لطفا منتظر باشید ...
فناوري نانو چيست؟
نويسنده: كميته نانو فناوري دانشگاه اميركبير نانوتكنولوژي، فناوري جديدي است كه تمام دنيا را فراگرفته و به تعبيري دقيق تر «نانوتكنولوژي بخشي از آينده نيست بلكه همه آينده است.» در اين نوشتار بعد از تعريف نانوتكنولوژي و بيان كاربردهاي آن، دلايل و ضرورت هاي توجه به اين فناوري ارائه شده است. آشنايي با نانوتكنولوژي
نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزار و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح مولكولي و اتمي و استفاده از خواصي است كه در آن سطوح، ظاهر مي شوند. از همين تعريف ساده برمي آيد كه نانوتكنولوژي رشته اي جديد نيست بلكه رويكردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتكنولوژي، كاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي گرفته تا الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژي، محيط زيست، مواد، هوافضا و امنيت ملي برشمرده اند. كاربردهاي وسيع اين عرصه به همراه پيامدهاي اجتماعي، سياسي و حقوقي آن، اين فناوري را به عنوان زمينه اي فرارشته اي و فرابخشي، مطرح ساخته است. آزمايش ها و تحقيقات مرتبط با نانوتكنولوژي، گرچه از ابتداي دهه 80 قرن بيستم به طور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باور نكردني آن در روند تحقيق و توسعه، باعث شد تا نظر تمامي كشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب شود. امروزه، كشورها فناوري نانو را به مثابه يكي از مهم ترين اولويت هاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم، تلقي مي كنند. استفاده از اين فناوري در تمامي رشته هاي علوم پزشكي، پتروشيمي، مواد، صنايع دفاعي، الكترونيك، كامپيوترهاي كوانتومي و غيره، باعث شده است كه تحقيقات در زمينه نانو به عنوان چالشي اصلي در حوزه هاي علمي و صنعتي، پيش روي جهانيان خودنمايي كند. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در بسيجي همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در ارتباط با اين موضوع، مشخص ساخته و با برنامه ريزي علمي دقيق و كارشناسانه، حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين زمينه را در دستور كار خود قرار دهند. براي چنين كاري، طراحي برنامه اي منسجم، فراگير و همه جانبه، امري اجتناب ناپذير است. نانوتكنولوژي و كاربردهاي آن
علوم و فناوري نانو، عنصري اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه هاي آتي خواهد بود. از جمله موارد مهم در آينده، همكاري هاي تحقيقاتي ميان رشته اي، آموزش خاص و انتقال ايده ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تأثيرات و كاربردهاي نانوتكنولوژي عبارتند از: توليد، مواد و محصولات صنعتي
نانوتكنولوژي، تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، زمينه ساز ساخت مواد و ابزار خواهد شد. امكان سنتز بلوك هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقت كنترل شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر به گونه اي كه داراي خواص و كاركرد منحصر بفرد باشند، انقلابي در مواد و فرايندهاي توليد آنها ايجاد مي كند. محققين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهند شد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده است. برخي مزاياي نانوساختارها عبارتند از: مواد سبك تر، قوي تر و قابل برنامه ريزي؛ كاهش هزينه عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فني؛ ابزار نوين مبتني بر اصول و معماري جديد و به كارگيري كارخانه هاي مولكولي يا خوشه اي داراي مزيت مونتاژ مواد در سطح نانو. پزشكي و بدن انسان
رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستم هاي زنده را اداره مي كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست شناسي و شبيه سازي كامپيوتري، همگي در حال گرايش به آن هستند. فراتر از سهل شدن استفاده بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو1 تهيه كند كه به نحوي حيرت انگيز توان درماني داروها را افزايش مي دهد. مواد زيست سازگار با كارايي بالا، از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهد شد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مي توان همانند اجزاي فعال براي اعمال نقش تشخيصي (نظير كاربرد ذرات كوانتومي براي مرئي سازي) وارد سلول ها كرد. افزايش توان محاسباتي به وسيله نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكه هاي ماكرومولكولي را در محيط هاي واقعي، ممكن مي سازد. اين گونه شبيه سازي ها براي بهبود قطعات كاشته شده زيست سازگار در بدن و نيز فرايند كشف دارو، الزامي خواهد بود. دوام پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك
نانوتكنولوژي، منجر به تغييراتي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب شده و پساب و آلودگي را كاهش خواهد داد. فناوري هاي جديد، امكان بازيافت و استفاده مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواهند كرد. در زمينه محيط زيست، علوم و مهندسي نانو، مي تواند تأثيري قابل ملاحظه بر موارد ذيل بگذارد: 1. درك مولكولي فرايندهاي مقياس نانو (كه در طبيعت رخ مي دهد) 2. ايجاد و درمان مسائل زيست محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده ها 3. توسعه فناوري هاي «سبز» جديد كه محصولات جانبي ناخواسته كمتري دارند 4. جريانات و مناطق حاوي فاضلاب گفتني است كه نانوتكنولوژي، از قابليت حذف آلودگي هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر)، هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر، برخوردار است. در زمينه انرژي، نانوتكنولوژي مي تواند به طوري قابل ملاحظه، كارايي، ذخيره سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار داده و از ميزان مصرف انرژي بكاهد. مثلاً، شركت هاي مواد شيميايي، امروزه مواد پليمري تقويت شده با نانوذرات را ساخته اند كه مي توانند جايگزين اجزاي فلزي بدنه خودروها شوند. استفاده گسترده از اين نانوكامپوزيت ها مي تواند سالانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه جويي مصرف بنزين را در پي داشته باشد. انتظار مي رود كه طي 10 سال آينده، تغييراتي عمده در فناوري روشنايي رخ دهند. مي توان نيمه ها دي هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني (LED) را به مقدار زيادي در ابعاد نانو توليد كرد. در امريكا، تقريباً 20 درصد از كل برق توليدي، صرف روشنايي (لامپ هاي التهابي معمولي يا فلوئورسنت) مي شود. مطابق پيش بيني ها، طي 10 تا 15 سال آينده، پيشرفت هايي از اين دست مي توانند مصرف جهاني را بيش از 10 درصد كاهش دهد كه سالانه 100 ميليارد دلار صرفه جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به همراه خواهد داشت. هوا و فضا
محدوديت هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريت هاي طولاني به مناطق دور از خورشيد، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب ناپذير مي سازد. مواد و ابزار نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را به وجود آورده است. «نانو ساختن»2 در طراحي و ساخت مواد سبك وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت كه همواره مورد نياز هواپيماها، راكت ها، ايستگاه هاي فضايي و سكوهاي اكتشافي سياره اي يا خورشيدي هستند، عاملي تعيين كننده تلقي مي شود. استفاده روزافزون از سيستم هاي كوچك شده تمام خودكار، منجر به پيشرفت هايي شگرف در فناوري ساخت و توليد خواهد شد. اين مسئله با توجه به اينكه محيط فضا داراي نيروي جاذبه كم و خلأ بالاست، موجب توسعه نانوساختارها و سيستم هاي نانويي كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست، در فضا خواهد شد. كاربرد نانوتكنولوژي در صنعت الكترونيك
با استفاده از ذخيره سازي اطلاعات در مقياس فوق العاده كوچك، مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد هزار برابر يا بيشتر، افزايش داد. اين فناوري در نهايت به ساخت ابزار ابرمحاسباتي به كوچكي يك ساعت مچي خواهد شد. ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات، به حدود يك ترابيت در هر اينچ مربع خواهد رسيد اين امر به ذخيره سازي 50 DVD يا بيشتر، در يك ها رد ديسك با ابعاد يك كارت اعتباري خواهد انجاميد. ساخت تراشه ها در اندازه هاي فوق العاده كوچك، مثلاً در اندازه هاي 32 تا 90 نانومتر و توليد ديسك هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازه هاي كوچك از ديگر موارد كاربرد اين فناوري است. پيشينه جهاني فناوري نانو
حدود چهل سال پيش، ريچارد فين من3، متخصص كوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، طي سخنراني معروف خود (1959) با عنوان «آن پايين، فضاي بسياري هست»4 به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي در آن زمان گفت: «اصول فيزيك، تا آنجايي كه من توانايي فهمش را دارم، خلاف امكان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زنند». او فرض كرد كه: «اگر دانشمندان قبلي فرا گرفته اند كه چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي كوچك بسازند، پس خواهيم توانست كه آنها را كوچك و كوچك تر كنيم. در واقع، آنها به مرزهاي حقيقي شان در لبه هاي نامعلوم كوانتوم نزديك خواهند بود، به طوري كه يك اتم را در مقابل ديگري به گونه اي قرار دهيم كه بتوانيم كوچكترين محصول مصنوعي و ساختگي ممكن را ايجاد كنيم». سؤال اين است كه با استفاده از اين فرم هاي بسيار كوچك، چه وسايلي را مي توان ساخت؟ فين من، در ذهن خود يك «دكتر مولكولي» را تصور كرد كه صدها بار از يك سلول منحصر بفرد، كوچكتر است. اين دكتر را مي توان به بدن انسان تزريق كرد تا درون بدن براي مطالعه و تأييد سلامتي سلول ها و يا انجام اعمال ترميمي و به طور كلي براي نگهداري بدن در سلامت كامل، به سير بپردازد. در سال هاي صنعتي، كلمه «بزرگ» از اهميت ويژه اي برخوردار بود. علوم بزرگ، پروژه هاي مهندسي بزرگ و غيره، حتي كامپيوترها در دهه 1950، تمام طبقات ساختمان را اشغال مي كردند. از هنگامي كه فين من نظرات و منطق خود را مطرح كرد، جهان روند حركت به سوي كوچك شدن را در پيش گرفت. ماروين مينسكي5 تفكرات بسيار باروري داشت كه مي توانست به انديشه هاي فين من قوت ببخشد. او كه پدر يابنده هوش هاي مصنوعي دهه 70-1960 بود، جهان را در تفكراتي مربوط به آينده، رهبري مي كرد. در اواسط دهه 70، اريك دركسلر6 دانشجويي در حال فارغ التحصيلي بود، مينسكي را به عنوان استاد راهنماي تكميل پايان نامه خود انتخاب كرد. او كه به وسايل بسيار كوچك فين من علاقه مند شده بود، قصد داشت در مورد توانايي هاي آنها تحقيق كند. مينسكي با وي موافقت كرد. در اوايل دهه 80، دركسلر كه درجه استادي خود را در رشته علوم كامپيوتر دريافت كرده بود، گروهي از دانشجويان را در قالب انجمني خاص، گرد هم آورد. در اين انجمن، او افكار جوانترها را با يك سري ايده هاي خود ممزوج كرده و آن را «نانوتكنولوژي» نامگذاري كرد. دركسلر، اولين مقاله علمي خود در مورد نانوتكنولوژي مولكولي (MNT) را در 1981 ارائه داد. سپس، كتاب Engin of Creation: The Coming Era of Nanotechnology را در 1986 به چاپ رساند. او تنها كسي بود كه تنها درجه دكتراي نانوتكنولوژي را در سال 1991 از دانشگاه MIT دريافت كرد. او كه پيشرو در طرح نانوتكنولوژي تلقي مي شود، هم اكنون رئيس استيتو Foresight و Research Fellow است. بودجه هاي كلان كشورهاي صنعتي در زمينه تحقيقات نانوتكنولوژي
بسياري از كشورهاي توسعه يافته و در حال توسعه (حدود 30 كشور) برنامه هايي را در سطح ملي با هدف پشتيباني از فعاليت هاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي، تدوين و اجرا مي كنند. نانوتكنولوژي، به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي كشورها و جايگاه آنها را در جهان، تحت تأثيرجدي قرار خواهد داد و اين مسئله توسط صاحب نظران و محققان اين كشورها تبيين شده و براي مديران اجرايي آنها به صورت امري شفاف و قطعي درآمده است. طي يكي دو سال اخير در بخشي از اين كشورها، تحركات شديدي از سوي دولت ها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته و فعاليت هايي كه تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام مي گرفته، با تشويق و حمايت هاي مستقيم دولت ادامه يافته اند. اهميت مطرح شدن طرح
سؤال مهم براي كشور ما و بسياري از كشورها كه هنوز به نانوتكنولوژي به عنوان تمدن آينده علمي، توجه كافي نكرده اند اين است كه آيا بايد با اين روند همراه شد يا نه؟ توجه به فضاي بسيار بزرگ و در حال ايجاد نانوتكنولوژي و حجم وسيع فعاليت هاي مربوط به آن در دنيا، اين باور را به انسان القا مي كند كه دير يا زود بايد آينده را ديد و براي ورود به آن اقدام كرد. ورود اجتناب ناپذير كشورها به عرصه نانوتكنولوژي
بسياري از صاحب نظران و محققان، نانوتكنولوژي را مساوي آينده دانسته اند. به عنوان نمونه، كميته مشاوران رئيس جمهور امريكا در زمينه علوم و فناوري، در تأييد برنامه ملي نانوتكنولوژي براي سال 2001، از نانوتكنولوژي به عنوان محور آينده جهان ياد مي كند. به دليل تأثيرات اين فناوري بر اكثر فناوري هاي موجود، عقيده صاحب نظران اين است كه متخصصان رشته هاي مختلف، بدون گرايش به مباحث مقياس نانو در دهه هاي آينده، فرصتي براي رشد نخواهند داشت و شكوفايي بسياري از فناوري هاي مهم از جمله فناوري اطلاعات و بيوتكنولوژي، به عنوان دو دستاورد بسيار عظيم قرن بيستم، بدون بهره گيري از نانوتكنولوژي دچار اختلال خواهند شد. از اين جهت اين مسئله براي دانشگاهيان، محققان و مسئولان هر كشور امري حياتي است. منابع:
1. سايت كميته مطالعات سياست نانوتكنولوژي www.irannano.org 2. نانوتكنولوژي، آئينه تكنولوژي آفرينش، انجمن علمي دانشجويي دانشكده فني دانشگاه تهران 3. سياستگذاري علم و تكنولوژي (مطالعه موردي نانوتكنولوژي در ايران)، دكتر قاضي نوري 4. مجموعه مقالات اولين همايش نانوتكنولوژي، كميته مطالعات سياست نانوتكنولوژي 5. پيام دكتر عارف به اولين همايش نانوتكنولوژي، اسفند 1. Drug Delivery 2. Nanofabrication 3. Richard Feynman 4. Ther is plenty of room in the bottom 5. Marvin Minsky 6. Eric Drecler
