نانو تکنولوژی

● مقدمه
حدود ۱۰۰ سال پیش برای اولین بار مسئله استفاده از انرژی عظیم هسته ای مطرح شد؛ بشر همواره نمی توانست درک تجربی و صحیحی نسبت به این موضوع داشته باشد، ولی دیری نپایید که دانش و تکنولوژی این انرژی در اختیار بشر قرار گرفت و توانست استفاده از این انرژی فوق العاده را تجربه نماید.
دیر زمانی اگر کسی مسئله پرواز در آسمان و یا سفر به خارج از این کره خاکی و گردش بدور آن را مطرح می کرد، دیگران حتما او را خیال پرداز و مجنون قلمداد می کردند و یا بخاطر اظهار بعضی حقایق فرد را به توبه در کلیسا وا می داشتند! زمانی روباتها و ابر کامپیوترها که چندیدن محاسبه ریاضی را در چند ثانیه انجام دهند، فقط در داستانهای تخیلی نوسندگان پیدا می شد و اکنون ...
همیشه در تمامی اعصار وقتی مطلبی فوق دانش و درک مردم آن زمان مطرح می شد در برابر مخالفتها و انتقادات شدیدی قرار می گرفت ولی بعد از طی روزگار، همگان با پیشرفتهای فوق العاده در آن ضمینه مواجه می شدند و حتی این پیشرفت را موجبات فراهم آمدن آسایش بیشتر خود می دیدند و حالا در عصر ما بحث نانو تکنولوژی مطرح شده است، موضوعی که در تمامی ابعاد زندگی بشر و رشته های مختلف علمی ارتباط مستقیم و موثر خواهد داشت. نانوتکنولوژی چنان رویکرد و نگرش، به تکنولوژی را متحول ساخته که در صورت تحقق و رسیدن به مقصدی که ترسیم شده است، شاید بزرگترین جهش انسان برای صعود به قله های رفیع علم خواهد بود. اکنون جهان متوجه این رویکرد متحول کننده شده و متخصصین و دانشمندان در نقاط مختلف این کره خاکی دست به پژوهش و مطالعات وسیعی در این زمینه زده اند و طبق گفته برخی از آنان پیشرفتهای صورت گرفته و روند روبه رشد نانو، بیش از حد انتظار و پیشبینی شده است.
مطمئنا با بودجه های کلان تخصیص داده شده و تحقیقات گسترده در آینده ای کاملا نزدیک، انسان خواهد توانست در چیدمان اتم به اتم مواد به دلخواه دخالت کند و وسایل و تجهیزات مورد نیاز خود را با هر اندازه و کیفیت و شکلی تولید کند. همانطوری که بسیاری از مباحث علمی از دورن فعالیتها و پژوهشهای نظامی به دنیای علم راه پیدا کرده است و یا مانند دانش هسته ای سرانجام در مبحث نظامی مورد سوء استفاده قرار گرفته است، دانش نانو نیز از این مستثنی نخواهد بود و سرانجام در زمینه های نظامی به دپیشرفتهای قابل ملاحظه ای خواهد رسید که در آن وقت دانش هسته ای یکی از زیر شاخه های نانو بشمار خواهد آمد. با توجه به اهمیت این مسئله مسلم خواهد بود که از دانش نانو به مراتب استفاده های سوء بسیار هولناکتر و تهدید آمیزتر صورت خواهد گرفت. در آن زمان است که احتمالا با ز آژانسی تشکیل خواهد شد و اگر ایران تا آن زمان به این دانش دست نیافته باشد، پرونده ای در آن آژانس خواهد داشت تا اعتماد جهانیان را، در مقابل حجم وسیع تبلیغاتی که بر ضد ایران وجود خواهد داشت، نسبت به صلح آمیز بودن عملکردش جلب نماید.
در پی انقلاب میکرو الکترونیک، اکنون جهان در آستانه ورود به انقلاب نانو تکنولوژی با فن آوری ذره ای قرار دارد که آغازیست برای نوآوریهای بیشمار در آینده، به گفته کارشناسان، این تکنولوژی نوین در آینده ای نزدیک با تاثیر بر بسیاری از بخشهای اقتصادی، وضع موجود را بکلی دگرگون خواهد کرد. با کمک این تکنولوژی تولید اشیاء با خصوصیات جدید از جمله قدرت درک و گویش توسط ذره هایی که اندازه هرکدام از آنها یک میلیون از میلیمتر بیشتر نیست امکان پذیر می شود؛ با کمک این تکنولوژی آنچه در گذشته ای نزدیک غیر ممکن بود، تحقق پیدا خواهد کرد.
بدون تردید اندازه هر چیزی اهمیت خاصی دارد، ولی نباید تصور کرد که حجم بزرگتر به معنای بهتر است چراکه حتی ستارگانی که شب هنگام در آسمان خداوندی می درخشند انرژی نوری خویش را از ذرات بسیار ریزی بنام اتم ها که ساختار تمام هستی ازآنهاست بوجود می آورند. جهان اتم ها و مولکولها امکانات نامحدودی را در اختیار دانشمندان و مهندسین قرار داده که بتوانند به تحقیقات جامع تر و گسترده تر دست پیدا کنند. یکی از اهداف آنها به زبان ساده عبارت است از ایجاد و ساخت سیستم های کاملا مستقیم از اتمها و مولکولها تا حداکثر مینیاتوری کردن را بتوانند بدست آورند. هدف دیگر ایجاد ویژگی و خصوصیات و ویژگیهایی کاملا غیر معمول در مواد با استفاده از افزودن اتم های مختلف به آنهاست؛ نانو واژه ای است که کارشناسان با استفاده از آن می توانند به اهدافی که ذکر شد دست پیدا کنند. این چیزی است که سی سال پیش حتی رویای دست یافتن بدان در تصور بشر نمی آمد؛ بنابراین امپراطوری ریزترین ذرات بوسیله نانو متر با یک میلیاردم متر اندازه گیری می شود. امیدواری بسیار نسبت به نانو بوجود آمده چراکه با کمک آن می توان ماشینهای هرچه کوچکتر ساخت که بوسیله تراشه های هرچه کوچکتر و همینطور ترانزیستورهای خیلی کوچک کنترل شوند. در انتهای ذنجیره سازه ای در تکنولوژی نانو چیزی که بوجود می آید روباتهای بسیار کوچکی هستند که قادرند از موی رگهای بدن انسان نیز عبور کنند و با از میان برداشتند رسوبات چربی اقدام به ترمیم سلولهای آسیب دیده بنمایند.
سال ۱۹۵۹ نخستین رجوع به دنیای نانو ؛ در این سال فیزیک دان بسیار معروف آمریکایی یعنی آقای ریچارد فیلیپس فینمن که برنده جایزه نوبل نیز شده بود در انیستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا اصول اولیه نانو را پایه گذاری کرد و او اولین فردی بود که دیدگاههایی در خصوص امکانات دنیای نانو پیدا کرد و همانطوری که معمول نوابغ بوده است دیدگاه خود را با کلامی ساده و بدون اینکه از قبل مطلبی را در این خصوص تهیه کرده باشد این چنین بیان کرد:
" آن پایین فضای بسیار بزرگی وجود دارد"
فینمن اولین کسی بود که نموداری از یک مسیر را در دنیای نانو ترسیم کرد و این راهی بود مستقیم به داخل دنیای اتم ها و مولکولها. همانگونه که بنظر او رسید این موضوع امکان پذیر بود که بتوان در اطراف اتمها بطور معلق و شناور در آمد و آنها را بگونه ای آرایش داد که سازه ای که از این آرایش بوجود می آید اندازه ای کمتر از ده هزارم میلیمتر داشته باشد. نظرات او تا اواسط دهه هفتاد میلادی به همان صورت اولیه معتبر باقی مانده بود ولی در آن تاریخ زیست شناسان کشف کردند که چگونه می توان مولکولهای« دی ان ای» را از یکدیگیر تفکیک کرد و این از اهمیت زیادی برخوردار بود چون تمامی اطلاعات اجدادی موجودات زنده بر روی مولکولهای «دی ان ای» ذخیره شده است.
با عنایت به موفقیتهای بدست آمده در قدم های اول در آزمایشگاههای ژنتیک، هدف فینمن در خصوص ساخت ماشینهای غیر آلی از اتمها مجددا در دستور کار قرار گرفت. اما تا قبل از سال ۱۹۸۰ میلادی حتی قویترین و مجهزترین میکروسکوپهای الکترونی نیز تصویری گنگ و نامشخص از اتمها را نشان می دادند و بنابراین لمس آنها و احیانا اعمال هرگونه تغییری بر روی آنها غیر ممکن بود. اما در آن سال میکروسکوپ های اتمی کشف شدند ، در این میکروسکوپها از نوکهای فوق العاده ظریف و کوچک با عرض حدود یک میلیلردم متر استفاده می شد تا بتواند راه خود را به سمت سطوح مختلف پیدا کند و در همان از حسگرهای پیشرفته استفاده کرده و این اجازه به اتم ها داده شود که اطراف آنها به میل خود بچرخند. نخستین باری که محققین موفق شدند چنین مجموعه ای را انجام دهند سال ۱۹۸۹ بود و آن هم تفکیک کردن ۱۵ اتم« زنون» بود.
البته اخیرا خبری از سوی محققین آمریکایی منتظر شد که حکایت از حک کردن کلمات انجیل بر روی یک تار موی انسان داشت و نیز توسط آنها اذعان شد که اولین بار بحث بر روی ذرات توسط ارسطو و سقراط انجام گرفته است؛ به هر حال جای بسی تعجب است که نانو تکنولوژی را به مارکوپلو نسبت نداده اند، البته اغراقهای محققین و دانشمندان غربی برای همگان روشن و مشخص است، اما بدور از تعارفات، فاتحان جهان کسانی خواهند بود که ابتدا امپراطوری عظیم ذرات را کشف نمایند.
● فنآوری نانو
فناوری نانو به معنی کنار هم قرار دادن اتمها یا مولکولها و تشکیل مواد ابزار و وسایلی با دقتی در حد اتم می باشد. بنابراین فناوری نانو یک رویکرد جدید در تمام علوم می باشد. در گذشته بخشهایی از علم فیزیک، شیمی کوانتوم و بیوشیمی در رابطه با دنیای خرد و کهین بررسی می کردند و مابقی علوم پدیده های اطراف خود را در حد کلان مورد مطالعه قرار می دادند، ولی با دیدگاه فناوری نانو که محدوده عمل آن در حد نانومتر می باشد همه چیز در سطوح اتمی و مولکولی مورد بررسی قرار می گیرد. تمام مواد از کنار هم قرار گرفتن اتمها و مولکولها ساخته می شوند ولی نحوه قرار گرفتن و نظم ساختاری آنها خواص مواد را تعیین می نمایند.
مثال بسیار معمول در نحوه قرار گرفتن اتمها در کنار هم و تاثیر آن در خواص نهایی ماده عبارتست از :
۱) الماس
۲) گرافیت
۳) دوده.
هر سه ماده ذکر شده از کربن خالص تهیه شده اند ولی نحوه چیدمان اتمها و ارتباط آنها با یکدیگر باعث تفاوت بسیاری در خواص این سه ماده شده است. در الماس هر اتم کربن با چهار اتم دیگر اتصال داشته ولی در گرافیت هر اتم کربن به سه اتم دیگر متصل میباشد، در دوده هر اتم کربن حداکثر به دو اتم دیگر متصل است و دارای ساختار درهم ریخته و غیر منظم میباشد. بدین ترتیب الماس تا چندی قبل سخت ترین ماده موجود در جهان بود. ولی گرافیت بشکل پودر می باشد که گاهی اوقات در روانسازها مورد استفاده قرار می گیرد و نیز دوده بشکل پودر نرم میباشد. در فناوری نانو انسان دست به خلاقیت زده و هرطور که اراده می نماید اتمها را کنار هم قرار می دهد . بنابر این با استفاده از این فناوری می توان از طریق استفاده از گازهای گلخانه ای کربن دار هوا نظیر متان و گازکربنیک که موجبات آلودگی محیط می گردد، کربن را استخراج نمود و یا با کنار هم قرار دادن آنها الماس، گرافیت یا پروتئین و ...ساخت. بدین ترتیب فناوری نانو انقلابی در تمامی رشته های علمی ایجاد خواهد کرد.
اغلب از تکنولوژی نانو بعنوان ابزاری یاد می شود که تغییرات شگرفی در آینده جهان ایجاد خواهد کرد. در حالیکه هنوز سالها زمان می خواهد که عموم مردم بتوانند از مزایای تکنولوژی نانو بهره مند شوند، دانشمندان امیدوارند که این تکنولوژی (که عبارت است از دستکاری اتمها) سرانجام به اندازه همان جاروجنجالی که برایش بپا شده بتواند به پیشرفت صنایع چوبی ، صنایع پزشکی ، الکترونیک وساخت و تولید ، کمک کند.
از تشخیص پزشکی دقیق تر گرفته تا عملکرد روانتر کامپیوترها، نانو تکنولوژی یا همان دستکاری اتمها چالشی است که خود یکسری قوانین جدید دارد. دانشمندانی که با این ریزترین ذرات عالم هستی سروکار دارند با دنیایی روبه رو می شوند که به اندازه دنیای مطالعه و بررسی دوردست ترین نقاط فضا خیره کننده و حیرت انگیز است.
جوزف استراشیو یکی از فیزیکدانهایی که مشغول بررسی و تحقیق روی تکنولوژی نانو هست می گوید: « کسی هرگز تصورش را هم نمی کرد که روزی بتوان اتمی را برداشته و بفاصله قطر چند اتم جابجا کرد. این کار مثل اینست که ما به سیارات دیگر رفته یک سیاره را گرفته از مداری به مدار دیگر منتقل کنیم».
استرشیو و رابرت سلوتا از جمله فیزیکدانهایی هستند که در موسسه استانداردها و تکنولوژی در گایترسبرگ ایالات مریلند در زمینه تکنولوژی نانو فعالیت می کنند. یک " نانو متر" ، واحدی که دانشمندان در تکنولوژی نانو زیاد از آن یاد می کنند برابر است با یک میلیلردم متر و اگر ۴۰۰۰۰۰عدد اتم در کنار هم قرار گیرند قطر آنها به اندازه قطر یک تار موی سر انسان می شود. تکنولوژی نانو برخی اصول دیرینه فیزیک را برهم زد. اتمها و ذراتی چون الکترونها و فوتونها همیشه مطابق اصول علمی مدرن رفتار نمی کنند. سلوتا می گوید: «هنگامی که وارد دنیای نانو می شوید مسائل کاملا فرق می کند».
این موضوع برای زمینه هایی چون الکترونیک هم می تواند مفید باشد و هم مضر. چراکه مدارها و سایر متعلقات ممکن است در ابعاد کوچک به همان شکلی که در اندازه بزرگ کار می کنند کارایی نداشته باشند. مشاهده اتمها از طریق دستگاه میکروسکوپ "اسکن تونلی" انجام می گیرد. این ابزار در اوایل دهه ۱۹۸۰ توسط " گردبنینک" و "هاینریش روهر" در لابراتوارهای مرکزی "ای بی ام" زوریخ اختراع شد. ایشان در سال ۱۹۸۶ بخاطر این اختراع عظیم خود جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند. اوایل دستگاه مزبور همانند یک دستگاه زمین شناسی که بیشتر برای دیدن اشیاء برای اولین بار از آنها استفاده می شود، بکار می رفت. سلوتا می گوید: «مثل این بود که گالیله در حال مشاهده ستارگان است، اما ما این بار به درون می نگریستیم و می گفتیم ، هی پسر این معرکه است. من هرگز تصور انجام چنین کاری را هم نمی کردم»، وی می افزاید : « و حالا ما داریم همانگونه عمل می کنیم که انسان در اکثر مواقع عمل می کند یعنی اتمها را به دلخواه خودمان مرتب می کنیم.»
میکروسکوپی که اکنون در آزمایشگاه در گاینسبرگ هست سالها طول کشید تا طراحی و ساخته شود. فیزیکدانان دریافته اند که اتم ها بیشتر سرما و سکون را ترجیه می دهند.در درون میکروسکوپ آزمایشات در دمای منهای ۴۵۵ درجه فارنهایت انجام می شود و از لرزش و رسیدن امواج الکتریکی، مغناطیسی و رادیویی به اتمها جلوگیری می شود. درون دستگاه یک محیط فوق العاده خلاء ایجاد می شود تا از دخالت مولکولهای سرگردان اکسیژن و هیدروژن در آزمایش جلوگیری گردد. دستگاه ابتدائا از عنصر " مولیبدیوم" که در مقابل تغییرات شدید دما مقاوم است، شاخته می شود. محققیق چندین مشخصه غیرمعمولی در این دنیای فوق العاده ریز کشف کرده اند. مثلا بخاطر تفاوت انرژی، تغییر اندازه یک ساختار نانو موجب تغییر رنگ آن نیز می شود. استراشیو می گوید :«نور انرژی دارد و رنگ نور به انرژی آن بستگی دارد.» این مشخصه برای محققین علوم پزشکی که بدنبال استفاده از فناوری نانو در تشخیص و درمان بهتر بیماریها هستند، بسیار مفید خواهد بود. پژوهشگران در مطالعات سلولی از نانو کریستالهای نیمه رسانا به عنوان ابزار "فلورسنت ساز" برای تشخیص سلولهای سرطانی استفاده می کنند. پیتر بارکر رهبر پروژه ای در آزمایشگاههای مختص مطاله سرطان می گوید: « نانوکریستالها نوید پیشرفت های قابل توجهی در رنگهای ارگانیک را می دهند» او می گوید: «ذرات نانو امکان تشخیص سرطان سینه را بطور دقیق تر ، مطمئن تر و سریعتر فراهم می کنند. اما در تحقیقات پزشکی بیش از هر نوع کاربرد علمی دیگر نیاز به امنیت و نظارت اخلاقی دارد. بعضی عناصر احتمالا سمی هستند پس بنابراین آزمایش بر روی انسان خیلی زود است. دانشمندانی که روی تکنولوژی نانو کار می کنند به کشف جالب دیگری نیز نائل آمده اند ،آنها در یافته اند که اتمها سر و صدا ایجاد می کنند. اتمها توسط یک جریان الکتریکی خاصی که به جریان "تونلینگ" معروف است از موقعیتی به موقعیت دیگر جابجا می شوند. کنترل صدای این جابجایی نوعی سروصدا شبیه «صدای اعتراض اتمها» را نشان می دهد.
جهش به جلو و عقب بین محل استقرار اتم و جایی که ما می خواهیم آن را قرار بدهیم چنین سروصدایی ایجاد می کند. یکی از اهداف محققین ساخت موادی با هزاران اتم است بدین صورت که ساختار مورد نظر به میکروسکوپ داده شود و میکروسکوپ خود، کار را تکمیل نماید. تصور اتمهایی که ذهن مجازیی دارند بحث هایی ترسناک در زمینه داستانهای علمی ، تخیلی بوجود آورده اند. همانند تصور نانو رباتهایی که از کنترل انسان خارج می شوند. وقتی نانو تکنولوژی همانند هر شاخه جدیدی از علم باید به مراقبتها و استانداردهای اخلاقی مجهز شود، پس دیگر نباید نگران انحراف اتمها بود و درضمن اینکه نانو رباتها بتوانند تکثیر یافته یا تولید مثل یابند فعلا باوری دور از ذهن است. اما کسانی موفق هستند که تمام احتمالات را حتی در درصدهای بسیار کم در نظر گرفته و حرکت کنند.
هدف تحقیقات ایجاد فرمولهایی کارامد و عملی است که همه، از تولید کنندگان گرفته تا مصرف کنندگان بتوانند از آنها برای اهداف و تولیدات خاص خود استفاده کنند. نانو تکنولوژی زمینه ای ارزشمند است که در آن می توان پدیده های کوانتومی و بسیار کوچک را بررسی کرد، در اصل یک میز کار بسیار کوچک است. انتظار می رود ۵الی ۱۰ سال طول بکشد تا بتوان از قطعات نانو در صنعت الکترونیک استفاده کرد و در علم پزشکی نیز این کاربرد احتمالا ۸ الی ۱۲ سال طول خواهد کشید، این تاخیر بخاطر جاماندن کسی از کار یا عدم موفقیت کسی نیست، بلکه بعلت پیچیدگی و نیز رمزآلود بودن زیاد این مقوله است. نانو تکنولوژی تولید کارامد مواد و دستگاهها و سیستم ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانو متر و بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته اند. امروزه بسیاری از تکنولوژی های موجود، به فرایندهایی در مقیاس نانو وابسته اند. فتوگرافی و کاتالیزور دو نمونه از تکنولوژیهای قدیمی هستند؛ که بصورت تجربی، در مقیاس نانوتکنولوژیهای قدیمی هستند که به صورت تجربی، در مقیاس نانو پیشرفت داشته اند. مفهوم جدید نانو تکنولوژی، آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیر قابل پیشبینی تاثیر گذارد. محصولات موجود نانو تکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم دربرابر سایش، مواد دارویی که در مقیاس نانو تولید شده اند، دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه. بسیار زیادی از ساختارها نیز هم اکنون در مرحله تحقیق و یا توسعه هستند که لیست برخی از آنها در ذیل آمده است:
صنایع اتومبیل سازی و هوانوردی، مواد جدید که از نانو ساخته شده، لاستیکهایی با مقاومت بیشتر، رنگ کاریهایی که احتیاج به شستشو ندارند، پلاستیکهای ارزان غیر قابل اشتغال، صنایع الکترونیکی برای کنترل، پوششهای خود ترمیم و منسوجات، ضبط کامل صدا توسط نانو لایه ها و نقطه چین کردن، صفحه های نمایش صاف، تکنولوژی بی سیم ابزار و فرایندهای جدید در زمینه ارتباطات، هزاران اصلاح و پیشرفت درباره ظرفیت ذخیره داده ها و سرعت پردازش در سطح پایین، سلاحهای بسیار کشنده و سبک، لباسهای منعطف ضد گلوله، روباتهای میلیمتری و هزاران، هزار مورد دیگر. البته لیست اصلی را باید در طبقات محرمانه "سیا" و "ک گ ب" جستجو کرد.
بنابر گزارش بانک تعاون آلمان، حجم معاملات برای اجناس ذره ای دربازارهای جهان از مرز ۵۴ میلیارد دلار گذشته است و تا سال ۲۰۱۰میلادی با ۲۲۰میلیارد دلار چهار برابر خواهد شد. طبق اطلاعات اتحادیه صنایع ذره ای آمریکا حجم معاملات ذره ای این اجناس و خدمات مربوط به آن تا سال ۲۰۱۵میلادی حتی به ۱/۱بیلیون دلار خواهد رسید؛ با توجه به این بازار قابل توجه، کشورهای پیشرفته صنعتی در پیشرفت بخش فناوری ذره ای با یکدیگر در یک مسابقه هستند. بدیهی است که طبق معمول ایالات متحده امریکا پیشقدم است. دولت جرج بوش برای سال جاری میلادی بودجه ای در حدود ۸۵۰میلیون دلار برای تحقیقات و فعالیتهای علمی و فنی در این رشته اختصاص داده است؛ این بودجه نسبت به سال گذشته ده درصد و نسبت به سال ۲۰۰۱میلادی بیش از پنجاه درصد افزایش داشته است.
اما اتحادیه اروپا هم در این زمینه کوتاهی نکرده و از سال ۱۹۹۴میلادی با برنامه های متعدد برای پژوهشهای علمی و کاربردهای فنی تا سال ۲۰۰۶ میلادی یک میلیارد و سیصدهزار یورو در نظر گرفته است. در این راستا آلمان با هزینه یک میلیارد یورو بزرگترین سهم را عهده دار است. آلمان در زمینه پژوهشهای علمی و انتشار آنها بین سالهای ۱۹۹۶ ، ۲۰۰۰میلادی پیش از ایالات متحده آمریکا و ژاپن قرار دارد. بنا بر بررسی کمسیون اتحادیه اروپا ، آلمان در بخش تکنولوژی ذره ای با ۱۰/۷ درصد تحقیقات علمی منتشر شده بین سالهای ۹۷ ، ۹۹در میان ۵۰کشور جهان مقام سوم را پس از آمریکا و ژاپن کسب کرده است، طبق تحقیقات بدست آمده سابقه تحقیقات در زمینه نانو تکنولوژی در آلمان به دوره هیتلر و نازیسم بر می گردد که البته این تحقیقات با عنوان نانو نبوده است. ژاپن در سال ۲۰۰۴میلادی با هزینه ای بالغ بر ۸۰۰میلیون یورو در تکاپوی داشتن سهم بیشتری در این تکنولوژی است.
انقلاب جهانی تکنولوژی با تغییرات اجتماعی، اقتصادی ، سیاسی و فردی در سراسر جهان همراه است. همچون انقلابهای کشاورزی و صنعتی در گذشته این انقلاب تکنولوژی نیز از پتانسیل دگرگون سازی کیفیت زندگی و طول عمر، متحول سازی کار و صنعت، تغییر و تبدیل ثروت، جابجایی قدرت در سطح ملتها و در درون ملتها و افزایش تنش و تعارض برخوردار است. پیامدهای انقلاب یادشده بر سلامتی بشر شگفت آورترین آنها است، چراکه خط شکنی های علمی کیفیت و طول زندگی انسان را به مراتب بهتر خواهند کرد. بیوتکنولوژی ما را قادر خواهد ساخت ارگانیزم های زنده از جمله خودمان را شناسایی نموده و چگونگی فعالیتشان را درک نماییم. آنها را دستکاری کرده، بهبود بخشیده و تحت کنترل درآوریم. تکنولوژی اطلاعات امروزه بویژه در کشورهای توسعه یافته ، تحولات انقلابی برای زندگی ما به ارمغان آورده و خود عامل توان آفرین عمده ای برای سایر روندها بشمار می رود. تکنولوژی مواد، تولید محصولات، قطعات و سیستمهای ارزانتر ، هوشمندتر، سبکتر ، سازگار با محیط زیست ، ماندگارتر و سفارشی تر را میسر خواهد ساخت. علاوه بر این مواد هوشمند ، ساخت و تولید چالاک و نانو تکنولوژی شیوه تولید وسایل را متحول ساخته و توانمندیهای آنها را بهبود می بخشد.انقلاب تکنولوژی از حیث اثرات جهانی اش یکسان عمل نخواهد کرد و بسته به میزان استقبال از آن، سرمایه گذاری و مسائل متعددی همچون بیو اخلاق، حریم خصوصی، نابرابری اقتصادی، تهاجم فرهنگی و واکنشهای اجتماعی نقشهای متفاوتی ایفا خواهند نمود. اما راه بازگشتی وجود ندارد چون برخی جوامع فرصت را غنیمت شمرده ، از انقلاب یاد شده سود برده و پدیده جهانی شدن محیط زندگی همه جوامع را دستخوش تغییر خواهد کرد.
۱) مواد نو
بعید نیست که تحقیقات در حوزه مواد تا سال ۲۰۱۵ متضمن بهبودهایی در خواص بعضی از حوزه های اضافی بوده و اثرات چشمگیری در پی داشته باشد. نیمه هادیهایی که از شکاف باند وسیع برخوردارند بعنوان قطعات قابل مصرف در الکترونیک، با قدرت بالا مورد بررسیهای تحقیقاتی هستند. مواد با عملکرد تدریجی می توانند برای ساخت لایه های میانی که اجزای گوناگون مکانیکی، حرارتی یا الکتریکی را به هم پیوند دهند، بسیار مفید باشند. هم اینک آندها و کاتدها و الکترولیتهای پر ظرفیت و با عمر طولانی تر برای بهبود باطریها و سلولهای سوختی در دست توسعه اند. از سوی دیگر ابر رساناهای سرامیکی با دمای بالا که در سال ۱۹۸۶ کشف شده اند، بجای دمای هلیوم مایع در دمای نیتروژن مایع عمل می کنند. همچنین وسایلی از قبیل کابلهای انتقال الکتریکی ، ترانسفورماتورها، خازنها، موتورها و محدود کننده های جریان ناقص در سطح نمونه ساخته شده و به نمایش گذاشته شده اند مواد نوری غیر خطی هم اکنون برای ساخت لیزرهای ماورای بنفش تحت بررسی هستند همچنین کوششهایی برای افزایش آستانه تخریب و بازدهی تبدیل، کمینه کردن واگرایی و متناسب سازی مرز جذبی لیزرها در دست اقدام است.
در حوزه ای دیگر، مواد سختی چون پوششها و الماسهای نانو کریستالی به ترتیب برای استفاده در درایوهای دیسک کامپیوتر و مته های حفاری نفت و گاز در دست توسعه اند و سرانجام، مواد با دمای بالا ، همچون کامپوزیتهای با زمینه سرامیکی و کامپوزیتهای بین فلزی چکش خوار برای کاربردهای هوافضایی و سیستمهای تبدیل پتروشیمی و سیستمهای انرژی پر بازده، موضوع توسعه های جدی هستند.
۲) نانومواد
این حوزه تحقیقاتی ، نانوتکنولوژی را با بسیاری از کاربردهای مواد نانو ساختاری تلفیق می کند. یک حوزه بسیار مهم، تزریق نیمه هادیهای نقطه کوانتمی است، که از طریق تزریق مواد ابتدایی بطور متعارف از آنها برای قرار دادن بخار شیمیایی درون سرباره داغ مایع استفاده می شود، صورت می گیرد. این "نقطه کوانتمی" در واقع یک ماکرمولکول است، زیرا با تک لایه ای از سرباره پوشش داده می شود تا تجمع توده ای گون ایجاد نشود. این مواد، بسته به اندازه خود، در فرکانسها یا رنگهای مختلف نورافشانی کرده و بدین ترتیب امکان چندگانگی نوری در برچسب زنی بیولوژیک را فراهم می سازند. کلاس دیگر مهم نانو مواد، نانو لوله ها هستند. کاربردهای ممکن نانو لوله ها عبارتند از: نمایشگرهای انتشار میدانی ، سیستم هایی در مقیاس نانو برای باتریها، مدیریت حرارتی. از نانو لوله ها می توان بعنوان مسلح کننده مواد کامپوزیتی هم بهره برد. موادی که از نانو لوله ها درست می شوند ، احتمالا بدلیل پدیده باندینگ یا چفت شدن، ۵۰ تا ۱۰۰ بار مقاوم تر از فولاد بوده و در عین حال یک ششم آن وزن خواهد داشت ، البته بشرطی که موانع عملی فعلی برطرف شوند.
همچنین از طریق فرآوری می توان نانو ساختارهایی با خواص مکانیکی یا غیر مکانیکی مطلوب درست کرد. مثالها از این قرار است: تقویت آلیاژها یا ساختار دانه ای در مقیاس نانو، افزایش چکش خواری فلزات با میکروساختارهای چند فازی در مقیاس نانو و افزایش کندی شعله نانوکامپوزیتهای پلاستیکی.
۳) نانوتکنولوژی
تا امروز اقدامات زیادی برای تولید وسایلی با ابعاد بسیار کوچک صورت گرفته است. بسیاری معتقدند که وسایل مقیاس نانو این روند را تا رسیدن به سطوح بی سابقه ای ادامه خواهند داد. این روند نه تنها ابعاد قطعات میکروالکترونیک بلکه محاسبه بر اساس سوئیچ کوانتمی را هم در کوتاه مدت کوچکتر خواهد ساخت. پتانسیل این پیشرفتها به حدی است که در آینده ما را به متحول سازی شیوه مهندسی محیط پیرامون، ساخت و کنترل سیستم ها و تعامل در جامعه سوق می دهند.
۱-۳ ) وسایل محاسباتی نانو
الف ) تراشه های نانو: کنسرسیوم صنعتی پیشرو در بخش تولید نیمه هادیها در آخرین کارراهه بین المللی تکنولوژی نیمه هادیها، خواستار توسعه هرچه بیشتر نیمه هادیهای نانو شده است. بر اساس آینده ای که این کارراهه ترسیم کرده است، در سال ۲۰۱۵ طول دروازه نیمه هادیها "۳۵ نانو متر" و تعداد کل عملیات در ریز پردازنده های تولید انبوه " ۴/۳میلیارد" خواهد بود و در پردازنده هایی با عملکرد بالا که با حجم کمتری تولید می شوند، این رقم شاید به "۲۰میلیارد" برسد؛ برای تراشه های حافظه ای مربوط به این نیز هدفی در حدود "۶۴ گیگا بایت" تعیین شده است. اهداف ترسیمی این کارراهه ، روند نمایی در قدرت پردازش را تداوم بخشیده و تکنولوژی اطلاعات را نیز قویا تکان خواهد داد. اگرچه هنوز شماری از چالشهای مهندسی در پیش است اما مشکلات دستیابی به این سطوح عملکردی چندان لاینحل بنظر نمی رسد.اگر کاستی های پیش بینی نشده در تولید اقتصادی این تراشه ها را در نظر بگیریم راهکارهای متعدد دیگری امکان پذیر خواهد بود. ساختارهای کامپیوتری دارای تلرانس ضایعات، مانند نمونه های کوچک مقیاسی که "هیولت بکارد" ساخت یکی از این گزینه هاست. این روشها، قدرتی اضافی به اهداف عملکردی می دهند. البته در سالهای پس از ۲۰۱۵، شاید مشکلات دیگری آشکار شوند که بعضی از آنها چالشهای مهمی را برابر تکنیکهای سنتی تولید نیمه هادیها ایجاد خواهند کرد . به ویژه محدودیتهای ابعادی برای اتصالات یا سیستم های بین ترانزیستورها می تواند کارآمدی محاسباتی در وسایل را محدود نماید، زیرا به رغم پیشرفتهای تدریجی فعلی در حوزه مواد ، هنوز ضعفهایی در خواص و سازگاری پذیری مواد وجود دارد. انتقال حرارت در تراشه های فوق العاده فشرده چالشهای مهم دیگری است. این امر از لحاظ محدودیتهای فنی آنچنان اساسی نیست و بیشتر یک چالش اقتصادی محسوب می شود، زیرا مقابله با این حرارت مستلزم طراحی سازو کارها و تکنولوژی خنک کننده ای است که هزینه کل سیستم را افزایش می دهد و در نتیجه بر هزینه حاشیه ای به ازای هر عملکرد محاسباتی این دستگاهها اثر معکوس می گذارد.
ب ) محاسبه بر پایه سوئیچ های کوانتمی: یکی از راهکارهای بالقوه دراز مدت برای غلبه بر موانع افزایش قدرت محاسباتی کامپیوترها، توسعه دستگاههایی است که از مزیتهای متنوع پدیده های کوانتمی بهره می برند، نوآوری اصلی در این حوزه، به کارگیری پدیده های کوانتمی ، مثل قطبی سازی اسپینی الکترونها برای تعیین وضعیت سوئیچ های منفرد است، این روش برعکس میکروالکترونیک سنتی است که بر پایه خواص ماکروسکوپیک تعداد زیادی از الکترونها استوار است و از خواص مواد نیمه هادی استفاده می کند. بسیاری از مفاهیم کامپیوترهای کوانتمی ، بدلیل قدرت فوق العاده محاسبات موازیشان، جذاب بنظر می رسند ولی پیشبینی نمی شود که تا سال ۲۰۱۵ نمود چشمگیری داشته باشند. این مفاهیم به لحاظ کیفی با آنچه که در کامپیوترهای سنتی به کار می روند، متفاوتند و بنابراین نیازمند ساختارهای کامپیوتری نو خواهند بود. انواع محاسبات که با استفاده از این نوع کامپیوترها می تواند با سرعت شکل بگیرد همانهایی نیستند که کامپیوترهای دیجیتالی امروزی از پس آنها بر می آیند. چند تن از دانشمندان این رشته الگوریتمهایی برای بعضی مسائل که محاسبات فوق العاده زیاد می خواهند در کامپیوترهای دیجیتالی کنونی طراحی کرده اند که در صورت به کارگیری فیزیک کامپیوترهای کوانتمی بسیار سریعتر حل خواهند شد. نمونه هایی از این مسائل عبارتند از : فاکتوریل گیری از اعداد بزرگ ؛ جستجو در پایگاههای داده های بزرگ ؛ یافتن تناسب الگو و شبیه سازی پدیده های مولکولی و کوانتمی.
یک بررسی مقدماتی حاکی از آن است که سوئیچ های کوانتمی احتمالا ظرف ۱۵ سال آینده نخواهند توانست بر موانع فنی عمده همچون تصحیح خطا ، همدوسی زدائی و ورودی/خروجی سیگنال غلبه کنند. اگر اوضاع بر همین منوال ادامه یابد بعید است که محاسبه بر پایه سوئیچ کوانتمی بتواند در افق زمانی ۲۰۱۵ رقیبی جدی برای کامپیوترهای دیجیتال باشد.
۲-۳ ) وسایل بیومولکولی و الکترونیک مولکولی
بسیاری از چالشهای ساخت و تولیدی و معماری که پیرامون کامپیوترهای کوانتمی مطرح شد، در الکترونیک مولکولی هم صادق است. وسایل الکترونیک مولکولی از طریق ابزارهای شیمیایی و کاربرد ترکیبهای ارگانیک سنتز شده به عنوان سوئیچ های منظقی عمل می کنند. چنین وسایلی را می توان در تعداد انبوه و به طریقه شیمیایی مونتاژکرده و بشکل یک کامپیوتر سازماندهی نمود. مزیت عمده این رویکرد "انرژی اندوزی" (یعنی صرفه جویی در مصرف انرژی) قابل توجه وسایل منفرد است. تاکنون رویکردهای گوناگونی برای این وسایل ابداع شده و آزمایشهای تجربی هم وجود رفتار سوئیچی در آنها را تایید کرده است. گروههای تحقیقاتی پیشنهاد کرده اند از نانو لوله های کربنی برای اتصالات بینابینی این وسایل استفاده شود؛ زیرا رشته های مولکولی منفرد کربن رسانایی بسیار بالایی ایجاد می کنند. پیشرفتهای زیادی نیز در جهت افزایش دمای عملیاتی این سوئیچها تا دمای حدود اتاق صورت گرفته است؛ این پیشرفتها فرایند سوئیچینگ را معکوس پذیر و کل جریانی را که می توان با این وسایل سوئیچ کرد افزایش می دهد.
باید خاطر نشان کرد که هنوز مسائل و مشکلات بسیار بزرگی در راه توسعه الکترونیک مولکولی وجود دارد. یکی از آنها، حافظه های مولکولی هستند که باید بتوانند وضعیت خود را درست مانند کامپیوترهای الکترونیک دیجیتال حفظ کنند. از آن گذشته چون فرایندهای وسایل الکترونیک مولکولی قطعا با نقایصی همراه خواهند بود لازم است یک معماری کامپیوتری با تلرانس نقص، توسعه یابد. ساخت اتصالات بینابینی قابل اطمینان از نانو لوله های کربنی نیز چالش دیگری است. هم اکنون پژوهشها و کارهای بسیار زیادی در هریک از این حوزه ها انجام می شود و تاکنون پیشرفتهای پایداری در الکترونیک مولکولی بدست آمده، اما بعید است که کامپیوترهای مولکولی در ظرف ۱۵ سال آینده به حدی پیشرفت کنند که در مقایسه با کامپیوترهای الکترونیکی متعارف جذابیت نسبی داشته باشند.
۳-۳ ) مسائل و پیامدهای گسترده تر
بررسی امکان توسعه کامپیوترهایی با کیفیت متفاوت و بر پایه تکنولوژی متمایز نانو، در نوع خود کاری چالش برانگیز است. تاریخچه ۵۰ سال گذشته کامپیوترها نمایانگر یک تغییر اساسی در مبنای تکنولوژیک کامپیوترها است. این تغییر نه تنها قدرت محاسباتی کامپیوترها را دگرگون ساخت، بلکه طرز فکر مردم درباره ارزش کامپیوترها را نیز تغییر داد. زمانی کامپیوترها را ماشینهای ساده صرفا محاسبه گر می پنداشتند، اما با ظهور ریزپردازنده ها ، کامپیوتر به ابزاری در خدمت افزایش بهره وری فردی تبدیل شد؛ و حال با افزایش سرسام آور قدرت ریزپردازنده ها، کامپیوتر را ابزاری برای پیدایش رسانه ها و اجتماعات بشری نو هم می دانند.
پیامدهای بسیار گسترده تر تکنولوژی های محاسباتی آینده اصولا بر پایه دو عامل ذیل بررسی می شوند:
مفهوم سازی و توانایی تکنولوژی برای جوابگویی به این تقاضاها. همه پیشبینی ماهیت کاربردهای نو دشوار است، اما ارزیابی احتمالی انتشار تکنولوژی های نو نسبتا آسان است. تجارب گذشته حول کامپیوترهای شخصی و ارتباطات حاکی ازآن است که اینگونه تکنولوژی ها در کشورهای توسعه یافته سریعتر از کشورهای رو به توسعه انتشار می یابند. با توجه به پرسشها و تردیدهای باقی مانده حول پیشرفتهای نانو تکنولوژی ظرف ۱۵ سال آینده کامپیوترهای سنتی دیجیتال که از تکنولوژی نیمه هادیها سود می جویند، محتمل ترین کامپیوترهای مورد علاقه مردم خواهند بود. حتی به فرض اطمینان خاطر نسبی از پیشرفت مستمر در این حوزه ، تصور سناریویی که در آن یک تکنولوژی رقابت جو بتواند مزیت عملکردی با قیمتی رقابت را به ارمغان آورد ، بسیار دور از انتظار می نماید.
شاید تا سالهای پیش از ۲۰۱۵ همه پیشرفتهای احتمالی نانوتکنولوژی تحقق یابد، اما قبل از آنکه جهانگیر شود، نانو تکنولوژی باید بر چالشهای رقابتی یاد شده غلبه کند.
۴ ) تولید مولکولی و نانو روباتها
۱-۴ ) تکنولوژی
بعضی از کارشناسان مفهوم ساخت و تولید مولکولی را که در آن اشیاء اتم به اتم ساخته می شوند، ابداع کرده اند.تفاوت رویکردهای مرسوم مثل میکروتکنولوژی و سیستم های میکروالکترومکانیکی با رویکرد تولید مولکولی در این است که آنها رویکردهای "کل به جز" هستند که از فنون تولید ماکروسکوپیک و مواد حجیم استفاده می کنند. تحقق تولید مولکولی نیازمند پیشرفت فنی متعددی است، نخست اینکه باید " بلوکهای سازنده" مناسبی پیدا شوند که مولکولی باشند. این بلوکهای سازنده باید از لحاظ فیزیکی بادوام، از لحاظ شیمیایی بادوام، به آسانی قابل دستکاری، و از لحاظ عملکرد چند منظوره باشد. برخی دانشمندان این حوزه، ساختارهای الماس گون بر پایه کربن را به عنوان بلوکهای سازنده در وسایل نانو مکانیکی مانند دنده، محمور و پروانه پیشنهاد کرده اند. از سایر مولکولها نیز می توان برای ساختارها و تامین قابلیتهای یکپارچه دیگر همچون ساختارهای واکنش شیمیایی استفاده کرد.کارهای بسیار زیادی نیز باید در حوزه مدل سازی و سنتز ساختارهای مولکولی مناسب انجام گیرد که گروههای متعددی روی این زمینه کار می کنند . " درسل هاوس" و دیگران هم اکنون بلوکهای مولکولی مناسبی برای این ساختارها تولید می کنند.
دومین حوزه عمده ای که باید توسعه یابد، توانایی اسمبل ساختارهای پیچیده بر اساس طراحی ویژه است. چندین پژوهشگر رویکردهای مختلف به این مسئله را مطرح کرده اند. تکنیکهای مختلفی نیز برای جایگذاری های فیزیکی در حال توسعه هستند. در رویکرد پیشنهادی کوایت ، مک دونالد و ایگلر، میکروسکوپهای مولکولی و اتمی همراه با نانوکاوشگرهای بسیار ریز ، اتمها و مولکول را به کمک نیروهای فیزیکی یا شیمیایی حرکت می دهند . رویکرد پرنتیس نیز لیزر را برای قرار دادن مولکولها در موقعیت مطلوب به کار می گیرند. تکنیکهای اسمبل شیمیایی را بسیاری گروهها به کار می برند؛ مثلا رویکرد "وایت ساید" هر بار یک لایه مولکولی و نهایتا کل ساختار را می سازد.
سومین حوزه مهم در ساخت و تولید مولکولی ، طراحی و مهندسی سیستمهاست؛ سیستم های مولکولی بشدت پیچیده در مقیاس ماکرو ، درست مانند سیستمهای پیچیده امروزی، نیازمند طراحی قابل توجه زیر سیستم ها، طراحی کل سیستم و یکپارچه سازی سیستم ها هستند. هرچند مسائل طراحی در سطح زیر سیستمها را احتمالا می توان از هم تفکیک کرد ، اما حجم محاسبات برای طراحی و تایید آن فوق العاده بالا خواهد بود. همچنین محدودیتهای مهندسی همچون تلرانس خطا، یکپارچگی فیزیکی و پایداری شیمیایی نیز باید ممیزی شوند. برخی پژوهشگران این حوزه راهی برای تکامل توانمندی ساخت و تولید مولکولی پیش بینی کرده اند که شامل اندازه کلی سیستم، نوع تکنولوژی تولید ، پیچیدگی سیستم ، مواد مصرفی و غیره می شود. در بعضی نسخه های این مفهوم جدید، نانو روباتها یا نانو کاوشگرهای بیشماری به صورت موازی دیده شده اند که ساختارها را به طور فیزیکی (با ۱۰۰ الی ۱۰۰۰۰۰ قطعه مولکولی) اسمبل می کنند.
دریکی از مفاهیم پیشرفته دیگر، اصول شیمیایی و استفاده از تغذیه های ساده را ترکیب می کنند تا وسایل بسیار بزرگتری بسازند. حسب ظاهر هرچه این تکنیک ها پخته تر شوند و پیش از آنکه کاربردهایی در مقیاس قابل توجه بیابند، بایستی کار بیشتری در سطح سیستم ها و مهندسی انجام پذیرد. با آنکه ساخت و تولید مولکولی نوید بخش تحولات جهانی تعیین کننده ای است اما در میان تکنولوژی هایی که در اینجا توصیف شده اند کمتر از همه تحقق خواهد یافت. البته در زمینه توسعه تکنولوژی های اجزا که در نخستین رژیم ساخت و تولید مولکولی جای دارند، پیشرفتهایی صورت گرفته است. در این روش اشیاء از مولکولهایی ساده ساخته می شوند و از طریق میکروسکوپهای اتمیک در زمانی کوتاه به تولید می رسند. هرچند ساخت این سیستم ها تا امروز موردی و بیشتر پژوهشی بوده است، انتظار توسعه تجهیزات ساخت و تولیدی یکپارچه ظرف ۱۵ سال آینده منطقی است. چنین سیستمی قادر به اسمبل ساختارهایی با ۱۰۰ الی ۱۰۰۰۰۰ جزء و ابعاد کلی دهها میکرون خواهد بود، مطمئنا ذنجیره خط شکنی های مهم، پیشرفتهایی را برای توسعه هرچه بیشتر این حوزه به همراه خواهد داشت ، اما ساخت اشیاء بزرگ مقیاس به شیوه مولکولی تا سال ۲۰۱۵ بسیار بعید بنظر می رسد.
۲-۴ ) مسائل و پیامدهای گسترده تر
تحقیقات در زمینه ساخت و تولید مولکولی "نانو" در دوره زمانی کنونی به دلیل فراوانی بسیار هیجان انگیز است. نخست اینکه، بسیاری از پژوهشگران توانمندیهای ابتدائی هریک از حوزه های اصلی یاد شده را به صورت تجربی به نمایش گذاشته اند. دوم اینکه، پیشرفت مستمر و چالشهای کنونی در حوزه ساخت و تولید کل به جزء ، توانمندیهای موجود مولکولی را به سمت مقیاسهای رژیم نانو سوق می دهد؛ و سرانجام اینکه توانایی ساخت اجسام بسیار ریز آزمایشی ، تحلیل تجربی ساختارهای نو از طریق کاربرد قابلیتهای نو و فهم بنیادی تر ساختارهای مذکور را به کمک مدلهای کامپیوتری بسیار پیشرفته، و نیز درک ویژگیهای بنیادی زیر ساختارها را به شدت ارتقا داده است.
در عین حال، بعضی از افراد منظر ساز کاربردهای بالقوه ای برای ساخت و تولید مولکولی ابداع کرده اند. اما چون توانمندیهای تجربی هنوز در مراحل بسیار ابتدائی هستند، پیشبینی بسیاری از مسائل دشوار است. رقابت بین المللی برای پیشگامی بلامنازع یا حتی دستیابی صرف به توانمندیهای پیشرو نانوتکنولوژی همچنان به قوت خود باقی خواهد ماند ، اما سرمایه گذاری ها و سمت و سوهای کنونی حاکی از آن است که امریکا و اروپا در بیشتر حوزه های یاد شده پیشگامی دارند. شایان یادآوری است که پیشرفت نانو تکنولوژی رابطه تنگاتنگی با سرمایه گذاری های تحقیق و توسعه ای دارد ، « مثلا کشورهایی که از امروز به سرمایه گذاری در نانو تکنولوژی بپردازند شاید در سال ۲۰۱۵ رهبری این حوزه را ازان خود کنند.»
برای آشنایی بیشتر با حجم سرمایه گذاری ها در زمینه نانو تکنولوژی به ارقام سرمایه گذاری در سال ۱۹۹۷ دقت کنید:
۱) ژاپن ۱۲۰میلیون دلار
۲) امریکا ۱۱۶میلیون دلار
۳) اروپای غربی ۱۲۸میلیون دلار
۴) همه کشورهای دیگر اعم از روسیه، چین ، کانادا ، استرالیا،کره، تایوان و سنگاپور جمعا ۷۰میلیون دلار
قابل ذکر است که در همان سال پژوهشگران ایرانی تقریبا از هزینه شخصی خود جهت تحقیقات استفاده می کرده اند. همچنین پیشنهاد شده است که سرمایه گذاری در قالب طرح ملی نانو تکنولوژی در سالهای ۲۰۰۰و ۲۰۰۱ به ترتیب با ارقام ۲۷۰ و ۴۹۵میلیون دلار افزایش یابد.
این بدان معنا نیست که سایر کشورها از تحصیل توانمندیهای نانوتکنولوژی یا کاربرد آنها برای غافلگیریهای تکنولوژیک کم دامنه یا مقاصد نظامی چشم پوشی خواهند کرد. البته اگر دشواری پیشبینی این گونه نتایج و تخمین احتمال بروز آنها را در نظر بگیریم، برآورد تهدیدها یا ریسکهای ویژه بر اساس روندهای کنونی دشوار خواهد بود.
۵) بحث و نتیجه گیری
۱-۵ ) گستره احتمالات تا سال ۲۰۱۵
هرچند پیشگویی آینده محال است.، اما روندهای تکنولوژی قادرند بر اساس پویشها و پیشرفتهای جاری، نشانه هایی را از آنچه که ممکن است در آینده روی دهد در اختیارمان بگذارند. بطوری که بحث آن گذشت ، تکنولوژی های توانزا و موانع چندی وجود دارند که پیشرفت و تاثیر این روندها را تعدیل خواهند کرد. روندهای مورد بحث همچنین آثار و پیامدهای گوناگونی در ابعاد جهانی دارند . شکل (۱-۵) چنین آثار و پیامدهایی را برای نانو تکنولوژی نشان می دهد.
شکل (۱-۵) محدوده درخور توجهی از دیدگاهها پیرامون موقعیت نانوتکنولوژی در سال ۲۰۱۵ را همراه توانزاها، موانع و آثار این روند به تصویر کشیده است. سرمایه گذاری بسیار شفاف جاری و خط شکنیهای تکنولوژیک ، لازمه تحقق پتانسیل کامل نانو تکنولوژی خواهد بود، اما هزینه های تحقیقاتی ، مشکلات کاربردی کردن دستاوردهای تحقیقاتی، پیچیدگی، قابلیت دسترسی و حتی استقبال اجتماعی می تواند از آهنگ این رشد بکاهد در بهترین چشم انداز
خوش بینانه ای که می توان از آینده نانوتکنولوژی ترسیم کرد، این تکنولوژی آنچنان توسعه می یابد که ساخت و تولید مولکولی بسیاری از نانو سیستمها با توانمندیهای انقلابی عملی می شود در مجموع ساخت و تولید نانو، جنبه جهانی به خود می گیرد، به گونه ای که کشورهای روبه توسعه نیز فرصت سرمایه گذاری و مشارکت در این انقلاب تکنولوژیک را پیدا می کنند. از دیدگاهی عمل گراتر، شاید تاثیر خط شکنیهای تکنولوژیک تا سال ۲۰۱۵ پیشرفتهای یاد شده را در یک مسیر تکاملی محدود سازد. در این مسیر، روند جاری متمایل به سیستمهای ریز تر ، سریعتر و ارزانتر از طریق پیشرفتهای سطح نانو در تولید نیمه هادیها است و درنتیجه قانون مور ادامه می یابد.
۲-۵ ) کلان روندهای پیشرفت نانو تکنولوژی
با نگاهی دوباره به روندهای تکنولوژیک یاد شده و مطالعه سایر منابع می توان چندین کلان روند را تشخیص داد که با تاثیر گرفتن از نانو صورتهای جدیدی به خود می گیرند که عبارتند از:
- تشدید ماهیت چند رشته ای تکنولوژی
- آهنگ پرشتاب تغییر
- افزایش دغدغه های اجتماعی و اخلاقی
- ضرورت پاسخگویی به تقاضای فزاینده آموزش
- افزایش طول عمر انسان
- محدود شدن حریم خصوصی افراد
- استمرار جهان گرایی
- اثرات رقابت بین المللی بر سر رهبری توسعه تکنولوژی
که در ذیل به بررسی مختصر هریک از موارد بالا اکتفا می کنیم و بحث و نتیجه گیری کلی را به عهده خواننده محترم وا می گذاریم.
الف) تشدید ماهیت چند رشته ای تکنولوژی
بسیاری از روندهای تکنولوژیک به دلیل حضور دو یا چند تکنولوژی متقاطع پدید آمده اند. نمونه آن ، تشخیص پزشکی مولکولی بر پایه سیستمهای میکروالکترومکانیک، بیومواد، کامپیوترهای بیولوژیک، و روباتهای بیومتریک است. در گذشته تکنولوژی های گوناگونی برای کاربردهای توانزا با یکدیگر ترکیب شده اند، اما امروزه گرایش روز افزونی به شکل دهی "تیمهای چند رشته ای" برای پرداختن به چالشهای سیستم و دورنماسازی از رویکردها مشهود است ، که جای روابط سلسله مراتبی سنتی تیمها را گرفته است، بعنوان مثال اکنون دیده می شود که دانشمندان علم مواد و کامپیوتر و مهندسان کاربرد سطح همکاری خود را بشدت افزایش می دهند تا مواد بیوپزشکی برای بافتهای مصنوعی بسازند یا برای تسهیل سطوح فعال کنترل سیستم، مواد واکنشی را توسعه دهند، همچنین مواد حاوی حسگرها و تحریک کننده ها برای سازه های هوشمندانه به همین ترتیب توسعه می یابند. شکل (۲-۵) نشان می دهد که چگونه نانو تکنولوژی ، تکنولوژی اطلاعات ، مواد و ارگانیزم های زنده با یکدیگر رابطه متقابل ایجاد کرده و سیستمها و مفاهیم نوینی ایجاد می کنند.
مواد کارکرد را تایین می کنند، و ظهور نانو تکنولوژی ، ساخت و ابعادی که بتوان کارکرد را آسان نمود میسر می سازد. به موازات آن ، ترکیب تکنولوژی مواد یا بیو لوژی و علوم زیستی ، سبب کسب دانش و موادی از ارگانیزم های زنده شده است، که ثمره آن انسجام بیشتر یا پدیده های فراگیر از مرحله طراحی تا محصول نهایی است. هر حوزه نتنها تکنولوژی و مصنوعات خود را به ارمغان می آورد، بلکه نگرشها و رویکردهای ویژه خود به جهان را نیز تولید می کند! ترکیب این تکنولوژی ها متضمن غنای ابزارهای علمی برای حل مسائل نیز هست و از این راه پیشرفتهایی به بار می آید که آمیزه ای از بهترین های هر حوزه است و کاربردهایی را ممکن می سازد که پیش از این ناممکن می نمود. مثلا مهندسان بطور فزاینده ای به بیولوژیستها روی می آورند تا دریابند که موجودات زنده در مواجه با محیطهای طبیعی، مشکلاتشان را چگونه حل می کنند. این رویکردها که مبتنی بر " تقلید از حیات" است، بهترین رهیافتهای ابداعی طبیعی را با راهکارهای طراحی شده و مصنوعی ترکیب کرده و ارگانیزم هایی پدید می آورند که عملکردشان از ارگانیزم های کنونی برای محیطهای خاص بهتر است. بسیاری از روندهای برجسته، برتکنولوژی ها در حوزه های مختلف اعمال نفوذ می کنند. شکل (۲-۵) مواردی از تعامل بین بیوتکنولوژی ، نانو تکنولوژی ، تکنولوژی مواد و تکنولوژی اطلاعات نشان می دهد. مواد هوشمند دارای توانمندیهای کارکردی و فرآوری هستند. این شکل نشان می دهد که پیشرفت در توانمندیهای مواد و تکنولوژی اطلاعات در ترکیب با روندهای میکروسیستمها چگونه ظهور سیستمهای هوشمند را ممکن می سازد. از سویی دیگر می توان سیستم های هوشمند را به گونه ای طراحی کرد که فراهم کننده توانمندیهای بیونیک برای ارگانیزمهای زنده باشد. ارگانیزمهای زنده شیوه های بدیعی برای ساخت سیستمها را ارائه می دهند، سیستم هایی که خود متکفل ساخت و تولید اجزایشان هستند.
ب ) آهنگ شتابدار تغییر
بنظر می رسد که پیشرفت و تغییر تکنولوژی آهنگی پرشتاب دارد. در سایه رشد اقتصادی، بویژه در آمریکا ، سرمایه گذاری در تحقیقات کاربردی افزایش یافته، که این خود نوآوری در محصولات و ابداع رویکردهای نو را به ارمغان می آورد. تکنولوژی کامپیوتر آنچنان به پیش می رود که بزودی محصولات آن در عرض ۲تا۳ سال منسوخ خواهد شد. در برخی حوزه های مهندسی بیوپزشکی ، آهنگ تغییر از این هم سریعتر است؛ بطوریکه برخی وسایل پزشکی درست زمانیکه نمونه اولیه بعدی توسعه می یابد، منسوخ می شود. این پیشرفت شتابان ، فاصله بین وضع قوانین و ملاحظه اخلاقی و تکنولوژی را روزبروز عمیق تر می کند، به گونه ای که پر کردن آن با گذشت زمان دشوار تر می شود.
پ) افزایش دغدغه های اجتماعی و اخلاقی
به رغم دستاوردهای ارزنده تکنولوژیهای نو و افزایش قدرت دستکاری محیط و موجودات زنده، بحث بر سر پاره ای مسائل و دغدغه های اجتماعی و اخلاقی همچنان گرم خواهد بود . مسائلی همچون حریم خصوصی، مالکیت معنوی، پایداری محیط زیست همگی به محض ظهور قابلیتهای نوین نانو تکنولوی ِ مطرح خواهند شد.
ت) ضرورت گسترش و تعمیق روزافزون آموزش
هوراه با تغییرات شتاب ناک تکنولوژی ، نیاز به یادگیری و آموزش مداوم روزبروز افزایش می یابد. همانطور که امروزه مهارتهای کامپیوتری اهمیت مضاعف یافته اند، کارکنان یقه سفید و یقه آبی احتملا ناچار به بهبود مهارتهای خود در سایر حوزه ها خواهند شد تا در عرصه پویای تکنولوژی بهنگام باشند و از خطر منسوخ شدگی در امان بمانند. ماهیت چند رشته ای تکنولوژی ، مهارتهای اجتناب ناپذیر نیروی کار و تکنولوژیستهایی که در حوزه "تحقوق و توسعه" کار می کنند، دگرگون می سازد.
"توسعه گران" بطور فزاینده ای نیازمند این خواهند بود که پیشرفتها و مفاهیم بنیادی سایر حوزه ها را بفهمند تا کارشان در گروههای چند رشته ای اثربخش شود؛ که خود برپایی دوره های آموزشی گسترده تر را ایجاب می کنند.این روند می تواند تا جایی ادامه یابد که اعطای مدارک دانشگاهی چند رشته ای بویژه برای منظرسازان و پژوهشگرانی که مفاهیم را به یکدیگر پیوند می دهند، ضروری گردد.این نیز هست که توده مردم احتمالا نیازمند درک گسترده تری از علم و تکنولوژی خواهند بود تا هم سیاستگذاران و هم مصرف کنندگان بتوانند تصمیم های بهتری بگیرند. مثلا مناقشات کنونی پیرامون مواد غذایی اصلاح شده به روش ژنتیک را در نظر بگیرید؛ در اینجا باید ذهنی باز و پرسشگر وجود داشته باشد که مسولیت خطیر تعدیل بحثهای پیچیده ای را که از جانب طرفهای مختلف مطرح می شود، بپذیرد. بهمین ترتیب، فهم پیامدهای محدود شدن "حریم خصوصی افراد" و عواید بالقوه "خانه هایی که از انواع حسگرها لبریزند و بشدت رد گیری می شوند" برای افزایش سطح آگاهی رای دهندگان و مصرف کنندگان بسیار ضروری می نماید.
ح) افزایش طول عمر
بشارتهای امید بخش مسائل بهداشتی ، روند افزایش طول عمر را در کشورهای توسعه یافته کماکان تداوم خواهد بخشید . اما بنوبه خود مسائل مروبط به افزایش جمعیت ، مراقبت از سالخوردگان و حمایت مالی از بازنشستگان را به همان اندازه برجسته خواهد ساخت.پیشرفتهای پزشکی نتنها کیفیت زندگی را بهبود می بخشند، بلکه طول عمر و حتی دوره بهره وری افراد را نیز افزایش می دهد.
خ) محدود شدن حریم خصوصی افراد
عوامل گوناگون تهدید کننده حریم خصوصی افراد عبارتند از:
- انگشت نگاری "دی ان ای" ؛
- نقشه های ژنتیک که استعداد ابتلا به بیماری را نشان می دهد؛
- پایگاه داده های اطلاعات شخصی قابل دسترسی از طریق اینترنت؛
سایر تهدیدهای تکنولوژی اطلاعات؛
مسائل مربوط به حریم خصوصی احتمالا قانون گذاران را به سمت بحث پیرامون تمهیدات حفاظتی با حفاظتهای قانونی و ضوابط سوق خواهد داد و بحثهای اجتماعی و اخلاقی پیرامون کاربردهای تکنولوژی، ایجاد نیازمندیها و بازارهای خصوصی و تکنولوژی های حامی حریم خصوصی افراد کماکان تداوم خواهد یافت. موقع شناسی، جامعیت و عقلانیت چنین دغدغه هایی نقش تعیین کننده ای در پرداختن به مسئله خصوصی افراد به گونه ای واپس گرا یا آینده گرا و مترقی ایفا می کند. البته در سالهای اخیر، حریم خصوصی و امنیت اشخاص نسبت به کارکرد و عملکرد در درجه دوم اهمیت قرار داشته است. بعید بنظر می رسد که این گونه دغدغه ها بتوانند سد راه روندهای تکنولوژی شوند؛ بنابراین بسته به میزان وفور تکنولوژی در هر منطقه، حریم خصوصی افراد در سطح جهان محدودتر خواهد شد.البته موشکافی مربوط به حریم خصوصی افراد احتمالا نگرش و رفتار عامه مردم را در قبال چگونگی بکارگیری تکنولوژی متحول می سازد؛ و در یک کلام، برجسته شدن مسئله حریم خصوصی بعنوان یکی از مطالبات مهم اجتماعی، توسعه تکنولوژیک را متاثر خواهد ساخت.
اگر این احتمال را بدهیم که در آینده کمونیسم بار دیگر ظهور کرده و نانو تکنولوژی را در خدمت خود بگیرد باید این احتمال را نیز بدهیم که عواقب وحشتناکی در انتظار ملل خواهد بود و این احتمال به هیچ وجه دور از انتظار نیست و ما مطمئنا در آینده شاهد ظهور لنینها و استالینها با قدرتی مصمم تر خواهیم بود.
چ) استمرار جهانگرایی
علاوه بر نقش تسهیل کنندگی پیشرفتهای تکنولوژی اطلاعات ، اینترنت، ارتباطات و حمل و نقل بهبود یافته روندهایی همچون " ساخت و تولید چالاک" که با سرمایه گذاری های بومی در زیر ساخت، بازیگران جدیدی را به عرصه تولید جهانی می کشانند، همچنان نیروی پیشران جهان گرایی خواهند بود.
د) رقابت بین المللی
با توجه به رقابت بین المللی بر سر توسعه تکنولوژی خط شکن، در هر حوزه طیفی از رویدادهای محتمل به چشم می خورد. این طیف از سیستم رقابت جویی ملی، که معطوف به سرمایه گذاری های تکنولوژیک و توسعه و تولید محصولات تکنولویِ در چارچوب مرزهای ملی است، تا جریان بشدت آزاد سرمایه و تکنولوژی بین مرزهای ملی و منطقه ای را در بر می گیرد. سمت و سوی واقعی روندها به عواملی چند بستگی دارد که از جمله می توان به مناسبات اقتصادی هر منطقه در آینده حمایتها و حقوق بین المللی ، مالکیت معنوی، ماهیت شرکتهای فراملیتی، و نقش و میزان سرمایه گذاری بخش دولتی در تحقوق و توسعه اشاره کرد. اینک سمت و سوی حرکت عبارت است از رقابت در سطح ائتلافهای اقتصادی منطقه ای ، حمایت بیشتر از رژیم جهانی حفظ مالکیت معنوی ، گسترش جهانگرایی، و تقسیم مسولیتها و وظایف در زمینه اعتبارات تحقیق و توسعه . طبیعتا این کلان روندها از عواملی که در قسمتهای قبلی اشاره شد ، تاثیر پذیرفته و تغییر می کند.
● در خاتمه
پس از انقلابهای کشاورزی و صنعتی، اینک انقلاب تکنولوژی که سرشتی چند رشته ای دارد ، در حال تغییر سیمای جهان است. هم اکنون نیز تکنولوژی اطلاعات زندگی مردم را بویژه در کشورهای توسعه یافته دگرگون کرده است، و خط شکنیهایی که در تکنولوژی مواد و نانو تکنولوژی روی می دهد، پیش از پیش بر این دگرگونی خواهد افزود. بیوتکنولوژی حیات موجودات زنده را دگرگون خواهد کرد و تکنولوژی مواد و نانوتکنولوژی نیز امکان توسعه دستگاههایی با توانمندیهای غیر منتظره را فراهم خواهد ساخت . این تکنولوژی ها نتنها تاثیرات ژرفی بر زندگی انسان دارند، بلکه چنان در هم تنیده اند که انقلاب تکنولوژی را به انقلابی چند رشته ای تبدیل کرده اند.از این رو، شتاب پیشرفت در هر زمینه ای مضاعف شده است. بنظر می رسد که تاثیرات نانو تکنولوژی از سایر تکنولوژی ها تکان دهنده تر باشد.انباشت خط شکنی ها در این حوزه موجب ارتقای کیفیت زندگی و تاثیرات فراوانی در زندگی بشر خواهد شد. ممکن است سایر روند تکنولوژی در چشم عامه مردم کم اهمیت تر بنظر برسد ، لیکن با ژرف نگری و بازبینی آنها در می یابیم که بسیار انقلابی هستند. تغییرات بنیادی در آنچه که تولید می شود و نیز در شیوه تولید آنها ، نوید بخش محصولات و توانمندیهای کاملا جدید است.
به رغم عدم قطعیت هر گونه آینده نگری پیرامون روندهایی که محتملا آینده را شکل می دهد، می توان شماری از احتمالات و نتایج تکنولوژی را پیشبینی کرد که تحقق آنها البته در گرو مجموعه ای از امکانات و عوامل خواهد بود.
ظهور تاثیرات این تحولات ، مسائلی را در پی خواهد داشت. همراه با افزایش درک توده مردم از تاثیرات بالقوه این روندها بر فرهنگ و زندگی، لازم است تصمیمهایی در مورد مسائل گوناگون اخلاقی، اقتصادی ، قانونی ، محیطی ، ایمنی، و دیگر دغدغه های اجتماعی اتخاذ شود . احتمالا مهم ترین این مسائل عبارتند از:
حرم خصوصی افراد، شکافهای کلان اقتصادی، تهدیدها و اخلاقیات بیولوژیک، بویژه مسائلی همچون به نژادی ، شبیه سازی انسان، اصلاح ژنتیک، شدیدترین واکنشهای اخلاقی ، معنوی را در پی خواهد داشت. این مسائل ماهیتی بسیار پیچیده دارند ، زیرا از یک سو بر راستای پیشرفت تکنولوژی و از سوی دیگر بر یکدیگر تاثیر می گذارند. شهروندان و سیاست گذاران نیازمند آنند که درباره تکنولوژی ، اطلاعات کاملی کسب کنند تا با شناسایی و تحلیل این تعاملهای پیچیده بتوانند مناقشاتی را که پیرامون تکنولوژی وجود دارد، بدرستی بفهمند.تلاشهایی از این دست ، مانع از اخذ تصمیم های ساده انگارانه می شوند؛ منافع تکنولوژی را با ملاحظه ارزشهای فردی بیشینه می سازند؛ و نقاط عطفی را در فرایند تصمیم گیری مشخص می کنند که در آنها تصمیم گیری ها می تواند نتایج مطلوبی به بار آورند بی آنکه مسائل نادیده و تحلیل نشده بتوانند خدشه ای به این تصمیمات وارد آورند.
بشارتهای امید بخش تکنولوژی مربوط به همین جا و اکنون است و فردا نیز ادامه خواهد داشت و سراسر جهان را با تاثیرات گسترده خود در خواهد نوردید با این همه، تاثیرات انقلاب تکنولوژی در گوشه و کنار جهان یکسان نخواهد بود و بسته به آمادگی و پذیرش ملتها ، میزان سرمایه گذاریها و تصمیم هایی که اتخاذ می شوند، صورتهای مختلفی خواهند یافت. خوب یا بد راه بازگشتی وجود ندارد زیرا پاره ای از جوامع در مسیر این انقلاب قرار گرفته اند و برای بهره برداری حداکثر از نتایج و منافع آن آماده شده اند. روند جهان گرایی نیز محیط زندگی همه جوامع را تغییر خواهد داد . نقش آفرینی این پیشرفتها در صحنه جهانی، سیمای دنیا را بکلی متفاوت خواهد کرد.

محقق : مهندس محمد شهرتی فر