Сумма технологий от зарождения живой материи до настоящего времениСумма технологий от зарождения живой материи до настоящего времени и далее… Место текстиля в последовательности революционных и эволюционных технологий.
Профессор Г. Е. Кричевский
Введение
Всё в живом и рукотворном мире развивается чередой революционных и эволюционных изменений (технологий в широком смысле). Как будет показано далее, производство текстиля и изделий из него четко вписывается в эту универсальную парадигму.
Если рассмотреть взаимосвязь между технологиями и практическим использованием их результатов, то это схематично можно изобразить в соответствии с принципом «тяни-толкай» (рис. 1).
Рис.1.
Эту связь следует рассматривать в двуединстве, которое обеспечивает эффект синергизма (1+1>2) и движет развитие человеческой цивилизации в настоящее время на основе «технологий знаний».
Демографические реалии планеты (9-10 млрд. человек к 2050 году) однозначно диктуют невозможность удовлетворить потребности такой численности населения на достойном уровне без эффективного использования последних и будущих достижений науки и технологий на её основе. Демографические тренды и проблемы дефицита, связанные с ними (энергия, вода, пища, состояние окружающей среды, бедность, терроризм, войны разных масштабов, болезни, образование и др.).
На рисунке 2 показан экспертный прогноз роста народонаселения планеты и потребления основных видов энергии (угля, газа, нефти, ядерной и др.). Вывод: нефть и газ – это не навсегда! Рис.2.
По мнению всех ведущих мировых экспертов 6-й технологический уклад, в который вошли развитые страны и некоторые развивающиеся (Китай, Индия), характеризуется основным научно-техническим ядром – кластером NBIC (нано-, био-, инфо-, когнито-) технологиями, конечно в сочетании с другими традиционными технологиями (например, химическими).
На рисунке 3 показана взаимосвязь между составляющими NBIC-кластера. Рис.3. NBIC-технологии и сложная взаимосвязь между ними.
Большинство научно-технических достижений конца 20-го и начала 21-го веков обязано синергизму взаимодействия NBIC-технологий (табл. 1-3).
Таблица 1. История великих открытий в истории человечества: «от поколения к поколению»
Таблица 2 Основные достижения человечества за ~12 тыс. лет в области технологий и продуктов на их основе
Таблица 3 Важнейшие открытия и достижения человека в 20-ом веке
Справедливо к четырем составляющим NBIC-кластера добавляют пятую – социальные технологии, которые являются основной областью использования четырех первых NBIC ↔ Социальные технологии.
Очевидно, что любые научно-технологические достижения не самоцель, их область и объект использования – человек с его проблемами/потребностями. Как было сказано ранее развитие революционно-эволюционное (возьму на себя смелость ввести термин Рэволюция = Революция + Эволюция) живого и рукотворного мира, идут и будут идти переплетено, взаимообогащая друг друга (бионика, биомиметика, нанобио-, бионано-).
В таблице 1 показано, как от поколения к поколению осваивались новые технологии, происходили значимые открытия. Как можно видеть во времени происходит существенное ускорение: в начале и в середине развития цивилизации между важными открытиями стоят многие поколения, а в наше время (20-21 век) множество открытий происходит при жизни одного и менее поколений.
В таблице 2 перечислены важнейшие достижения человека за последние 120 столетий.
В таблице 3 внесены основные открытия 20-го века. В эти таблицы и другие (появятся позже) каждый читатель может по своему разумению вносить другие достижения. Это очень увлекательная игра и в каждой области знаний имеются свои шкалы ценностей и свои приоритеты. Автор в этой статье обязательно займется этим применительно к технологиям производства текстиля. Но вначале на основании анализа литературы, прогноза экспертов попробуем представить картину будущего исходя из тренда развития науки и технологии в наше время (а как иначе?).
Прогнозы общего и частного характера
Прогнозы общего характера
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 Билл Клинтон в 2001 году). 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.
Методологически 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 (методика Форсайт).
Прогнозы можно разделить на коллективные и персональные. Коллективные прогнозы создаются и публикуются исследовательскими и аналитическими 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 Телсберг отвергал в 1927 году возможность звукового кино. 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 и новое поколение волокон на их основе, без которых вся эта техника не мыслима.
Вот как рискованно давать долгосрочные прогнозы! Научно-технический прогресс (термин условный, для кого прогресс?) развивается с экспоненциальным 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 годов, 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 Фридрихом Энгельсом, а позднее Владимиром Вернадским. Современные исследователи (футурологи) отмечают экспоненциальный закон развития науки. Споры идут о времени наступления сингулярности в интервале 2020-2050 годов. 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.). А может потребность в армиях, солдатах, генералах и войнах отомрет? (наив автора!)
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 2015 году 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 2015 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 2015 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 2015 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.
Будущее развития текстиля и одежды
Все что было перечислено выше, безусловно, будет иметь прямое или косвенное отношение к производству и потреблению волокон, традиционного и технического текстиля, одежды и обуви.
Попробуем на основании анализа литературы, личного опыта и интуиции (без нее никак) сделать прогноз до середины 21-ого века в этой области деятельности человека.
Волокна
Все природные и синтетические волокнообразующие полимеры, классические и новые, смогут 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 малотонажного 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;
- Телемедицина на основе сенсорной одежды;
- 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.);
- «Дышащая» 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 при авариях 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 (специальные красители с определенным спектром поглощения в ИК-области).
Огнезащищенный текстиль.
- Использование новых термо- и огнестойких волокнообразующих полимеров для производства волокон;
- Использование углеродных нановолокон;
- Введение в текстиль наноразмерных антипиренов;
- 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;
- «Умная» спортивная обувь фиксирующая пробег.
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 (технологии двойного назначения) не следует забывать нам – россиянам, беря пример с развитых и развивающихся стран.
Революционное и эволюционное развитие производства и потребления текстиля в форме обобщающей таблицы
Исходя из принципа сочетания революционного и эволюционного развития применительно к производству и потреблению текстиля (в широком смысле) автор попытался (судить читателю о пользе) свести в таблицу (табл. 4) все, что происходило с текстилем «От Адама и Евы» (согласно Ветхому Завету наши прородители одежды не использовали и срам прикрывали листочками) до настоящего времени и будет происходить в будущем (что-то сказано в предыдущей части).
Как можно будет увидеть развитие производства текстиля, как и других технологий происходит революционно-эволюционным путем, когда революционные открытия одного времени становятся со временем рутинными, обыденными и совершенствуются (эволюция) или совсем отвергаются, как тупиковые. Таблица 4. Революционные и Эволюционные Технологии и Продукты в области производства текстиля. Хроника более чем за 10 тысяч лет (на памяти Г. Е. Кричевского)
Далее прогнозы не делаю, самому страшно! Выводы по таблице 4.
- Как и во всех областях деятельности человека и в производстве текстиля развитие идет по революционно-эволюционному пути. При этом революционные технологии переходят со временем в традиционные или отмирают (нерастворимые азокрасители), как тупиковые, а ингда снова возвращаются (черный анилин) в новом качестве.
- Научно-технический прогресс берет свое начало в Западной Европе (эпоха Возрождения и первая промышленная революция, Россия догоняет).
- С середины 20-го века лидерами в инновациях и производстве считаются США и другие страны «золотого миллиарда».
- Производство текстиля всегда является объектом приложения самых последних достижений науки и техники.
- Производство и потребление текстиля все больше смещается от традиционного к техническому (~ 35%).
- Технологии двойного назначения (война-мир) становятся наиболее разрабатываемыми.
- Во все времена производство текстиля является одной из важнейших социально значимых технологий.
- Все большее значение приобретает производство текстиля гуманитарного назначения (медицина, защита в широком смысле, спорт и др.).
- К сожалению, Россия (на различных стадиях своего государственного развития) не внесла существенного вклада в развитие науки и технологии производства текстиля. Имеются отдельные вкрапления частного характера.
- В качестве основного производителя текстиля и одежды в мире становится Китай.
Эта статья написана для любознательных, активных молодых людей с целью показать им, что в жизни, мире имеется множество интересных проблем, решение которых требует их участия.
Рекомендуемая литература.
1. Roco M.C., Bainbridge W.S. (Eds.). Converging Technologies for Improving Human Performance: NBIC. Arlington, 2004. 2. Баксанский О.Е. Когнитивные репрезентации: обыденные, социальные, научные. - М., 2009. 3. Roco M.C., Bainbridge W.S. (Eds.). Convergence of Knowledge, Technology and Society: Beyond NBIC . Springer, 2013. 4. Кричевский Г. Е. Нано-, био-, химические технологии и производство нового поколения волокон, текстиля и одежды. Издание первое. — М.: 2011. - 528 с. 5. Кричевский Г.Е. Всё или почти всё о текстиле. Т 1. История, настоящее, прорыв в будущее. - М.: ИПЦ «Маска», 2013. – с. 240. 6. Кричевский Г.Е. Всё или почти всё о текстиле. Т 2. Функционирование текстильного комплекса. - М.: ИПЦ «Маска», 2013. – с. 192. 7. Кричевский Г.Е. Всё или почти всё о текстиле. Т 3. Технический, защитный и медицинский текстиль и одежда. - М.: ИПЦ «Маска», 2014. – с. 400. 8. Кричевский Г. Е. Хронология прогнозов будущих революционных событий в области производства волокон, текстиля и одежды. Порталhttp://www.rusnor.org/pubs/reviews/7062.htm 9. Terebile and Protection. Edited by R.A. Scott. Woodheed Publ. Oxford, 2010. 10. КричевскийГ.Е. Телемедицина. Умный, интерактивный, многофункциональный текстиль. Портал НОР. 14.08.2012. (http://www.rusnor.org/pubs/articles/8164.htm) 11. Кричевский Г.Е. «Умный», «интеллектуальный» текстиль и одежда. Учимся у природы! 12.07.2012. (http://www.rusnor.org/pubs/reviews/8077.htm) 12. Г.Е.Кричевский. Волокна прошлого, настоящего и будущего. Выбор пути – не простая задача. 27.01.2012 г.(http://www.rusnor.org/pubs/articles/7509.htm) 13. Г. Е. Кричевский. Технологии двойного назначения в производстве комплекта одежды солдата 21-го века и изделий гражданского назначения. -Росс.хим.журнал, т.LVN3, 2011 г. - с. 67-72. 14. С. Лем. «Сумма технологий». - М.: Мир, 1968. Комментарии:
|