نانوتکنولوژي در علوم زمين

[Consul 141]

يک نانومتر يک ميلياردم متر (10-9 m) است. اين مقدار حدود چهار برابر قطر يک اتم است. مکعبي با ابعاد 5/2 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترين آي سي هاي امروزي با ابعادي در حدود 250 نانومتر در هر لايه به ارتفاع يک اتم، حدود يک ميليون اتم را در بردارند. در مقايسه يک جسم نانومتري با اندازه‌اي حدود 10 نانومتر، هزار برابر کوچکتر از قطر يک موي انسان است. امکان مهندسي در مقياس مولکولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman) ، برنده جايزه نوبل فيزيک مطرح شد. فاينمن طي يک سخنراني در انستيتو تکنولوژي کاليفرنيا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مباني فيزيک، امکان ساخت اتم به اتم چيزها را رد نمي‌کند. وي اظهار داشت که مي‌توان با استفاده از ماشين هاي کوچک ماشين هايي به مراتب کوچکتر ساخت و سپس اين کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارتهاي افسانه وار فاينمن راهگشاي يکي از جذاب ترين زمينه‌هاي نانو تکنولوژي يعني ساخت روبات هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشکري از نانو ماشينهايي در ابعاد ميکروب که هر کدام تحت فرمان يک پردازنده مرکزي هستند، هر دانشمندي را به وجد مي‌آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريک درکسلر (E.Drexler) اين روباتها يا ماشينهاي مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزي به هر شکل دلخواهي در مي‌آيند.
نانوتکنولوژي، عرصة مهمي در علم و فناوري است که در سالهاي اخير توجه کشورها، بنگاهها، مراکز آموزشي و پژوهشي و محققان را به خود جلب نموده است. حضور در اين عرصه براي کشورها اجتناب‌ناپذير بوده و براي کشور ما نيز ضرورت دارد. با توجه به کاربردهاي مهم اين صنعت در علوم زمين به خصوص نفت، معدن و محيط زيست، بررسي اين کاربردها و گسترش تحقيق و مطالعه در اين زمينه بسيار ضروري به نظر مي رسد.
هدف از تهيه اين گزارش معرفي نانوتکنولوژي، کاربردهاي آن در علوم زمين و جايگاه اين صنعت در دنيا و ايران مي باشد.

[Consul 141]

كامپيوترها اطلاعات را تقريبا بدون صرف هيچ هزينه اي باز توليد مي نمايند. اقداماتي در دست اجراست تا دستگاه هايي ساخته شوند كه تقريبا بدون هزينه، شبيه عمل بيتها در كامپيوتر، اتمها را به صورت مجزا بهم اضافه كنند (كنار هم قرار دهند)؛ اين امر ساختن اتوماتيك محصولات را بدون نيروي كار سنتي همانند عمل كپي در ماشينهاي زيراكس ميسر مي سازد. صنعت الكترونيك با روند كوچك سازي احيا مي گردد وكار در ابعاد كوچكتر منجر به ساخت ابزاري ميشود كه قادر به دستكاري اتمهاي منفرد مثل پروتئينها در سيب زميني و همانندسازي اتمهاي خاك، هوا و آب از خودشان ميگردد. پيوند علم مواد، شيمي و علوم مهندسي كه نانوتكنولوژي ناميده مي شود، عرصه اي را بوجود مي آورد كه ماشين آلات خود تكثيركننده و محصولات خودشان با تجمعي از اتمهاي اوليه ارزان ساخته شوند. نانوتكنولوژي توليد مولكولي يا به زبان ساده‌تر، ساخت اشيا اتم به اتم، مولكول به مولكول توسط بازوهاي روبات برنامه‌ريزي شده در مقياس نانومتريك است و نانومتر يك ميلياردم متر است (پهناي معادل با 3 تا 4 اتم). نانوتكنولوژي ساخت ابزارهاي نوين مولكولي منحصر به فرد با بكارگيري خواص شيميايي كاملا شناخته‌شده اتمها و مولكولها (نحوه پيوند آنها به يكديگر) را ارائه مي‌دهد. مهارت مطرحه در اين تكنولوژي دستكاري اتمها بطور جداگانه و جاي دادن دقيق آنان در مكاني است كه براي رسيدن به ساختار دلخواه و ايده‌آل موردنياز مي‌باشد. اين قابليت تقريبا حاصل شده است. بازده پيش‌بيني شده از تسلط بر اين تكنولوژي بسيار فراتر از موفقيتهايي است كه تاكنون انسان بدانها نائل شده است. قابليتهاي محتمل تكنيكي نانوتكنولوژي عبارتند از:
• محصولات خوداسمبل
• كامپيوترهايي با سرعت ميلياردها برابر كامپيوترهاي امروزي
• اختراعات بسيار جديد (كه امروزه ناممكن است)
• سفرهاي فضايي امن و مقرون به صرفه
• نانوتكنولوژي پزشكي كه درواقع باعث ختم تقريبي بيماريها، سالخوردگي و مرگ و مير خواهد شد.
• دستيابي به تحصيلات عالي براي همه بچه‌هاي دنيا
• احياي مجدد بسياري از حيوانات و گياهان منقرض‌شده
• احيا و سازماندهي اراضي
دكترDrexler در همايش جهاني نظام علمي در زمينه نانوتكنولوژي اظهار كرده است: "در جهان اطلاعات ، تكنولوژيهاي ديجيتالي كپي‌برداري را سريع، ارزان، كامل و عاري از هزينه‌بري يا پيچيدگي محتوايي نموده‌اند. حال اگر همين وضعيت در جهان ماده اتفاق بيافتد چه مي‌شود. هزينه توليد يك تن
‌تري بيت تراشه‌هاي RAM تقريبا معادل با هزينه بري ناشي از توليد همان مقدار فولاد مي‌شود." دكترSmalley رئيس هيات تحقيقاتي دانشگاه رايس و كاشف Buckyballs مي‌گويد: "نانوتكنولوژي روند زيانبار ناشي از انقلاب صنعتي را معكوس خواهد كرد". در مقدمه مقاله نانوتكنولوژي كه توسط آقايان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنين آمده است:" تصور كنيد قادريد با نوشيدن دارو كه در آب ميوه مورد علاقه‌تان حل شده است، سرطان را معالجه كنيد. يك ابر كامپيوتر را كه به اندازه يك سلول انسان است در نظر بگيريد. يك سفينه فضايي 4 نفره كه به دور مدار زمين مي‌گردد با هزينه‌اي در حدود يك خودروي خانوادگي تجسم كنيد. موارد فوق، فقط تعداد محدودي از محصولات انتظار رفته از نانوتكنولوژي هستند. انسان در معرض يك انقلاب اجتماعي تسريع شده و قدرتمند است كه ناشي از علم نانوتكنولوژي است. در آينده نزديك گروهي از دانشمندان قادر به ساخت اولين آدم آهني با مقياس نانومتري مي‌گردند كه قادر به همانندسازي است. طي چند سال با توليد پنج ميليارد تريليون نانوروبات، تقريبا تمامي فرايندهاي صنعتي و نيروي كار كنوني از رده خارج خواهند شد. كالاهاي مصرفي به وفور يافت‌شده، ارزان، شيك و با دوام خواهند شد. دارو يك جهش سريع و كوانتومي را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهاي فضايي و همانندسازي امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به اين دلايل و دلايلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت.

[Consul 141]

مكانيك مولكولي
هر فناوري توليدي بايد بتواند اتمها را از جايي كه هستند، به جايي كه ما مي‌خواهيم باشند، حركت دهد. بنابراين، چگونگي حركت اتمها و نيروهاي اثرگذار روي آنها در طول حركت، رشته‌ا‌ي حياتي در مطالعه نانوتكنولوژي محسوب مي شود. اين رشته، مكانيك مولكولي ناميده مي‌شود.

مکانيک مولکولي


رابطه بنياد‌ي سختي و بي‌ثباتي مكاني

خودهمانندسازي
انديشة اساسي دوم در نانوتكنولوژي، خودهمانندسازي است. تئوري دور و تكرار (recursion theorem) مبناي سيستمهاي خودهمانندساز است.
كنترل مكاني، سختي و انعطاف‌پذيري
يك ايده اساسي در نانوتكنولوژي، كنترل مكاني است؛ كه با ابزارهاي رباتيك كاملا استاندارد قابل حصول است. تفاوت عمده ابزارهاي رباتيك مرسوم با انواع مولكولي، مساله پارازيت حرارتي است. در مقياس مولكولي، ذرات به دليل حركت براوني درحال جست‌وخيز هستند. براي كنترل اين مساله، ذرات را بايستي محكم نگهداشت، يعني يك نيروي برگرداننده بايد وجود داشته‌باشد كه براي بازگرداندن ذرات به موقعيت تعادلي، در صورت انحراف عمل كند (تعريف موجزي از "كنترل مكاني"، همين وجود نيروي برگرداننده است). نيروي برگرداننده معمولا به صورت تابع خطي جابجايي فرض مي‌شود:
نيروي برگرداننده = جابجايي× Ks
ثابت Ks معياري از سختي سيستم است. هرچه سختي بيشتر باشد، نيروي برگرداننده بزرگتر و انحراف سيستم از موقعيت تعادلي، كوچكتر مي‌شود. رابطه بنياد‌ي سختي و بي‌ثباتي مكاني در شکل 2 نشان داده شده است.
سختي يك ساختار را از هندسه و خواص مواد آن مي‌توان تعيين كرد.

[Consul 141]

نانوتكنولوژي يا كنترل مواد در مقياس مولكولي، گشايش اسرار طبيعت در تمام عرصه ها از مهندسي تا پزشكي را نويد ميدهد. در آينده اي نه چندان دور، در خانه هاي جديد آجرها ممكن است هنگامي كه تركي درآنها ظاهر ميشود، خودشان را تعمير كنند. ماشينها نيز ممكن است با لايه اي به استحكام الماس پوشانده شوند كه آنها را در برابر خراشها محافظت ميكند. پزشكان نيز خواهند توانست صدها نوع بيماري را تنها با قراردادن يك قطره خون در يك دستگاه تشخيص داده و پس از چند ثانيه نتيجه را دريافت كنند.
نانوتكنولوژي در جهاني بسيار كوچك كنترل ميشود. هدف نانوتكنولوژي ساخت اشيا، اتم به اتم، مولكول به مولكول و با يك رويكرد از پايين به بالاست، راهي كه طبيعت ميليونها سال است انجام ميدهد. نانو يك پيشوند علمي است كه به معني "يك ميلياردم" است و حوزه نانوتكنولوژي در حدود ميلياردم متر است، ابعادي كه در آن اتمها با هم تركيب شده و مولكولها روي هم اثر متقابل دارند. هدف اين است كه اگر بشر بتواند به اتمها بگويد كه چه طور خودشان را مرتب كنند و چگونه رفتار كنند، بسياري از خواص يك ماده قابل كنترل ميگردد. همان طور كه در طبيعت اتمهاي كربن موجود در زغال سنگ را با تغيير دادن ترتيب قرار گرفتن آنها به الماس تبديل ميكنند، بنابراين خواصي مانند رنگ، استحكام و شكنندگي نيز در سطح اتمي قابل تعيين خواهند بود. دانشمندان بر اين عقيده اند كه اگر بتوانند يك آجر را اتم به اتم بسازند، مولكولهايش را نيز ميتوان طوري تعليم داد تا هنگامي كه يك ترك ظاهر ميشود آن را تعمير كنند يا اينكه با كم يا زياد كردن تخلخل، خود را با شرايط مرطوب هوا وفق دهند.
بنابراين نانوتكنولوژي اميد ساخت هر چيز قابل تصور را، از كوچكترين جرثقيل ها و موتورها گرفته تا لايه هاي خود اسمبل پلاستيكي يا فلزي، مي دهد. براي نخستين بار در تخيلات علمي، به لطف پيشرفت هاي اخير ديدن جهان در مقياسهاي نانو اين سناريوها درست و معقول به نظر مي رسند. انواع جديد ميكروسكوپ ها و برنامه هاي قدرتمند كامپيوتري شبيه ساز كه در 10 سال اخير توسعه پيدا كرده اند، نانوتكنولوژي را دچار يك نوع انقلاب نموده اند. ميكروسكوپ ها نه تنها به دانشمندان اجازه ميدهند كه اتم ها را بينند، بلكه به آنها اجازه مي دهند كه حتي آنها را جا به جا بكنند، همانطور كه در آزمايش مشهور سال 1990 دانشمندان مركز تحقيقاتي Almaden وابسته بهIBM ، لغت "IBM" را توسط 35 اتم زنون نوشتند. امروزه يك تيم از فيزيكدانان IBM يك پيشرفت ديگر را اعلام كردند كه مدارات در مقياس اتمي را به واقعيت نزديكتر ميكند. اين پيشرفت كه "سراب كوانتم"1 نام گرفته است نشان ميدهد كه اطلاعات ميتوانند در ميان اجسام جامد بدون نياز به سيم حركت كنند. اسباب جديد عبارتند از: "چشمان، انگشتان و پنس ها" كه در جهان نانو ميتوانند كار كنند. Evgene Wang، معاون مهندسي بنياد ملي علوم آمريكا، به اعضا مجلس نمايندگان طي گزارشي در مورد نانوتكنولوژي گفت: "نانوتكنولوژي نويد جذب تعداد فزاينده اي از علاقمندان به علم، دولت و صنايع خصوصي را مي دهد."

[Consul 141]

ايالات متحده در طي سال 1999 حدود 260 ميليون دلار در اين تكنولوژي سرمايه گذاري كرده است. گروهIWGN پيش بيني ميكند كه نانوتكنولوژي موجب پيشرفت در زمينه هايي مانند تكنولوژي اطلاعات، پزشكي، علوم زيست، صنعت خودرو، انرژي و امنيت ملي خواهد شد.
اين گروه موارد زير را امكان پذير مي بيند:
• در پزشكي، نانو ذراتي كه به توزيع آسان دارو در قسمتهاي بدن كمك ميكنند. اين وسايل به اصطلاح كوچك كه از دارو ساخته شده اند با لايه هايي از نانو ذرات پوشيده شده اند و مي توانند به قسمتهاي مختلفي از بدن برسند و بيماريهاي از قبيل سرطان را درمان كنند. غدد پروستات و قطعات مصنوعي نيز ممكن است، با اين نانو ذرات پوشيده شوند تا از عكس العملهاي ناخواسته جلوگيري كنند. پيشرفت در تشخيص بيماريها نيز قابل پيش بيني است، همانطور كه دستگاههاي جديدي كه بر اساس تشخيص DNA يا پروتئين پايه گذاري شده اند و مي توانند از مقدار ناچيزي خون به طور همزمان وجود چندين بيماري را تشخيص بدهند.
• در صنايع الكترونيكي، توليد كامپيوترهاي سريعتر و بهتر در اندازه هاي بسيار كوچك مدنظر است. هم اكنون يك هد مغناطيسي با اندازة حدود نانو توليد شده كه اطلاعات را از ديسك سخت مي خواند. همچنين تراشه هاي حافظه با اندازة نانو مدنظر هستند كه قدرت ذخيره اي برابر با هزاران تراشه فعلي را دارا خواهند بود.
• در علوم زيست محيطي، غشاهاي نانويي فيلترهايي براي سد نفوذ آلودگيها هستند و همچنين قادر خواهند بود تا آلودگيها را با روشهاي شيميايي يا بيولوژيكي پيدا كرده و برطرف كنند. بسياري چالشها تا بيش از اينكه دانشمندان بتوانند پرده از راز جهان در مقياس نانو بردارند، باقي خواهد ماند. طبق گزارش اخير كه توسط گروه IWGN ارائه شده است: اين عرصه، امروز تقريبا همان جايي است كه علم و تكنولوژي بدنبال ترانزيستورها در اواخر دهه هاي 1940 و 1950 قرار داشت." اما با در دست داشتن ابزارهاي جديد براي ديدن اشيا كوچك، آزمايشگاه ها در كشور كم كم به اين مطلب پي مي برند كه چگونه اتمها و مولكولها در يك ماده مرتب ميشوند. تعدادي از آزمايشگاهها ياد مي گيرند كه چگونه مولكولها را در الگوهاي خاص مانند هرم يا چند ضلعي، خود اسمبل كنند. اين مطلب به عنوان يك گام مهم در جهت ساختن مواد نو توسط اتم با اتم به شمار ميرود. دانشمندان اميدوارند به زودي بتوانند موادي از نانو تيوب هاي كربني بسازند كه ترتيب قرار گرفتن
اتمهاي كربن در آن مانند قرار گرفتن مدادها در داخل يك جعبه است. چنين موادي يك- ششم دانسيته فولاد را خواهند داشت و مقاومت آنها 50 الي 100 برابر است. آقاي Richard Smalley، كسي كه در دانشگاه Rice روي نانو تيوبها كار مي كند، مي گويد: ما مي دانيم كه چگونه آنها را به صورت خود اسمبل بسازيم و اين كه چگونه مواد ديگر را بپوشانند. اين نانو تيوب هاي كربني، مطابق بسياري از پيش بيني ها يك روز تمام چيزها از ماشين تا هواپيما را مي پوشاند تا به سطوح آنها استحكام و مقاومت و در نتيجه عمر بيشتري بدهد.
طبيعت براي ميليونها سال صاحب نانوتكنولوژي بوده است و دانشمندان مانند Smalley عقيده دارند كه ميتوان مطالب بسياري را با نگاه كردن به سلولها آموخت. او مي گويد كه تمام آنزيمها در سلولهاي ما نانوماشينهايي هستند كه وظايف منحصر به فردي را جهت تكامل و رشد انجام ميدهند.

[Consul 141]

تعريف دورانديشي در فناوري
در زبان فارسي دورانديشي دو مفهوم تشخيص و تصميم را در برداشته و معادل مناسبي براي كلمه انگليسي Technology Foresight مي باشد. تعريف جامعي كه در اين زمينه ارائه شده است عبارتست از «تلاشي منظم براي دانش، فناوري و اقتصاد آينده جامعه؛ با هدف شناسايي" فناوري هاي عام نوظهور" و تقويت حوزه هاي تحقيقات راهبردي براي كسب بيشترين منافع اقتصادي، اجتماعي و زيست محيطي».

اهميت دورانديشي در فناوري
تجربه هاي گذشته توسعه فناوري هاي مختلف نشان داده است که نداشتن دورانديشي در زمينه فناوري هاي در حال توسعه و نداشتن آمادگي كافي براي مواجهه با گسترش آنها لطمات جبران ناپذيري به دولت ها و ملت ها زده است. بنابراين در دنياي كنوني كه سرعت تحولات و پيشرفت ها به بيشترين مقدار خود تا بحال رسيده است، داشتن دورانديشي براي مواجهه با آينده در همه زمينه ها ضروريست.
دورانديشي، آمادگي براي آينده است تا با شناخت فرصت ها و تهديدهاي احتمالي، شرايط لازم براي دستيابي هرچه بهتر به سود رقابتي، بهبود كيفيت زندگي و توسعه پايدار مشخص شود. در حقيقت دورانديشي يك ابزار لازم براي بقاء در آينده (به مفهوم قابل قبول آن يعني پيداكردن جايگاه مناسب در آينده، حفظ ارزش ها و آرمان هاي خود ) و دفع خطرات و تهديدها و استفاده از فرصت هاي پيش رو است.
در راستاي اين تلاش و پس از مشخص كردن فناوري هاي عام نوظهور بايد آن دسته از بخش هاي زيربنايي تحقيقات راهبردي را كه علاوه بر احتمال سوددهي اقتصادي و اجتماعي بيشتر، نقشي كليدي در امنيت ملي و رشد اقتصادي كشور بازي مي كنند، جستجو كرد.
اما وقتي حرف از آينده مي شود، نظرات افراد و گروه ها و همچنين گزينه هاي پيش رو ممكن است بسيار زياد و متفاوت باشد كه نمي توان به همه آنها جامه عمل پوشاند. بنابراين جهت استفاده بيشتر از اين نظرات و گزينه ها روش هايي را براي مدون كردن و ارزيابي آنها بکار گرفته مي شود.
روش هاي دورانديشي در فناوري
با بكار بردن روش هاي دورانديشي مي توان در يك سازمان يا يك كشور يك ديدگاه مشترك ايجاد كرد و بدينوسيله به يك وفاق عمومي رسيد. اهميت چنين همكاري يا وفاقي در سطح همه ارگانهاي يك كشور يا يك سازمان و هم سو شدن همه نهادهاي تأثيرگذار در جهت رسيدن به يك هدف مشترك بر همگان روشن است.
در اين روش ها معمولا سعي مي شود معيارهايي كلي براي ارزيابي تعيين گردد و در هر مورد فناوري مورد نظر با اين معيارها سنجيده شود. اين روش ها سعي مي كنند نقاط تاريك و مبهم اين فناوري ها را هرچه بيشتر روشن كنند تا ارزيابي ساده تر و دقيق تر انجام شود.
يكي ديگر از دلايل استفاده از روش هاي دورانديشي، دانستن زمان تغييرات در آينده است. البته منظور از زمان در سطوح مختلف متفاوت است، مثلا در كشاورزي منظور از زمان، هنگام وقوع چرخه تغييرات است و در صنعت مفهوم زمان پشت سرهم بودن تغييرات تلقي مي شود، يعني كداميك زودتر از ديگران به وقوع مي پيوندد. با بکار بردن روش هاي دور انديشي مي توان زمان رخ دادن تغييرات مهم در صنعت و به طور کلي نوع زندگي بشر و نيز ترتيب انجام اين تغييرات را بدست آورد.
روش هاي مهمي که تا بحال براي انجام دور انديشي از آنها استفاده شده است عبارتند از:
1. روش دلفي

[Consul 141]

بخش هاي مختلف دور انديشي در فناوري
در ديدگاه سنتي، تنها مناسب بودن فناوري براي انجام وظايف مورد نظر و دوره بازگشت سرمايه آن مورد توجه قرار مي گيرد و در نظر گرفتن تاثيرات اجتماعي و آثار آن بر بخش هاي مختلف زندگي بشر معمولا فراموش مي شود.
اما اين شيوه نمي تواند مسائل مربوط به توسعه يك فناوري در آينده را بطور كامل در نظر بگيرد, چرا كه معمولا دامنه تغييرات گسترده است و ايجاد يك تحول يا توسعه يك فناوري اثرات عميقي در زمينه هاي ديگر و علوم انساني مي گذارد.
بنابراين بنظر مي رسد دورانديشي در دو بخش بايد انجام شود:
1. محصولاتي كه اين فناوري براي ما در آينده توليد خواهد كرد.
2. تأثيراتي كه اين فناوري بر روي زندگي انسان ها خواهد داشت از قبيل تأثيرات اجتماعي، تأثير بر سلامتي، محيط و سيستم حمل ونقل مواد.
پس از دورانديشي يك فناوري مراحل برنامه ريزي و تلاش براي رسيدن به اهداف بدست آمده در دورانديشي آغاز مي شود.

نانوتکنولوژي
نانوتکنولوژي يکي از فناوري هاي جديد است که آينده بسيار روشني براي آن پيش بيني مي شود. گستردگي دامنه تاثير اين فناوري بسيار زياد بوده و گفته مي شود اين فناوري مي تواند بيشتر جنبه هاي زندگي بشر را تحت تاثير قرار دهد. از اين جهت بکارگيري شيوه برخوردي مناسب با اين پديده و داشتن شناخت کافي از زمينه هاي مختلف آن بسيار مهم است.
درخت نانوتکنولوژي
ضرورت انجام اين تقسيم بندي، ايده ترسيم يک درخت براي نانوتکنولوژي را به ذهن نزديک مي کند. درخت نانوتکنولوژي کليه جزئيات مربوط به اين فناوري اعم از واحدهاي سازنده نانويي، محصولات، سيستم هاي نانويي، ابزار و غيره را مي تواند در بر داشته باشد.
گنجاندن همه اين بخش ها در يک تقسيم بندي به شيوه مناسب به وسعت ديد و احاطه زيادي نياز دارد. چرا که اين فناوري در حال گسترش است و بطور پياپي براي هر قسمت کاربردهاي بيشتري پيدا مي شود يا ارتباطات جديدتري کشف مي گردد. بهمين دليل اين درخت نيز بايد بطور مداوم تصحيح و کامل تر شود.
دورانديشي در نانوتکنولوژي
با توضيحات داده شده بديهي است که دورانديشي در نانوتکنولوژي ضروريست و گستردگي دامنه تاثيرات اين فناوري در زندگي بشر ضرورت آن را بيشتر مي کند. تا بحال کشورهايي مانند هلند و امريکا دورانديشي فناوري نانو را انجام داده اند.
اين دورانديشي براي کشورهاي در حال توسعه مانند ايران که داراي صنعت پيشرفته اي نيستند، بايد با دقت و جامعيت زيادي انجام شود چرا که انتخاب بخش هاي مناسب براي انجام فعاليت هاي تحقيقاتي با توجه به شرايط و اولويت هاي کشور کاري دشوار است.
براي انجام دورانديشي نانوتکنولوژي در مرحله اول بايد شناخت خوبي از عناصر تشکيل دهنده اين فناوري بدست آورد. بديهي است که هر چه اين شناخت کامل تر باشد انجام دورانديشي براساس آن ساده تر و دقيق تر خواهد بود. براي شناخت کافي لازم است تقسيم بندي مناسبي از اجزاي اين فناوري داشته باشيم, بگونه اي که رابطه بين قسمت هاي مختلف مشخص باشد. داشتن اين تقسيم بندي به شناخت ابعاد مختلف اين فناوري کمک مي کند.

[Consul 141]

علوم و فناوري نانو، عنصري اساسي در درك بهتر طبيعت در دهه‌هاي آتي خواهدبود. ازجمله موارد مهم در آينده، همكاريهاي تحقيقاتي ميان‌رشته‌ا‌ي، آموزش خاص و انتقال ايده‌ها و افراد به صنعت خواهدبود. بخشي از تأثيرات و کاربردهاي نانوتکنولوژي به شرح زير مي‌باشد:

توليد مواد و محصولات صنعتي
اگر كاركرد توليد مواد و محصولات صنعتي منحصربه‌فرد باشد، انقلابي در مواد و فرايندهاي توليد آنها، ايجاد مي‌كند. نانوتكنولوژي تغيير بنياني مسيري است كه در آينده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد.

پزشکي 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 sequencing) را به‌نحو شگرفي با استفاده از سطوح و ابزارهاي "نانوساخته" (nanofabricated) كاراتر بسازيم. افزايش قدرت انسان براي ترسيم سرشت ژنتيكي يك فرد، روشهاي شناسايي و درمان را دگرگون مي‌كند.
پيشرفتهاي نانوتكنولوژيكي، به‌طور خاص مطالعات بنيادي زيست‌شناسي و پاتولوژي سلولي را تقويت خواهدكرد. در نتيجة پيشرفت ابزارهاي تحليل‌گر جديد كه قادر به شناسايي جهان نانومتر باشند، اين امر بسيار محتمل 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 در علوم حيات هستند.
مواد زيست‌سازگار با كارآيي بالا، از توانايي بشر 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.
فزايش 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.

[Consul 141]

دوام‌پذيري منابع: كشاورزي، آب، انرژي، مواد و محيط زيست پاك
نانوتكنولوژي چنانچه ذكر شد، منجر به تغييراتي شگرف در استفاده از منابع طبيعي، انرژي و آب خواهد شد و پساب و آلودگي را كاهش خواهدداد. همچنين فنّاوري‌هاي جديد، امكان بازيافت و استفادة مجدد از مواد، انرژي و آب را فراهم خواهند كرد.
در زمينه 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 سبز جديد كه محصولات جانبي ناخواستة كمتري دارند و يا 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.
در زمينه انرژي، نانوتكنولوژي مي‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ي كارآيي، ذخيره‌سازي و توليد انرژي را تحت تأثير قرار داده و مصرف انرژي را پايين بياورد. به عنوان مثال، شركتهاي مواد شيميايي، مواد پليمري تقويت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند كه مي‌تواند جايگزين اجزاي فلزي بدنة اتومبيلها شود. استفاده گسترده از اين نانوكامپوزيت‌ها مي‌تواند ساليانه 5/1 ميليارد ليتر صرفه‌جويي مصرف بنزين به ‌همراه داشته‌باشد، يا انتظار مي‌رود تغييرات عمده‌ا‌ي در فنّاوري روشنايي در 10 سال آينده رخ دهد. مي‌توان نيمه‌هادي‌هاي مورد استفاده در ديودهاي نوراني (led) را به مقدار زياد در ابعاد نانو توليد كرد. در امريکا، تقريبا 20% كل برق توليدي، صرف روشنايي (چه لامپهاي التهابي معمولي و چه فلوئورسنت) مي‌شود. مطابق پيش‌بيني‌ها در 10 تا 15 سال آينده، پيشرفت هايي از اين دست مي‌تواند مصرف جهاني را بيش از 10% كاهش دهد كه 100 ميليارد دلار در سال صرفه‌جويي و 200 ميليون تن كاهش انتشار كربن را به‌همراه خواهدداشت.
در زمينه آب، بايد گفت جمعيت جهان در حال افزايش و منابع آب آشاميدني در حال كاهش است. سازمان ملل پيش‌بيني مي‌كند كه در سال 2025، 48 كشور (معادل 32% جمعيت جهان) دچار كمبود آب آشاميدني باشند. تخليص و نمك‌زدايي آب از زمينه‌هاي مورد توجّه در دفاع پيشگيرانه و امنيت زيست‌محيطي است، چرا كه 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 حاصل از آن ،كه بر اثر آلودگي نيز تشديد مي‌شود، افزايش مي‌يابد. دستگاه هايي به كمك نانوتكنولوژي ساخته شده‌اند، كه آب دريا را با انرژي 10 برابر كمتر از دستگاه اسمز معكوس و لااقل 100 برابر كمتر از تقطير، نمك‌زدايي مي‌كنند. اين فرآيند كارا از نظر مصرف انرژي كاملا عملي است، چون الكترودهاي با مساحت سطحي بسيار بالا ساخته شده‌اند كه ازطريق كنار هم قراردادن نانولوله‌هاي كربني و ديگر ابتكارات طرّاحي، رساناي الكتريسيته شده‌اند.

[Consul 141]

كشاورزي
نانوتكنولوژي مستقيما در پيشرفت كشاورزي سهيم خواهدبود؛ از جمله: مواد شيميايي سازگار با محيط زيست، 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؛ امکان سازگاري گياهان با خشکسالي و شوري و ...

هوا و فضا
محدوديت‌هاي شديد سوخت براي حمل بار به مدار زمين و ماوراي آن، و علاقه به فرستادن فضاپيما براي مأموريتهاي طولاني به مناطق دور از خورشيد، كاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفي را اجتناب‌ناپذير مي‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاري، اميد حل اين مشكل را بوجود آورده‌است.
نانوساختن (Nanofabrication) همچنين 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. همچنين استفادة روزافزون از سيستمهاي كوچك‌شدة تمام خودكار، منجر به پيشرفتهاي شگرفي در فنّاوري ساخت و توليد خواهدشد. اين مسأله با توجه به اينكه محيط فضا، نيروي جاذبة كم و خلأ بالا دارد، موجب توسعة نانوساختارها و سيستمهاي نانو، كه ساخت آنها در زمين ممكن نيست، در فضا خواهدشد.



امنيت ملّي
برخي کاربردهاي دفاعي نانوتکنولوژي عبارتند از: تسلط اطّلاعاتي از طريق نانوالكترونيك پيشرفته بعنوان يك قابليت مهم نظامي، امكان آموزش موثرتر 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 تجهيزات نظامي، پيشرفت 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 نانوتكنولوژي در زمينه‌هاي ديگر، پشتيباني كننده امنيت ملّي است و بالعكس.