Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является формирование системного представления о природе как об источнике высокоэффективных низкоэнергетических технологий и формирование у обучающихся целостной научной картины мира, где граница между живым и неживым рассматривается как градиент сложности организации материи. Освоение теоретического фундамента, включающего неравновесную термодинамику, теорию диссипативных структур И. Пригожина, кинетику ферментативного катализа, конформационную динамику макромолекул и физику мягких конденсированных сред для понимания предельных возможностей биологических и биоподобных систем. Развитие компетенций по проектированию технологических платформ нового поколения (бионика, тканевая инженерия, агробиофотоника, синтетическая экология), основанных на принципах масштабируемости от атомно-молекулярного до макроскопического уровня.
Задачи включают в себя: анализ фундаментальных физических ограничений классических промышленных процессов (высокая энтропия, энергозатратность, линейность цепочек «сырье - продукт - отход») в сравнении с циклическими процессами в биосфере.
Изучение механизмов преобразования энергии в первичных процессах фотосинтеза, освоение принципов создания природоподобных систем на основе биотехнологий. Изучение физико-химических принципов молекулярного распознавания и матричного синтеза применительно к созданию умных полимеров и адресной доставке лекарственных средств.
Краткое содержание дисциплины
В XXI веке человечество столкнулось с системным кризисом техносферы: исчерпанием ресурсов, накоплением неразлагаемых отходов и климатическими изменениями. Экстенсивный путь развития промышленности доказал свою несостоятельность. Ответ на этот глобальный вызов лежит в плоскости конвергенции наук о жизни, физики, химии и инженерии. Природоподобные (конвергентные) технологии представляют собой не просто набор инструментов, а новую парадигму проектирования материальных объектов и процессов, основанную на глубоком изучении и имманентном заимствовании фундаментальных принципов функционирования живых систем. Данный курс посвящен изучению физико-химических и биологических механизмов, лежащих в основе природных процессов, и методам их технологического воспроизведения.