Анализ инновационной политики и инновационных процессов в США и развитых странах

В течение последнего десятилетия, сообщество исследователей в области инновационных технологий добилось огромного количества открытий с потенциалом для серьёзных общественных последствий. Большинство из этих открытий остается на начальном уровне и к их коммерциализации ещё не приступили. Среди них много значительных открытий, которые могут стать основой дальнейшего коммерческого развития инновационных технологий:

Графеновые транзисторы - использование графена в качестве полупроводниковых транзисторов обещает улучшить производительность при этом электронной промышленности не придётся сходить с пути миниатюризации, но исследователи должны научиться контролировать свойства материала, прежде чем они смогут реализовать весь потенциал. При активной поддержке полупроводниковой промышленности, успешная реализация может произойти в течение следующего десятилетия.

Наномоторы - эти молекулярные машины, сродни ферментам клетки, могут кардинально поменять способы управления атомами и способы создания материалов. Однако данная область пока плохо изучена и поэтому реализация подобных проектов может потребовать несколько десятилетий.

Метаматериалы - эти синтетические материалы позволяют влиять на электромагнитное излучение новыми, создавая потенциал для значительного прогресса в области коммуникационных технологий. Могут достигнуть коммерческого применения уже в течение ближайших 10 лет.

Термоэлектрика кремниевой нанопроволоки - кремниевые нанопровода могут существенно снизить стоимость термоэлектрических устройств, которые преобразуют тепло непосредственно в электричество, что открывает путь для более широкого применения. Повсеместное снижение энергопотерь непременно отразится на состоянии мира в целом. Еще 10 лет развития, вероятно, будут необходимы для широкого внедрения термоэлектрики на основе кремниевой нанопроволоки.

Плазмоновые солнечные батареи - правильно сконфигурированные наночастицы металла могут рассеивать свет, и лежащие слоем могут значительно увеличить эффективность солнечных батарей. Проводились практические демонстрации, а также имеются ресурсы и технологии для производства, что означает вероятный выход плазмоновых солнечных батарей на рынок в течение ближайших пяти лет.

Некоторые инновационные технологии созрели на ранних стадиях развития и представляют собой значительный прогресс на пути к созданию прикладных коммерческих технологий, чему способствовала NNI и прямо и косвенно.

Далее будут рассмотрены некоторые примеры успешных и перспективных проектов отрасли.

Передовые аккумуляторы

Небольшой размер, малый вес, и высокая энергоёмкость ионно-литиевых батарей привели их к успеху на рынке: в частности из-за удобства использования в портативных компьютерах, мобильных телефонах. Однако, эти аккумуляторы не подходят для высокого потребления энергии. Для удовлетворения потребностей крупномасштабного потребления, компания A123 Systems (Хопкинтон, Массачусетс) разработала и запатентовала нанофосфатную технологию, на основе наноразмерных катодов фосфата лития. Технология компании A123 обеспечивает нужное сочетание высокой энергоёмкости, высокой мощности, безопасности, долговечности, экологичности и низкой стоимости.

Компания, была основана в 2001 году одном из бизнес-инкубаторов для коммерческой реализации технологии, разработанной в Массачусетском технологическом институте при финансовой поддержке Министерства энергетики США.

Сегодня компания имеет более чем 2000 сотрудников и находится на переднем крае создания производства аккумуляторов в Соединенных Штатах, которые помогут изменить способ производства, хранения и использования энергии. A123 обладает всеми технологическими средствами для разработки современных аккумуляторов и систем аккумуляторов, необходимых в новую эру устойчивого развития транспорта, включая гибриды и электромобили.

Кроме того, A123 разрабатывает новые решения для электрических сетей по всему спектру задач, включая производство, передачу и распределение. Эти продукты помогут увеличить эффективность производства электроэнергии. Следует отметить, что также будут способствовать развитию и распространению возобновляемых источников энергии, таких как ветровая и солнечная энергетика, увеличением их производительности, что позволяет этим технологиям в полной мере реализовать свой потенциал. Развитие этих инновационных технологических продуктов позволит снизить зависимость от иностранной нефти, активизировать передовые производства в США. Компания привлекла $ 428 млн. в сентябре 2009 года.

Антибактериальная технология

Антибактериальная технология за первое десятилетие существования NNI привлекла внимание многих известных компаний,. Например, Baxter International (Дирфилд, Иллинойс) разработала коммерческую технологию Vitalshield ®, которая использует наночастицы серебра, чтобы уменьшить вероятность катетер-ассоциированных инфекций кровотока (CR- BSI) и служит примером проекта, с помощью которого NNI обеспечивает производство коммерческих продуктов и одновременно создание рабочих мест, даже если прямое финансирование не предусмотрено. Подсчитано, что более 400.000 случаев катетер-ассоциированных инфекций кровотока происходят каждый год в Соединенных Штатах. Это увеличивает среднюю продолжительность пребывания в стационаре на 23 дня и повышение смертности на 18 процентов. Увеличение прямых расходов на больницы было оценено в диапазоне от 13,8 млрд. до 22 миллиардов долл. США ежегодно.

Хотя миграция организмов живущих на коже через место введения катетера в общие пути является стандартным типом распространения инфекции, загрязнение самого катетера также вносит существенный вклад в дальнейшее развитие инфекции при долгосрочном пользовании катетером.

В Vitalshield, создают постоянное: не трескающееся покрытие на катетеры: которое в течение длительного времени создаёт тонкий, антибактериальный слой ионов серебра. Каждая наночастица в структуре создаёт поверхностный слой из оксида серебра, который служит в качестве источника ионов серебра при контакте с влагой. Этот слой выделяет ионы серебра в окружающее пространство жидкости. Данные показывают, что наночастицы серебра в Vitalshield ® выделяют в три раза больше ионов серебра в течение 96-часового периода, чем фосфат циркония или существующие технологии серебряной ионизации.

Лёгкая экипировка и бронежилет.

Сегодня военным приходится проводить сложные операции против непредсказуемых угроз. Ключом к успеху задания является использование цифровых, спутниковых систем, связанных в единую сеть, управляемую из центра для обеспечения командования и контроля, разведки и связи для военных и гражданских задач. Примечательным фактом является то, что эти современные системы зависят от технологий 19-го века - тяжелых медных проводов и кабелей. Одна треть веса спутника приходится на провода, и учитывая, что стоимость подъёма одного фунта на орбиту может доходить до $ 100.000, использование меди представляется нерациональным решением. Кроме того, гражданский авиалайнер, такой как Boeing 787 содержит в себе более чем 60 миль медных проводов, весом во много тысяч фунтов, и создавая тем самым серьезное препятствие при решении задач по экономии топлива.

Но, благодаря Национальной инициативе, вопрос о замене меди на более подходящий материал может быть решён. Компания, развивавшаяся в бизнес-инкубаторе, Nanocomp Technologies, Inc, (Конкорд) провела в течение последних пяти лет разработку технологического процесса, с помощью которого можно получать сверхдлинные углеродные нанотрубки (УНТ) и одновременно производит их, с помощью автоматизированного оборудования, в форме листов и нитей. Работая в сотрудничестве с Northrop Grumman's Aerospace Division и Военно-воздушными силами, Nanocomp разработала на основе УНТ изолятор кабеля и электрический проводник, который может быть использован как легкий, надежный заменить экранированной медной проводки.[3] В первый раз, УНТ кабели добились высокой точности через порт USB на уровне с уже имеющимися медными. В 2009 году, компания показала, что УНТ материалы 5ой категории снижают вес кабельных жгутов на 33-70 процентов, что делает возможным сокращение веса спутника на сотни фунтов и веса самолёта на тысячи фунтов. Снижение веса на столько порядков может привести к существенной экономии топлива в течение эксплуатационного цикла коммерческого лайнера и уменьшить воздействие на окружающую среду коммерческих авиаперевозок за счет сокращения выбросов углекислого газа в масштабах сотен миллионов фунтов.

Кроме того, работа, финансируемая ВВС США и Lockheed Martin показала, что листы нанотрубок, производимые в Nanocomp, существенно улучшают сопротивление военных самолетов и спутников электромагнитным помехам и электромагнитным импульсам. В предстоящей операции НАСА, под названием Juno - космический полет к Юпитеру, будут, в первый раз, использоваться листы нанотрубок для защиты корабля от электростатического разряда. Материалы УНТ могут повысить защиту систем авионики, в том числе и для гражданской авиации.

С 2005 года Армия США поддерживает работу по использованию УНТ-материалов для уменьшения веса и увеличение прочности бронежилетов. В частности, выделяя дотации в 2009 году на композитные материалы. На основе УНТ успешно прошли испытания на стойкость к огнестрельному оружию, что стало важнейшей вехой в истории развития легких бронежилетов. Лёгкая броня на основе УНТ также найдёт широкое применение в наземных транспортных средствах, вертолетах и самолетах. Данный проект также привёл к появлению прочных и легких композитных материалов для военных спутников и самолетов, что потенциально позволит экономить энергию и в гражданской продукции, а в частности в автомобильной индустрии и в производстве ветряных мельниц.

3.3. Сравнительный анализ с развитыми странами

В течение 10 лет с 2001 интерес к исследованию инновационных технологий возрос по всему миру. Сегодня практически каждая страна, которая располагает научно-исследовательскими центрами имеет и программу развития инновационных технологий, а некоторые страны встали на путь, который может привести к серьезной угрозе лидерства Соединенных Штатов в инновационо-технологической отрасли.

Хотя Соединенные Штаты продолжают занимать первую место в большинстве областей, они теряют позиции перед иностранными конкурентами по нескольким ключевым показателям. Данные показатели включают в себя количество научных публикаций, ссылки на опубликованную литературу, патенты, сумму государственных и коммерческих расходов, число инновационно-технологических центров, число активных компаний. Темпы роста в некоторых из этих показателей особенно высоки у Китая, Южной Кореи, Германии и Японии.

Во время последнего обзора NNAP (Национальная нанотехнологическая консультативная группа) в 2008 году, Соединенные Штаты утратили свои позиции по отношению к ЕС по общему числу публикаций и оказались близки, по этому показателю, к Китаю, как показано на рисунке 7. С тех пор, общее количество публикаций из исследовательских центров США несколько снизилось, а число китайских научных статей и публикаций всё продолжает расти. В результате, в 2009 году Соединенные Штаты занимали третье место в мире по числу научных публикаций в инновационной отрасли, после Китая и ЕС. Общее количество публикаций не обязательно отражает реальный уровень развития инновационной индустрии в стране, например многие из китайских публикаций не цитируются в 12 основных журналах по нанонауке и нанотехнологиям, а исследования из США и ЕС достаточно часто появляются в этих журналах. Тем не менее, доля Китая по публикациям в этих журналах растет примерно с той же скоростью, как уменьшается доля Соединенных Штатов.

В качестве еще одной меры для сравнения, можно рассмотреть публикации в трех основных изданиях Национальной академии наук; работы, входящие в эти три журнала чаще всего цитируются в других статьях. И с такой точки зрения, Соединенные Штаты продолжают удерживать доминирующее положение, имея примерно 65 процентов от общего числа цитат. Тем не менее, тенденция с 2005 года показывает, Всё более возрастающую роль Китая, а также то, что он догоняет по этому показателю Францию и Японию.

Таким образом, в то время как Соединенные Штаты остаются лидером в области научных инновационно-технологических публикаций, они больше не доминируют в общем объеме исследований по инновационным технологиям. Кроме того, общий анализ тенденций в области научных публикаций в других странах показывает, всё более возрастающий упор на инновационные технологии. В Китае, Японии, Южной Кореи, Индии, Тайване и Сингапуре, инновационно-технологические исследования представляют собой большую долю относительно всех научных исследований, чем в Соединенных Штатах. Тем не менее ,следовало бы заметить, что этот факт не может прямо свидетельствовать о непосредственной потере ролей в США, в силу относительности данного показателя.

Ещё одним важным показателем развития инновационно-технологической инициативы являются регистрируемые в стране патенты. Соединенные Штаты с большим отрывом остаются мировым лидером в абсолютном числе патентов выдающихся в области инновационных технологий, а в частности более чем 1500 патентов в год были выданы 2009 и 2010 годах. Общее количество патентов, по инновационным технологиям, выданных американским изобретателям, с 1995 года превышает 10,000. Германия и Япония занимают по этому показателю второе и третье место, но количественное их отставание достаточно значительно - примерно в 10 раз меньше патентов. Однако, данный индикатор, по своей сути являются запаздывающим, в то время как число поданных патентных заявок, является предопределяющим показателем так как, рассмотрение заявки обычно занимает несколько лет. Патентная активность Китая резко возросла в период 2000-2004 годов и обогнала Соединенные Штаты в течение 2005-2008 годов. Другой уровень анализа рассматривает только те патенты, которые были поданы на родине изобретателя. Это можно рассматривать как меры международного воздействия, хотя есть и другие причины, почему патенты не могут быть поданы на международном уровне, например, стоимость патентной экспертизы за границей. Из всех инновационно-технологических международных патентов в течение 1990-2009 годов, около 41 процента американские, в то время как лишь 1,3 процента китайские.

Соединенные Штаты по-прежнему вкладывают больше денег в инновационно-технологические исследования, чем в любой другой стране, в общей сложности $ 5,7 млрд. инвестиций в 2008 году, в том числе $ 1,9 млрд. из федерального и правительства штатов, $ 2,7 млрд. Из коммерческих источников, и $ 1,0 млрд. инвестиций венчурного капитала. Однако, как и в других областях, остальные страны сокращают разрыв, и даже превосходят Соединенные Штаты по некоторым показателям. В Азиатском регионе в настоящее время инвестируется больше, чем в США, общая сумма вложений составила $ 6,6 млрд. в 2008 году. Из этого региона, Япония ведет с 4,7 млрд долл. США в финансировании исследований. Хотя правительство США выделяет больше средств, чем любой другой отдельно взятой стране,  С 2003 по 2008, общее финансирование инновационных технологий в США выросло на 18 процентов, в то время как финансирование в остальном мире растёт на 27 процентов ежегодно. На данный момент США сохраняет лидерство в отрасли, тем не менее следует отметить, что по некоторым параметрам Азиатский регион и Евросоюз серьёзно сокращают отрыв. Финансирование научно-исследовательских и инновационно-технологических работ в США большей частью осуществляется посредством частного сектора, подобная ситуация так же присутствует и в других развитых странах (в частности доля коммерческого капитала может составлять до 70%), способных конкурировать с нынешним лидером. Также было отмечено неравномерное распределение вкладываемых средств в различные области инновационной индустрии в США. В частности, наибольшее финансирование очевидно получают наиболее перспективные отрасли такие как наноэлектроника, наномедицина, материаловедение и фундаментальные исследования в области инновационной технологий. Вложения в эти области в первую очередь необходимы Российской Федерации, для сокращения существующего отрыва от США.