Всеобщий ажиотаж относительно блестящих перспектив нанотехнологий не должен скрывать того простого факта, что разработка и внедрение нанодатчиков требуют от исследователей решения еще очень многих сложных проблем. Некоторые из них относятся к конкретным научным задачам (в физике, химии, биологии и т. д.), а некоторые – к техническим, производственным и организационным. Например, любое использование наноустройств подразумевает их совмещение с уже существующими макроскопическими устройствами и приборами для обеспечения контроля над потоками вещества, энергии и информации. Даже простая калибровка нанодатчиков (или наноустройств вообще) представляет собой трудную задачу, поскольку речь идет об анализе очень небольшого количества измеряемых или реагирующих веществ. Кроме того, нельзя забывать, что общие размеры новых датчиков будут определяться не самими измерительными структурами и устройствами (которые при использовании нанотехнологий являются пренебрежимо малыми), а размерами сопутствующего и вспомогательного оборудования, в которое по-прежнему должны входить какие-то запоминающие и вычислительные устройства, радиочипы и (что особенно важно!) источники питания и антенны. С этими проблемами уже давно сталкивались разработчики микродатчиков, и использование нанотехнологий в некоторых случаях лишь усложнило их решение и показало сложность возникших задач.
Как отмечалось чуть выше, многие проблемы развития нанодатчиков просто повторяют те, с которыми разработчики сталкивались и продолжают сталкиваться при создании устройств, которые раньше именовались мини– или микродатчиками. В первую очередь речь идет об обеспечении интерфейса, то есть переходника между микроскопическим устройством и макроскопической системой регистрации. Наличие любого интерфейса автоматически подразумевает существование потоков (в термодинамическом смысле) электрических, механических, химических и других величин, не говоря уже о «шумах», связанных с процессами переноса. Работа любого датчика основана именно на регистрации таких потоков, поэтому, естественно, проблема детектирования особенно усложняется, когда они являются очень слабыми, то есть когда речь идет о регистрации ничтожных химических, электрических или акустических сигналов. Часто исследователям при регистрации сигналов от очень малых систем приходится применять крупногабаритное оборудование, позволяющее немного снизить уровень шумов (например, за счет понижения температуры и т. п.).
Анализ состава и состояния потоков особенно важен для химических и биологических датчиков, действие которых основано на быстром опознавании и регистрации состава сложных газовых и жидких сред. Разработчики таких устройств постоянно озабочены тем, что высокочувствительные и тщательно «спланированные» на наноуровне регистрирующие поверхности (именно они выступают часто в качестве интерфейса) могут легко разрушаться не только под воздействием регистрируемых соединений, но и просто под воздействием температуры, внешнего давления и т. п. С другой стороны, нанотехнологии предлагают уникальную возможность создания и практического использования огромного числа датчиков широкого профиля, то есть создание распределенной системы, в которой часть нанодатчиков может постоянно уничтожаться в процессе эксплуатации (образно говоря, погибать) без снижения эффективности общей способности системы к отслеживанию ситуации.
Развитие любой научно-технической идеи через инженерную разработку к производству коммерческого продукта представляет собой очень сложный многоступенчатый процесс при любых масштабах создаваемых устройств, но это общее правило особенно справедливо для внедрения новейших нанотехнологических технологий. Проблема коммерциализации наноизделий не сводится к обычному недоверию к новым товарам и процессам, а частично обусловлена тем, что исходные наноматериалы остаются пока достаточно дефицитными, и это, естественно, приводит к высокой стоимости производства новых систем или устройств. Постепенно цены на исходные материалы понижаются, однако существующая ситуация не позволяет малым компаниям быстро развертывать производство и получать прибыль, необходимую для дальнейшего развития. С конкретными проблемами коммерциализации нанодатчиков читатель может ознакомиться, прочитав один из последних обзоров по этой теме[88].
