به لحاظ نظري هر ساختار مولکولي پايداري که قوانين فيزيک و شيمي را نقض نکند قابل پياده سازي است. و نانوتکنولوژي در واقع پیاده سازي ساختارهاي مولکولي با دقت اتمي مي باشد.
هرچيزي که در پيرامون ما قرار دارد از اتم ساخته شده است، يعني مي توانيم اتمها را به نوعي کوچکترين واحد سازنده مواد بناميم. از عصر حجر گرفته تا اعصار بعد از آن (مس، برنز، آهن) که پشت سر هم در زمانهاي مختلف پدپد آمده اند و در حال حاضر که عصر سيليکون هاست، بشر را همواره متوجه اين مسئله کرده است که چگونه و با چه اصولي ميليارد ها اتم در کنار هم قرار مي گيرند و بطور همزمان يک شکل ماکورسکوپيک بوجود مي آيد و طبيعت ميليارد ها سال است که اين نقش را با ظرافت کامل انجام مي دهد و نانوتکنولوژي گامي در راستاي توسعه ابزار انساني براي تسلط بر طبيعت است.
تکنولوژي حاصل از قرن بیستم شايد در حال حاضر خيالي باشد ولي حالات واقعي به خود مي گيرد وقتي تصور کنيم در قرن بيست و يکم بشر تا در خواهد بود اجسامي در بالاترين سطح از نظر کيفيت کنترلي توليد کند که حد حساسيت آنها هم اتمي است.
شايد ميکروسکوپ STM را که قادر است در سطح اتمي از مواد تصوير برداري کند و در سال 1985 اختراع شد را بتوان اولين محصول نانوتکنولوژي دانست.
کاربردهاي نانوتکنولوژي
کشاورزي: حسگر ها(سنسورها) در بسياري از وسايل الکتريکي- وسايل پزشکي وسايل ايمني و سيستمهاي کنترل آلودگي و شرايط محيطي و کشاورزي کاربرد دارند.
حسگر ها را با پارمترهاي فيزيکي نظري (ما و حرکت، شتاب، جريان يا پارامترهاي شيميايي نظير گازها، يونها و مولکولهاي شيميايي يا فعل و انفعالات مولکولي مدل سازي مي کنند.
بکار گيري نانوتکنولوژي در ساخت حسگر ها اجازه اصلاحاتي در عملکرد آنها داده و منجر به کاهش قابل توجهي در اندازه و افزايش قابليتهاي آنها و بکار گيري در بسياري از وسايل ديگر شده است.
نانوحسگرهاي هوشمند در آلودگي خاک و اب هاي زير زميني نقش مهمي را ايفا مي کنند. بررسي عملکرد آفت کش هاي خاک و نحوه عملکرد و حرکت آنها در لابه لاي ذرات خاک در اين مقياس، امکان پيش بيني هاي درستي براي جلوگيري از آلودگي خاک و آب هاي زير زميني مي شود.
حسگرهايي که بر روي گياهان يک مزرعه زراعي پاشيده مي شوند و يا بر روي بدن دام توانايي اعلام وجود بيماريها و ويروسها را به کشاورزان دارند.
نانوتکنولوژي بدنبال ساخت حسگرها (کارخانه هاي کوچکي) است که توانايي توليد مثل و تکثير خود را داشته باشند. تا کاربرد آنها صرفه اقتصادي داشته باشد.
در صنايع غذايي شرکت غذايي آمريکايي Kralt در اين زمينه تحقيقات وسيعي انجام داده است با هدف پيشگامي در کاربرد نانوتکنولوژي در صنايع غذايي است. آنها در پي ساخت غذاهايي با نام Brainy FOOD هستند و بر روي فرضيه هاي زير کار مي کنند:
- مواد غذايي که قابليت تغيير رنگ، طعم و يا مواد مغزي خود را در جهت سازگاري با ذائقه و سلامت مصرف کننده را دارا هستند.
غشاهايي که مي توانند مولکولهاي معيني را عمدتا بر اساس شکل و با هدف حذف سموم موجود در مواد غذايي و با تنظيم طعم آنها، از خود عبور دهند.
بسته بندي هايي که ضمن شناسايي فساد محتويات خود، مصرف کننده را نيز از بروز آن آگاه مي کنند.
داروسازي: سيستم هاي دارو رساني عبارت است از رساندن دارو در زمان معين و با دز کنترل شده با اهداف دارويي خاص در بدن که از سيستم هاي نانومتري فعال و غير فعال استفاده مي کند.
اين کار بنحو چشمگيري ايمنتر و موثر از از پخش دارو در تمام بدن است.
داروسازي موثر عوارض جانبي ناخواسته را کاهش مي دهد و دز دارويي کمتري را مصرف مي کند و مي تواند باعث دلگرمي بيماران در ادامه رژيم مصرف دارويي صحيح گردد.
در آينده حدود 50% توليد دارو (180 ميليارد دلار) متکي بر N.T خواهد بود.
وسايل نانومتري قادر به رساندن مواد به سلولها مي باشند- مثلا DNA مي تواند براي ژن درماني و واکسيناسيون، در داخل سلول قرار گيرد.
مهندسي پزشکي
نانوتکنولوژي راه حل تشخيص سريعتر بيماري از راه درو را ارائه مي دهد – نانوتکنولوژي قادر به توسعه محصولات پزشکي طراحي شده بافتي و اعضا مصنوعي است و در اين کار با پرورش دادن بافت هاي خود شخص به عنوان سلولهاي يا به روي يک بدنه سه بعدي يا با پروراندن انواع سلولهاي ديگر روي يک زير لايه مناسب انجام مي دهد.
همچنين نانوتکنولوژي روشهايي را به منظور تست سازگاري اعضاي حيوان و انسان اهدا کننده فراهم مي آورد و مواد جديدي را نيز براي جايگزيني استخوان و دندان ارائه مي دهد.
نانوتکنولوژي در حال فراهم آوردن راهي براي پيوند شبکيه چشم حلزوني گوش و اعصاب است و اين کار را با شاخت زير لايه هاي نانومتري براي ترغيب، رشد، ترسيم و احيا ساخت ها انجام مي دهد.
توليد ابزارها:
- امکان ايجاد سيستمهاي کامپيوتري مختلف در اثر اختلاف مباني فيزيک رياضي و دانستنيهاي زيست شناسي –ساخت کامپيوترهاي براساس الگومغز، تکنولوژي با دانسيته اطلاعاتي بالا مصرف کمتر، انعطاف پذيري بيشتر
- ساخت نانوتيوسبها،لوله هاي کربني با قطر 28 تا 125 نانومتر که نوع چهارم کربن نام گرفته اند (الماس، گرافيت، فولدين و نانولوله هاي کربني) با قابليت ها و خواص جالب از جمله: سختي 100 برابر فولاد-مقاومت در برابر مواد شيميايي- پايدراي گرمايي بالا- رسانش فوق العاده و منحصر بفرد – رسانش گرمايي. سيلندرهاي کوچک گاز- مخزن هاي ذخيره هيدروژن.
داراي خاصيت مويينگي بالا و قابليت عبور مايعات و گازها را از خود دارند و مي توانند به عنوان قالب هايي براي ساخت سيم هايي با قطر نانومتري استفاده شوند.
آلودگي هوا: وقتي سوخت بطور کامل بسوزد co2 و H20 و انرژي لازم را توليد مي کند. اما هميشه پس مانده هاي از سوخت بصورت دود از اگزوز خارج مي وشد و ما هيچگاه يک واکنش سوخت کامل نداريم.
و افزودني هاي اضافه شده به سوخت براي بهتر و تميزتر سوختن آنقدر بزرگ هستند که تمايل به تهنشيني در کف مخزن سوخت دارند.
اکسونيکا يک گروه تحقيقاتي در دانشگاه آکسفرد که در جهت رفع مشکلات آلودگي هوا کار مي کند از نانوتکنولوژي براي درهم شکستن افزودني ها و پخش يکنواخت آنها در سوخت بهره گرفته است.
ماده خرد شده به قدر کافي کوچک تا با سوخت خوب مخلوط شود و به اندازه اي بزرگ است تا موثر باشه.
دوما اين افزوني ها قادرند خروجي دودکش ماشين ها را به گازهايي با ضرر کمتر تغيير دهند.
با استفاده از نانو کامپوزيت ها، مصرف سالانه بنزين 1.5 ميليارد ليتر و توليد سالانه co2، 5 ميليارد کيلوگرم کاهش مي يابد.
نظامي: در آينده برتري نظامي با کشورهايي است که وسايل نانومجهز باشند.
رياضيات فازي:
- الگوريتم فازي روشي سيال منعطف براي حل مسائل
- معيار اصلي شناخت علمي و اجتماعي
بخش سوم
بخش سياست گذاريهاي دولت ها در زمينه توسعه نانوتکنولوژي
به هر حال آنچه مسلم است تحول جديدي در انتظار بشر است و کشورهاي صنعتي پيشرو بودن در آن را به عرصه مسابقه اي بدل ساخته اند.
کشور ما تا به حا فاصله زيادي با اين کشور ها داشته و بايد عزم خود را جزم کند تا اين بار بازنده اين مسابقه نبود و سهم قابل توجهي از تحقيقات، توليد و بازارهاي نانوتکنولوژي را به خود اختصاص دهد.
- ايفاي چنين نقشي نيازمند داشتن اهداف روشن، تدوين يک برنامه مشخص انتخاب استراتژي هاي دست يابي به اهداف مي باشد.
- نانوتکنولوژي که از تولد مفهوم آن بيش از چند دهه نمي گذرد طفل با استعدادي است که پله هاي رشد و ترقي را بسيار سريع تر از تصور پيموده و تا غلبه بر تمام ذهنيت هاي علمي فاصله اي نمانده است. و در اين ميان همه کشورها به تکاپو افتاده تا در شکوفايي آن به گونه اي سهيم باشند.
- هدف نانوتکنولوژي ساختن مولکول به مولکول آينده است با فرض اينکه تمام ساختارهاي با ثبات شيميايي از نظر قوانين فيزيک رد نمي شوند. اما اساس منفعت نانوتکنولوژي دقت آن است.
- فن آوري تا به امروز چنين کنترل دقيقي نداشته است و همه فن آوري هاي کنوني فن آوريهاي بزرگي هستند.
- بر اساس آنچه گفته شد يافته هاي امروز بشر به جايي رسيده است که قدرت تغيير خواص و ويژگيهاي دنياي پيرامون خود را دارد و به فضاي جديدي براي زيستن مي انديشد.
- و اگر امروز ما به عنوان عضوي از خانواده بزرگ جامعه بشري به فکر چيدن آينده خود نباشيم به زودي محکوم به زندگي در دنياي دست ساز ديگران خواهيم شد که مطمئنا با خواست و اراده ما نخواهد بود.
- کشور ما به عنوان يک کشور در حال توسعه با مشکلات و موانع اجتماعي، اقتصادي و توليدي بسيارروبه روست.
- به دليل اهميت رشد سريع نانوتکنولوژي ويژگي هاي خاص آن مثل: عدم نياز به وسايل و تجهيزات فراوان، سهم به سزاي طراحي هاي نرم افزاري درتوليد محصولات آن همچنين وجود دانشمندان ايراني نانوتکنولوژيست در سطح دنيا.
- ما قادر خواهيم بود در صورت اقدامات سريع و به موقع در ساختن جهان آينده سهيم باشيم.
- ما زماني صاحب اين تکنولوژي مي شويم که راهبري و مديريت آن بر عهده خودمان باشد. اگر چه همکاري ديگر کشورها در اين مسير ياريگر ما خواهد بود.
زمان رسيدن از علم به تکنولوژي 10 تا 15 سال است و اين مدت نيازمند يک سرمايه گذاري دولتي است.
- براي پي بردن به ميزان اهميت و ارزشمندی نانو در کشورهاي پيشرفته اين مقوله بس است که في المثل رئيس جمهور امريکا- کره جنوبي-رژيم اشغالگر قدس نخست وزير کانادا و رهبر خلق چين دخالت مستقيم در اين امر داشته سخنرانيهاي متعدد برلزوم نياز کشورشان به نانوتکنولوژي ايراد کرده.
- تحقيق در نحوه عملکرد اين کشورها کمک شاياني به يافتن روشهاي مناسب پيشبرد اين فن آوري در کشورمان خواهد داشت از اين رو به بردي اجمالي فعاليت برخي دولت هاي پيشرو در اين زمينه مي پردازيم.
آمريکا
امريکا به عنوان خاستگاه تحقيقات نانو از شبکه تحقيقاتي عظيم برخوردار است. شورا بر عهده رئيس جمهور و اعضاي آن مقامات بلند پايه دولتي امريکا مي باشند. حدفاصلي حفظ نقش پيشگامي امریکا در عرصه علوم و تکنولوژي است. در حال حاضر 225 شرکت و 55 دانشگاه در اين زمينه فعال هستند وطي آخرين آمار در سال 2002 امريکا 604 ميليون دلار در اين زمينه سرمايه گذاري کرده است.
ژاپن رقيب قدرتمند.
نانوتکنولوژي يکي از چهاررکن اصلي برنامه 5 ساله علوم و فن آوري است.
- برنامه اي با افق دراز مدت- سرمايه گذاري فراوان آمادگي زياد در تحقيقات ميان رشته اي در شهر علمي تسوکوبا دنبال مي شود و توسط 46 شرکت و 12 دانشگاه مطالعه و بررسي مي شود. با مشارکت همه بخشهاي مرتبط و تقويت فعاليتهاي بين رشته اي مانند کارگاههاي آموزشي، گروههاي آموزشي، صنعت و دانشگاه و …
چين با 31.2 ميليون دلار سرمايه گذاري بر روي نيمه هادي ها، مواد منفجره و مواد کاتاليت نانويي کار مي کمند.
کره جنوبي سرمايه گذاري بخش خصوصي در تحقيقات نانو به خوبي مشهود است. شرکت سامسونگ در حال حاضر مشغول تحقيق بر روي نانو حافظه ها بوده و همچنين شرکت فوجيستو ديگر پيشتاز صنعت نيمه هادي ها در حال تاسيس در يک مرکز تحقيقاتي نانو درکاوازاکي است.
ايران
مهمترين وظيفه دولت در توسعه نانوتکنولوژي سياست گذاري و هماهنگ کردن تمام فعاليت ها در راستاي اهداف تکنولوژي کشور مي باشد.
اما در مورد نانوتکنولوژي بدليل آنکه اهداف تحقيقاتي آن بسيار پايه اي، دراز مدت و فرا رشته اي است از اين رو ريسک هاي زيادي براي صنعت در به عهده گرفتن سريع رهبري آن وجود دارد و صنعت توانايي سرمايه گذاري بر روي تحقيقات رواز مدت و مخاطره آيند که سالهاي متمادي طول خواهد کشيد تا به مرحله توليد برسد را ندارد.
لذا در کشور بايستي تحقيقات دولتي و دانشگاهي اين خلا را پر کند از اين رو نقش دولت در آن فراتر از نقش آن در مورد ساير رشته هاست بررسي عملکرد کشورهاي توسعه يافته در مورد N.T را به عنوان يک پروژه بزرگ يارانه اي پذيرفته اند و به بازگشت سريع هزينه هاي سرمايه گذاري شده در اين خصوص نمي انديشند.
نانوتکنولوژي بحثي نيست که با يک آزمايشگاه يا تيم تحقيقاتي به سرانجام برسد. بلکه براي شکل گيري صحيح ساختار و اجزاي متعدد آن وجود يک نهاد هماهنگ کننده که وظايف تمام دستگاههاي دولتي و غير دولتي را تعيين نموده و از انتقال نتايج به صنعت حمايت کند.
سال 1378 بک کمبته وبژه نانوتکنولوژي که شامل سه زير کميته علمي-اجرايي و فرهنگي است درکشور تشکيل شد که وظايف آنها به طور اختصار به شرح زير است.
زير کميته اجرايي:
انتقال برنامه هاي نظري به عرصه عمل
زير کميته علمي:
- جلوگيري از اتلاف انرژي و نيروي انساني
- ايجاد زمينه هاي نهديته شدن نانو در رشته هاي دانشگاهي
- انتقال بهينه از تحقيقات همسان و ايجاد زمينه جديد تحقيقاتي
زير کميته فرهنگي:
بسته سازي فرهنگي به منظور گسترش پژوهش و پذيرش دستاوردها