Недавно академик Михаил Алфимов, оценивая один из проектов, представленных на конкурс Минпромнауки (подробнее см. Вместо компаса), говорил в интервью нашему журналу: "Сейчас мы много слышим: нанотехнология, нанопроекты, наноматериалы. Сегодня в мире в это вкладываются огромные деньги. Но для того, чтобы осознанно создавать что-то новое, нужна метрология - нужен инструментарий, без которого исследовательская работа не может идти эффективно".
Действительно, развитие нано- и биотехнологий - самых многообещающих направлений мирового НТП - все чаще тормозится из-за невозможности объективной оценки исследуемых образцов, зачастую имеющих нанометрические размеры (нанометр - десять в минус девятой степени метра). Даже в самые современные микроскопы не всегда удается рассмотреть элементы новых материалов, полупроводниковых или клеточных структур. Для прорывного развития микроэлектроники, биотехнологий и материаловедения необходимо повысить разрешающую способность микроскопов до десятков и даже единиц нанометров, при этом сохранить быстроту анализа и бесконтактность, но избежать разрушающего воздействия на образец, что свойственно обычным приборам.
Современные микроскопы явно не удовлетворяют этим требованиям. Так, предел разрешения лучших оптических микроскопов около 300 нм; ультрафиолетовые же микроскопы с разрешением до 170 нм повреждают биообъекты. Электронные микроскопы позволяют увидеть нанометровые объекты, но тоже оказывают разрушающее воздействие и могут работать только в вакууме, а атомно-силовые работают медленно и только при непосредственном контакте с объектом.
В небольшой хайтечной компании "Лаборатория 'Амфора'" разработали модуляционный интерференционный микроскоп (МИМ), который лишен этих недостатков, и с его помощью можно получить трехмерное изображение объектов размером от 5 до 200 нм, а разрешение по вертикали - 0,1 нм. Если удастся удачно раскрутить МИМ, то он мог бы претендовать чуть не на 40% мирового рынка приборов для микроисследований, который оценивается сейчас в 5,8 млрд долларов. Проект МИМа стал победителем в одной из номинаций (премия Британского совета) прошлогоднего Конкурса русских инноваций.
Хайтек - торговля - хайтек
Официальная история компании "Лаборатория 'Амфора'" насчитывает всего два года, но, как это часто бывает с российскими инновационными фирмами, предыстория ее длиннее на несколько лет. Генеральный директор и один из создателей компании Павел Осипов в конце 70-х работал в НПО "Астрофизика", разрабатывавшем для обороны страны высокоэнергетические лазерные технологические комплексы и оптические системы. В начале 80-х он ушел из высокотехнологичной сферы и работал в структурах, связанных с внешней торговлей. После развала Союза опыт, накопленный в торговле, пригодился в нескольких созданных им компаниях, ведущих импортно-экспортные операции с немецкими, корейскими и китайскими фирмами, которые уже тогда, как заметил Осипов, интересовались высокотехнологичными российскими продуктами. К 1996 году, по его словам, "перебрасывать контейнеры с континента на континент стало не так прибыльно и интересно". К этому времени уже был накоплен небольшой капитал, и Павел Осипов с партнерами решают отойти от торгового бизнеса и заняться технологичным брокерством - "выводить высокие российские технологии через Силиконовую долину". В Калифорнии они организуют компанию Amphora LLC. Но к тем проектам, что она представляла, американцы проявляли лишь вежливый интерес, "запаха серьезных денег не возникало", и зарабатывать удавалось лишь на помощи российским компаниям в оформлении документов и патентовании.
"Серьезных результатов наша деятельность в Америке не дала, - рассказывает Павел Осипов, - зато дала опыт: просто брать какие-то пусть даже гениальные разработки, но не ориентированные на рынок, и куда-то их пристраивать - нонсенс". Стало ясно и другое: российские научно-технические арсеналы скрывают немало технологий, разработанных по большей части еще советским ВПК; в случае доводки они могли бы стать прорывными в своих областях. Не случайно те же американцы, отказывающиеся покупать лицензии, старались перетаскивать в свои лаборатории наши команды, разрабатывающие те или иные ноу-хау.
Павел Осипов решает создать в России компанию, которая доводила бы технологии, прошедшие основные циклы НИОКР, до коммерческого продукта. Поиск подходящих проектов приводит его в дубнинский Объединенный институт ядерных исследований - здесь его заинтересовал проект магнитной тороидной памяти для вычислительных систем, который разрабатывал профессор Владимир Дубовик. Именно он в 1998 году и познакомил Осипова с Константином Индукаевым - человеком "с ворохом стоящих идей".
Человек с ворохом идей
Сам Константин Индукаев называет себя "сильно математизированным физиком-теоретиком". Выпускник физфака МГУ и ученик академика Михаила Леонтовича, он защитил диссертацию в отделе квантовой теории поля Математического института имени Стеклова АН СССР. Затем Индукаев занимался универсальными алгебрами и исследованиями в области теории поля в Институте электромеханики Минэлектротехпрома. Этот головной отраслевой институт занимался разработкой военных космических технологий.
В рамках советского "асимметричного ответа" рейгановской программе СОИ в институте разрабатывалась спутниковая электродинамическая пушка, выстреливающая противоракетные снаряды со скоростью 3 км/сек. Как вариант накопителя энергии для такой пушки рассматривался анизатропный маховик. Этот маховик раскручивали и тормозили мощными импульсами тока. Работая в лаборатории теоретической физики, Константин Индукаев решал сложные математические проблемы по расчету напряженных состояний узлов такого маховика. А заинтересовавшись конструкцией устройства, предложил и свою схему его торможения магнитными полями. Пушка так и не была создана, но устройство Индукаева получило вторую жизнь в качестве высокоточного привода в гражданской сфере. Один из таких приводов и сейчас работает на спутнике "Метеор", с виртуозной точностью вращая миллиметровую антенну. Привод не ускользнул от внимания военных: для мощных газодинамических лазеров, разрабатываемых для систем противоракетной обороны, требовалась крупная оптика. Чтобы создать производственную базу такой оптики, была сформирована межотраслевая группа, и полевого теоретика Индукаева включают в совет главного конструктора Министерства станкостроения, где ему пришлось уже серьезно заняться всеми аспектами сверхточной обработки. Он создает систему аэростатических направляющих шпинделей - они использовались в станках, на которых шлифовались сверхточные метровые зеркала для мощных боевых лазеров. По словам Константина Индукаева, "эта система по своим параметрам раз в пятнадцать-двадцать лучше даже тех приводов, которые есть сейчас, и это наша заначка на раскрутку в будущем". В 90-е годы эти станки были просто выброшены на свалку - нужно было освободить площади Московского станкостроительного завода, чтобы открыть Савеловский рынок. Директор завода Владимир Дзюба буквально за свои деньги перевез эти станки в ММПП "Салют", где они и поныне работают - вытачивают прецизионные детали для турбин авиационных двигателей.
С началом перестройки Константин Индукаев пустился в самостоятельное плавание - создал вполне успешный кооператив "Трансмиттер". Коллектив из шести человек поставлял сверхточные станки грандам советской промышленности: по заказу киевского "Маяка" был изготовлен станок для прецизионной обработки головок видеомагнитофонов, для минского Института приборостроения - первая в стране матрица для записи CD-ROM. "На этих станках даже поверхность такого металла, как алюминий, доводили до оптического состояния всего за один передел, а не за девять, как при обычной обработке", - говорит Павел Осипов.
На излете советского времени Индукаев по заказу Минобороны (сначала СССР, потом России) разработал и подготовил к производству на своих станках танковый оптический прибор "Прогресс". Ученый до сих пор недоумевает, почему военные предпочли "Агаву-2" Красногорского завода, ведь у нее разрешение в восемь раз хуже, чем у его прибора, да и стоит она куда дороже - 840 тыс. долларов против 340 тыс.
От Левенгука до Индукаева
В 1994 году Константин Индукаев возглавляет компанию "Нанотех" и случайно "выходит" на информацию об интерференционных микроскопах. В таких микроскопах интерферируют два световых луча, один из которых проходит сквозь образец, а другой отражается от него. Анализ результирующей волны может дать ценную информацию об исследуемом материале. Такие микроскопы позволяют проводить бесконтактные и не наносящие вреда объектам, особенно живым клеткам, исследования.
Хотя со времен основателей научной микроскопии Антони ван Левенгука и Роберта Гука, живших в семнадцатом веке, увеличение оптических микроскопов выросло с 300 до 1500 единиц, на пути дальнейшего роста разрешающей способности стоял теоретический барьер - так называемый предел Рэлея. Английский физик Джон Уильям Рэлей в 70-х годах позапрошлого века сформулировал принцип, в соответствии с которым предельное разрешение микроскопа не может быть выше половины длины волны освещающего объект света - например, если освещать объект красным лазером с длиной волны 650 нм, предел разрешения окажется в 325 нм.
Современные микроскописты в погоне за все более высоким оптическим разрешением, чего требуют новые технологии, идут на самые разные технические ухищрения, не скупясь на затраты. Так, специалисты немецкого концерна Karl Zeiss, одного из лидеров мировой микроскопии, в борьбе за улучшение разрешения решили уменьшать длину света и дошли до ультрафиолетового диапазона (280 нм). На разработку нового класса приборов с разрешением 160-170 нм оптический гигант затратил более 1,5 млрд немецких марок. Каждый микроскопный комплекс этого класса стоит 250-300 тыс. долларов.
Константин Индукаев берется за амбициозную задачу - создать микроскоп, который даже в оптическом диапазоне обладал бы сверхрэлеевским разрешением и мог бы измерять как геометрию объекта, так и параметры материалов, из которых он состоит. По словам Индукаева, после нескольких безуспешных попыток улучшить параметры уже существующих интерференционных микроскопов вместе с профессором Владимиром Андреевым из ФИАНа они написали новую систему уравнений и решили с ее помощью теоретические проблемы интерференционной микроскопии. Собственно, Индукаеву и Андрееву удается объяснить природу сверхрэлеевского разрешения и построить модель этого явления. Именно сильный матаппарат позволил впоследствии создать ключевой элемент ноу-хау - алгоритм обработки сигнала, модулированного сразу по двум параметрам световой волны (фазе и поляризации).
Но нужна была большая экспериментальная и опытно-конструкторская работа по созданию самого микроскопа и программного обеспечения к нему. Но компания "Нанотех" к этому времени обанкротилась, а Константину Индукаеву, оставшемуся без арендованной в ЦНИИчермете площади, приходилось работать в своей небольшой квартирке, одну из комнат которой почти целиком занимал рабочий прототип микроскопа нового типа - МИМ-1. Тут-то и произошло знакомство Константина Индукаева и Павла Осипова.
Как удивили немцев
К созданию компании "Лаборатория 'Амфора'" шли два года - столько длился, по словам Константина Индукаева, "диффузионный процесс притирки": обсуждали, как делить ответственность, присматривались друг к другу. Учитывая американский опыт, решили сконцентрироваться на небольшом круге разработок, а самих разработчиков полностью интегрировать в будущую компанию. Даже до официального оформления отношений работа над микроскопом шла полным ходом - в рамках других компаний Осипова нанимались специалисты, все наработанное реанимировали, привели в нормальный коммерческий и технологический вид документацию, подготовили массу описаний, начали процесс патентования. И уже в следующем, 1999-м, году оборотистый Осипов вывез МИМ-1, доказательство того, что нетривиальная теория верна, на выставку в Ганновер.
На выставке специалисты грандов микроскопостроения компаний Leika Microsystems и Karl Zeiss были потрясены, когда увидели возможности по сути недоработанного прибора. "Одна из компаний пошла нам навстречу, - рассказывает Осипов, - и у нас появилась надежда, что немцы или купят неисключительную лицензию, или выступят стратегическим инвестором".
Результатам выборочных измерений немецкие специалисты до конца не поверили и, чтобы проверить индукаевский микроскоп, приехали в Москву с заготовленными и протестированными образцами. Удивлению немцев по-прежнему нет предела: опытный прибор, занимающий небольшой стол и стоящий без виброзащиты в неприспособленном помещении бывшей туалетной комнаты на пятом этаже (обычно микроскопические исследования ведут в подвальных этажах, где колебания здания минимальны), показывал параметры, иногда втрое превосходящие возможности ультрафиолетовых микроскопов стоимостью в четверть миллиона долларов, работающих в вакууме и занимающих в десять раз большие площади. Не разобравшись до конца в принципе работы микроскопа, немцы поняли главное: у русских есть пусть и недоработанная, но прорывная технология, и предложили, по осиповскому определению, "идти по канонам" - переехать всей командой в Германию, соответствующие условия гарантировались.
"К русским изобретениям на Западе не очень уважительное отношение, - признает Павел Осипов, - у многих разработок темное прошлое, может, это украденная технология, поэтому проще на корню скупить всю команду, как когда-то корейцы переманили российских специалистов лучшей в мире микроволновой школы. Но мы решили, что сами сделаем промышленную партию и начнем производство, затянули п>ояса и начали работу".
Как раз к этому времени стали подниматься и две аффилированные с "Амфорой" компании: AQT, профессионально занимающаяся тестированием программного обеспечения (один из ее заказчиков - HP, поставляет на тестирование разрабатываемые промышленные принтеры), и телекоммуникационная Proimpex Comtech. На доходы этих компаний и идет создание промышленного прототипа МИМ-2 (в 2001 году в проект было вложено 280 тыс. собственных средств). Один из МИМов уже заказала американская компания, работающая на рынке тонких пленок.
Микролазер для микроскопа
Инженерам компании для окончательной раскрутки проекта не хватало одного - подходящего для их микроскопа лазера, который удовлетворял бы требованиям по стабильности, малым шумам, одномодовости, высокой когерентности, но был небольшим и доступным по цене. Сначала на МИМ стоял 10-милливаттный лазер, купленный у "Полюса", но он не устраивал специалистов "Амфоры", они стали искать лазер с необходимыми качествами по всему миру. И неожиданно нашли у себя дома, в России.
В 2002 году МИМ становится финалистом Конкурса русских инноваций. На презентации вышедших в финал проектов Осипов и Индукаев знакомятся с Олегом Кузьминым, генеральным директором Краснодарского научно-технического центра ФИРН - компании, ставшей еще одним победителем конкурса.
По словам Павла Осипова, "компаний - продуцентов микролазеров в мире всего несколько штук. И одна из них как раз краснодарская компания".
"Это как игра в поддавки, - признает Константин Индукаев, - пришел дядя и принес нужный нам лазер. До этого мы присматривались к стапятидесятимилливаттному прибору компании Coherent, но он ни в какое сравнение с кузьминским лазером не идет, заграничная коробка в несколько раз больше по размерам, да и стоит втрое дороже. А это же совсем крохотный лазер, и мы в него верим, он стабилизирован, чуть что не так, мы подправляем температуру на три сотых градуса и он пашет без проблем".
Следующая, гораздо более сложная форма взаимодействия между "Амфорой" и ФИРНом появилась тогда, когда стали понятны технологические проблемы ФИРНа, возникающие из-за специфики производства микролазеров. А столкнулись они с проблемами обработки кристаллов с нанометрической точностью. Здесь-то и пригодился опыт Константина Индукаева по разработке сверхточных приводов, который реализуется в рамках еще одного проекта "Лаборатории 'Амфора'" - создание нанометрических приводов, направляющих и прецизионной обработки с их помощью.
Первое устройство, которое в "Амфоре" сделали для ФИРНа, - пресс для сборки микролазеров, с нанометрической точностью задающий при сборке параллельность зеркал резонатора микролазера. Это дает промышленное качество сборки микролазеров, повышает их кпд, поднимает мощность, а главное - делает процесс производства более предсказуемым (сейчас разброс мощности в изготовленной партии зеленых лазеров от 20 до 600 милливатт).
На очереди - устройства для суперпрецизионной резки и полировки кристаллов микролазера, существенно увеличивающие его технологичность, экономичность и выходные параметры излучения. Эти устройства пригодятся и для обработки узлов следующего поколения интерференционных микроскопов "Амфоры", что обеспечит компании новые конкурентные преимущества на быстрорастущем нанотехнологическом рынке.
