Анализ тенденций развития нанообласти с использованием исследовательских проектов
Терехов А.И.

Введение

Для современной науки характерен быстрый рост, как правило, на стыке традиционных научных дисциплин. Большая неопределенность, значительный масштаб ожидаемых выгод и ряд других факторов заставляют государство активно участвовать в развитии таких междисциплинарных областей, к числу которых относится и нанотехнология. При формировании научной политики важно понять, каковы уже сложившиеся взаимосвязи и эволюция исследовательских усилий, как прогнозируется их дальнейшее развитие и каким образом управляющие воздействия могут повлиять на это развитие и практическую отдачу. В силу упомянутой специфики для этих целей часто не достаточны качественные методы, использующие мнения экспертов; гораздо эффективнее их сочетание с количественными (формализованными) методами, которые, несмотря на упрощающие моменты, способны обеспечивать объективность и большую сопоставимость результатов.

Количественные методы в исследовании науки опираются, как правило, на библиометрию и патентную статистику. Однако исследовательские проекты, финансируемые научными фондами, также представляют важный источник данных для количественного анализа, причем не только с точки зрения оценки научных групп и организаций, анализа географической структуры науки, схем кооперации и т.д., но и с точки зрения содержания как источника информации для отслеживания появления и динамики новых научных тематик, технологического форсайта и т.д. В статье построен частотный терминологический словарь нанообласти (термины отбирались в названиях проектов, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ) в 1993—2006 гг.), выполнен его анализ и сопоставление с аналогичным словарем проектов Национального научного фонда США (ННФ США). Показана сравнительная динамика грантовой поддержки обоими фондами исследований в области наноматериалов по следующим направлениям: фуллерены; квантовые точки; дендримеры; наночастицы; нанотрубки. Рассчитаны характеристики инфраструктуры, обеспечивающей развитие нанообласти в нашей стране: состав и география институциональных участников проектных исследований, возрастная структура научного сообщества и др. Статья использует ряд результатов и продолжает исследование, выполненное под руководством автора в проекте РФФИ № 03-06-80434 «Изучение структурных характеристик и динамики развития фундаментальных исследований в России по направлению «наноструктуры» и по экологической проблематике (на основе массивов заявок и отчетов по грантам РФФИ 1993—2002 гг.)».

1. Частотный терминологический словарь как простейший инструмент формализованного анализа контента проектов

Нанотехнология в России имеет значительную по времени предысторию, некоторые вехи которой отражены в [1, 2]. С созданием и наполнением банка данных (БД) РФФИ анализ тенденций и перспектив развития этой междисциплинарной области в нашей стране становится возможен на систематической основе. По числу ежегодно финансируемых проектов и количеству их участников РФФИ — второй в мире после ННФ США научный фонд. Данные его электронного банка, по крайней мере за последние 10 лет, достаточно представительны и могут быть использованы для аналитических целей и межстранового сравнения.

Ввиду отсутствия для нанотехнологии надежных классификационных систем, стратегия поиска информации в базах данных строится, как правило, на основе ключевых слов. Для отбора «нанопроектов» и построения частот­ного словаря нанообласти нами использованы следующие ключевые термины:

1) слова с приставкой «нано», за исключением слов «наносекунда», «нанограмм», «нанолитр», «нанопланктон», «нанокельвин», «нанос» и некоторых других, не относящихся к избранной проблематике;

2) фуллерен, фуллерит, фуллерид;

3) квантовая точка, квантовая яма, квантовый проводник;

4) дендример.

Всего за рассматриваемый период в названиях проектов РФФИ встретилось более 180 терминов, составивших терминологический словарь нанообласти, при общем количестве словоупотреблений 2032 (см. Приложение). К наиболее часто употребляемым (по числу раз) терминам относятся:

наноструктура — 380

нанокристаллический — 104

фуллерен — 145

наноразмерный — 104

наночастица — 142

нанокомпозит — 86

квантовая точка — 125

наноструктурный — 57

квантовая яма — 118

нанотрубка — 56.

До 1997 г. термин «фуллерен» был самым часто употребляемым, а термин «наночастица» вышел на третье место в 2005 г., обогнав по частоте употребления термины «квантовая яма» и «квантовая точка». В последние три года (2004—2006 гг.) по сравнению с предыдущим периодом (1993—2003 гг.) значимо возросла частота употребления таких терминов, как «наносистема», «наноматериал», «нанодисперсный», «наночастица» и, наконец, самого слова «нанотехнология». Частота употребления таких терминов, как «фуллерен», «ден­дример», «квантовая яма», «квантовая точка», напротив, сократилась. За 2004—2006 гг. в словарь проектов РФФИ было введено около 50 новых «нанотерминов». Некоторые из них относятся к обозначению отрасли или раздела науки: «наномедицина», «наномеханика», «наноминералогия», «нанофотоника». Большинство же имеет техническую и технологическую направленность: «наноагрегат», «наноустройство», «наноприбор», «нанодвигатель», «нанозонд», «наноробот», «нанотранзистор», «наноэмиттер», «нанофабрикация», «нанотестинг» и др. Сказанное свидетельствует о расширении границ и тематических сдвигах в проводимых исследованиях, а также о начавшемся переходе от нанонауки к нанотехнологии.

Вообще же терминологический мониторинг (в том числе отслеживание появления новых терминов, отражающих интерес к вновь открытому объекту или явлению) в быстро развивающейся междисциплинарной научной области может иметь практическую пользу. Так, весьма популярной в последние годы становится тематика «наножидкостей»: количество публикаций по этой теме возрастает особенно быстро после двух публикаций в журнале «Nature» [3, 4]. Несмотря на то что работы по данной теме в России проводятся (в частности, по магнитоуправляемым наножидкостям), в БД РФФИ нами найден лишь один проект № 06-03-89403 «Прочность расплава вязкоупругих наножидкостей на основе полимер-силикатных нанокомпозитов» по совместному конкурсу РФФИ и Нидерландского общества научных исследователей. Добавим, что теме «nanofluid» посвящено полтора десятка проектов, выполняемых по грантам ННФ США [5]. К числу терминов, встречающихся в последнее время с возрастающей частотой (и не вошедших в словарь РФФИ), относятся: «нанокольцо» (“nanoring”); «наноструя» или «наносопло» (“nanojet”); «нанобиокомпозит» (“nanobiocomposite”) и некоторые другие. Таким образом, даже словарные сопоставления способны давать информацию для дальнейшего экспертного рассмотрения и возможных корректировок научных программ.

Формализованный анализ контента может быть продолжен путем подсчета частоты со­вместной встречаемости терминов. Например, сочетание «полупроводниковая наноструктура» встретилось в 13% случаев употребления термина «наноструктура», что определенно говорит в пользу более широкого интереса к изучению квантовых точек, ям и проводов. Вообще же к термину «наноструктура» в контекстном окружении встретилось 83 определяющих слова, к наиболее частым относятся: полупроводниковая, углеродная, металличе­ская, твердотельная, многослойная, магнитная и др. Дальнейший лингво-статистический анализ с использованием полнотекстовых отчетов по проектам позволит извлекать все более полную и точную информацию о тематической структуре проводимых исследований. Следует, однако, отметить, что формализованный характер рассмотренного подхода требует во всех случаях более строгой проверки и обоснования его результатов.

2. Динамика развития проектных исследований в нанообласти: сравнительная статистика на основе баз данных РФФИ и ННФ США

На основании ключевых терминов (релевант­ных нано-терминов и ряда других терминов без приставки «нано» в русском и английском вариантах), содержащихся в названиях, выделено 1857 проектов, профинансированных РФФИ в 1993—2006 гг., и 3439 проектов, профинансированных ННФ США в 1990—2006 гг.¹

Данные показывают, что РФФИ обеспечивает поддержку в принципе сопоставимого с ННФ США количества проектов, а следовательно, выполняемых тематик и исследовательских групп в нанообласти. Однако финансовый вес поддержки отечественного фонда в десятки раз уступает той, которую реализует американский фонд,— немаловажное обстоятельство, поскольку сама исследовательская деятельность в данной области высокотехнологична и требует значительных затрат на оборудование. Как следует из рис. 1, разрыв по количеству присуждаемых грантов между ННФ и РФФИ особенно возрос, начиная с 2000 г.— момента старта в США Национальной нанотехнологической инициативы (ННИ).

Рис. 1. Количество стартовавших исследовательских "нанопроектов" по годам

Важнейшей составной частью нанотехнологии являются наноматериалы, а среди них те, которые относят к фундаментальным «строительным блокам»: фуллерены, нанотрубки, наночастицы, квантовые точки, денд­римеры. К ним проявляется повышенный исследовательский интерес в мире, а по количеству ежегодно выдаваемых американ­ских «нанопатентов» все они, за исключением дендримеров, входят в лидирующую пятерку. Библиометрические показатели россий­ских ученых в перечисленных направлениях, согласно "Science Citation Index" значительно превышают средние для таких отраслей науки, как физика и химия [6]. Соотношение количества грантов, выданных РФФИ и ННФ США на исследования по каждому из перечисленных типов наноматериалов составляет: для фуллеренов — 1,88; для квантовых точек — 1,02; для дендримеров — 0,57; для наночастиц — 0,40; для нанотрубок — 0,35. Их сравнительная динамика по годам представлена на рис. 2—6. Интересно, что РФФИ начал финансировать исследования дендримеров даже раньше, чем ННФ, однако именно здесь средняя величина американского гранта (более 331 тыс. долларов) — самая высокая среди всех пяти типов исследуемых объектов [5]. Можно отметить, что количество стартующих проектов по наночастицам, нанотрубкам, квантовым точкам в США заметно возросло после принятия ННИ, чего нельзя сказать о фуллеренах.

Рис. 2. Количество выданных грантов на исследрвания важнейших типов наноматериалов: фуллерены

Рис. 3. Количество выданных грантов на исследования важнейших типов наноматериалов: квантовые точки

Рис. 4. Количество выданных грантов на исследования важнейших типов наноматериалов: дендримеры

Рис. 5. Количество выданных грантов на исследования важнейших типов наноматериалов: наночастицы

Считается, что роль углеродных наноматериалов для нанотехнологии столь же важна, как кремния — для электроники. Открытие фуллеренов в физическом эксперименте (1985 г.) и последовавший за этим «фуллереновый бум» привели к открытию в 1991 г. углеродных нанотрубок (УНТ), которые, как оказалось, обладают даже бульшим набором практических применений, чем сами фуллерены. Именно поэтому количество выходящих в мире публикаций по УНТ растет экспоненциально. Они являются лидерами роста по количеству патентуемых изобретений и объемам продаж на мировом нанотехнологическом рынке [6]. УНТ претендуют на главную роль в эволюционной нанотехнологии, ставящей целью создание эффективных наноустройств: наносенсоры, дисплеи на нанотрубках, термоэлектрические преобразователи и т. д. Однако, как показывают рис. 2 и 6, а также библиометрические сопоставления [6], российский исследовательский комплекс не среагировал оперативно на явно обозначившийся перенос акцентов лидерами с изучения фуллеренов на углеродные нанотрубки. Очевидно, требуется экспертное рассмотрение этого факта при формировании российской нанотехнологической программы.

3. Институциональный состав участников проектов РФФИ в нанообласти. Возрастная структура исследователей

Обеспечение кадрами и в первую очередь динамичное воспроизводство их научно-исследовательского ядра чрезвычайно важно для развития и полной реализации экономического потенциала нанотехнологии. По некоторым оценкам, в ближайшее десятилетие России может потребоваться не менее 30 тысяч специалистов в области нанотехнологии: исследователей, материаловедов, технологов [1]².

Отметим, что в выполнении отобранных нанопроектов РФФИ за весь период принимали участие свыше 6800 исследователей. Участниками проектов, стартовавших в 2005 и 2006 гг., являлись 4160 человек, большинство из которых продолжают работу и сейчас. Они образуют 646 тематических научных групп и выполняют проектные исследования в 187 организациях³.

По количеству выполняемых исследовательских проектов лидируют:

Московский государственный университет (вместе с НИИ) — 62;

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (г. СПб) — 45;

Институт физики полупроводников СО РАН (г. Новосибирск) — 21;

Санкт-Петербургский государственный университет (вместе с НИИ) — 21;

Институт проблем химической физики РАН (п. Черноголовка) — 16;

Институт физики твердого тела РАН (п. Черноголовка) — 16;

Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (г. Новосибирск) — 15;

Институт физики микроструктур РАН (г. Нижний Новгород) — 14;

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (г. Москва) — 13;

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (г. Москва) — 13 проектов.

Вообще же 58,8% от общего числа «нанопроектов», стартовавших в 2005—2006 гг., приходилось на долю институтов РАН; 35,4% — на долю вузов (включая МГУ); 9,4% — на долю Государственных научных центров и отраслевых НИИ; 2,9% — на долю прочих организаций (включая коммерческие). Такова в целом институциональная структура фундаментальной нанонауки в гражданском исследовательском секторе России. Заметен рост доли вузов в проектных исследованиях по сравнению с предыдущим периодом [6]. В контрактных исследованиях по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалов», более ориентированных на приложения, доля организаций Федерального агентства по образованию вместе с МГУ даже выше, чем у РАН [8]. Ведущую позицию РАН в фундаментальных исследованиях подкрепляют библиометрические показатели. Так, среди научных организаций разных стран, подготовивших в 2003 г. наибольшее количество «нанопубликаций», Российская академия наук на третьем месте после Академии наук Китая и Национального центра научных исследований Франции [9]. Из 8 наиболее цитируемых отечественных ученых, работающих в области наноматериалов [10], пятеро представляют РАН, трое — вузы (кстати, все 8 ученых являются или были участниками проектов РФФИ).

Возрастная структура сообщества исследователей — весьма информативный показатель для оценки перспектив развития научной области. Средний возраст 4160 ученых, работающих в нанообласти по грантам РФФИ, равнялся в 2006 г. 44,3 лет, их возрастное распределение представлено на рис. 7. Среди особенностей возрастной кривой можно отметить: абсолютный «пик» в районе 26 лет; достаточно длинный послепенсионный «хвост», (который за 8 последующих лет может к тому же «потяжелеть» с 21 до 40% численности данного контингента); низкую долю наиболее продуктивных, согласно [11], возрастных групп (38—42 года — 5,6%; 50—54 года — 10,5%). Конечно же, привлекает внимание «молодежный пик». В его основе, вполне вероятно, лежит демографиче­ский фактор: высокая рождаемость в России на рубеже 1970—1980 годов. Следует, однако, отметить, что формирование рожденных в те годы происходило в период, когда научная «героика» в нашей стране уже отсутствовала, поэтому мотивации их прихода в науку требуют изучения. Имеющийся опыт показывает: из более 1800 участников «фуллеренового бума», включая научную молодежь, число активных и мотивированных исследователей составило в 2003 г. около 1/5 [6]. Длительные наблюдения за возрастной структурой грантополучателей РФФИ подтверждают, что «молодежный пик» куда-то растворяется, слабо подпитывая следующую возрастную группу зрелых исследователей [12]. Если учесть, что в дальнейшем (к 2015 г.) благоприятный демографический фактор сменит знак, а международная конкуренция за привлечение талантливых молодых ученых неизбежно обострится, будет не просто обеспечить развитие нанотехнологии в нашей стране высококвалифицированными исследователями.

Рис. 7. Возрастное распределение участников "нанопроектов" РФФИ, начавшихся в 2005-2006 гг.

Численность активного ядра исследователей и инженеров, работающих в области нанонауки и нанотехнологии (4160 участников проектов РФФИ; около 8 тыс. участников контрактных исследований по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалов» [8]), а также их возрастной состав говорят о необходимости экстренных мер по подготовке, в том числе опережающей, и закреплению кадров в этой стратегически важной области.

Заключение

Научные фонды, как известно, реализуют идею равного доступа, конкуренции и участия самого научного сообщества в выборе исследовательских приоритетов. Финансируемые ими проекты являются неотъемлемой составляющей производства и распространения научного знания, поэтому могут служить ценным источником информации для наукометрического анализа, формирования и реализации крупных целевых программ.

В статье рассмотрена формализованная методология, позволяющая использовать содержание проектов для анализа тематической структуры проводимых исследований, форсайта будущего развития нанообласти и получения на этой основе информации для формирования и корректировки исследовательского порт­феля отечественной нанотехнологиче­ской программы. Сравнение с США (по количеству и направлениям проектных исследований, финансируемых ведущими научными фондами; объему и структуре терминологиче­ских словарей, извлеченных из названий проектов) обнаружило ряд имеющихся недостатков, в частности в мониторинге изменений мировых научных приоритетов. Наиболее отчетливым проявлением стало отсутствие своевременного маневра в изучении углеродных наноструктур, запаздывание с реакцией на появление новых точек роста исследовательского интереса и др. Одна из причин этого, на наш взгляд, в недостаточном внимании к информационному сопровождению исследований.

Для географии выполняемых «нанопроектов» характерна высокая степень концентрации в г. Москве и Московской области, а также в г. Санкт–Петербурге. Рассчитанные данные показывают: исследования в рамках РАН распределены географически более равномерно, что важно в силу стратегиче­ских задач развития нанообласти. Создание гибкой инфраструктуры, включая такой важнейший ее компонент, как квалифицированная рабочая сила,— одна из основных целей Национальной нанотехнологической инициативы США. Реализуя ее, ННФ в 2002 г. объявил образовательную программу по нанотехнологии для студентов, а в 2003 г. — для учащихся средней школы. В результате в 2005 г. при поддержке фонда прошли обучение около 10 тыс. студентов и преподавателей. К сожалению, РФФИ не имеет аналогичных образовательных программ, хотя кадровый вопрос стоит у нас гораздо острее. Возможно, преобладание среди участников контрактов Минобрнауки представителей вузов является проявлением целевой политики, направленной на омоложение исследовательского сообщества.

Важной частью мер по развитию нанотехнологии в нашей стране должны стать информационно-аналитическая поддержка и сопровождение исследований. Обсуждение первоочередных шагов в этом направлении уже начато [13]. Можно добавить следующее. В последнее время много говорится об инновационном пути развития экономики. Инновационный потенциал нанотехнологии столь высок, что она претендует на роль одного из базовых направлений формирования шестого технологического уклада. Ее важнейшая черта — междисциплинарность, что требует издания также междисциплинарного научного журнала, способного публиковать результаты исследований и отражать мнения ученых разных специальностей, включая экономистов, правоведов, экологов, социологов и др. Значительный вклад в изучение глобальных процессов развития нанотехнологии, оценку позиций стран в нанотехнологической гонке вносят наукометрические исследования, широко развернутые на Западе и начавшиеся в последнее время у нас. В России нет аналогов таких журналов, как «Scientometrics», «Research Policy», а поскольку нанотехнология в значительной степени еще нанонаука, количественный подход для ее изучения выпадает из сферы внимания и издающихся журналов по эконометрике. Очевидно, необходим ряд мероприятий, устраняющих этот пробел.

Автор благодарен сотрудникам РФФИ В. А. Минину и А. Н. Либкинду за помощь в подготовке части статистических данных.

Cлова с приставкой «нано», встретившиеся два раза:

 ~графит, ~наполнитель, ~полость, ~полупроводник, ~рельеф, ~тело, ~шкала, ~элемент, ~локальный,

и один раз:

~абляция, ~агрегат, ~аэрозоль, ~бактерия, ~биоконструкт, ~биотехнология, ~гель, ~двигатель, ~дефект, ~деформация, ~жидкость, ~зонд, ~инициатор, ~ионика, ~канал, ~керамика, ~коллоид, ~комплекс, ~конструкция, ~ламинат, ~матрица, ~медицина, ~минералогия, ~модификатор, ~модификация, ~нить, ~область, ~оксид, ~оптика, ~переход, ~пластина, ~поле, ~прибор, ~пудра, ~пыль, ~резонатор, ~робот, ~свойство, ~состояние, ~стекло, ~тестинг, ~транзистор, ~фабрикация, ~электромеханика, ~эмиттер; ~биокомпозиционный, ~гофрированный, ~гранулированный, ~ионный, ~керамический, ~образующий, ~оксидный, ~организованный, ~спутниковый, ~углеродный, ~фибриллярный, ~электромеханический

СНОСКИ

¹ Использована база данных проектов ННФ США [5].

² США, по их оценке, располагали в 2003 г. 40 тыс. ученых, способных работать в нанотехнологии [7].

³ Имеются в виду организации, через которые осуществляется финансирование проектов; для проекта РФФИ допускается более одной организации финансирования.

Литература

1. Третьяков Ю.Д. Проблема развития в России и зарубежом// Вестник РАН. 2007. Т. 77. № 1, с. 3-10.

2. Андриевский Р.А. С каким заделом Россия подошла к началу нанотехнологического бума и как цитируются отечественные работы в этой области//Наноиндустрия. 2007 (в печати).

3. Chaudhury M.K. Complex fluids: Spread the word about nanofluids //Nature 423, 131—132 (08 May 2003)

4. Wasan D.T., Nikolov A. D. Spreading of nanofluids on solids // Nature 423, 156—159 (08 May 2003).

5. www.nsf.gov/awardsearch.

6. Терехов А.И., Терехов А.А. Развитие научно-исследовательских работ по приоритетному направлению «Индустрия наносистем и материалы»: анализ и оценка позиций России в области наноматериалов // Вестник РФФИ. 2006. № 4 (48). С. 23—37.

7. www.nanotech-now.com/Lux-Capital-release-06232003.htm

8. Алфимов М.В, Разумов В.Ф. Доклад рабочей группы «Индустрия наносистем и материалов» // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2, № 1—2. С. 12—25.

9. Kostoff R.N., Stump J.A., Johnston D. et al. The structure and infrastructure of the global nanotechnology literature // Journal of Nanoparticle Research. 2006 V. 8, NN 3—4. P. 301—321.

10. Андриевский Р.А. Информационное обеспечение исследований и разработок в области нанотехнологии и наноматериалов (на сайте www.fcntp.ru/doc/press-center/presentation3.ppt)

11. Пельц Д., Эндрюс Ф. Ученые в организациях. Об оптимальных условиях для исследований и разработок. М.: Изд-во «Прогресс», 1973. 469 с.

12. Алфимов М.В., Минин В.А., Либкинд А.Н., Терехов А.И., Гохберг Л.М. Хроника распада // Поиск. 2003. № 10 (720). С. 8—9.

13. Андриевский Р.А. Бум без шума? // Поиск. 2007. № 2. С. 6.

---

&copy Информационное общество, 2009, выпуск 2, с. 53-62.

_________________________________________________

Терехов Александр Иванович - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Центрального экономико-математического института РАН