نانوتکنولوژی از کجا آمده است؟ 
برای اولین بار ریچارد فاینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانو علم را در یک سخنرانی تکان‌ دهنده با نام "درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد"، مطرح کرد. فاینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را ، که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند. این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر (دانشجوی تحصیلات تکمیلی  MIT  ندای فاینمن را شنید و یک قالب ‌کاری برای مطالعه "وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند" ایجاد کرد، که در سپتامبر 1981 در مقاله‌ای با نام "پروتئین راهی برای تولید انبوه مولکولی ایجاد می‌کند" آن را ارائه داد. 

درکسلر آن را با کتابی بنام "موتورهای خلقت" دنبال کرد و توسعه مفهوم نانو تکنولوژی را همانند یک کوشش علمی ادامه داد. اولین نشانه‌های ثبت ‌شده از این مفهوم نانو تکنولوژی تغییر مکان دادن اشیا مولکولی ، در سال 1989 بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمادن IBM  اتمهای منفرد گزنون را روی صفحه نیکل حرکت داد، تا نام IBM  را روی سطح نیکل نقش کند.

كي اريك دركسلر 

 كي اريك دركسلر در 25 آوريل 1955 در اوکلند ايالت كاليفرنياي ايالات متحده آمريکا به دنيا آمد. پدرش آلن‌باري دركسلريك مدير مشاور بود و مادرش هازل ادناگاسمن يك آئويدلوژيست (Oudiologist)  و يك متخصص در رشته آسيب‌شناسي بود. . وي در پژوهشگاه فناوري ماساچوست (MIT)  مشغول به تحصيل شد و ليسانش را در رشته علوم در سال 1977 و فوق ليسانسش را در رشته مهندسي در سال 1979 به پايان رسانيد. سپس دكترايش را با نظارت ماروين مينسكي (marvin Minsky)  در همان پژوهشگاه آغاز نمود و درنهايت در سال 1991 موفق به اخذ دكترا در رشته فناوري نانومولكولي شد. وي در 18 جولاي سال 1981 با كريستين لوئيس پترسون كه يك مهندس فارغ‌التحصيل از  MIT  بود ازدواج كرد. 

او مشهورترين شخصيتي است كه در زمينه شناساندن پتانسيل‌هاي فناوري نانو مولكولي به عموم جامعه كارهاي اساسي انجام داده است. 

دركسلر به شدت تحت تأثير ايده "محدوديت‌هاي رشد" بود كه در ابتداي دهة‌ 70 مطرح شد. عكس‌العمل او در اولين سال تحصيلش در MIT  به اين قضيه چنين بود كه به دنبال كسي بگردد كه بر روي منابع فضايي [منابع خارج از كره زمين] كار كرده باشد. در نهايت او دكتر گراندكي انيل (K.ONILL Geracd)  را در پرينستون پيدا كرد. وي فيزيكداني مشهور بود كه بر روي شتاب دهنده‌هاي ذرات، بسيار تبحر داشت و كارهاي برجسته‌اي در زمينه ايده "مهاجرت به فضا" انجام داده بود. 

دكسلر در كنار كارهايي كه تابستان‌ها در ساختمان اُ‌نيل بر روي نمونه‌هاي آزمايشگاهي انتقال جرم انجام مي‌داد، مقاله‌هايي نيز براي سه دوره كنفرانس "توليدات فضايي" (كه براي اولين بار در پرينستون تشكيل مي‌شد) تهيه كرد. وي همچنين در سال 1977 و 1979 مقالاتي با همكاري كيت هنسون keith Henson  منتشر كرد و اختراعاتي (patents)  در هر دو زمينه توليد فاز بخار و تشعشع كننده‌هاي و گرم كننده‌ها يا خنك كننده‌هاي فضايي به ثبت رسانيد. 

در سال 1975 و 1976 در كسلر وارد مطالعات تابستاني ناسا شد. او توانست ورقه نازك فلزي كه تنها چند 10 اتم ضخامت داشت را توليد كند و از آن به عنوان ايده‌اي براي ساخت بادبان‌هاي قايق‌هاي خورشيدي با بازده بالا استفاده كند. وي همچنين در زمينه سياست فضايي نيز فعاليت مي‌كرد در سال 1980 به انجمن L5 كمك كرده تا در انعقاد"معاهده ماه" پيروز شوند. 

در اواخر دهة 70 او ايده‌هاي مربوط به فناوري نانو مولكولي را بسط داد و سرانجام توانست به موضوع مورد بحث در سخنراني معروف ريچاردفاينمن جامه‌عمل بپوشاند . دركسلر از زماني كه در MIT  مشغول گذرانيدن فوق ليسانس بود، به پيش‌بيني در زمينه آينده فناوري بسيار علاقه نشان مي‌داد. او همچون ساير كساني كه دنياي مدرن آينده را پيش‌بيني مي‌كنند، همواره سعي در ايجاد تصاويري باورنكردني از فناوري هاي مدرن داشت. 

در سال 1986 وي كتاب موتورهاي آفرينش را منتشر ساخت اين اولين كتابي بودكه طرحي از پتانسيل‌هاي فناوري نانو مولكولي را ارائه مي‌داد.  او اولين كسي بود كه دكترايش را در زمينه فناوري نانو مولكولي دريافت نمود او پس تصحيحاتي بر روي رساله دكترانيش آن را با نام "نانوسيستم‌ها محاسبات و ساخت ماشين‌هاي مولكولي" در سال 1992 منتشر كرد. انتشار اين كتاب توانست جايزه AAP را به عنوان بهترين كتاب در زمينة علوم كامپيوتر در همان سال براي وي به ارمغان بياورد.

دركسلر و كريستين پترسون در سال 1986 پژوهشگاه فورسايت (Forsight Institue)  را به منظور پيشرفت علوم و مهندسي توليدات مولكولي پايه‌گذاري كردند. 

http://www.e-drexler.com
 

آيا نانوتكنولوژي واقعي است؟ 

 

پيشگفتار :

بحث بسيار مهمي اكنون در جمع محققين نانوتكنولوژي  nanotechnology  در جريان است. اين بحث به نام جدل دركسلر- سمالي Drexler-Smalley debate  خوانده ميشود، و برروي موضوع اسمبلي مولوكولي molecular assembly متمركز است. اريك دركسلر Eric 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 ننوتوب كربني carbon nanotubes  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. مقاله كورزويل شرح جز به جز تكنيكي اين جدل است، و او 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 مكارتي McCarthy  و مينسكي Minsky  معتقد بودند هوش مصنوعي امكان پذير است، و از سوي ديگر، كساني نظير درايفوس Dreyfus  و سرل Searle،  يا امكان AI  را نفي ميكردند و يا آنرا خيلي ضعيف مي ديدند. من درباره منازعات هوش مصنوعي در جاي ديگر نوشته ام. 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 ننوتك ميتواند يك آفرينش جديد باشد، حتي بهتر از اصل، چه از نظر زيبائي، چه از نظر دوام، و يا از لحاظ خواص ديگر. 

 

آيا كشورهاي توسعه نيافته بايستي به اين موضوع فكر كنند؟ 

آنچه كه در اين منازعات مهم است اين است كه اگر مردم اين نظر را به پذيرند كه خلق مجدد جهان غير ممكن است، آنچه كه مخالفين نانوتكنولوژي تبليغ ميكنند، ممكن است كه ما يك فرصت تاريخي را از دست بدهيم، فرصتي كه ميتواند از انقلاب كامپيوتري 20 سال گذشته نيز مهمتر باشد. ممكن است به پرسيد كه اين جدل چه اهميتي براي كشورهاي توسعه نيافته نظير ايران دارد، و اينكه چرا روشنفكران ايراني بايستي اصلأ نگران اين موضوع بوده و در اين رابطه به خود زحمت دهند؟ همانگونه كه سالها پيش، براي بسيارنياز ورود به منازعات هوش مصنوعي و جامعه فراصنعتي مايه شگفتي بود، وقتي كه حتي جامعه صنعتي نيز به سختي در ايران توسعه يافته است. اما امروز، همه به اهميت كامپيوتر، اينترنت و اقتصاد گلوبال براي ايران اذعان دارند، و اينكه چرا موضوعاتي نظير ملحق شدن به سازمان جهاني تجارت WTO  اهميت بسيار زيادي براي ايران حال و اينده ايران دارد، وحتي بسياري از روشنفكران ايران هم اكنون در اين تلاش ها فعال هستند. به همينگونه نانوتكنولوژي ميتواند مهمترين تكنولوژي اي باشد كه حتي سلول هاي سوختي fuel cells  تازه خلق كند، و به عصر نفت پايان دهد، و نه تنها بر اقتصاد كشورهاي توليد كننده نفت نظير ايران، تأثير جدي بگذارد، بلكه كل توليد صنعتي در سطح جهاني، كه بر توليد انرژي استوار است را دگرگون كند، و تأثير جدي بر فقر و ثروت در هر نقطه جهان بگذارد. و هيچ دليلي ندارد كه دانشمندان كشوري نظير ايران در توسعه نانوتكنولوژي شركت نكنند، وقتيكه اين تكنولوژي نه تنها برروي كشورهاي توسعه يافته، بلكه برروي بازده توليد جهاني در فراسوي يك مقياس بزرگ order of magnitude  تأثير گذار است. آنجه در بالا ذكر كردم دليل آن است كه چرا بنظر من، دنبال كردن جدل دركسلر-اسمالي، براي روشنفكران ايران مهم است. 

 

اسمبلي مولوكولي Molecular Assembly  چيست؟ 

اولين بروسه هاي توليدي مانوفاكتور در پايان قرون وسطي در اروپاي اواخر سالهاي 1500 شكل گرفتند. اين توليد عبارت بود از ساختن اشيأ از مواد اوليه با دست يا با ماشين آلات به طور سيستماتيك همراه تقسيم كار. سپس اختراع ماشين بخار در قرن هجدهم، ماشين آلات متحرك را بوجود اورد، كه با نيروي مهار شده توسط اين موتور ها به حركت در ميآمدند. مانوفاكتور به كارخانه توسعه يافت، و بدينگونه سيماي كره زمين طي دويست سال بعد از آن، كاملأ دگرگون شد. امروز نانوتكنولوژي درباره اسمبلي مولوكولي است، كه نوع مينياتوري مانوفاكتور است، و ميتواند اساسأ دنيا را از نوبيآفريند، آنهم با بازدهي بهتر، و نتيجه آن نه تنها ميتواند به وابستگي به مواد خام طبيعي پايان دهد، بلكه ممكن است توسعه صنعتي را كامل كند. آنگونه كه دنيل بل بخوبي نشان داده، جامعه صنعتي اساسأ عصر انرژي تمدن بشر بود، توليدي با ماشين آلات متحرك كه از انرژي مهار شده استفاده ميكردند.

در نتيجه نانوتكنولوژي ميتواند بطور موفقيت آميزي مابقي توليد كشاورزي و صنعتي را كامل كند، و نه تنها از طريق حل مسأله انرژي، بلكه همچنين، از طريق افزودن هوش به موضوعات اين تمدن هاي بشري. به طور خلاصه ميتواند به تمام فعاليت هاي توليدي كه در شيوه هاي توليد ماقبل صنعتي هستند كمك كند كه به توليد هوشمند فراصنعتي برسند، هم آنگونه كه برنامه هاي كامپيوتري هوشمند در توليدات تكنولوژي نوين high tech  امروز به كار برده ميشوند. يعني پس از توسعه ننوتك، اينگونه توليدات هوشمند براي همه فعاليت هاي توليدي به كار خواهند رفت. عبارات زير آنگونه ايست كه كورزويل استفاده از هوش را در ننوتك توضيح ميدهد، با استفاده از اصطلاح *نرم افزار* به معني وسيع كلمه: "هرچند پيكربندي هاي configurations  بسياري پيشنهاد شده، يك اسمبلر نوعي typical assembler،  به صورت يك واحد روي ميزي توصيف شده، كه ميتواند هر محصولي كه از نظر فيزيكي ممكن، و ما برايش توصيف ترم افزاري داشته باشيم را، توليد كند. محصولات ميتوانند از كامپيوتر باشند تا لباس، آثار هنري باشند تا غذاي پخته شده. محصولات بزرگتر، نظير اثاثيه، ماشين، و حتي خانه نيز ميتوانند به صورت قايسي modular ساخته شوند، يا از طريق ساختن اسمبلرهاي بزرگتر.

 آنچه كه از اهميت ويژه برخوردار است اسمبلري است كه كه ميتواند كپي خود را خلق كند. هزينه افزوده براي ساختن هر محصول فيزيكي، كه شامل هزينه خود اسمبلر هم ميشود، چند پني pennies  براي هر پوند خواهد بود، اساسأ قيمت مواد خام آن. البته هزينه واقعي در ارزش اطلاعاتي خواهد بود كه هر محصول را توصيف ميكند ، يعني نرم افزاري كه پروسه اسمبلي را كنترل ميكند. در نتيجه هر چيز با ارزش در جهان، از جمله خود اشيأ فيزيكي، اساسأ از اطلاعات تشكيل ميشوند. ما ازامروز از چنين شرايطي چندان دور نيستيم، چرا كه "محتوي اطلاعاتي" محصولات بطور سريعي به خط مجانب صد درصد ارزش آنها مماس ميشود." ري كورز.يل-جدل دركسلر-اسمالي درباره اسمبلر مولوكولي، 3 دسامبر، 2003] عبارات بالا بيان اصل آنچيزي است كه در پاراديم ننوتك براي دنيا اهميت دارد. اگر نيوتون قوانين حركت را توصيف كرد، و در پي آن، لاپلاس بحث ميكرد كه اگر شرايط اوليه جهان را داشته باشيم، با دانش قوانين نيوتون، ميتوان جهان در هر لحظه را پيش بيني كرد، ما نيز در اينجا شاهد آنيم كه علم در 300 سال گذشته توصيف ساختمان اشيأ را انجام داده، و آن به اين معني است كه ميشود، آنگونه كه در همانجا كورزويل از سخنراني تاريخي 1959 فيزيك دان معروف فينمن Feynman  نقل ميكند، در نهايت تمام طبيعت را مصنوعأ از نو "اتم به اتم" ساخت. 

 

چرا نوآفريني مصنوعي مهم است؟ 

چه اهميتي دارد كه ما آب را از دو اتم هيدرژن و يك اتم اكسيژن بسازيم؟ براي آنكه اگر مولكولهاي آب را اينگونه بسازيم، شبيه يك اسمبلي توليدي است، و ميتواند تريليون و تريليون بار ساخته شود، يعني انگونه كه فينمن Feyman اشاره ميكند، اشيأ اتم به اتم ميتوانند "مانور" داده شوند، و مواد در نتيجه ميتوانند كارآراتر شوند، و با خواص دلخواه توليد شوند. بيشتر آنكه در مواردي كه كمبود يا خطرات مخيط زيستي وجود دارد، مثلأ مورد نفت در دنياي كنوني، كه وابستگي به سوخت فسيل از نظر محيط زيستي كشنده است، ننوتك ميتواند يك الترناتيو پاكيزه در مقياس اقتصادي موثر، ارائه كند.

همچنين اينگونه پروسه هاي مصنوعي ننوتك ميتوانند بسياري از اشتباهات كه در پروسه هاي طبيعي هستند را اجتناب كنند، همانگونه كه كامپيوتر در مقايسه با انسان، براي پروسه كردن مقاديرزياد اطلاعات، كمتر اشتباه ميكند. اين موضوع در پروسه هاي بيولوژيك مهم است، زمانيكه امراضي نظير سرطان نتيجه اشتباهات در عملكرد سلولها در پروسه هاي طبيعي هستند. آيا تمام اين پيشرفت ها ميتوانند خطرات و مسائلي را هم باعث شوند؟ البته! كورزويل مثال خوبي از شبكه هاي كامپيوتري و ويروس ها ميزند كه از طريق اين شبكه ها پخش ميشوند، و اشاره ميكند كه ما امروز حاضر نيستيم كامپيوتر و اينترنت را به خاطر ويروس به دور بريزيم ، و به جاي بازگشت به عقب، ما دفاع در برابر ويروس را بوجود مياوريم. البته مسدله اصلي منقديني نظير اسمالي خطرات نيستند. خطراتي نظير مسائل مكانيسم هاي خود ساز self-replicating. چرا كه همانگونه كه همه ميدانيم خود سيستمهاي خودسازطبيعت، نظير سلولهاي انسان، مسأله كپي هاي غلط را به كرات نشان ميدهند، كه دليل امراضي نظير سرطان است. و نه تنهاسرطان، بلكه تمام پروسه سالخوردگي و امراضي نظير الزايمرAlzheimers  نتيجه اشتباهات سلولهاي خود ساز طبيعت هستند. بنابراين كنترل در سيستمهاي خود ساز مصنوعي ميتوانند حتي براي حل اينگونه مسائل هم به كار روند.

به عبارت ديگر، خطرات بالا موضوع اصلي منقديني نظير اسمالي نيست. اصل بحث آنها همانند درايفوس Dreyfus  و بحثهاي شطرنج وي، در زمان آغازغرصه دانش هوش مصنوعيAI، است، يعني آنها بحث ميكنند كه اسمبلر مولوكولي غير ممكن است، با اشاره به موضوعاتي نظير انگشتان چاق در ننوتك، كه اساسأ معني اش اين است كه دست روباطي كه براي وصل كردن اتمها بكار ميرود، وقتي به اندازه هاي كوانتومي تزديك شويم، بخاطر تأثيرات كوانتومي عدم تعين، نميتواند آزادانه حركت كند. اما همانگونه كه كورزويل به نحو احسنت نشان ميدهد، اندازه هاي ننوتك به مراتب از اندازه هاي كوانتومي كه در انها اين عدم تعين ها معني ميدهند، بزرگتر هستند، و حتي اگر چنين فاكتورهائي هم وارد شوند، و مشكل ايجاد كنند، آنها مسائلي براي حل كردن هستند، و نه براي دلسرد شدن از امكان ننوتك. 

 

نتيجه گيري 

اساسأ دانشمندان در 300 سال گذشته، دنيا را با فرمولهاي مختلف توصيف كرده اند، و اگر ژنتيك يكي از علومي بوده است كه از دانش براي نوآفريني بخشي از واقعيت طبيعي با كنترل قادر شده است، ننوتك ميتواند همه جهان را از نو به شكل هوشمندانه خلق كند، و ميتواند محيطي براي ابزارهاي هوشمند خلق كند كه در ارتباط متقابل موثر با دنياي فيزيكي قرار گيرند، و طبيعت را به واقعيت ثروت زا براي نسل بشر مبدل كنند، و در عين حال به ما كمك كنند كه به فراسوي محدوديت هاي بيولوژيك خود برويم، و با مسائلي نظير سرطان به طور موثر دست و پنجه نرم كنيم. در اين عرصه فرصت هاي بسياري براي بشريت نهفته است، و ترك اين عرصه دانش ميتواند به هر ملت و كل جهان لطمه زده و توسعه جامعه قراصنعتي در سطح جهاني را كند كند. به طور خلاصه، نانوتكنولوژي به تاثير ابزار هوشمند برروي زندگي بشر و جهان گره خورده،و مشتركأ پتانسيل هاي عظيم فراروي بشريت و جهان را ترسيم ميكنند. 

نویسنده:محمدرضا قراگوزلو  

 

Nano technology 

مقدمه:

امروزه آنچه بعنوان ثروت و رفاه برای کشورها ذکر می‌شود، تکنولوژی است. بشر امروز دغدغه دست یافتن به تکنولوژی‌های جدید مثل نانو را دارد. البته "نانو" فن‌اوری جدیدی نیست ولی توانایی کاربردش در تمام‌ عرصه‌های علوم و تاثیرش در فناوری‌های دیگر اهمیت زیادی دارد. ترویج فناوری نانو صرفا به‌معنای فناوری و کاربردهای آن نمی‌باشد بلکه ترویج باید زمینه‌ساز ایجاد سایر زیرساخت‌های توشعه فناوری و رفع مشکلات موجود بر سر راه نوسعه آن باشد. ولی این موضوع بدون آگاهی از "مدیریت فناوری" (technology treatment)  و درک مشکلات توسعه آن امکان‌پذیر نیست. 

نانو چیست؟ همین‌طور که خودتان بهتر می‌دانید، نانو واحد اندازه‌گیری، برابر با یک میلیاردیم متر یا 9-10  است. در اصل کلمه "نانو" یک واژه یونانی بمعنای "قد کوتاه"! می‌باشد.(نه به اندازه یک میلیاردیم متر!). برای تصور این اندازه می‌توان گفت که نانو برابر با یک هزارم قطر موی انسان است. 

تکنولوژی چیست؟ توانایی استفاده از منابع برای تبدیل آن‌ها به محصول(کالا یا خدمات) یکی از تعاریف تکنولوژی‌ست.

نانوتکنولوژی چیست؟ طراحی، ساخت، توسعه و استفاده از محصولاتی که اندازه آن‌ها در بازه  to 100 nm ر1 قرار دارند را نانو تکنولوژی گویند. در حقیقت اینجا صحبت از ریز شدن است که این کار تماس بیشتر، فعالیت بیشتر و افزایش مساحت را ممکن می‌سازد. نانو یک مقیاس جدید در فناوری‌ها و یک رویکرد جدید در تمام رشته‌ها است و این توانایی را به بشر می‌دهد تا دخالت خود را در ساختار مواد گسترش دهد و در ابعاد بسیار ریز به طراحی و ساخت دست بزند و در تمام فن‌آوری‌هایی که بشر در حال حاضر به آن دست یافته، اثر بگذارد. 

انقلاب نانو از کجا سرچشمه می‌گیرد؟ کوانتم نظری انقلاب نانو به حدود 40 سال قبل بر می‌گردد، زمانی که در سال 1959 "فایمن" در هنگام گرفتن جایزه نوبل، نظریه جدیدی مطرح کرد!(بابا عجب خوره‌ای بوده!) او در سخنرانی معروف خود در همان سال به عنوان "فضاهای زیادی در پایین وجود دارند" به بررسی بعد رشد نیافته مواد پرداخت. فایمن فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فراگرقته‌اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌ها را در مقیاس‌های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست آن‌ها را کوچک و کوچک‌تر کنیم. او در ذهن خود یک دکتر مولکولی تصور کرد که صدها بار از یک سلول کوچک تر است و می‌تواند به بدن انسان تزریق شود ‌و درون بدن به مطالعه سلامت سلول‌ها و انجام اعمال ترمیمی بپردازد! 

 

کاربردهای نانوتکنولوژی: 

1) تولید مواد و محصولات: نانوتکنولوژی تغییر بنیادی مسیری است که در آینده موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساخنمانی نانو، با اندازه و ترکیب به دقت کنترل شده و چیدن آن‌ها در ساختارهای بزرگ‌تر که دارای خواص و کارکرد منحصر بفرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آن‌ها ایجاد می‌کند که محققین قادر به ایجادشان نبوده‌اند. مواد سبک‌تر، قوی‌تر، قابل برنامه‌ریزی و کاهش هزینه عمرِِِ ِکاری از طریق کاهش دفعات نقص فنی، از مزایای نانو ساختارها می‌باشد. 

2) پزشکی و بدن انسان: فراتر از آسان‌کردن استفاده بهینه از دارو و کپسوله کردن داروها PLA,PLGA)  نانو‌تکونولوژی می‌تواند فرمول‌هایی برای رهایش دارو (Drug Deliverg)  تهیه کند که به نحوه حیرت‌انگیزی توان داروها را افزایش می‌دهد. 

3) نانو در طراحی و ساختن مواد سبک وزن، پرقدرت و مقاوم در‌ برابر ‌حرارت که مورد نیاز هواپیماها، راکت‌ها، ایستگاه‌های فضایی و سکوهای اکتشافی سیاره‌ای یا خورشیدی، نقش تعیین کننده‌ای دارد و با توجه به اینکه محیط فضا دارای نیروی جاذبه کم و خلا زیاد است، با نانو می‌توان ایجاد ساختارهایی که در زمین ممکن نیست را در فضا میسر کرد. 

4) با استفاده از این فن‌آوری می‌توان ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات را در حد 1000 برابر یا بیشتر افزایش داد. به طور مثال با این فن‌آوری می‌توان 50 عدد DVD  را در یک هارد دیسک به ابعاد یک کارت اعتباری ذخیره کرد. 

دیگر مزیت‌های نانو: نانوتکنولوژی موجب تغییرات شگرف در استفتده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد. آلودگی آب را کاهش خواهد داد. امکان بازیافت و استفتده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهد کرد. 

در زمینه انرژی نیز نانو تکنولوژی می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای کارایی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تاثیر قرار داده و مصرف انرژی را پایین بیاورد. 

از مزایای تولید با اجزای ریز: 

- دقت زیاد (حتی در حد یک اتم) 

- اتلاف انرژی حداقل 

- حداقل ایجاد 

- حداکثر استفاده از منابع اولیه 

تاثیر اقتصادی نانونکنولوژی: برآورد بازار نانو در تقسیم‌بندی آینده کشورها مهم است. بازار فن‌آوری نانو در سال 2005 حدود 200 میلیار دلار بوده و رشد سالانه آن تا سال 2011 حدود 30 درصد خواهد بود. 

صنعت دارو: 100 میلیار دلار | صنعت نیمه‌هادی: 100 میلیار دلار | مصرف انرژِی: 100 میلیار دلار | کاتلیت‌ها در صنایع شیمیایی و نفت: 100 میلیار دلار | مواد و فرآیند‌های نانو ساختاری: در حد 340 میلیارد دلار! | محصولات هوافضای حاصل از نانوتکنولوژی: 70 میلیار دلار .

نتیجه اخلاقی: بسیاری از صاحب‌نظران، نانوفن‌آوری را مساوی آینده دانسته‌اند. به‌دلیل تاثیرات این تکنولوژی بر اکثر صنایع و تکنولوژی‌های موجود، متخصصان رشته‌های مختلف بدون گرایش به مباحث نانو، در دهه‌های آینده فرصتی برای رشد نخواهند داشت. به همین دلیل این مساله برای دانشگاهیان و محققان هر کشور ضروری است. به عبارت دیگر می‌توان گفت که اولویت هر کشور در صنعت و فن‌آوری است و بدون تسلط بر ابعاد نانو، در صنعت و فناوری دنیای جدید حرفی برای گفتن نخواهد داشت.

 

نانوتکنولوژی 

آشنائی با فناوری معجزه گر آینده جهان- نانو تکنولوژی- به زبان ساده 

در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفت های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی آورد، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتها ست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور درآن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند. 

علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه ی فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد. 
میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) – مثل یک درخت یا یک میکروب – ساخته می شود. علم بشری لینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال: 

• ساخت مواد بسیار سبک و محکم برای مصارف مرسوم یا نو 

• ورشکستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو 

• کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلی 

• همه گیر شدن ابر کامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم مصرف 

• سلاحهای سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار 

• شناسائی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری 

• ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر 

• از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیائی و میکروبی 

• از بین بردن کامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی 

• سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند 

• تولید انبوه مواد و ابزارهائی که تا قبل از این عملی و اقتصادی نبوده اند ، 

• و بسیاری از موارد غیر قابل پیش بینی دیگر! 

 

دكتر Drexler  در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتكنولوژی اظهار كرده است: “در جهان اطلاعات ، تكنولوژیهای دیجیتالی كپی‌برداری را سریع، ارزان، كامل و عاری از هزینه‌بری یا پیچیدگی محتوایی نموده‌اند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیافتد چه می‌شود. هزینه تولید یك تن ‌تری بیت تراشه‌های RAM  تقریبا" معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد می‌شود”. 

دكتر Smalley  رئیس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس و كاشف Buckyballs  می‌گوید: 

" نانوتكنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژی كه توسط آقایان Peterson و Pergamit  در سال 1993 نگاشته شده چنین آمده است : 

" تصور كنید قادرید با نوشیدن دارو كه در آب میوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه كنید . یك ابر كامپیوتر را كه به اندازه یك سلول انسان است در نظر بگیرید. یك سفینه فضایی 4 نفره كه به دور مدار زمین می‌گردد با هزینه‌ای در حدود یك خودروی خانوادگی تجسم كنید" . 

موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژی هستند. انسان در معرض یك انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند است كه ناشی از علم نانوتكنولوژی است. در آینده نزدیك گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی با مقیاس نانومتری می‌گردند كه قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات ، تقریبا" تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی كار كنونی از رده خارج خواهند شد. كالاهای مصرفی به وفور یافت‌شده ، ارزان، شیك و با دوام خواهند شد. دارو یك جهش سریع و كوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر، سبكهای زندگی روزمره در جهان بطور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسانها تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت. 

سه فناوری تسخیرکننده 

از طرفی شاید بتوان گفت تسخیرکنندگان علم و فناوری آینده در سه گروه فناوری اطلاعات، نانوفناوری و زیست فناوری خلاصه می شوند. 

قرارگیری مقادیر و حجم زیادی از اطلاعات در فضائی کوچک از ابعاد هم گرائی نانوفناوری و فناوری اطلاعات می باشد از طرفی در زیست فناوری و یا به عبارتی برای زیست شناسان قرار گیری حجم زیادی از اطلاعات در یک فضای بسیار کوچک موضوعی بسیار آشنا می باشد. 

در کوچکترین سلول انسانی همه اطلاعات مربوط به یک موجود زنده از قبیل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتی در قسمت بسیار کوچکی از سلول به نام DNA  که شامل حدوداً پنجاه اتم می باشد همه این اطلاعات ذخیره می گردد ( نه تنها سطح یا به عبارتی تعداد اتم ها بلکه نحوه قرار گرفتن این زنجیره ها در ذخیره سازی اطلاعات زیستی اهمیت دارد). شاید یکی از علل هم گرائی این فناوری و فناوری اطلاعات وجود همین مسائل مشترک این سه فناوری است. 

 

ابزارهای جدید برای كارهای ظریف 

اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسید كه چه پیشرفتهای عمده دستگاهی باعث شده‌اند تا نانوتكنولوژی در خطوط مقدم تحقیقات علوم فیزیكی قرار گیرد، تقریبا" همه آنها به داستان میكروسكوپ پروب اسكن‌كننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM یک پروب نانوسکوپی در ارتفاع ثابتی بر بالای بستری از اتم‌ها حفظ می‌شود. این فاصله می‌تواند آن‌قدر کم باشد که الکترون‌های اتم‌های تیرک و سطح با هم تعامل داشته باشند. این تعاملات می‌تواند آن‌قدر قوی باشد، که اتم‌ها از جا کنده شده و به جای دیگری بروند.

اشاره می‌كنند. علیرغم تازه واردگی به عرصه تحلیل دستگاهی، استفاده از میكروسكوپی تونل‌زنی اسكن‌كننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسیله‌ای برای تهیه تصویر از اتمهای روی سطوح مواد، که نقش مهمی در درک توپوگرافی و خواص الکتریکی مواد و رفتار قطعات میکروالکترونیکی دارند.

 STM بر خلاف یک میکروسکوپ نوری، برای تهیه تصویر نیروهای الکتریکی را با یک پروب نازک‌شده به حد تیزی یک اتم آشکار می‌کند. پروب سطح را جاروب کرده، بی‌نظمی‌های الکتریکی حاصل از پوسته‌های الکترونی یا ابرالکترونی پیرامون اتم‌ها را به کمک یک کامپیوتر به تصویر مبدل می‌کند. به دلیل یک اثر مکانیک کوانتومی موسوم به «تونل‌زنی»، الکترون‌ها می‌توانند به سادگی از تیرک به سطح و بالعکس بجهند. درجه وضوح تصاویر در حدود nm1  یا کمتر است. از STM می‌توان برای جابجایی تک به تک اتم‌ها و تهیه نقشه‌های پروضوح از سطوح مادی استفاده کرد.) ، میكروسكوپی نیروی اتمی (AFM)  و دیگر تكنیكهای مشتق‌شده از این دو مورد اصلی در بسیاری از آزمایشگاهها ، به دلیل حجم زیاد اطلاعاتی كه از مقیاس نانومتر به دست می دهند، متداول و حتی گریزناپذیر شده است. 

ریچارد فینمن طی یك سخنرانی در همایش جامعه فیزیك آمریكا در 1959 در مؤسسه تكنولوژی كالیفرنیا كه بعد در آنجا استاد فیزیك شد ایده‌هایی بنیادی در زمینه كوچك‌سازی نوشتجات، مدارها و ماشین‌ها ایراد كرد : " آنچه من می‌خواهم به شما بگویم، مسئله دستكاری و كنترل اشیاء در مقیاس كوچك است. تردیدی وجود ندارد كه در نوك یك سوزن آنقدر جا هست كه بتوان تمام دایره‌‌المعارف بریتانیكا را جا داد." فینمن برای به تفكر واداشتن محققین و تاكید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امكان فیزیكی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی 1000 دلاری برای اولین افرادی كه به اهداف مشخص شده ای در كوچك‌سازی كتابها و موتورهای الكتریكی دست یابند تعیین كرد. فینمن تاكید كرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نیستم كه به فرض روزی اگر قوانین (فیزیك) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌كنم اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نكرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده‌ایم." 

 

وضعیت جهانی 

از فناوری نانو به عنوان "رنسانس فناوری" و" روان کننده جریان سرمایه گذاری " یاد می شود.ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد . هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره جنوبی، استرالیا، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر میبرند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای "برنامه ملی" یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند . 

و امّا بطور کلی و خلاصه اینکه: 

 

• نانوتكنولوژی چست؟ 

• نانوتكنولوژی مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای كنترل آنهاست. هدف اصلی اكثر تحقیقات نانوتكنولوژی شكل‌دهی تركیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانوتكنولوژی در الكترونیك، زیست‌شناسی، ژنتیك، هوانوردی و حتی در مطالعات انرژی بكار برده میشود. 

 

• چرا " Nano"? 

• nano كلمه‌ای یونانی به معنی كوچك است و برای تعیین مقدار یك میلیاردیم یا 9- 10 یك كمیت استفاده می‌شود. چون یك اتم تقریباً" 10 نانومتر است، این اصلاح برای مطالعه عمومی روی ذرات اتمی و مولكولی بكاربرده میشود. 

 

• تفاوت بین نانوعلم و نانوتكنولوژی چیست؟ 

• نانو علم صرفا" تحقیق است ولی نانوتكنولوژی كاربرد تحقیقات برای حل مسائل و ساخت مواد جدید است. 

 

• نانوتكنولوژی از كجا آمده است؟ 

• برای اولین بار ریچارد فینمن برنده جایزه نوبل فیزیك پتانسیل نانوعلم را در یك سخنرانی تكان‌دهنده با نام " درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد"، مطرح كرد . فینمن اصرار داشت، كه دانشمندان ساخت وسائلی را،كه برای كار در مقیاس اتمی لازم است، شروع كنند. این موضوع مسكوت ماند، تا اینكه اریك دركسلر (دانشجوی تحصیلات تكمیلی MIT  ندای فینمن را شنید و یك قالب‌كاری برای مطالعه "وسایلی كه توانایی حركت دادن اشیاء مولكولی و مكان آنها را با دقت اتمی دارند" ایجاد كرد، كه در سپتامبر 1981 در مقاله‌ای با نام " پروتئین راهی برای تولیدانبوه مولكولی ایجاد میكند" آن را ارائه داد. دركسلر آن را با كتابی بنام " موتورهای خلقت" دنبال كرد و توسعه مفهوم نانوتكنولوژی را همانند یك كوشش علمی ادامه داد. اولین نشانه های ثبت‌شده از این مفهوم نانوتكنولوژی تغییر مكان دادن اشیا مولكولی، در سال 1989 بود، موقعی كه دانشمندی در مركز تحقیقات آلمادن IBM  اتمهای منفردگزنون را روی صفحه نیكل حركت داد، تا نام IBM  را روی سطح نیكل نقش كند. 

 

• آیا نانوتكنولوژی خیالی‌تر از علم است؟ 

• از موقعی كه اولین مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتكنولوژی همانند چوبدست سحرآمیزی برای ساخت كودكان طراح تا ماشینهای تولید اكسیژن برای استعمار كره مریخ، تصور می‌شد. هیجانات از واقعیات جلوتر بود، اما پیشرفت واقعی با مسائلی پیش‌پا افتاده شروع شد.چند سال پیش محققین در دانشگاههای كالیفرنیا، رایس و MIT  موفق به ساخت نانوذراتی شدند، كه به دانشمندان كمك می‌كردند. تعدادی از اساتید این دانشگاهها شركتهایی تأسیس كردند، كه وسایل موردنیاز برای تحقیقات مقیاس نانو را می‌ساختند. اكنون آنها به شدت دنبال حفاظت كارهایشان از طریق ثبت اختراع هستند، تا زمینه تولید فرایندهایشان را فراهم كنند. كاربردهای علمی نانوعلم هنوز كم است. اما مقداری از تولیدات اولیه اكنون وارد بازار می‌شوند. 

• كارهای علمی انجام‌شده بوسیله نانوتكنولوژی چیست؟ 

• بیشترین كار علمی روی ایجاد تغییراتی در مواد شیمیایی یا نقشه‌برداری از تركیبات زیستی، مانند DNA  و سلولهای سرطانی است. بعضی ازاولین محصولات تجاری، بهبود تولیدات شیمیایی كنونی یا روشهای پزشكی است.

 

 منبع:

http://www.nanoclub.ir/