ایرن‏آن

1- مقدّمه

هم‌اكنون انقلابي در علوم و فنّاوري به‌خاطر توانايي‌هاي جديدشكل‌گرفته براي اندازه‌گيري دست‌كاري و نظم‌بخشيدن مواد در مقياس نانومتر 1 تا 100 ميليارديم متر- در حال وقوع است. در مقياس نانو، فيزيك، شيمي، زيست‌شناسي، علم مواد و مهندسي به سمت مباني و ابزارهاي واحدي همگرا مي‌شود. بنابراين پيشرفت در اين علوم، يك اثر بسيار دوردست خواهدداشت.
مقياس نانو نه فقط يك گام به سمت كوچك‌سازي، كه مقياسي ذاتا&•uot; متفاوت است. بر اثر مكانيك كوانتومي، محدوديت ماده در ساختارهاي كوچك، نسبت سطح به حجم زياد و ديگر خواص، پديده‌ها و جريانات منحصربه‌فرد، رفتار جديدي رخ مي‌نمايد. بسياري از تئوريهاي كنوني ما براي مقياس ميكرومتر در ابعاد نانومتر داراي وضع وخيمي است. اين تئوريهاي كنوني براي توصيف پديده‌هاي جديد در مقياس نانو ناكارآمد است.
هرچه دانش در مورد علوم نانو در سطح جهان افزايش مي‌يابد، بيشتر آشكار مي‌شود كه اين ترقّي، علمي بنيادي است. در اين تحوّل، تغييرات عظيمي صورت خواهدگرفت تا مواد، وسايل و سيستمهاي ناشناخته، ساخته‌شوند. خواص و عملكرد بديع مقياس نانو را مي‌توان با كنترل مواد در بلوك‌هاي ساختماني‌اش، اعم از اتم، مولكول و نانوساختار بدست آورد. نانوتكنولوژي عبارتست از گرد‌آوري اين نانوساختارها در مواد، سيستم‌ها و معماريهاي بزرگتر- البتّه در اين سيستم‌هاي در مقياس بزرگ، كنترل و ساخت هم چنان در مقياس نانو باقي مي‌ماند.
امروز نانوتكنولوژي در طفوليت خود به ‌سر مي‌برد، چون تنها مي‌توان ساختارهاي ابتدايي اين مقياس را با مقداري دقّت عمل ساخت. با اين حال، دگرگوني هايي پيش‌بيني شده‌است؛ ازجمله: چندين برابرشدن كارآيي كامپيوتر، بازسازي عضو انسان از روي بافت مهندسي‌شده، مواد (طرّاح) كه از چيدن اتمها و مولكولها مستقيما; ساخته مي‌شود و ظهور پديده‌هاي جديد در شيمي و فيزيك.
نانوتكنولوژي ذهن دانشمندان، مهندسين و اقتصاددانان را تسخير كرده‌است و اين علاوه بر انفجار كشفيات در مقياس نانو، به دليل پيامدهاي اجتماعي بالقوّة آن نيز هست. مطابق بخشنامه‌ا‌ي كه از كاخ سفيد (از ادارة سياستگزاري علوم و تكنولوژي و ادارة مديريت و بودجه) در پاييز 2000 به تمام ادارات دولتي فدرال فرستاده شده‌است، نانوتكنولوژي در صدر ليست رشته‌هاي نوظهور تحقيق و توسعه در آمريكا قرار دارد. برنامة پيشگامي ملّي نانوتكنولوژي مصوب نوامبر 2000 كنگره، مجموع 422 ميليون‌دلار را براي 6 وزارتخانه و سازمان دربرداشته‌است.
نانوتكنولوژي به‌خاطر كنترل مواد در مقياس نانو جهت مراقبت‌هاي بهداشتي، محيط زيست، حفظ منابع و تقريبا تمام صنايع مورد توجّه قرار گرفته‌است. شكّي نيست كه پيامدهاي گسترده‌تر انقلاب علوم و فنّاوري نانو براي جامعه بسيار عميق خواهدبود.

برنامة پيشگامي ملّي نانوتكنولوژي :


برنامة پيشگامي ملّي نانوتكنولوژي (NNI, http://nano.gov) يك تلاش چندسازمانه درون دولت آمريكاست، كه از برنامه گستردة دولت فدرال در تحقيقات مقياس نانو در زمينه‌هاي مواد، فيزيك، شيمي و زيست‌شناسي پشتيباني مي‌كند.
اين برنامه بطور صريح به دنبال ايجاد فرصت‌هايي براي كار ميان‌رشته‌ا‌ي است كه همة اين رشته‌هاي سنتي را گردهم مي‌آورد. NNI :
به طي‌كردن تحقيقات بنيادي در علوم و مهندسي نانو سرعت خواهدبخشيد
دانش موردنياز را براي ابتكارات تكنولوژيكي فراهم خواهدساخت.
نيروي كار لازم را براي اكتشاف در اين علم آموزش خواهدداد.
و پايه‌ا‌ي علمي براي توليد تجاري آينده حاصل خواهدكرد.
تحوّلات بالقوه‌ا‌ي در مواردي مثل مواد، ساخت و توليد، داروسازي و مراقبت‌هاي بهداشتي، محيط زيست و انرژي، بيوتكنولوژي و كشاورزي، الكترونيك و فنّاوري اطّلاع‌رساني و امنيت ملّي، انتظار مي‌رود. تأثير نانوتكنولوژي بر روي بهداشت، ثروت و استانداردهاي زندگي براي مردم اين قرن جديد، حداقل به اندازة تأثير مجموع ميكروالكترونيك، تصويربرداري پزشكي، مهندسي به كمك كامپيوتر(CAD) و پليمرهاي ساختة دست بشر در قرن گذشته، خواهدبود.
NNI براي پنج فعّاليّت گسترده برنامه‌ريزي شده‌است:
مطالعات بنيادي
چالش‌هاي عمده
مراكز و شبكه‌هاي برتر
زيرساخت‌هاي تحقيقاتي
و پيامدهاي اجتماعي و نيروي كار;
تحت آخرين عنوان، تأثير نانوتكنولوژي روي جامعه –از نظر قانوني، اخلاقي، اجتماعي، اقتصادي و پرورش نيروي كار- به‌منظور كمك به شناسايي نگراني‌هاي اجتماعي و راههاي منتهي به آنها، بررسي مي‌شود. با شروع‌شدن NNI، فرصتي استثنايي براي گردآوري مطالعات و مباحثات اجتماعي و بهره‌گيري از مطالعات اجتماعي بعنوان بخش مركزي استراتژي سرمايه‌گذاري NNI، بوجود آمده‌است.
كارگاه آموزشي NSET در مورد;پيامدهاي اجتماعي علوم و فنّاوري نانو: مطالعه روي پيامدهاي اجتماعي، موفقيت NNI را تسريع خواهدكرد و به ما كمك مي‌كند تا زودتر، بهتر و مطمئن‌تر از مزاياي اين فنّاوري جديد، بهره‌مند شويم. در اين راستا، زيركميتة علوم، مهندسي وفنّاوري نانو (NSET ) وابسته به كميتة تكنولوژي (CT) وابسته به مجمع ملّي علوم و تكنولوژي (NSTC) –كه بعنوان يك گروه بين سازماني، NNI را هماهنگ مي‌سازد- در 28 و 29 سپتامبر 2000، مسؤوليت كارگاهي آموزشي با موضوع پيامدهاي اجتماعي علوم و فنّاوري نانورا در مؤسّسة ملّي علوم بر عهده گرفت. اين كارگاه آموزشي، محقّقين نانوتكنولوژي، دانشمندان علوم اجتماعي و سياستگزاراني به نمايندگي از دانشگاه، دولت و بخش خصوصي را براي 4 هدف زير گردهم آورد :
بازبيني مطالعات جاري روي پيامدهاي اجتماعي نانوتكنولوژي (آموزشي، فنّي، اقتصادي، پزشكي، زيست‌محيطي، اخلاقي، قانوني، فرهنگي و غيره).
شناخت روشهاي تحقيق و ارزيابي براي مطالعات آيندة پيامدهاي اجتماعي.
ارائة دورنماهايي از كوتاه‌مدت (3 تا 5 سال)، ميان‌مدت (5 تا 20 سال) و درازمدت (بيش از 20 سال) و راههاي گوناگون رسيدن به آنها.
پيشنهاد زمينه‌هايي براي سرمايه‌گذاري تحقيقاتي و بهبود آموزش.
اين گزارش به مواردي بسيار گسترده‌تر از علوم و مهندسي، مثل نحوة تغيير جامعه توسط نانوتكنولوژي و اقدامات لازم براي آمادگي براي اين تحوّل، اشاره دارد. نتيجه‌گيري و پيشنهادات اين گزارش، مبنايي براي افراد درگير در NNI و عموم مردم براي توجّه به پيامدهاي آيندة اجتماعي ‌است.
بخش 2 تا 5 اين گزارش، نتيجه‌گيري و پيشنهادات بدست‌آمده از كارگاه آموزشي را نشان مي‌دهد. اظهارنظرهاي شركت‌كنندگان در مورد پيامدهاي اجتماعي در بخش 6 آمده‌است. ليست شركت‌كنندگان و كمك‌كنندگان به اين گزارش، در;ضميمة الف و سخنان تأييدكننده شخصيّتها در مورد NNI به‌طور انتخابي درضميمة بوجود دارد.

اهداف نانوتكنولوژي

علوم و مهندسي نانو، منجر به فهم بهتر طبيعت، پيشرفت در تحقيقات و آموزش پايه‌ا‌ي و تغييرات عمده‌ا‌ي در توليد صنعتي، اقتصاد، بهداشت، مديريت زيست‌محيطي و حفظ منابع خواهدشد. مثالهاي نويدبخشي از نانوتكنولوژي كه در 10 تا 15 سال آينده، يك بازار جهاني بالاي 1000 ميليارددلار در سال خواهدداشت، در ذيل مي‌آيد :
توليد صنعتي : انتظار مي‌رود كه به محض اين كه علوم نانو موجبات درك پديده‌هاي نانو، و مهندسي نانو ابزارهاي لازم را تدارك ببينند، مقياس نانومتر به يك مقياس طولي بسيار كارا در توليد صنعتي تبديل شود.و موادي با كارآيي بالا و خواص و كاركرد منحصربه‌فرد توليد خواهندشد كه شيمي مرسوم قادر به ساختشان نيست. تخمين زده مي‌شود در10 سال آينده، مواد وفرآيندهاي نانوساختاري، بازاري در حد 340 ميليارددلار داشته‌باشند (مؤسّسة تحقيقاتي هيتاچي، مجلة Personal Communication ، سال 2001).
الكترونيك : تخمين زده شده‌است كه نانوتكنولوژي سالانه 300 ميليارددلار براي صنعت نيمه‌هادي و مقدار مشابهي براي مدارات مجتمع (IC) در 10 تا 15 سال آينده به‌همراه داشته‌باشد (صفحة 74 و 75 همين گزارش).
مراقبت‌هاي بهداشتي پيشرفته : نانوتكنولوژي به افزايش طول عمر، كيفيت زندگي و افزايش مهارتهاي بدني كمك مي‌كند.
داروها : حدود نصف كل توليد دارو در آينده متكي بر نانوتكنولوژي خواهدبود؛ بيش از 180 ميليارددلار در سال در 10 تا 15 سال آتي (E. Cooper, Elan از شركت Nanosystems ، مجلة Personal Communication ، سال 2000).
كارخانجات مواد شيميايي : كاتاليست‌هاي نانوساختاري در صنايع فرآوري نفت و مواد شيميايي كاربرد دارند، با يك تخمين سالانة 100 ميليارددلار در 10 تا 15 سال آتي (با فرض سابقة افزايش حدود 10% از 30 ميليارددلار موجود در سال 1999).
حمل‌ونقل : نانومواد و نانوالكترونيك، خودروهايي سبك‌تر، سريعتر و ايمن‌تر؛ و جاده‌ها، پل‌ها، باندهاي پرواز، خطوط لوله و خطوط ريلي بادوام‌تر، مطمئن‌تر و ارزان‌تري ايجاد خواهدكرد. پيش‌بيني مي‌شود تنها محصولات هوافضاي حاصل از نانوتكنولوژي در 10 سال آينده، سالانه بازاري 70 ميليارددلاري داشته‌باشد (مؤسّسة تحقيقاتي هيتاچي، مجلة Personal Communication ، سال 2001).

دوام‌پذيري منابع : نانوتكنولوژي:


بهره‌وري كشاورزي را براي يك جمعيت بيشتر، بالا مي‌برد.
فيلتراسيون و نمك‌زدايي آب را اقتصادي‌تر مي‌نمايد.
استفاده از منابع تجديدپذير انرژي، مثل تبديل انرژي خورشيدي بسيار كارا را عملي مي‌سازد
و در نتيجة اين كارها، نياز به منابع كمياب كاهش مي‌يابد و با حذف آلودگي، محيط زيست تميزتر مي‌شود. في‌المثل پيش‌بيني‌ها نشان مي‌دهد طي 10 الي 15 سال، نانوتكنولوژي در امر روشنايي به پيشرفتهايي دست خواهديافت كه مي‌تواند مصرف جهاني انرژي را تا بيش از 10% كاهش دهد،كه 100 ميليارددلار صرفه‌جويي و 200 ميليون‌تن كاهش انتشار كربن (گازهاي گلخانه‌ا‌ي) را به‌همراه خواهدداشت. (صفحة 93، NNI: The Initiative and Its Implementation Plan)

آگاهي و فهم علمي نسبت به طبيعت :


مطالعة نظامهاي با مقياس نانو، نويد رسيدن به پيشرفتهاي ذاتا جديد را در علوم و مهندسي و در درك ما از نظامهاي زيستي، زيست‌محيطي و سياره‌ا‌ي مي‌دهد. هم چنين تصوّرات علمي ما را به سمت تحقيقات اصيل و ميان‌رشته‌ا‌ي سوق خواهدداد. علوم نانو، جبهه‌هاي نامكشوف علم و مهندسي هستند و يكي از هيجان‌انگيزترين فرصت‌ها را براي نوآوري در فنّاوري ارائه مي‌دهند.
نانوتكنولوژي توان ساخت محصولات با كارآيي فوق‌العاده بالا را دارد،كه اين امر نيازمند فهم مقدّماتي راههاي كنترل و دست‌كاري ماده در مقياس نانومتر و بكارگيري نانوساختارها و نانوفرآيندها در ابتكارات تكنولوژيكي خواهدبود ودر آن هنگام كه به صورت مولّد فنّاوري درآيد، در هستة رقابت‌هاي فشردة بين‌المللي خواهدبود.
انتظار مي‌رود نانوتكنولوژي نيروي غالب در جامعة ما در دهه‌هاي آتي باشد. يورشهاي تجاري گذشته در صنايع هارديسك، روكش‌ها، عكاسي و داروسازي، نشان داده‌است كه چگونه تحوّلات علمي بدين شكل مي‌تواند با تغيير الگوهاي توليد، تجارتهاي چند ميليارددلاري را زيرورو سازد. با اين حال، پيش از عملي‌شدن توان نانوتكنولوژي، مشكلات طاقت‌فرسايي در درك بنياني نظامها در اين مقياس باقي خواهدماند.
امروز نانوتكنولوژي هنوز در طفوليتش است و فقط مي‌توان نانوساختارهاي ابتدايي را با قدري تلاش و دقّت ساخت. دانش اتمها و مولكولهاي ساده، و دانش مواد از ميكروساختارها تا مقياس‌هاي بزرگتر بدست آمده‌است. چالش باقيماندة مربوط به مقياس نانو، تقريبا به اندازة قطر 1 تا 100 مولكول است، تا بتوان خواص بنيادي ماده را تعيين و روي آن كار مهندسي انجام داد. بر پاية توانايي‌هاي جديدا كسب‌شده در اندازه‌گيري، دست‌كاري و سازماندهي ماده در اين مقياس، انقلابي در علوم و فنّاوري به راه افتاده‌است. ساختمانهاي نظم‌يافتة اخيرا كشف‌شده، نقاط عطفي علمي هستند كه به پيشرفتهايي در آينده، اشاره دارند؛ مثلاْ به موارد كليدي زير مي‌توان اشاره كرد:
نانولو‌له‌هاي كربن
موتورهاي مولكولي
چيدمان‌هاي برپايه DNA
نقاط كوانتومي
سوئيچ‌هاي مولكولي
نانوتكنولوژي فقط يك گام ديگر به سمت كوچك‌سازي نيست، بلكه مقياسي ذاتا متفاوت است. اين رفتار نو، نتيجة مكانيك كوانتومي، محدوديت ماده در ساختمانهاي كوچك، سطوح تماس بزرگ و ديگر خواص، پديده‌ها و جريانات منحصربه‌فرد است. بسياري از تئوريهاي كنوني ماده در مقياس ميكرومتر، در نانومتر وضع وخيمي دارند و قادر به توصيف پديده‌هاي مقياس نانو نيستند.
علوم نانو، يك عنصر اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهدبود. ازجمله موارد مهم در آينده، هم كاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي بزرگتر، آموزش و پرورش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهدبود.

توليد، مواد و محصولات صنعتي :


مزاياي نانوتكنولوژي چندان كه در ذيل مي‌آيد، گسترده‌است:
نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارهايي خواهدشد. امكان سنتز بلوك‌هاي ساختماني نانو با اندازه و تركيب به دقّت كنترل‌شده و سپس چيدن آنها در ساختارهاي بزرگتر، كه داراي خواص و كاركرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابي در مواد و فرآيندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. محقّقين قادر به ايجاد ساختارهايي از مواد خواهندشد كه در طبيعت نبوده و شيمي مرسوم نيز قادر به ايجادشان نبوده‌است. برخي از مزاياي نانوساختارها عبارتست از:
مواد سبك‌تر، قوي‌تر و قابل برنامه‌ريزي
كاهش هزينة عمر كاري از طريق كاهش دفعات نقص فنّي
ابزارهايي نوين بر پاية اصول و معماري جديد
بكارگيري كارخانجات مولكولي يا خوشه‌ا‌ي كه مزيّت مونتاژ مواد در سطح نانو براي هدفي مشخّص را دارند.
انجمن صنعت نيمه‌هادي (SIA) ، نقشه‌ا‌ي براي پيشرفتهاي متوالي در كوچك‌سازي، سرعت و كاهش توان مصرفي در وسايل پردازش اطّلاعات – سنسورهاي دريافت سيگنال، ابزارهاي منطقي براي پردازش، ابزارهاي ذخيره‌سازي براي حافظه، نمايشگرها براي نمايش و ابزارهاي انتقال داده براي ارتباطات- ترسيم نموده‌است. نقشة SIA آيندة نانوالكترونيك و فنّاوري كامپيوتر را تا حدود 2010 و ساختارهاي 1/0 ميكروني (100 نانومتر)، يعني آستانة ايجاد ابزارهاي نانوساختاري كامل، پيش‌بيني كرده‌است. از آنجا كه اصول، روشهاي ساخت و فنون لازم براي گردآوري ابزارها درون سيستمهاي نانو غالبا ناشناخته‌است، اين نقشه پيش از رسيدن به ابزارهاي نانوساختاري واقعي خاتمه مي‌يابد. به‌نظر مي‌رسد كه موارد جديدي مثل رايانه‌هاي شيميايي، بيومولكولي و كوانتومي كه بر پاية پديده‌ها و ساختارهاي نانو هستند، بروز پيداكنند.
بلوكهاي ساختماني حيات – پروتئين‌ها، اسيدهاي نوكلئيك، ليپيدها، كربوهيدراتها و تقليدگرهاي غيرزيستي(non-biological mimics) آنها- مثالهايي از مواد داراي خواص منحصربه‌فرد مي‌باشند، كه اين خواص تابعي از اندازه، درجة بازشدگي(folding)، و الگويشان در مقياس نانوست. بيوسنتز و بيوفرآوري، راههاي كلا جديدي براي ساخت محصولات شيميايي و دارويي ارايه مي‌دهند. گردهم‌آوري بلوك‌هاي ساختماني زيستي به شكل مواد و ابزارهاي مصنوعي، خواص موردنظر مواد را با كاركردهاي زيستي تلفيق مي‌كند. سيستمهاي زيستي، تحقيقات وسيعي را در چندين رشته مي‌طلبند. مثلا رشتة پرفعّاليّت شيمي تقليدگرهاي زيستي، بر اين اساس است.

نانو تكنولوژي از ديدگاه جامعه شناختي


امروزه واژه نانوتكنولوژي براي توضيح جامع تمامي فعاليت هاي انجام شده در سطح اتمي و مولوكولي كه كاربردي در دنياي حقيقي داشته باشند به كار مي رود.از آنجا كه نانوتكنولوژي همواره در حال دگرگوني زندگي بشر است و نانوتكنولوژي جايي است كه تكنولوژي امروز ما به آن سمت حركت مي كند بنابراين علم و تكنولوژي امروز ما در مقياس نانو در بر گيرنده تحقيق و توسعه در نوك پيكان گستره وسيعي از رشته ها است.اصطلاح نانوتكنولوژي در هر جايي كه دانشمندان تكنولوژيست ما با عناصر سازنده مواد اتمها و مولوكولها سر و كله مي زنند به كار مي رود. در واقع علوم و تكنولوژي در مقياس نانو مرزهاي شيمي ،علم، مواد پزشكي و سخت افزارهاي كامپيوتر تحقيقاتي كه ادامه انقلاب تكنولوژي را ممكن مي سازد در نورديده است.
نانوتكنولوژي پهنه اي از علم است كه در آن ابعاد و تلرانس هايي با دقت يك دهم تا صد نانومتر نقش حياتي ايفا مي كند.در واقع اين تعريف از Albert Franks تمامي زمينه هاي نانو را در بر مي گيرد.
با پيشرفت تكنولوژي هاي در مقياس نانو توسعه توليد مولوكولي امكان پذير مي شود.
نانوتكنولوژيي كه به مراتب قدرتمندتر و نظام مندتر است و در آن ماشينهايي در مقياس نانو براي توليد محصولاتي در مقياس بزرگ با دقت اتمي و هزينه پايين به كار مي روند.
مكان مهندسي در مقياس مولكولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيك، مطرح شد. فين من طي يك سخنراني در انستيتو تكنولوژي كاليفرنيا در سال 1959 اشاره كرد كه اصول و مباني فيزيك امكان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي كند. وي اظهار داشت كه مي توان با استفاده از ماشين هاي كوچك ماشين هايي به مراتب كوچك تر ساخت و سپس اين كاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يكي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تكنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشكري از نانوماشين هايي در ابعاد ميكروب كه هر كدام تحت فرمان يك پردازنده مركزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريك دركسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژكن كوچك تحت فرمان پردازنده مركزي به هر شكل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به كمك اجراي برنامه اي در كامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل كنيد و با آن به محل كارتان برويد.
ماجراي پيدايش دو عبارت (( رو- پايين )) ((زير- بالا)) در تعريف نانوتكنولوژي به جدال بزرگ اسمالي- دركسلر براي تصاحب مقام پدر خواندگي اين دنيا اسرارآميز بر مي گردد. عبارت اول بيانگر برداشت جديدتري از نانوتكنولوژي است كه به سركردگي ريچارد اسمالي برنده جايزه نوبل شيمي سال 1996 به خاطر كشف ساختار جديدي از كربن موسوم به باك ميسترفولون-c60 در مخالفت با نانوتكنولوژي دركسلري رواج يافت .اما عبارت(( زير بالا)) بر گرفته افكار راديكال كيم اريك دركسلر نخستين پروفسور نانوتكنولوژي از دانشگاه MIT و بنيان گذار واژه نانوتكنولوژي در تبيين مفهوم توليد مولوكولي است در ميانه دهه 80دركسلر با تكيه بر نبوق خارق العاده و الهام از مقاله تاريخيrichard Feynman ((ان پايين ها يك عالمه جاهست ))، مفاهيم نويني را از كنترل و توليد مواد در سطوح اتمي و مولكول ارائه كرد. سخنان دركسلر در ابتدا به قدري حيرت آور و پيچيده به نظر مي رسيد كه بيشتر دانشمندان و كارشناسان را تنها به تحسين واداشت. اما در اواخر دهه 90 و در اوايل هزاره سوم دو جريان متفاوت متشكل از صاحبان صنايع و عده اي از دانشمندان به سركردگي ريچارد اسمالي نانوتكنولوژي دركسلري را اساسا وهم و خيال ناممكن مي دانست با استفاده از ضعف دركسلر در جلب افكار عمومي و روابط نه چندان مناسب وي با مجامع سياسي تلاش كردند پرچم نانوتكنولوژي را از چنگ دركسلر در آورد.سرانجام اين جريان نو در سال 2003 به كمك حمايتهاي سياسي و به راه انداختن جنجال ژورناليستي سناريوي توده لزج خاكستري دركسلر را از ميدان به در كنند.
به عنوان يكي از ويژگي هاي نانوتكنولوژي مي توان گفت كه اين مفهوم در بردارنده زمينه تحقيق و توسعه اي كاملا چند رشته اي است.در واقع تحقيقات در مقياس نانو به بهره گيري همزمان از دانش ابزارها و تكنيكها و نيز اطلاعات درباره فيزيك واكنشهاي مولوكولي و اتمي تبديل شده است.امروزه دانشمندان علم مواد مهندسان مكانيك و الكترونيك و محققان علوم پزشكي به دنبال تشكيل تيمهاي تحقيقاتي متشكل از زيست شناسان فيزيكدانان و شيميدانان هستند.
چيزي حدود سي سال پيش كمپاني فاكس قرن بيستم مشتاقان سينما را به سفري خارق العاده برد.در اين گشت و گذار سينمايي سياستمداري به نام ريكوئل ولش بر اثر لخته شدن خون در آستانه مرگ قرار گرفت تا اينكه دانشمندان از طريق تكنولوژي هاي معجزه آسايي كشتي فلزي ده متري را تا اندازه سرسوزني كوچك كرد.با شروع حركت اين كشتي در جريان خون بدن ولش تماشاچيان با نفسهايي به شماره افتاده و چهره هايي لرزان گلوبول هاي شفيدي را مشاهده كردند كه به بزرگي غولهاي عظيم الجثه در ماجراهاي گاليور بودند.خدمه اين كشتي پس از به پايان رساندن ماموريتشان به اندازه واقعي باز گشتند.در واقع اولين گام در راستاي روياهاي بشر براي كوچك كردن پزشكي تا ابعاد ميكروسكوپي بود.امروزه ما در سينما از داستانهاي به مراتب مهيجتري لذت مي بريم.داستان بچه هايي كه به اندازه مورچه در مي آيند و ماشين هاي ميكروسكوپي كه براي آلوده كردن جهان فرستاده شده اند.
اين تكنولوژي جديد توانايي آن را دارد كه تاثيري اساسي بر كشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتكنولوژي كه بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .
انتظار مي رود كه مقياس نانومتر به يك مقياس با كارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد كه روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .
نانوتكنولوژي مي تواند باعث گسترش فروش سالانه 300 ميليارد دلار براي صنعت نيمه هاديها و 900 ميليون دلار براي مدارهاي مجتمع ، طي 10 تا 15 سال آينده شود .
نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .
تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متكي به نانوتكنولوژي خواهد بود كه اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .
كاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي كاربردهاي فراواني هستند كه پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .
نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمك زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير هم چون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يك نوع انباره جريان گذرا با الكترودهاي نانولوله كربني كه اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد كه اين روش 10 بار كمتر از روش اسمز معكوس ، آب دريا را نمك زدايي مي كند .
انتظار مي رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و هم چنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود.
در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتكنولوژي كسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسكهاي سخت ، يك سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع كرده است .
Eastern Kodak و 3M تكنولوژي ساخت فيلمهاي نازك نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شركت Mobil كاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد كرده است و شركت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه كرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در كره ، در حال كار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي كربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يك بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيكها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.
نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي كه در اين عرصه بوقوع مي پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي هاي بي بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه اي كه در آينده اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.
نانو تكنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يك تيغ دولبه است كه مي توان از آن در مسير خير و صلاح و يا نابودي و فنا استفاده به عمل آورد. گام اول در راه بهره گيري از اين فناوري شناخت دقيق تر خصوصيات آن و آشنايي با قابليت هاي بالقوه اي است كه در خود جاي داده است. در خصوص نانو تكنولوژي يك نكته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در برگرفته ضخيمتر مي كند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.
كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولايي فرانكشتين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان كرد.
در حال حاضر 450 شركت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريكا و ژاپن با بودجه اي كه در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تكنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا كه كل طبيعت از همين ذرات تشكيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يك معنا شناخت بهتر نحوه شكل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني كه در اين قلمرو به كاوش مشغولند، به يك اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي كنند، اما از آنجا كه دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار كاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تكنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.
از جمله آن كه يك گروه از محققان شركت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يك صفحه از جنس نيكل جاي دهند و با كمك اين تك اتمها نامي را بر روي صفحه نيكلي درج كنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنكبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازك تر و مقاوم تر توليد كنند. در اين ميان ساخت يك نوع مولكول جديد كربن موسوم به باكمينسترفولرين يا كربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر كرد. محققان با كمك اين مولكول كه خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند كه مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يك ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي كه در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشكار كرده است. به عنوان مثال ذرات سيليكن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي كنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحكام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.
برخي شركتها از هم اكنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتكنولوژي را آغاز كرده اند. به عنوان نمونه شركت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي كند تا بر ميزان تاثير آنها بيفزايد. ساخت ديودهاي نوري با استفاده از مواد نانو موجب مي شود تا 80درصد در هزينه برق صرفه جويي شود. توپهاي تنيسي كه با كربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبكتر و مستحكمتر از توپهاي عادي است. شركتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد كرده اند كه با يك بار تكاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروكهايشان را زايل كرد. با همين يك بار تكان همه گردوخاكي كه به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاك مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده كه به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولكولي، پزشكان را مطلع مي سازند.
از همين نوع مواد هم چنين ليوانهايي توليد شده كه قابليت خود- تميزكردن دارند. لنزها و عدسي هاي عينك ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يك گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند كه درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد كنند كه سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناك نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نكته درباره موقعيت كنوني فناوري نانو آن است كه اكنون دانشمندان اين توانايي را پيدا كرده اند كه در تراز تك اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يك گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتكنولوژي بر اين اعتقادند كه مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به كاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي كنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آن چه كه در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشكافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.
يك گروه از محققان كه در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تكميل ابزارهاي ظريفي هستند كه هدف آن بررسي اوضاع و احوال درون سلول در زمان واقعي و بدون آسيب رساندن به اجزاي دروني سلول يا مداخله در فعاليت بخشهاي داخلي آن است. ابزاري كه اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند كه قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنكه هزاران پروتئيني را كه به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي كند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.
به عنوان نمونه يك گروه از محققان سرگرم تكميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند كه قادر خواهند بود مولكولهاي مورد نظر را شناسايي كنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند كه با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از كار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنكه بتوان از سلولها در حين فعاليت واقعي آنها اطلاعات مناسب به دست آورد، بايد شيوه تنظيم آزمايشها را مورد تجديدنظر اساسي قرار داد. سلولها در فعاليت طبيعي خود امور مختلفي را به انجام مي رسانند: از جمله انتقال اطلاعات و علايم و داده ها ميان خود، ردوبدل كردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يك گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبكه استفاده كرده اند كه ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امكان پذير مي سازد. هريك از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يك پادتن خاص يا يك اوليگو نوكلئو اسيد و يا يك بخش كوچك از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.
با كمك هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يك سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت كامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنكه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد كه مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي كند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از كار بيندازد. براي رفع مشكل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند كه چگالي يون آن كمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع كنند. يكي از اين ابزارها چنان كه اشاره شد يك فيبر نوري است كه ضخامت نوك آن 40 نانومتر است و بر روي نوك نوعي پادتن جا داده شده كه قادر است خود را به مولكول مورد نظر در درون سلول متصل سازد. اين فيبر نوري با استفاده از فيبرهاي معمولي و تراش آنها ساخته شده و بر روي فيبر پوششي از نقره اندود شده تا از فرار نور جلوگيري به عمل آورد. نحوه عمل اين فيبر نوري درخور توجه است.
از آنجاكه قطر نوك اين فيبر نوري، از طول موج نوري كه براي روشن كردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديكي نوك فيبر مجتمع مي شوند و يك ميدان نوري بوجود مي آورند كه تنها مي تواند مولكولهايي را كه در تماس با نوك فيبر قرار مي گيرند تحريك كند. به نوك اين فيبر نوري يك پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يك مولكول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوك فيبر را به درون يك سلول فرو مي كنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولكول فلورسان نوك فيبر، اين مولكول را كنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري كه از مولكول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري كه به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يك تك مولكول را در درون سلول مشاهده كنند.
مزيت بزرگ اين روش در آن است كه باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده كنند. نانو تكنولوژي هم چنين به محققان امكان مي دهد كه بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولكولهاي با چگالي بسيار كم را مشاهده كنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يك فركانس خاص از خود نور ساطع مي كنند و از اين نور مي توان براي مشخص كردن مجموعه اي از مولكولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده كرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يك گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تكميل كنند كه قادر است حركت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال كند و به دانشمندان در تشخيص نقايص زيست عصبي مدد رساند.
از ابزارهاي در مقياس نانو هم چنين مي توان براي عرضه مؤثرتر داروها در نقاط موردنظر استفاده به عمل آورد. در آزمايشي كه بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است كه حمله به سلولهاي سرطاني با استفاده از ذرات نانو 100برابر بازده عمل را افزايش مي دهد. محققان اميدوارند در آينده اي نه چندان دور با استفاده از نانو تكنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت كنترل خود درآورند. هم اكنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولكول دي ان اي را در درون سلول كنترل كنند. به اين ترتيب نانو تكنولوژي به محققان امكان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه كامل سازند.
در پايان مي توان گفت مفهوم جديد نانوتكنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غيرقابل پيش بيني تأثير بگذارد.

طب و بدن انسان :


رفتار مولكولي در مقياس نانومتر، سيستمهاي زنده را اداره مي‌كند. يعني مقياسي كه شيمي، فيزيك، زيست‌شناسي و شبيه‌سازي كامپيوتري، همگي به آن سمت درحال گرايش هستند.
نگرش‌هاي اخير به سمت استفاده از ابزارها و سيستمهاي نانوساختاري، پيشنهاد مي‌دهد كه فرآيند آزمايشگاهي كنوني توالي ژني(genome seuencing) و تشخيص ابراز ژن(gene expression) را به‌نحو شگرفي با استفاده از سطوح و ابزارهاي نانو ساختهnanofabricated) كاراتر بسازيم. افزايش يافتن قدرتمان براي ترسيم سرشت ژنتيكي يك فرد، روشهاي شناسايي و درمان را دگرگون مي‌كند.
فراتر از سهل‌شدن استفادة بهينه از دارو، نانوتكنولوژي مي‌تواند فرمولاسيون و مسيرهايي براي رهايش دارو(Drug Delivery) تهيه كند، كه به‌نحو حيرت‌انگيزي توان درماني داروها را افزايش مي‌دهد.
هم چنين افزايش قابليت‌هاي نانوتكنولوژيكي، به‌طور خاص مطالعات پايه‌ا‌ي زيست‌شناسي و پاتولوژي سلولي را تقويت خواهدكرد. در نتيجة پيشرفت ابزارهاي تحليل‌گر جديد كه قادر به شناسايي جهان نانومتر باشند، اين امر بسيار متحمّل خواهدبود كه بتوان خواص شيميايي و مكانيكي سلولها (ازجمله فرآيندهايي مثل تقسيم سلولي و غيـره) را اندازه‌گيـري و تغييـر داد. اين قابليت‌ها تكميل‌كنندة (و به شدّت پشتيباني‌كننده) تكنيكهاي مرسوم ميانگين كلّي در علوم حيات هستند.
مواد زيست‌سازگاري با كارآيي بالا، از توانايي‌مان در كنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزي معدني و آلي را مثل اجزاي فعّال، مي‌توان براي اعمال نقش تشخيصي (مثل ذرات كوانتومي كه براي مرئي‌سازي بكار مي‌رود) درون سلولها وارد نمود.
در آخر افزايش توان محاسباتي بوسيلة نانوتكنولوژي، ترسيم وضعيت شبكه‌هاي ماكرومولكولي را در محيط‌هاي واقعي ممكن مي‌سازد. اينگونه شبيه‌سازي‌ها براي بهبود قطعات كاشته‌شدة زيست‌سازگار در بدن و جهت فرآيند كشف دارو، الزامي خواهدبود.
يك پروندة همچنان مفتوح اين خواهدبود كه سيستم مراقبت‌هاي بهداشتي، چگونه با اين تحوّلات فنّاوري، تغيير خواهدنمود؟
دوام‌پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك
نانوتكنولوژي چندان كه ذكر شد، منجر به تغييرات شگرفي در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهدشد و پسآب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري‌هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواهدكرد.

محيط زيست :


علوم و مهندسي نانو، مي‌تواند تأثير قابل ملاحظه‌ا‌ي:
در درك مولكولي فرآيندهاي مقياس نانو كه در طبيعت رخ مي‌دهد
در ايجاد و درمان مسائل زيست‌محيطي از طريق كنترل انتشار آلاينده‌ها
در توسعة فنّاوري‌هاي سبزجديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند
ويا در جريانات و مناطق حاوي فاضلاب، داشته‌باشد.
لازم به ذكراست، نانوتكنولوژي توان حذف آلودگي‌هاي كوچك از منابع آبي (كمتر از 200 نانومتر) و هوا (زير 20 نانومتر) و اندازه‌گيري و تخفيف مداوم آلودگي در مناطق بزرگتر را دارد.
به‌منظور شتاب‌گرفتن درك جامع از نقش زيست‌محيطي پديده‌هاي در مقياس نانو، لازم است دانشمندان و مهندسيني كه خواص بنيادي نانوساختارها را بررسي مي‌كنند، با كساني كه براي درك فرآيند پيچيدة محيط زيست تلاش مي‌كنند، كار نمايند. نانوساختارهاي مدل را مي‌توان بررسي كرد، ولي در همة اين موارد، بايستي تحقيقات را با توجّه به نحوة ارتباطش با محيط زيست واقعي در طبيعت، يا مصارف مفيد زيست‌محيطي آن، تنظيم كرد. محيط زيست‌هاي تحقيقاتي محدود نيست و مي‌تواند شامل مناطق مثل معادن اسيدي، سفره‌هاي زيرزميني و يا مناطق قطبي باشد.
انرژي
:


نانوتكنولوژي به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ي مي‌تواند كارآيي، ذخيره‌سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار دهد. چند فنّاوري جديد كه بدون استفاده از نانوتكنولوژي ايجاد شده‌اند، ولي از نانوساختارها سود مي‌برند، عبارتند از :
افزايش كارآيي تبديل انرژي خورشيدي به انواع مفيد انرژي
سلولهاي سوختي بسيار كارا،ازجمله ذخيره‌سازي هيدروژن در نانولوله‌ها
يك برنامه‌ درازمدت در صنعت شيميايي براي استفاده از مواد بلوري بعنوان تكيه‌گاه كاتاليستي، براي كاهش مصرف انرژي و آلودگي، كاتاليست‌هايي با قطر سوراخ كاملا تعريف‌شدة حدود 1 نانومتر را نتيجه داده‌است. كاربرد اين مواد، اساس يك صنعت بالغ بر 30 ميليارددلار در سال در زمان حال را تشكيل مي‌دهد (صفحة 84، NNI: The Initiative and Its Implementation Plan).
MCM-41 مادة نيمه‌متخلخل منظّمي است كه صنعت نفت آن را ساخته‌است. (اين ماده بانام تك‌لايه‌هاي خود چيدمان روي تكيه‌گاههاي نيمه‌متخلخل (SAMMS) نيز شناخته مي‌شود.) اين ماده با قطر سوراخ 10 الي 100 نانومتر هم‌اكنون بطور وسيعي براي حذف آلودگي‌هاي فوق‌العاده كوچك استفاده مي‌شود (رجوع كنيد به كار انجام‌شده در آزمايشگاه ملّي Pacific Northwest در نشرية Nanotechnology Research Direction ، سال 2000، صفحات 218-216).
شركتهاي مواد شيميايي زيادي، مواد پليمري تقويت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه مي‌تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گستردة اين نانوكامپوزيت‌ها مي‌تواند در مدّت عمر كاري خودروهايي كه در يكسال توليد مي‌شوند، 5/1 ميليارد ليتر صرفه‌جويي مصرف بنزين به‌همراه داشته‌باشد؛ كه بدين طريق سالانه بالغ بر 5 ميليارد كيلوگرم از انتشار دي‌اكسيدكربن كاسته خواهدشد.
انتظار مي‌رود تغييرات عمده‌ا‌ي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي‌توان نيمه‌هادي‌هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني (LEDها) جهت روشنايي را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در ايالات متحده، تقريبا20% كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي‌شود. در 10 تا 15 سال مطابق پيش‌بيني‌ها، پيشرفتهايي از اين دست مي‌تواند مصرف جهاني را بيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارددلار در سال صرفه‌جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به‌همراه خواهدداشت (صفحات 93-92، NNI: The Initiative and Its Implementation Plan).
جايگزيني كربن‌بلاك در تايرها با نانوذرات تشكيل‌شده از بتونه‌ها و پليمرهاي معدني، فنّاوري جديدي است كه به توليد تايرهاي ضد آب و سازگار با محيط‌زيست منتهي مي‌شود.

آب :


جمعيت جهان در حال افزايش و منابع آب آشاميدني در حال كاهش است. سازمان ملل پيش‌بيني مي‌كند كه در سال 2025، 48 كشور جهان (معادل 32% جمعيت جهان) دچار كمبود آب آشاميدني باشند (صفحة 95، NNI: The Initiative and Its Implementation Plan). تخليص و نمك‌زدايي آب از زمينه‌هاي مورد توجّه در دفاع پيشگيرانه و امنيت زيست‌محيطي است، چراكه در سطح جهان ممكن است در آينده با مشكل كمبود آب مواجه شويم. استفاده از آب شرب با دو برابر سرعت افزايش جمعيت و كمبود حاصله –كه بر اثر آلودگي نيز تشديد مي‌شود- افزايش مي‌يابد. دستگاههايي به كمك نانوتكنولوژي ساخته شده‌اند، كه آب دريا را با انرژي 10 برابر كمتر از دستگاه هنرمندانه اسمز معكوس و لااقل 100 برابر كمتر از تقطير، نمك‌زدايي مي‌كنند.هم اكنون تجربياتي كه اين تخمين‌ها را پشتيباني ماند.

كشاورزي :


نانوتكنولوژي مستقيما " از چند طريق در پيشرفت كشاورزي سهيم خواهدبود :
مواد شيميايي زيست تخريب‌پذير، كه براي تغذية گياه يا حفظ آن در برابر حشرات به شكل مولكولي طرّاحي شده‌اند.
ارتقاي ژنتيكي گياهان و حيوانات.
انتقال ژنها و دارو به حيوانات.
فنّاوريهاي تست DNA از نوع نانوآرايه‌ا‌ي، به يك دانشمند، مثلا " اين امكان را مي‌دهد كه بفهمد در يك گياه در صورت مواجهه با تنش شوري يا خشكسالي، چه ژني ابراز مي‌شود.
كاربردهاي نانوتكنولوژي در كشاورزي تازه شروع به بررسي شده‌است.

اكتشافات فضايي :


محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و اشتياق فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد (كه انرژي خورشيدي به شدّت ناچيز است)، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب‌ناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده‌است.
"نانوساختن "(nanofabrication) هم چنين در طرّاحي و ساخت مواد سبك‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنياز براي هواپيماها، راكت‌ها، ايستگاههاي فضايي و سكّوهاي اكتشافي سيّاره‌ا‌ي يا خورشيدي، تعيين‌كننده است.
هم چنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با نظر به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو –كه در زمين ساختنشان ممكن نيست- در فضا خواهدشد.

امنيت ملّي :


مصارف دفاعي عبارتند از :
تفوّق پي‌درپي اطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي
امكان آموزش مؤثّر تر نيرو، به كمك سيستمهاي واقعيت مجازي پيچيده‌تر حاصله از الكترونيك نانوساختاري
استفادة بيشتر از اتوماسيون و رباتيك پيشرفته براي جبران كاهش نيروي انساني نظامي، كاهش خطر براي سربازان و بهبود كارآيي خودروهاي نظامي
دستيابي به كارآيي بالاتر (وزن كمتر و قدرت بيشتر) موردنياز در صحنه‌هاي نظامي و در عين‌حال تعداد دفعات نقص فنّي كمتر و هزينة كمتر در عمر كاري وسيلة نظامي
پيشرفت لازم در امر شناسايي و در نتيجه مراقبت عوامل شيميايي، زيستي و هسته‌ا‌ي
بهبود طرّاحي در سيستمهاي مورد استفاده در كنترل و مديريت عدم تكثير سلاحهاي هسته‌ا‌ي
تلفيق ابزارهاي نانو و ميكرومكانيكي جهت كنترل سيستمهاي دفاع هسته‌ا‌ي
در بسياري موارد، فرصتهاي اقتصادي و نظامي مكمّل هم هستند. كاربردهاي درازمدت و شديد نانوتكنولوژي در زمينه‌هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.

حركت به سمت بازار :


از آنجا كه اقتصاددانان هنوز بطور واقعي تحقيق روي نانوتكنولوژي را آغاز نكرده‌اند، ديدگاههايشان تا حدّي غيرقطعي و بر مبناي تجربة فنّاوري‌هاي پيشين است. الگوي متداول اينست كه كاربردهاي جديد، ابتدا گرانتر از فنّاوريهاي موجود، ولي با كارآيي بهتر خواهدبود. با اين حال، فنّاوري‌هاي كاملا " جديد مثل توليد مواد شيميايي براي توليد انبوه مدارات نانوالكترونيك در مقايسه با روشهاي فعلي ليتوگرافي ميكروالكترونيك مي‌تواند ارزانتر هم باشد. رويهم‌رفته نانوتكنولوژي مزاياي اساسي چون كوچكتر، سريعتر، قوي‌تر، ايمن‌تر و مطمئن‌ترشدن را عرضه مي‌كند. در چنين زماني، نياز به سرمايه‌گذاري روي تجهيزات توليدي جديد و به ميزباني صنايع كمكي‌ا‌ي كه مواد خام، اجزاء و ماشينهاي ساخت را تأمين مي‌كنند، خواهدبود. از آنجا كه دستيابي به محاسبات اقتصادي مقياسهاي توليدي بزرگ و بهبود اكثر روشهاي ساخت كارا، مستلزم زمان خواهدبود؛ به‌نظر مي‌رسد قيمتها در ابتدا تا حدّي بالا باشد.
به اين دليل، اجناس و خدمات نانوتكنولوژيكي احتمالا " ابتدا به بازارهايي كه كيفيت به‌طور خاصي مهم است و قيمت از درجة دوم اهميت برخوردار است، راه خواهديافت؛ مثل مصارف پزشكي و اكتشافات فضايي. تجربة كسب‌شده در اين زمينه، ترديدهاي فنّي و توليدي را پايين آورده و عرضة اين فنّاوري‌ها را به موقعيت بازار، ممكن مي‌سازد. مشابها " در بخش خصوصي، انتقال فنّاوري احتمالا " از سمت موارد متكي بر كيفيت (مثل داروسازي) به موارد متكي بر قيمت (مثل كشاورزي) خواهدبود. با رشدكردن فنّاوري، قيمت كاهش مي‌يابد و در نتيجه بازار گسترش پيدا مي‌كند، حتّي در جاهايي كه كارآيي تعيين‌كننده نيست.
جايگزيني يك فنّاوري با يك نوع جديد از آن، طبعا " هم آهسته و هم ناكامل است. اين جايگزيني به آن اندازه كه نانوتكنولوژي حوزة فنّي خود را گسترش دهد و احتمالا " قيمت خود را كاهش دهد، شتاب خواهدگرفت. علاوه بر اين، نانوتكنولوژي احتمالا " به صورت يك نتيجة قطعي ولي ثانويه، موجب ابتكاراتي در فنّاوري‌هاي قديمي براي قابل رقابت‌تركردن نيز خواهدشد؛ گسترش و اثر نانوتكنولوژي به‌طور جزئي تابع پيشرفتهاي فنّاوري‌هاي مكمّل و وجود شبكه‌ا‌ي از مصرف‌كنندگان خواهدبود. صنايعي كاملا " جديد (و دانشمندان وتكنيسين‌هايي كارآموخته براي تأمين نيروي انساني آنها) بايستي بوجود آيد. در اين مسير، موانع زيادي خواهدبود كه راه‌كارهاي معمولي تجاري قادر به فائق‌آمدن بر آنها نخواهدبود. دولت در اين بين، نقشي مهم در سرمايه‌گذاري در تحقيقات درازمدت، پرخطر و داراي دستاوردهاي بالا دارد، كه براي ايجاد اين صنايع جديد و اطمينان‌يافتن از سازگاري آنها با مقاصد اجتماعي وسيع‌تر، الزامي خواهد بود.
حمايت فدرال از طرح پيشگامي ملّي نانوتكنولوژي براي تواناسازي ايالات متحده به بهره‌گيري از مزاياي اين فنّاوري راهبردي و باقي‌ماندن در صحنة رقابت تجاري جهاني، در آينده لازم است. برنامه‌هاي تحقيقاتي فشرده روي نانوتكنولوژي در ديگر كشورهاي صنعتي شروع شده‌است. هم اكنون:
ايالات متحده، رهبري جنبه‌هاي سنتزي، مواد شيميايي و زيستي را بر عهده دارد؛ ولي در تحقيقات روي نانوابزارها و توليد آنها، مهندسي فوق‌العاده ظريف، سراميك‌ها و ديگر مواد ساختماني، عقب افتاده است
ژاپن در نانوابزارها و نانوساختارهاي مركب جلو است
و اروپا در مخلوطهاي معلّق، روكش‌ها و ابزارهاي جديد قوي مي‌باشد.
3- نانوتكنولوژي و برهم‌كنش‌هاي اجتماعي

ادامه دارد...