تعريف نانوتكنولوژي و آشنايي با آن
نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح ملكولي و اتمي و استفاده از خواص است كه در آن سطوح ظاهر مي شود. از همين تعريف ساده بر مي آيد كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتكنولوژي كاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي 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 يك زمينه فرا رشته اي و فرابخش مطرح نموده است. هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتكنولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم به طور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنكردني نانوتكنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهم ترين اولويت هاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم محسوب نمايند .
استفاده از اين فناوري در كليه علوم پزشكي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الكترونيك، كامپوترهاي كوانتومي و ... باعث شده كه تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يك بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يك برنامه ريزي علمي دقيق و كارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين كاري طراحي يك برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه 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 آ ينده، همكاري هاي تحقيقاتي ميان رشته ا ي، آموزش خاص و انتقال ايده ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تاثيرات و كاربردهاي نانوتكنولوژي به شرح زير مي باشد:
توليد، مواد و محصولات صنعتي: نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقت كنترل شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگ تر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي 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 از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك تر، قوي تر و قابل برنامه ريزي، كاهش هزينه عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فني، ابزارهايي نوين بر پايه اصول و معماري جديد، بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه ا ي كه مزيت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
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 به آن سمت درحال گرايش هستند.
ـ فراتر از سهل شدن استفاده بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery) تهيه كند، كه به نحو حيرت انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي دهد.
ـ مواد زيست سازگار با كارايي بالا: از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعال، مي توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي سازي بكار مي رود) درون سلول ها وارد نمود.
ـ افزايش توان محاسباتي به وسيله نانوتكنولوژي: ترسيم وضعيت شبكه هاي ماكرومولكولي را در محيط هاي واقعي ممكن مي سازد. اينگونه شبيه سازي ها براي بهبود قطعات كاشته شده زيست سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهد بود.
ـ دوام پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك
نانوتكنولوژي چنان چه ذكر شد، منجر به تغييراتي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهد داد. همچنين 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 تاثير قابل ملاحظه ا ي، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي دهد، در ايجاد و درمان مسايل زيست محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده ها، در توسعه فناوري هاي «سبز» جديد كه محصولات جانبي ناخواسته كمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگ تر را دارد. در زمينه انرژي، نانوتكنولوژي مي تواند به طور قابل ملاحظه ا ي كارآيي، ذخيره سازي و توليد انرژي را تحت تاثير قرار د ا د ه مصرف انرژي را پايين بياورد .
به عنوان مثال، شركت هاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت شده با نانو ذرات را ساخته اند كه مي تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنه اتومبيل ها شود. استفاده گسترد ه از اين نانوكامپوزيت ها مي تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه جويي مصرف بنزين به همراه داشته باشد . يا انتظار مي رود تغييرات عمده ا ي در فناوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي توان نيمه هادي هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني (LEDها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در آمريكا، تقريبا «20درصد كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپ هاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي شود. مطابق پيش بيني ها در 10 تا 15 سال آينده، پيشرفت هايي از اين دست مي تواند مصرف جهاني را بيش از 10درصد كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به همراه خواهدداشت .
ـ هوا و فضا: محدوديت هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي ماموريت هاي طولاني به مناطق دور از خورشيد، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب ناپذير مي سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را به وجود آورده است.» نانوساختن «( Nanofabrication ) همچنين در طراحي و ساخت مواد سبك وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، مورد نياز براي هواپيماها، راكت ها، ايستگاه هاي فضايي و سكوهاي اكتشافي سياره ا ي يا خورشيدي، تعيين كننده است. همچنين استفاده روزافزون از سيستم هاي كوچك شده تمام خودكار، منجر به پيشرفت هاي شگرفي در فناوري ساخت و توليد خواهد شد. اين مسئله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبه كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سيستم هاي نانو _ كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.
ـ امنيت ملي: برخي كاربردهاي دفاعي نانوتكنولوژي عبارتند از: تسلط اطلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي، امكان آموزش موثرتر نيرو، به كمك سيستم هاي واقعيت مجازي پيچيده تر حاصله از الكترونيك نانوساختاري، استفاده بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي، دستيابي به كارايي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه هاي نظامي و در عين حال تعداد دفعات نقص فني كمتر و هزينه كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته ا ي، بهبود طراحي در سيستم هاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاح هاي هسته ا ي، تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستم هاي دفاع هسته ا ي. در بسياري موارد، فرصت هاي اقتصادي و نظامي مكمل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي در زمينه هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملي است و بالعكس.
كاربرد نانوتكنولوژي در صنعت الكترونيك: ذخيره سازي اطلاعات در مقياس فوق العاده كوچك، با استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد يكهزار برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتا به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به كوچكي يك ساعت مچي منتهي شود.
ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يك ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب مي شود كه ذخيره سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يك هارد ديسك با ابعاد يك كارت اعتباري شود. ساخت تراشه ها در اندازه هاي فوق العاده كوچك به عنوان مثال در اندازه هاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسك هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازه هاي كوچك نيز مي باشد.
تاريخچه فناوري نانو در جهان
چهل سال پيش Richard Feynman، متخصص كوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال 1959 با عنوان» آن پايين فضاي بسياري هست «( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي درآن زمان اظهار داشت :» اصول فيزيك، تا آنجايي كه من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زنند. «او فرض را بر اين قرار داد كه اگر دانشمندان فرا گرفته اند كه چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي كوچك بسازند، پس ما 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.
با استفاده از اين فرم هاي بسيار كوچك چه وسايلي مي توانيم ايجاد كنيم؟
Feynman در ذهن خود يك» دكتر مولكولي «تصور كرد كه صدها بار از يك سلول منحصربفرد كوچك تر است و مي تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام كاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلول ها و يا انجام اعمال ترميمي و به طور كلي براي نگهداري بدن در سلامت كامل به سير بپردازد. در بحبوبه سالهاي صنعتي كلمه» بزرگ از «اهميت ويژه اي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه هاي مهندسي بزرگ و غيره حتي كامپيوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال مي كردند. ولي از وقتي Feynman نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان روندي به سوي كوچك شدن در پيش گرفت. Marvin Minsky تفكرات بسيار باروري داشت كه مي توانست به انديشه هاي Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر يابنده هوش هاي مصنوعي دهه 70-1960 جهان را در تفكراتي كه مربوط به آينده مي شد، رهبري مي كرد. در اواسط دهه 70، Eric Drexler كه يك دانشجوي فارغتالتحصيل بود، Minskey را به عنوان استاد راهنما جهت تكميل پايان نامه اش انتخاب كرد و او نيز اين مسئوليت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسايل بسيار كوچك Feynman علاقه مند شده بود و قصد داشت تا در مورد توانايي هاي آنها به كاوش بپردازد. Minskey نيز با وي موافقت كرد. Drexler در اوايل دهه 80، درجه استادي خود را در رشته علوم كامپيوتر دريافت كرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افكار جوانترها را با يك سري ايده ها كه خودش نانوتكنولوژي» نامگذاري كرده، مشغول مي داشت. Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتكنولوژي مولكولي (MNT) در سال 1981 ارايه داد. او كتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دكتري در نانوتكنولوژي را در سال 1991 از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يك پيشرو در طرح نانوتكنولوژي است و هم اكنون رييس استيتو Foresight و Research Fellow مي باشد.
تعيين بودجه هاي كلان در كشورهاي صنعتي براي تحقيقات در زمينه نانوتكنولوژي
بسياري از كشورهاي توسعه يافته و در حال توسعه (در حدود 30 كشور)، برنامه هايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليت هاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي نمايند. زيرا نانوتكنولوژي به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي كشورها و جايگاه آنها در جهان را تحت تاثير جدي قرار خواهد داد و اين مسئله در اين كشورها توسط صاحب نظران و محققان تبيين شده و براي مديران اجرايي به صورت يك امر شفاف و قطعي درآمده است. در بخشي از اين كشورها، در يكي دو سال اخير تحركات شديدي از طرف دولت ها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته و فعاليتهايي كه تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام مي گرفته است، با تشويق و حمايت هاي مستقيم دولت ادامه يافته اند كه در اين قسمت نمودار ستوني ميزان سرمايه گذاري دولت ها آورده شده است:
اهميت مطرح شدن طرح
همانگونه كه اشاره شد بسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال پيشرفت، برنامه هايي را براي پشتيباني از فعاليت هاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي نمايند. اما يك سئوال 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 القاء مي كند كه دير يا زود بايد آينده را ديد و براي ورود به آن اقدام نمود.
ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژي اجتناب ناپذير است
بسياري از صاحب نظران و محققان، نانوتكنولوژي را مساوي آينده دانسته اند. به عنوان نمونه كميته مشاوران رييس جمهور آمريكا در علوم و فناوري در تاييد برنامه ملي نانوتكنولوژي براي سال 2001، از نانوتكنولوژي به عنوان محور آينده جهان ياد مي كند. به دليل تاثيرات 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 ازجمله 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.
دلايل اساسي ضرورت ورود كشور به عرصه نانوتكنولوژي
علاوه بر موضوع فوق، مي توان دلايل زير را براي اجتناب ناپذيري ورود كشورهايي چون ايران اقامه نمود:
تاثير اساسي نانوتكنولوژي در رشد و پيشرفت بسياري از فناوري ها
ماهيت فرارشته اي علوم و فناوري نانو به عنوان توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با دقت اتم و مولكول، موجب تعريف كاربردهاي بسيار زيادي در عرصه هاي مختلف علمي و صنعتي شده است. براي نانوتكنولوژي كاربردهاي بسياري را در حوزه هاي دارو و غذا و بهداشت، درمان بيماري ها، محيط زيست، انرژي، الكترونيك، كامپيوتر و اطلاعات، مواد، ساخت و توليد، هوافضا، بيوتكنولوژي و كشاورزي و امنيت ملي و دفاع برشمرده اند. به همين دليل بر تمام فناوري ها تاثير گذاشته و دير يا زود بايد شاهد محصولات آنها بود. به عنوان نمونه در بخش پزشكي و بهداشت، يك زمينه كاري بسيار مهم، سيستم توزيع دارو در داخل بدن مي باشد. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمي است در حالي كه سلول هاي خاصي از بدن نيازمند آن مي باشند. در روش جديد دارو با وسايل ترزيق متفاوت با امروزه به صورت مستقيم به سمت سلول هاي مشخص جهت گيري شده و دارو به محل نياز تحويل داده مي شود. با همين مكانيزم، بيماري هاي بزرگ و كوچك در آغاز شكل گيري قابل تشخيص و درمان خواهند بود. يا در بخش مواد، پروژه هايي در دست كار مي باشد كه موادي با وزن بسيار كم و خواص بسيار مناسب توليد شوند. كاربرد اين مواد در ساختمان، خودرو، هواپيما و بسياري از ملزومات زندگي انسان ها ديده خواهد شد. بنابراين عرصه بسيار وسيع نانوتكنولوژي كه زندگي انسان ها را نيز در برخواهد گرفت، خود القاءكننده اين نتيجه خواهد بود كه نمي توان به روي آن چشم بست.
نانوتكنولوژي، توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با در دست گرفتن كنترل در سطوح ملكولي و اتمي و استفاده از خواص است كه در آن سطوح ظاهر مي شود. از همين تعريف ساده بر مي آيد كه نانوتكنولوژي يك رشته جديد نيست، بلكه رويكردي جديد در تمام رشته هاست. براي نانوتكنولوژي كاربردهايي را در حوزه هاي مختلف از غذا، دارو، تشخيص پزشكي و بيوتكنولوژي 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 يك زمينه فرا رشته اي و فرابخش مطرح نموده است. هر چند آزمايش ها و تحقيقات پيرامون نانوتكنولوژي از ابتداي دهه 80 قرن بيستم به طور جدي پيگيري شد، اما اثرات تحول آفرين، معجزه آسا و باورنكردني نانوتكنولوژي در روند تحقيق و توسعه باعث گرديد كه نظر تمامي كشورهاي بزرگ به اين موضوع جلب گردد و فناوري نانو را به عنوان يكي از مهم ترين اولويت هاي تحقيقاتي خويش طي دهه اول قرن بيست و يكم محسوب نمايند .
استفاده از اين فناوري در كليه علوم پزشكي، پتروشيمي، علوم مواد، صنايع دفاعي، الكترونيك، كامپوترهاي كوانتومي و ... باعث شده كه تحقيقات در زمينه نانو به عنوان يك چالش اصلي علمي و صنعتي پيش روي جهانيان باشد. لذا محققين، اساتيد و صنعتگران ايراني نيز بايد در يك بسيج همگاني، جايگاه، موقعيت و وضعيت خويش را در خصوص اين موضوع مشخص نمايند و با يك برنامه ريزي علمي دقيق و كارشناسانه به حضوري فعال و حتي رقابتي سالم در اين جايگاه، عرض اندام و ابراز وجود نمايند و براي چنين كاري طراحي يك برنامه منسجم، فراگير و همه جانبه 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 آ ينده، همكاري هاي تحقيقاتي ميان رشته ا ي، آموزش خاص و انتقال ايده ها و افراد به صنعت خواهد بود. بخشي از تاثيرات و كاربردهاي نانوتكنولوژي به شرح زير مي باشد:
توليد، مواد و محصولات صنعتي: نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امكان سنتز بلوك هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقت كنترل شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگ تر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي 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 از مزاياي نانوساختارها عبارتست از: مواد سبك تر، قوي تر و قابل برنامه ريزي، كاهش هزينه عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فني، ابزارهايي نوين بر پايه اصول و معماري جديد، بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه ا ي كه مزيت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
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 به آن سمت درحال گرايش هستند.
ـ فراتر از سهل شدن استفاده بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو ( Drug Delivery) تهيه كند، كه به نحو حيرت انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي دهد.
ـ مواد زيست سازگار با كارايي بالا: از توانايي بشر در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعال، مي توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي سازي بكار مي رود) درون سلول ها وارد نمود.
ـ افزايش توان محاسباتي به وسيله نانوتكنولوژي: ترسيم وضعيت شبكه هاي ماكرومولكولي را در محيط هاي واقعي ممكن مي سازد. اينگونه شبيه سازي ها براي بهبود قطعات كاشته شده زيست سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهد بود.
ـ دوام پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك
نانوتكنولوژي چنان چه ذكر شد، منجر به تغييراتي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پس ا ب و آلودگي را كاهش خواهد داد. همچنين 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 تاثير قابل ملاحظه ا ي، در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي دهد، در ايجاد و درمان مسايل زيست محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده ها، در توسعه فناوري هاي «سبز» جديد كه محصولات جانبي ناخواسته كمتري دارند و ي ا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته باشد. لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگ تر را دارد. در زمينه انرژي، نانوتكنولوژي مي تواند به طور قابل ملاحظه ا ي كارآيي، ذخيره سازي و توليد انرژي را تحت تاثير قرار د ا د ه مصرف انرژي را پايين بياورد .
به عنوان مثال، شركت هاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت شده با نانو ذرات را ساخته اند كه مي تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنه اتومبيل ها شود. استفاده گسترد ه از اين نانوكامپوزيت ها مي تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه جويي مصرف بنزين به همراه داشته باشد . يا انتظار مي رود تغييرات عمده ا ي در فناوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي توان نيمه هادي هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني (LEDها) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در آمريكا، تقريبا «20درصد كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپ هاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي شود. مطابق پيش بيني ها در 10 تا 15 سال آينده، پيشرفت هايي از اين دست مي تواند مصرف جهاني را بيش از 10درصد كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به همراه خواهدداشت .
ـ هوا و فضا: محدوديت هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي ماموريت هاي طولاني به مناطق دور از خورشيد، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب ناپذير مي سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را به وجود آورده است.» نانوساختن «( Nanofabrication ) همچنين در طراحي و ساخت مواد سبك وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، مورد نياز براي هواپيماها، راكت ها، ايستگاه هاي فضايي و سكوهاي اكتشافي سياره ا ي يا خورشيدي، تعيين كننده است. همچنين استفاده روزافزون از سيستم هاي كوچك شده تمام خودكار، منجر به پيشرفت هاي شگرفي در فناوري ساخت و توليد خواهد شد. اين مسئله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبه كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سيستم هاي نانو _ كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست- در فضا خواهدشد.
ـ امنيت ملي: برخي كاربردهاي دفاعي نانوتكنولوژي عبارتند از: تسلط اطلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي، امكان آموزش موثرتر نيرو، به كمك سيستم هاي واقعيت مجازي پيچيده تر حاصله از الكترونيك نانوساختاري، استفاده بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي، دستيابي به كارايي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه هاي نظامي و در عين حال تعداد دفعات نقص فني كمتر و هزينه كمتر در عمر كاري تجهيزات نظامي، پيشرفت در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته ا ي، بهبود طراحي در سيستم هاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاح هاي هسته ا ي، تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستم هاي دفاع هسته ا ي. در بسياري موارد، فرصت هاي اقتصادي و نظامي مكمل هم هستند. كاربردهاي درازمدت نانوتكنولوژي در زمينه هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملي است و بالعكس.
كاربرد نانوتكنولوژي در صنعت الكترونيك: ذخيره سازي اطلاعات در مقياس فوق العاده كوچك، با استفاده از اين فناوري مي توان ظرفيت ذخيره سازي اطلاعات را در حد يكهزار برابر يا بيشتر افزايش دهد و نهايتا به ساخت ابزارهاي ابرمحاسباتي به كوچكي يك ساعت مچي منتهي شود.
ظرفيت نهايي ذخيره اطلاعات به حدود يك ترابيت در هر اينچ ربع برسد، و اين امر موجب مي شود كه ذخيره سازي 50 عدد DVD يا بيشتر در يك هارد ديسك با ابعاد يك كارت اعتباري شود. ساخت تراشه ها در اندازه هاي فوق العاده كوچك به عنوان مثال در اندازه هاي 32 تا 90 نانو متر، توليد ديسك هاي نوري 100 گيگا بايتي در اندازه هاي كوچك نيز مي باشد.
تاريخچه فناوري نانو در جهان
چهل سال پيش Richard Feynman، متخصص كوانتوم نظري و دارنده جايزه نوبل، درسخنراني معروف خود در سال 1959 با عنوان» آن پايين فضاي بسياري هست «( Ther is plenty of room in the bottom ) به بررسي بعد رشد نيافته علم مواد پرداخت. وي درآن زمان اظهار داشت :» اصول فيزيك، تا آنجايي كه من توانايي فهمش را دارم، بر خلاف امكان ساختن اتم به اتم چيزها حرفي نمي زنند. «او فرض را بر اين قرار داد كه اگر دانشمندان فرا گرفته اند كه چگونه ترانزيستورها و ديگر سازه ها را با مقياس هاي كوچك بسازند، پس ما 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.
با استفاده از اين فرم هاي بسيار كوچك چه وسايلي مي توانيم ايجاد كنيم؟
Feynman در ذهن خود يك» دكتر مولكولي «تصور كرد كه صدها بار از يك سلول منحصربفرد كوچك تر است و مي تواند به بدن انسان تزريق شود و درون بدن براي انجام كاري يا مطالعه و تاييد سلامتي سلول ها و يا انجام اعمال ترميمي و به طور كلي براي نگهداري بدن در سلامت كامل به سير بپردازد. در بحبوبه سالهاي صنعتي كلمه» بزرگ از «اهميت ويژه اي برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه هاي مهندسي بزرگ و غيره حتي كامپيوترها در دهه 1950 تمام طبقات ساختمان را اشغال مي كردند. ولي از وقتي Feynman نظرات و منطق خود را بازگو كرد، جهان روندي به سوي كوچك شدن در پيش گرفت. Marvin Minsky تفكرات بسيار باروري داشت كه مي توانست به انديشه هاي Feynman قوت ببخشد. Minsky پدر يابنده هوش هاي مصنوعي دهه 70-1960 جهان را در تفكراتي كه مربوط به آينده مي شد، رهبري مي كرد. در اواسط دهه 70، Eric Drexler كه يك دانشجوي فارغتالتحصيل بود، Minskey را به عنوان استاد راهنما جهت تكميل پايان نامه اش انتخاب كرد و او نيز اين مسئوليت را بر عهده گرفت. Drexler سبت به وسايل بسيار كوچك Feynman علاقه مند شده بود و قصد داشت تا در مورد توانايي هاي آنها به كاوش بپردازد. Minskey نيز با وي موافقت كرد. Drexler در اوايل دهه 80، درجه استادي خود را در رشته علوم كامپيوتر دريافت كرده بود و گروهي از دانشجويان را به صورت انجمني به دور خود جمع نموده بود. او افكار جوانترها را با يك سري ايده ها كه خودش نانوتكنولوژي» نامگذاري كرده، مشغول مي داشت. Drexler اولين مقاله علمي خود را در مورد نانوتكنولوژي مولكولي (MNT) در سال 1981 ارايه داد. او كتاب Engin of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال 1986 به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دكتري در نانوتكنولوژي را در سال 1991 از دانشگاه MIT دريافت داشت. او يك پيشرو در طرح نانوتكنولوژي است و هم اكنون رييس استيتو Foresight و Research Fellow مي باشد.
تعيين بودجه هاي كلان در كشورهاي صنعتي براي تحقيقات در زمينه نانوتكنولوژي
بسياري از كشورهاي توسعه يافته و در حال توسعه (در حدود 30 كشور)، برنامه هايي را در سطح ملي براي پشتيباني از فعاليت هاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي نمايند. زيرا نانوتكنولوژي به عنوان انقلابي در شرف وقوع، آينده اقتصادي كشورها و جايگاه آنها در جهان را تحت تاثير جدي قرار خواهد داد و اين مسئله در اين كشورها توسط صاحب نظران و محققان تبيين شده و براي مديران اجرايي به صورت يك امر شفاف و قطعي درآمده است. در بخشي از اين كشورها، در يكي دو سال اخير تحركات شديدي از طرف دولت ها براي سرعت بخشيدن به توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته و فعاليتهايي كه تا قبل از اين به صورت خودجوش توسط محققان انجام مي گرفته است، با تشويق و حمايت هاي مستقيم دولت ادامه يافته اند كه در اين قسمت نمودار ستوني ميزان سرمايه گذاري دولت ها آورده شده است:
اهميت مطرح شدن طرح
همانگونه كه اشاره شد بسياري از كشورهاي پيشرفته و در حال پيشرفت، برنامه هايي را براي پشتيباني از فعاليت هاي تحقيقاتي و صنعتي نانوتكنولوژي تدوين و اجرا مي نمايند. اما يك سئوال 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 القاء مي كند كه دير يا زود بايد آينده را ديد و براي ورود به آن اقدام نمود.
ورود كشورها به عرصه نانوتكنولوژي اجتناب ناپذير است
بسياري از صاحب نظران و محققان، نانوتكنولوژي را مساوي آينده دانسته اند. به عنوان نمونه كميته مشاوران رييس جمهور آمريكا در علوم و فناوري در تاييد برنامه ملي نانوتكنولوژي براي سال 2001، از نانوتكنولوژي به عنوان محور آينده جهان ياد مي كند. به دليل تاثيرات 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 ازجمله 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.
دلايل اساسي ضرورت ورود كشور به عرصه نانوتكنولوژي
علاوه بر موضوع فوق، مي توان دلايل زير را براي اجتناب ناپذيري ورود كشورهايي چون ايران اقامه نمود:
تاثير اساسي نانوتكنولوژي در رشد و پيشرفت بسياري از فناوري ها
ماهيت فرارشته اي علوم و فناوري نانو به عنوان توانمندي توليد مواد، ابزارها و سيستم هاي جديد با دقت اتم و مولكول، موجب تعريف كاربردهاي بسيار زيادي در عرصه هاي مختلف علمي و صنعتي شده است. براي نانوتكنولوژي كاربردهاي بسياري را در حوزه هاي دارو و غذا و بهداشت، درمان بيماري ها، محيط زيست، انرژي، الكترونيك، كامپيوتر و اطلاعات، مواد، ساخت و توليد، هوافضا، بيوتكنولوژي و كشاورزي و امنيت ملي و دفاع برشمرده اند. به همين دليل بر تمام فناوري ها تاثير گذاشته و دير يا زود بايد شاهد محصولات آنها بود. به عنوان نمونه در بخش پزشكي و بهداشت، يك زمينه كاري بسيار مهم، سيستم توزيع دارو در داخل بدن مي باشد. مصرف دارو در حال حاضر به صورت حجمي است در حالي كه سلول هاي خاصي از بدن نيازمند آن مي باشند. در روش جديد دارو با وسايل ترزيق متفاوت با امروزه به صورت مستقيم به سمت سلول هاي مشخص جهت گيري شده و دارو به محل نياز تحويل داده مي شود. با همين مكانيزم، بيماري هاي بزرگ و كوچك در آغاز شكل گيري قابل تشخيص و درمان خواهند بود. يا در بخش مواد، پروژه هايي در دست كار مي باشد كه موادي با وزن بسيار كم و خواص بسيار مناسب توليد شوند. كاربرد اين مواد در ساختمان، خودرو، هواپيما و بسياري از ملزومات زندگي انسان ها ديده خواهد شد. بنابراين عرصه بسيار وسيع نانوتكنولوژي كه زندگي انسان ها را نيز در برخواهد گرفت، خود القاءكننده اين نتيجه خواهد بود كه نمي توان به روي آن چشم بست.
تاثير نانوتكنولوژي بر امنيت جهاني
از نظر دفاعي، نانوتكنولوژي براي كشورها، هم فرصت است هم تهديد. به لحاظ كاربردهاي بسيار زيادي كه اين فناوري مي تواند در امور نظامي داشته باشد، گرايش زيادي در بخش دفاعي كشورها به تحقيق و توسعه نانوتكنولوژي صورت گرفته است. اين كاربردها از لباس هاي مانع خطر تا پرنده هاي بسيار كوچك، تجهيزات اطلاعاتي و بسياري موارد ديگر است كه هم اكنون با حمايت وزارتخانه هاي دفاع كشورهايي چون آمريكا، ژاپن و برخي كشورهاي اروپايي به صورت پروژه هاي تحقيقاتي در حال انجام هستند. از اين جهت اين فناوري براي كشورها يك تهديد محسوب مي شود. اما براي كشورهايي كه بتوانند با استفاده از روند موجود، جايگاهي را در آينده امنيت جهاني براي خود در نظر بگيرند، يك فرصت خواهد بود. با توجه به اينكه اين كاربردها بسيار متنوع هستند، هر كشوري مي تواند زمينه اي را براي پيشگامي در جهان سهم خود نمايد و در آينده رقابت هاي بين المللي نقشي داشته باشد.
شكل گيري بازارهاي بسيار بزرگ
شواهد موجود نشان مي دهد كه درصد بالايي از بازارهاي محصولات مختلف متكي بر نانوتكنولوژي خواهد بود و به همين دليل دولت ها و شركت هاي بزرگ و كوچك به دنبال كسب جايگاهي براي خود در اين بازارها هستند. ميهيل روكو، رييس كميته علوم و فناوري نانو در رياست جمهوري آمريكا طي مقاله اي در ماه مي سال 2001، پتانسيل نانوتكنولوژي براي تغيير چشمگير در اقتصاد جهاني را يادآوري نموده است. بر مبناي پيش بيني وي و بخش ديگري از صاحب نظران در ده الي 15 سال آينده نانوتكنولوژي بازار نيمه هادي را به طور كامل تحت تاثير قرار خواهد داد. خبرهايي نيز كه اخيرا از شركت هاي اصلي سازنده پردازنده هاي كامپيوتر در آمريكا و ژاپن منتشر شده است، از ورود پردازنده هاي حاوي يك ميليارد نانوترانزيستور تا قبل از 10 سال آينده حكايت دارد. به عنوان مثال شركت اينتل اعلام نموده است كه در سال 2007 پردازنده هاي متكي بر نانوترانزيستور را با قدرت و سرعت بسيار بيشتر و مصرف كمتر نسبت به آخرين دستاوردهاي امروزي نيمه هادي ها وارد بازار خواهد كرد. در بخش دارو نيز پيش بيني شده است تا 10 الي 15 سال آينده نيمي از اين صنعت متكي بر نانوتكنولوژي خواهد بود كه خود نياز به وسايل تزريق جديد و آموزش هاي پزشكي روزآمد خواهد داشت يا در مورد موادشيميايي، فقط ذكر بازار 100 ميليارد دلاري كاتاليست ها كه تا 10 سال آينده به طور كامل متكي بر كاتاليست هاي نانوساختاري خواهد بود براي نشان دادن اهميت بحث كافي است.
از هم اكنون بازار بزرگي براي بكارگيري مواد جديد در محصولات فعلي در حال شكل گيري است. موادي كه مي توانند خواص جديد و فوق العاده اي به محصولات موجود بخشيده و موجب كاهش قيمت آنها شوند. به عنوان نمونه نانولوله هاي كربني ( Carbon Nanotubes ) با وزن بسيار كمتر و استحكام بسيار بيشتر نسبت به موادي چون فولاد، بخش زيادي از صنايع را در آينده تحت تاثير قرار خواهد داد. در كنار اين پيش بيني ها، اين سئوال بايد مطرح شود كه جايگاه كشورهايي كه به نانوتكنولوژي دسترسي ندارند، در بازارهاي آينده و اقتصاد جهاني چه خواهد بود. با توجه به اينكه سهم هر كشور يا بنگاه در زمان شكل گيري يك بازار تثبيت مي شود، زمان سرمايه گذاري براي رسيدن به جايگاه مناسب، همين امروز است.
نظرات شما عزیزان:
تبادل
لینک هوشمند