там передовые позиции.
О порошках и многоножках
Отрадно, что развитию нанотехнологии уделяется сейчас повышенное внимание в России на самом высоком уровне. В своем послании Федеральному собранию президент РФ В. Путин назвал нанотехнологии локомотивом научно-технического развития страны на пути создания по-настоящему инновационной экономики. Инициатива президента РФ послужила основой для выработки "Стратегии развития на-ноиндустрии". На реализацию национальной программы развития нанотехнологии государство направляет более 130 млрд рублей.
Поскольку вещество при переходе от грубодисперсного состояния к состоянию с размером частиц < 100 нм резко изменяет ряд своих фундаментальных свойств, то для обозначения этого отличия в середине 70-х годов прошлого века в СССР был предложен термин ультрадисперсные порошки (УДП). В настоящее время на Западе и у нас в стране для обозначения подобных сред используется термин "нанопорошки" (НП).
Интерес к нанодисперсным материалам связан с тем, что они находят все более широкое применение в качестве исходного сырья при производстве керамических и композиционных материалов, сверхпроводников, солнечных батарей, фильтров, геттеров, присадок к смазочным материалам, красящих и магнитных пигментов, компонентов низкотемпературных высокопрочных припоев и др.
Основные достижения и особенно перспективы использования НП связаны с отработкой технологии получения порошков с особыми свойствами, такими как: очень низкие температуры спекания < 100 °С; высокая химическая активность; наличие избыточной (запасенной) энергии (послесвечение) и т.п.
Изменение фундаментальных свойств традиционных материалов в нанодиспер-сном состоянии (понижаются: температура начала плавления, теплота испарения, энергия ионизации, работа выхода электронов и др.) открывает широчайшие возможности в области создания новейших материалов и технологий, принципиально новых приборов, устройств, веществ и продуктов на их основе.
Не отстают россияне и в материаловедении. Так, концерн "Наноинду-стрия" выпустил специальный восстанавливающий состав на основе адаптивных наночастиц, который может защитить от износа практически любые трущиеся металлические поверхности!
Недавно IBM создала прототип устройства памяти "многоножка" (Millipede) - первое наноустройство хранения данных. Новинка состоит из записывающей матрицы манипуляторов, включающей в себя 4096 кантилеверов, выполненных как устройства чтения-записи (подобные кантилеверы используются сейчас в электронных и атомно-силовых микроскопах). Правда, у прототипа пока вчетверо меньше кантилеверов, но это не мешает предположить о благоприятных рыночных перспективах продукта.
Практическое применение
Практическое использование нанотехнологии первого поколения, например, в виде сверхтонкодисперсных растворов и покрытий, обладающих свойствами самоочищения при световом воздействии, защищающих от пыли и грязи пластик, стекло, ткани, оптические и осветительные приборы, имеющих эффект послесвечения (таких, как самосветящаяся вечная табличка "запасной выход" в кинотеатрах и других учреждениях культуры), уже позволило получить фундаментальные знания о них. Бактерицидные нано-краски дезинфицируют воздух в общественных местах, нанопокрытия снижают трение и восстанавливают металлические и другие трущиеся поверхности, упрочняют, но не утяжеляют их конструкции.
В учреждениях культуры, музеях, архивах, в кинематографии встречается множество задач, решаемых путем использования наносодержащих покрытий, хотя на смену уже идут беспленочные цифровые технологии:
Еще одно направление, которому в современной кинематографии уделяется все больше внимания, - это создание стерео (3D) и многомерных (4D) систем кинопоказа с дополнительной, экстрасенсорной поддержкой, включающей ароматизацию, вибрацию, брызги и др. Причем уже разрабатываются системы, где дополнительное воздействие на зрителя будет реализовано не физически, а физиологически, путем возбуждения не органов чувств, а воздействия слабыми полями (например, ультразвуком) непосредственно на зоны мозга, отвечающие за определенные чувства человека.
Появление новых типов экранов наряду со стремительным внедрением цифрового кинематографа также может изменить привычные технологии кинопоказа, форму кинозалов, отменить требование затемненности. Уже появились первые коммерческие образцы активных составных экранов большого размера, которые по яркости, разрешению, контрастности значительно превышают параметры цифровых кинопроекторов и при этом сравнимы с ними по стоимости.
Из наноматериалов могут создаваться сверхпрочные и легкие поверхности, пленки, тросы, серебросодержащие недорогие отражающие покрытия, кино/фотоматериалы и защитно-дезинфицирующие покрытия для них, прочные и немаркие (по сути вечные) художественные костюмы для актеров и защитные - для каскадеров; легкие, прочные, негорючие декорации, занавесы и даже новые типы пассивных и активных экранов для показа изображений.
Сегодня цифровой кинематограф театрального качества ассоциируется у скептиков с пугающими объемами информации в сотни гигабайт и единицы терабайт, требуемых для хранения одного двухчасового кинофильма. Дальнейшие планы ученых из Bell Labs напоминают даже не фантастику, а чистое прожектерство. Тем не менее в этой лаборатории ведутся работы над созданием устройства размером с мяч, которое позволит обрабатывать петабитные (миллиарды гигабит) объемы данных. В представлении специалистов Bell Labs в петабитном коммутаторе будут использоваться микрозеркала, создаваемые на кремниевой подложке методами самосборки, а также нанотехнологи-ческими методами. Они позволят обрабатывать и оптические, и электрические сигналы, причем с намного большей эффективностью и скоростью, нежели это возможно сегодня.
Разрабатываются и новые изделия наноэлектроники для обработки и хранения информации, светоизлучающие элементы для построения активных составных экранов произвольного размера, позволяющих получить слитное изображение кинотеатрального качества на незатемненном экране, видное под углами зрения до 160-170 град. Исследовательское подразделение компании Motorola представило прототип цветного дисплея на основе эффекта наноэмиссии (NED, Nano Emissive Display) с диагональю 5" на базе нанотрубок с использованием технологии CNT (Carbon Nanotube Technology). Новая разработка явилась прорывом в мир, где широкоформатные, плоские и при этом весьма недорогие и долговечные экраны телевизоров и компьютеров из фантастики станут обыденной реальностью. Новый экран оптимизирован для создания на его основе в ближайшей перспективе широкоформатного телеэкрана стандарта ТВЧ, который будет иметь менее 1" (2,5 см) в толщину.
"Основываясь на нашем 15-летнем опыте и 160 патентах в области углеродных нанотрубок и плоских экранов, мы разработали технологию, открывающую перспективу создания нового поколения плоских крупноразмерных экранов, обеспечивающих непревзойденное качество изображения, и при этом со значительно меньшей стоимостью, чем сегодняшние модели, - заявил Джим О'Кон-нор, вице-президент компании Motorola по вопросам развития технологий и их коммерциализации. - В настоящее время совместно с производителями дисплеев мы ведем работу по дальнейшему продвижению технологии и созданию на ее основе коммерческих продуктов".
"Технология NED компании Motorola наглядно демонстрирует возможность отображения полноцветного видео с хорошим временем отклика, - отмечает Барри Янг (Barry Young), вице-президент и руководитель финансового департамента компании DisplaySearch, ведущей компании в области исследования рынка плоских дисплеев и консалтинга. -Результаты подробного стоимостного анализа свидетельствуют, что себестоимость производства панели дисплея на основе технологии NED с диагональю 40" (около 1 м) составит менее $400". "Motorola" доказала, что ее технология NED полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к устройствам для полноценного воспроизведения видео, -считает Кимберли Аллен, директор по стратегии и технологиям дисплеев аналитической компании iSupply. - Непосредственное выращивание углеродных нанотрубок на стеклянной подложке предпочтительней, чем метод с использованием пасты и печатных технологий, и позволяет создать более крупные и более сложные дисплеи".
И вот уже созданы дисплеи для домашнего кинотеатра с контрастом миллион к одному. Компания Sharp представила на последней выставке бытовой электроники в Лас-Вегасе (2007 International CES) ЖК-дисплей Mega-Contrast Premium, демонстрирующий феноменальный уровень контрастности: один миллион к одному! От конкурента не отстала и компания Sony.
Нужно заметить, что панель от Sharp -не единственный дисплей, достигший контраста миллион к одному. По сообщению Engadget, фирма Sony продемонстрировала на той же выставке свой ТВЧ-экран (с разрешением 1080р и диагональю 27"), также обладающий высоким контрастом - миллион к одному. Только Sony создала не ЖК-панель, а экран на органических светодиодах (OLED).
Заглядывая в будущее, можно предположить, что нанотехнологии станут реальной основой создания новых массовых зрелищ и индивидуальных развлечений, они будут основаны на обработке, передаче и воспроизведении значительно больших, чем сегодня, объемов оцифрованной многомерной информации. Это, в свою очередь, приведет к действительно реалистичному го-лографическому отображению окружающего трехмерного мира со всеми его нюансами четвертого и последующих чувственно-эмоциональных измерений, откроет иные изобразительные возможности для экранных искусств, которые несомненно выйдут в новое изобразительно-эмоциональное пространство.
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #5, 2007
Посещений: 16024
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
