مهندسی صنایع

نانو به بررسی و فناوری ساخت ذراتی که حداقل یکی از ابعاد فضایی آنها در محدوده ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد، می‌پردازد. نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح ملکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می­شود. از همین تعریف ساده برمی­آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه‌های مختلف از غذا، دارو، تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک، کامپیوتر، ارتباطات، حمل­‌و­نقل، انرژی، محیط زیست، مهندسی مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده‌اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه پیامدهای اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به­عنوان یک زمینه فرا رشته­ای و فرابخش مطرح نموده‌است. هر چند آزمایش­ها و تحقیقات پیرامون نانوتکنولوژی از ابتدای دهه ۸۰ قرن بیستم بطور جدی پیگیری شد، اما اثرات تحول آفرین، معجزه‌آسا و باورنکردنی نانوتکنولوژی در روند تحقیق و توسعه باعث گردید که نظر تمامی کشورهای بزرگ به این موضوع جلب گردد و فناوری نانو را به عنوان یکی از مهمترین اولویتهای تحقیقاتی خویش طی دههٔ اول قرن بیست و یکم محسوب نمایند. [ویرایش] تاریخچه نانو تکنولوژی علمی است با تاریخ تولد مشخص! چهل سال پیش ریچارد فاینمن، متخصص کوانتوم نظری و دارندهٔ جایزهٔ نوبل، در هنگام گرفتن جایزه نوبل خود، نظریه‌ی جدیدی مطرح کرد. او در سخنرانی معروف خود در سال ۱۹۵۹ با عنوان "آن پایین فضای بسیاری هست!" ( There is plenty of room in the bottom ) به بررسی بعد رشد نیافته علم مواد پرداخت. وی درآن زمان اظهار داشت: "اصول فیزیک، تا آنجایی که من توانایی فهمش را دارم، مخالفتی با ساختن اتم به اتم چیزها ندارد." او فرض را بر این قرار داد که اگر دانشمندان فرا گرفته‌اند که چگونه ترانزیستورها و دیگر سازه‌­ها را با مقیاس‌های کوچک بسازند، پس ما خواهیم توانست که آنها را کوچک و کوچک­تر کنیم. در واقع آنها به مرزهای حقیقی­شان در لبه‌­های نامعلوم کوانتوم نزدیک خواهند بود، ­بطوری که یک اتم را در مقابل دیگری ب­گونه‌ای قرار دهیم که بتوانیم کوچکترین محصول ممکن را ایجاد کنیم.

 نانوتكنولوژي چیست؟

 كامپيوترها اطلاعات را تقريبا" بدون صرف هيچ هزينه‌اي باز توليد مينمايند. اقداماتي در دست اجراست تا دستگاههايي 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 ميكند. صنعت الكترونيك با روند كوچك سازي احياء 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 ميشود عرصه أي را بوجود ميآورد كه ماشين آلات خود تكثيركننده و محصولات خود اسمبل از اتمهاي اوليه ارزان ساخته شوند. نانوتكنولوژي توليد مولكولي يا به زبان ساده‌تر، ساخت اشياء 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 احياء 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 هيئت 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 دلائلي ديگر، سبكهاي زندگي روزمره در جهان بطور زيربنايي متحول خواهد شد و الگوي رفتاري انسانها تحت‌الشعاع اين روند قرار خواهد گرفت. با استفاده از این فرم‌های بسیار کوچک، چه وسایلی می­توانیم ایجاد کنیم؟ فاینمن در ذهن خود یک "دکتر مولکولی" تصور کرد که صدها بار از یک سلول منحصربه فرد کوچکتر است و می­تواند به بدن انسان تزریق شود و درون بدن برای انجام کاری یا مطالعه و تایید سلامتی سلو‌ل‌ها و یا انجام اعمال ترمیمی و به­طور کلی برای نگهداری بدن در سلامت کامل به سیر بپردازد. در بحبوحه سال‌های صنعتی کلمه "بزرگ" از اهمیت ویژه­ای برخوردار بود. مثل علوم بزرگ، پروژه­های مهندسی بزرگ و غیره حتی کامپیوترها در دهه ۱۹۵۰ تمام طبقات ساختمان را اشغال می­کردند. ولی از وقتی فاینمن نظرات و منطق خود را بازگو کرد، جهان روندی به­سوی کوچک شدن در پیش گرفت. Marvin Minsky تفکرات بسیار باروری داشت، که می­توانست به اندیشه‌­های فاینمن قوت ببخشد. Minsky پدر یابنده هوش­های مصنوعی دهه 70-1960 جهان را در تفکراتی که مربوط به آینده می‌­شد، رهبری می‌­کرد. در اواسط دهه ۷۰، Eric Drexler که یک دانشجوی فارغ التحصیل بود، Minskey را ب‌ه­عنوان استاد راهنما جهت تکمیل پایان­نامه‌­اش انتخاب کرد و او نیز این مسئولیت را بر عهده گرفت. Drexler سخت به وسایل بسیار کوچک فاینمن علاقه‌­مند شده بود و قصد داشت تا در مورد توانایی‌های آنها به کاوش بپردازد. Minskey نیز با وی موافقت کرد. Drexler در اوایل دهه ۸۰، درجه استادی خود را در رشته علوم کامپیوتر دریافت کرده بود و گروهی از دانشجویان را به صورت انجمنی به دور خود جمع نموده بود. او افکار جوانترها را با یک سری ایده‌­ها که خودش "نانوتکنولوژی" نامگذاری کرده، مشغول می­داشت. Drexler اولین مقاله علمی خود را در مورد نانوتکنولوژی مولکولی(Molecular Nano Technology:MNT) در سال ۱۹۸۱ ارایه داد. او کتاب Engine of Creation:The Coming Era of Nanotechnology را در سال ۱۹۸۶ به چاپ رساند. Drexler تنها درجه دکتری در نانوتکنولوژی را در سال ۱۹۹۱ از دانشگاه MIT دریافت داشت. او یک پیشرو در طرح نانوتکنولوژی است و هم­اکنون رئیس انستیتو Foresight و Research Fellow می­باشد.