معرفي نانوتکنولوژي
1-1) مقدمه
زماني كه قرن بيستم آغاز شد افراد معمولي بسيار سخت ميتوانستند درك نمايند كه خودروها و هواپيماها چگونه كار ميكنند. عبور از ديوار صوتي غيرممكن و بهرهگيري از انرژي اتمي فقط در تئوري وجود داشت. شايد الان نيز براي عدهاي در ابتداي قرن بيست و يكم بسيار سخت باشد كه باور كنند كه بشر روبوتهاي ميكروسكپي خواهد ساخت كه امراض را نابود و مرگ و ميرها را كاهش و طول عمر بشر را افزايش خواهند داد. شايد نتوان تصور كرد كه فولاد و مواد ديگر از كارخانجات امروزي توليد نخواهد شد. حتي نميتوان تصويري را در ذهن ساخت كه در يك خط مونتاژ ميكروسكپي، مكعبهايي از DNA بر روي يك تسمه نقاله از جنس سيليكان به اندازه ضخامت يك موي تازه روئيده انسان در حال حركت است و در كنار تسمه، روبوتهايي مولكولهاي جداگانهاي را بر روي مكعبها مونتاژ مينمايند و سازههاي بزرگ ميسازند.
تولد چنين محصولات خارقالعاده و نمايش چنين تصاوير بديعي، حاصل بخشي از دانش بشري است كه به آن "نانوتكنولوژي" ميگويند. براي خود ما هم در سالهاي ابتدايي قرن بيست و يكم تصور چنين رخدادهايي هنوز غريب و دور از ذهن ميآيد. لذا به شنوندگان سخنراني ريچارد فيمن در سال 1959 حق ميدهم كه با تعجب و حيرت سخنان او را بشنوند وقتي که گفتند: "اگر مغزهاي كوچك ما براي راحتي خويش اين جهان را به بخشها و دانشهاي مجزا مثل فيزيك، بيولوژي، زمينشناسي، نجوم و روانشانسي تقسيم نموده است بايد بدانيم كه طبيعت چنين چيزي را به رسميت نميشناسد." يا جائي كه گفتند: "اصول مسلم فيزيك مانع از ارائه محصول جديد به وسيله جابجايي اتمها نيست."
اصول حاكم علمي، بر تحقق اين آينده شهادت ميدهند و به دانشمندان اطمينان ميدهد كه تغييرات 50 سال آينده را بر اساس آنچه كه نانوتكنولوژي نويد ميدهد باور داشته باشند و بر تلاش خويش بيافزايند. در واقع نانوتكنولوژي مجموعهاي از شيمي و مهندسي است. شيميدانان از پايين به بالا با كنار هم قرار دادن مولكولها و اتمها ميخواهند سازههاي بزرگ بسازند و مهندسان از بالا به پايين با كوچك كردن دائمي سازهها مايلند به اندازههاي در حد نانو دست يابند.
همانگونه كه كامپيوترها در اساسيترين و بنيادي ترين پايه خويش با صفر و يك كار ميكنند، نانوتكنولوژي هم با اتمها و مولكولها كار ميكند. همانطور كه وقتي اطلاعات و ديتا به صفر و يك تبديل ميشود ميتوان با آن همه نوع كار كرد و آن را توزيع نمود و انتقال داد، به همان ترتيب با مواد نيز، وقتي در سطح اتم و مولكول كار شود، ميتوان با آن هر سازهاي را در هر اندازهاي ساخت. بنابراين مشاهده سازههاي در مقياس نانو امكانپذير ميگردد. توجه داشته باشيد كه نانوتكنولوژيستهاي امروز جهان معتقد هستند كه هر مادهاي از نوع چوب، فلز، غذا وDNA را ميتوانند بسازند. در واقع سوال اساسي امروز توانستن نيست بلكه چه موقع ساختن است.
نانوتكنولوژي به خوبي خصوصيات فيزيكي شناخته شده اتمها و مولكولها را براي ساختن دستگاههاي جديد با خصوصيات خارقالعاده به كار مي برد.
1-2) تصور ذهني نانوتكنولوژي
تصور كردن طرز كار نانوتكنولوژي اغلب سخت نيست. مثلاً تصوير يك بازوي رباتيك كه در حال برداشتن وسيلهاي است و اين وسيله را براي شيئي متحرك به كار ميبرد. سپس اين بازو به عقب چرخيده و از ميان اين وسايلي كه رديف شدهاند، وسيله جديدي را برداشته و به كار قبلي بازگشته، مرحله بعدي سوار كردن را تكميل ميكند.
اين آنقدر ساده است كه در ذهن خود ميتوانيد آن را تصور كنيد – اين دقيقاً همانند روشهاي توليد پيشرفتهاي است كه ما امروزه ما ميشناسيم. و در واقع، نانومهندسان هم اكنون در كار طراحي نمونههايي براي چنين روباتهاي كوچك، يا مونتاژ كنندههايي هستند كه در نانوتكنولوژي شناخته شده هستند.
فقط تصور كردن در اين مرحله سخت است؛ چنين مونتاژكنندههايي در اندازه مولكولي – طول و عرض و ارتفاع چند ده نانومتر– آنقدر كوچکند كه اشياء را به صورت اتم به اتم خواهند ساخت. يك هزار از چنين مونتاژكنندههاي به هم بافته شدهاي در يك خط توليد كارخانه، درست بر روي يك تار موي انسان جاي ميگيرند.
شما ممكن است بپرسيد، خوب اگر اين مونتاژ كننده آنقدر كوچك است، پس چه عمل مفيدي را ميتواند در زندگي روزمره ما انجام دهد
به صورت تئوري، چون شما ميتوانيد چند هزار ميليون از اين مونتاژكنندههاي مولكولي را به هم متصل كرده و آنها را براي كپيسازي خودشان برنامهريزي كنيد و همواره مونتاژ كنندههاي خود كپي ساز بزرگتري را بسازيد; پس شما ميتوانيد هرچيزي را بهتر، ارزانتر و سريعتر از آنچه تصور ميشود بسازيد. از فلز ورقهاي بدون نقص گرفته تا دوربينها و آسمانخراشها. ميتوانيد آنچنان كنترلي روي اين مونتاژ كنندههاي توده شده داشته باشيد كه بتوانيد مواد جديد را بدون توليد يك قطره پس ماند سمي بسازيد. همچنين ،دو شاخه ديگر از فناوري – نانومحاسبه و نانومهندسي – نويد بخش ايجاد ابداعات هوشمند و بسيار قوي هستند.
1-3) آيا نانوتكنولوژي واقعي است
بحث بسيار مهمي اكنون در جمع محققين نانوتكنولوژي در جريان است. اين بحث به نام جدل دركسلر-اسماليDrexler-Smalley debate خوانده ميشود، و برروي موضوع اسمبلي مولکوليmolecular assembly متمركز است. اريك دركسلرEric Drexler بيست سال پيش نانوتكنولوژي را بنيانگذاري كرد، و رئيس هيئت مديره موسسه فورسايت است. ريچارد اسمالي از برندگان جايزه نوبل در شيمي و محقق نانوتكنولوژي در 10 سال گذشته بوده است، و بر روي امكانات كاربردي نانوتيوب كربني كار كرده است. جالب است كه يكي از برجسته ترين نظريه پردازان عصر ما، كه از شخصيت هاي دانش هوش مصنوعي است، يعني ري كورزويل Ray Kurzweil، اين جدل دركسلر-اسمالي را با دقت مورد خطاب قرار داده است و به شكل علمي نشان ميدهد كه چرا مهم است كه از ديدگاه دركسلر حمايت شود. به نظر من، جدل دركسلر- اسمالي، اهميتي در فراسوي تعلقات عرصه هاي ويژه تحقيقاتي آن ها دارد، نظير بحث هاي مشابه 20 سال پيش در عرصه هوش مصنوعي، وقتيكه از سوئي مكارتيMcCarthy و مينسكيMinsky معتقد بودند هوش مصنوعي امكان پذير است، و از سوي ديگر، كساني نظير درايفوسDreyfus و سرلSearle، يا امكانAI را نفي ميكردند و يا آنرا خيلي ضعيف مي ديدند. بيست سال بعد يعني امروز، آشكار است كه هوش مصنوعي امكان پذير است، اگرچه با هوش طبيعي يكي نيست، اما از بسياري جنبه ها، مثلأ براي كار كردن با مقادير زياد اطلاعات، از هوش طبيعي هم پرقدرت تر است. بنابراين واقعأ هوش *مصنوعي* است، و نه به مفهوم تحقير آميز كلمه. به همينگونه الماس مصنوعي نانوتکنولوژي ميتواند يك آفرينش جديد باشد، حتي بهتر از اصل، چه از نظر زيبائي، چه از نظر دوام، و يا از لحاظ خواص ديگر.
1-4) فناوري هزاره سوم
از زماني كه جان دالتون وجود اتمها را در سال1803 به جهانيان اثبات كرد، دانشمندان در تلاش بوده اند اين ذرات كوچك را تحت كنترل خود درآورند و اكنون محققان نانوتكنولوژي توانستهاند با در اختيارگرفتن اتمها تحولات عظيمي را رقم بزنند. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات بهدست آمد. دانشمندان با تحقيق در مقياسي كوچك كه يك ميليون بار كوچكتر از سر سوزن است ميتوانند خواص ماده را تغيير دهند به گونهيي كه متفاوت با اجسام بزرگ و معمولي رفتار كند. در اين قلمرو، اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف را از خود به نمايش ميگذارند و قابليتهاي اين علم فقط توانايي كوچك كردن اجسام نيست . دانشمندان با استفاده از اين مواد در تلاشند دستگاه ها و ابزارهايي بسازند كه از قابليت هاي بسيار شگفت انگيز و غيرمتعارف برخوردار باشد كه فهرست بيشماري از محصولات را در برميگيرد. در واقع، متخصصان نانو ميكوشند با كار بر روي چگونگي حركت اتم ها و نوع قرار گرفتن آنها در كنار يكديگر و نيز با تغييرات خاص به تركيبات مقاوم تري از مواد دست يابند و كيفيت مواد توليدي را بهبود بخشيده و درنهايت توليد مواد مختلف را اقتصاديتر كنند. طبيعت خود از ديرباز از نانوتكنولوژي بهره گرفته و در اين زمينه مهارت يافته است. بطور مثال موهاي بسيار نازك را در كف پاي مارمولك ببينيد كه با كمك آنها ميتواند به ديوار بچسبد و حتي از يك صفحه شيشه يي خود را آويزان كند. نانوتكنولوژي با الهام از طبيعت نويدبخش ابداع روشهايي در ساخت سامانه هاي كوچكتر، سبكتر، مقاومتر، كارآمدتر و ارزانتر است. پروفسور مارك ولاند ، رييس آزمايشگاه علوم نيوكاسل در دانشگاه كمبريج ميگويد نانوتكنولوژي، خود يك فناوري نيست، بلكه يك فناوري توانمندسازي است بطوري كه ميتواند در محصولات بسيار متنوعي نمود پيدا كند. نانوتكنولوژي نقش خود را در كوچك كردن اجزا ايفا ميكند كه نتيجه آن افزايش كارايي يك مجموعه است. پروفسور جان ريان، رييس مركز بيونانوتكنولوژي در دانشگاه آكسفورد ميگويد اگرچه ميتوان با اتمها ابزارهاي نانو ساخت ، اما بخاطر پرهزينه و كند بودن فرآيند ساخت ، روش مناسبي براي توليد نيست. يكي از مهمترين چالشهاي عملي در سالهاي آينده درك اصول اساسي زيست شناسي و استفاده از آنها در ابداع انواع جديد نانوتكنولوژي خواهد بود بهطوري كه دانشمندان با بهره گيري از اين دانش ميتوانند با استفاده از موادي كه از مواد طبيعي مقاومترند، انواع جديدي از ابزارهاي نانو بسازند.
1-5) اهميت نانوتكنولوژي در برنامه دولتها :
ارزيابي زودهنگام از جهتگيري خلاقيتها و نوآوريها، براي شكل دادن رقابتها در بازارهاي آينده از اهميت بالايي برخوردار است. در سالهاي اخير سازمانهاي فعال در تعيين استراتژيهاي آينده در ارتباط با نانوتكنولوژي گزارشات مهمي را براي تصميمسازي دولتهاي خويش ارائه نمودهاند. از ميان آنها ميتوان به موارد ذيل اشاره نمود:
· آلمان: گزارشات دلفي (D98) با موضوع فناوريهاي قرن بيست و يكم
· انگلستان: گزارش Post (دفتر علوم و فناوري پارلمان)
· هلند: كميته Foresight
· اروپا: كميته ارزيابي انتخابهاي علمي و فناوري (STOA)
· آمريكا: مركز ارزيابي فناوريهاي جهاني. (گزارش ساليانه WTEC)
همه اين گزارشات با موضوع نانوتكنولوژي از سالهاي 1993 تا 2001، به اهميت بسيار كليدي اين فناوري تاكيد نموده و لزوم اهتمام و حمايت دولتهاي خويش از اين تحقيقات را اعلام مينمايند. با توجه به آنكه تحقيقات نانوتكنولوژي، جهان زنده (بيوتكنولوژي و مهندسي ژن) را با جهان غير زنده (شيمي، الكترونيك و مواد) متحد مينمايد، اثرات زيادي در بهبود محيط زيست و تأمين بهداشت و سلامتي بشر خواهد داشت. ضمن آنكه دولتها به اثرات منفي، سلطه گرايانه و نظامي اين فناوري نيز آگاهي كامل دارند و در حال حاضر مراكز تحقيقاتي زيادي در دنيا بر روي اين مقاصد كار ميكنند. در امريكا حداقل 11 آژانس دولتي به همراه انستيتو بهداشت ملي، ناسا، دارپا، وزارت انرژي و وزارت دفاع در اين بخش فعال هستند. كاخ سفيد نانوتكنولوژي را در شاخه تحقيقات كليدي اعلام نموده است. دانشگاههاي امآيتي، استانفورد، كرنل و رايس، دانشگاههاي اصلي تحقيق كننده در اين زمينه هستند. در اروپا دانشگاه صنعتي دانمارك، در انگلستان دانشگاه بيرمنگام و در ايرلند مركز تحقيقاتNMRC كاملاً فعال ميباشند. در ژاپن سازمانهاي دولتي و شركتهاي خصوصي زيادي بر روي نانوتكنولوژي تحقيق مينمايند. ميزان سرمايهگذاري اروپا، ژاپن، امريكا و ديگر كشورهاي جهان بر روي نانوتكنولوژي از سال 1997 تا پايان سال 2001 سه برابر گشته است. سرمايهگذاريها در كشورهاي جهان همچنان در حال انجام است و كشورهاي اروپايي مثل انگلستان، آلمان، فرانسه، ايرلند، سوئد، سويس و كشورهاي آسيايي مانند چين، تايوان و كره تلاشهاي بيشتري را آغاز نمودهاند.
با توجه به اين اعداد و ارقام ميتوان نتيجه گرفت كه بايد رشد اين فناوري و دستاورهاي آن را با جديت و توجه بيشتري پيگيري نمود.
