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 تکنولوژي از ديدگاه جامعه شناختي
امروزه واژه نانوتکنولوژي براي توضيح جامع تمامي فعاليت هاي انجام شده در سطح اتمي و مولوکولي که کاربردي در دنياي حقيقي داشته باشند به کار مي رود.از آنجا که نانوتکنولوژي همواره در حال دگرگوني زندگي بشر است و نانوتکنولوژي جايي است که تکنولوژي امروز ما به آن سمت حرکت مي کند بنابراين علم و تکنولوژي امروز ما در مقياس نانو در بر گيرنده تحقيق و توسعه در نوک پيکان گستره وسيعي از رشته ها است.اصطلاح نانوتکنولوژي در هر جايي که دانشمندان تکنولوژيست ما با عناصر سازنده مواد اتمها و مولوکولها سر و کله مي زنند به کار مي رود. در واقع علوم و تکنولوژي در مقياس نانو مرزهاي شيمي ،علم، مواد پزشکي و سخت افزارهاي کامپيوتر تحقيقاتي که ادامه انقلاب تکنولوژي را ممکن مي سازد در نورديده است.
نانوتکنولوژي پهنه اي از علم است که در آن ابعاد و تلرانس هايي با دقت يک دهم تا صد نانومتر نقش حياتي ايفا مي کند.در واقع اين تعريف از Albert Franks تمامي زمينه هاي نانو را در بر مي گيرد.
با پيشرفت تکنولوژي هاي در مقياس نانو توسعه توليد مولوکولي امکان پذير مي شود.
نانوتکنولوژيي که 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 کار مي روند.
مکان مهندسي در مقياس مولکولي براي اولين بار توسط ريچارد فاينمن (R.Feynnman)، برنده جايزه نوبل فيزيک، مطرح شد. فين من طي يک سخنراني در انستيتو تکنولوژي کاليفرنيا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مباني فيزيک امکان ساخت اتم به اتم چيز ها را رد نمي کند. وي اظهار داشت که مي توان با استفاده از ماشين هاي کوچک ماشين هايي به مراتب کوچک تر ساخت و سپس اين کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد. همين عبارت هاي افسانه وار فاينمن من راهگشاي يکي از جذاب ترين زمينه هاي نانو تکنولوژي يعني ساخت روبوت هايي در مقياس نانو شد. در واقع تصور در اختيار داشتن لشکري از نانوماشين هايي در ابعاد ميکروب که هر کدام تحت فرمان يک پردازنده مرکزي هستند ، هر دانشمندي را به وجد مي آورد. در روياي دانشمنداني مثل جي استورس هال (J.Storrs Hall) و اريک درکسلر (E.Drexler) اين روبوت ها يا ماشين هاي مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزي به هر شکل دلخواهي درمي آيند. شايد در آينده اي نه چندان دور بتوانيد به کمک اجراي برنامه اي در کامپيوتر، تختخوابتان را تبديل به اتومبيل کنيد و با آن به محل کارتان برويد.
ماجراي پيدايش دو عبارت (( رو- پايين )) ((زير- بالا)) در تعريف نانوتکنولوژي به جدال بزرگ اسمالي- درکسلر براي تصاحب مقام پدر خواندگي اين دنيا اسرارآميز بر مي گردد. عبارت اول بيانگر برداشت جديدتري از نانوتکنولوژي است که به سرکردگي ريچارد اسمالي برنده جايزه نوبل شيمي سال 1996 به خاطر کشف ساختار جديدي از کربن موسوم به باک ميسترفولون-c60 در مخالفت با نانوتکنولوژي درکسلري رواج يافت .اما عبارت(( زير بالا)) بر گرفته افکار راديکال کيم اريک درکسلر نخستين پروفسور نانوتکنولوژي از دانشگاه MIT و بنيان گذار واژه نانوتکنولوژي در تبيين مفهوم توليد مولوکولي است در ميانه دهه 80درکسلر با تکيه بر نبوق خارق العاده و الهام از مقاله تاريخيrichard Feynman ((ان پايين ها يک عالمه جاهست ))، مفاهيم نويني را از کنترل و توليد مواد در سطوح اتمي و مولکول ارائه کرد. سخنان درکسلر در ابتدا به قدري حيرت آور و پيچيده به نظر مي رسيد که بيشتر دانشمندان و کارشناسان را تنها به تحسين واداشت. اما در اواخر دهه 90 و در اوايل هزاره سوم دو جريان متفاوت متشکل از صاحبان صنايع و عده اي از دانشمندان به سرکردگي ريچارد اسمالي نانوتکنولوژي درکسلري را اساسا وهم و خيال ناممکن مي دانست با استفاده از ضعف درکسلر در جلب افکار عمومي و روابط نه چندان مناسب وي با مجامع سياسي تلاش کردند پرچم نانوتکنولوژي را از چنگ درکسلر در آورد.سرانجام اين جريان نو در سال 2003 به کمک حمايتهاي سياسي و به راه انداختن جنجال ژورناليستي سناريوي توده لزج خاکستري درکسلر را از ميدان به در کنند.
به عنوان يکي از ويژگي هاي نانوتکنولوژي مي توان گفت که اين مفهوم در بردارنده زمينه تحقيق و توسعه اي کاملا چند رشته اي است.در واقع تحقيقات در مقياس نانو به بهره گيري همزمان از دانش ابزارها و تکنيکها و نيز اطلاعات درباره فيزيک واکنشهاي مولوکولي و اتمي تبديل شده است.امروزه دانشمندان علم مواد مهندسان مکانيک و الکترونيک و محققان علوم پزشکي به دنبال تشکيل تيمهاي تحقيقاتي متشکل از زيست شناسان فيزيکدانان و شيميدانان هستند.
چيزي حدود سي سال پيش کمپاني فاکس قرن بيستم مشتاقان سينما را به سفري خارق العاده برد.در اين گشت و گذار سينمايي سياستمداري به نام ريکوئل ولش بر اثر لخته شدن خون در آستانه مرگ قرار گرفت تا اينکه دانشمندان از طريق تکنولوژي هاي معجزه آسايي کشتي فلزي ده متري را تا اندازه سرسوزني کوچک کرد.با شروع حرکت اين کشتي در جريان خون بدن ولش تماشاچيان با نفسهايي به شماره افتاده و چهره هايي لرزان گلوبول هاي شفيدي را مشاهده کردند که به بزرگي غولهاي عظيم الجثه در ماجراهاي گاليور بودند.خدمه اين کشتي پس از به پايان رساندن ماموريتشان به اندازه واقعي باز گشتند.در واقع اولين گام در راستاي روياهاي بشر براي کوچک کردن پزشکي تا ابعاد ميکروسکوپي بود.امروزه ما در سينما از داستانهاي به مراتب مهيجتري لذت مي بريم.داستان بچه هايي که به اندازه مورچه در مي آيند و ماشين هاي ميکروسکوپي که براي آلوده کردن جهان فرستاده شده اند.
اين تکنولوژي جديد توانايي آن را دارد که تاثيري اساسي بر کشورهاي صنعتي در دهه هاي آينده بگذارد . در اينجا به برخي از نمونه هاي عملي در زمينه نانوتکنولوژي که بر اساس تحقيقات و مشاهدات بخش خصوصي به دست آمده است ، اشاره مي شود .
انتظار مي رود که مقياس نانومتر به يک مقياس با کارايي بالا و ويژگيهاي منحصربفرد ، طوري ساخته خواهند شد که روش شيمي سنتي پاسخگوي اين امر نمي تواند باشد .
نانوتکنولوژي 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 .
نانوتکنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، کيفيت و تواناييهاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .
تقريبا نيمي از محصولات دارويي در 10 تا 15 سال آينده متکي به نانوتکنولوژي خواهد بود که اين امر ، خود 180 ميليارد دلار نقدينگي را به گردش درخواهد آورد .
کاتاليستهاي نانوساختاري در صنايع پتروشيمي داراي کاربردهاي فراواني هستند که پيش بيني شده است اين دانش ، سالانه 100 ميليارد دلار را طي 10 تا 15 سال آينده تحت تاثير قرار دهد .
نانوتکنولوژي موجب توسعه محصولات کشاورزي براي يک جمعيت عظيم خواهد شد و راههاي اقتصادي تري را براي تصويه و نمک زدايي آب و بهينه سازي راههاي استفاده از منابع انرژيهاي تجديد پذير هم چون انرژي خورشيدي ارائه نمايد . بطور مثال استفاده از يک نوع انباره جريان گذرا با الکترودهاي نانولوله کربني که اخيرا آزمايش گرديد ، نشان داد که اين روش 10 بار کمتر از روش اسمز معکوس ، آب دريا را نمک زدايي مي کند .
انتظار مي رود که نانوتکنولوژي نياز بشر را به مواد کمياب کمتر کرده و با کاستن آلاينده ها ، محيط زيستي سالمتر را فراهم کند . براي مثال مطالعات نشان مي دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتکنولوژي ،مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد کاهش داده ، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و هم چنين کاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن کربن شود.
در چند سال گذشته بازارچند ميليارد دلاري برپايه نانوتکنولوژي کسترش يافته اند . براي مثال در ايالات متحده ، IBM براي هد ديسکهاي سخت ، يک سري حسگرهاي مغناطيسي را ابداع کرده است .
Eastern Kodak و 3M تکنولوژي ساخت فيلمهاي نازک نانو ساختاري را به وجود آورده اند . شرکت Mobil کاتاليستهاي نانو ساختاري را براي دستگاههاي شيميايي توليد کرده است و شرکت Merck ، داروهاي نانوذره اي را عرضه کرده است . تويوتا در ژاپن مواد پليمري تقويت شده نانوذره اي را براي خودروها و Samsung Electronics در کره ، در حال کار بر روي سطح صفحات نمايش توسط نانولوله هاي کربني هستند . بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانوساختارهاي يک بعدي بهره مي گيرند ( نانو ذرات ، نانو لوله ها ، نانو لايه و سوپر لاستيکها ) . نظزيات جديد و روشهاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي باشند.
نانو تکنولوژي يا کاربرد فناوري در مقياس يک ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است که در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي توان يافت. پيشرفتهاي پرشتابي که 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 که 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 تکنولوژي نظير هر فناوري ديگري چونان يک تيغ دولبه است که 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 که در خود جاي داده است. در خصوص نانو تکنولوژي يک نکته را مي توان به روشني و بدون ابهام مورد تاکيد قرار داد: اين فناوري جديد هنوز، حتي براي متخصصان، شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را که آن را در برگرفته ضخيمتر مي کند و راه را براي گمانزني هاي متنوع هموار مي سازد.
کساني بر اين باورند که اين فناوري نظير هيولايي فرانکشتين 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 که به مدد توانايي هاي حاصل از اين فناوري مي توان عالم را گلستان کرد.
در حال حاضر 450 شرکت تحقيقاتي- تجاري در سراسر جهان و 270 دانشگاه در اروپا، آمريکا و ژاپن با بودجه اي که در مجموع به 4 ميليارد دلار بالغ مي شود سرگرم انجام تحقيقات در عرصه نانو تکنولوژي هستند. در اين قلمرو اتمها و ذرات رفتاري غيرمتعارف از خود به نمايش مي گذارند و از آنجا که کل طبيعت از همين ذرات تشکيل شده، شناخت نحوه عمل آنها، به يک معنا شناخت بهتر نحوه شکل گيري عالم است. به اين ترتيب دانشمنداني که در اين قلمرو به کاوش مشغولند، به يک اعتبار با ذهن و ضمير خالق هستي و نقشه شگفت انگيز او در خلقت عالم آشنايي پيدا مي کنند، اما از آنجا که دانايي توانايي به همراه مي آورد، شناسايي رازهاي هستي مي تواند توان فوق العاده اي را در اختيار کاشفان اين رازها قرار دهد. تحقيق در قلمرو نانو تکنولوژي از اواخر دهه 1950 آغاز شد و در دهه 1990 نخستين نتايج چشمگير از رهگذر اين تحقيقات عايد گرديد.
از جمله آن که يک گروه از محققان شرکت آي بي ام موفق شدند35 اتم گزنون را بر روي يک صفحه از جنس نيکل جاي دهند و با کمک اين تک اتمها نامي را بر روي صفحه نيکلي درج کنند. محققان ديگر به بررسي درباره ساختارهاي ريز موجود در طبيعت نظير تار عنکبوت ها و رشته هاي ابريشم پرداختند تا بتوانند موادي نازک تر و مقاوم تر توليد کنند. در اين ميان ساخت يک نوع مولکول جديد کربن موسوم به باکمينسترفولرين يا کربن- 60 راه را براي پژوهشهاي بعدي هموارتر کرد. محققان با کمک اين مولکول که خواص حيرت انگيز آن هنوز در درست بررسي است، لوله هاي موئينه اي در مقياس نانو ساخته اند که مي تواند براي ايجاد ساختارهاي مختلف در تراز يک ميليونيم متر مورد استفاده قرار گيرد. بررسي هايي که در ابعاد نانو بر روي مواد مختلف صورت گرفته و خواص تازه اي را آشکار کرده است. به عنوان مثال ذرات سيليکن در اين ابعاد از خود نور ساطع مي کنند و لايه هاي فولاد در اين مقياس از استحکام بيشتري در قياس با صفحات بزرگتر اين فلز برخوردارند.
برخي شرکتها از هم اکنون بهره برداري از برخي يافته هاي نانوتکنولوژي را آغاز کرده اند. به عنوان نمونه شرکت آرايشي اورال از مواد نانو در محصولات آرايشي خود استفاده مي کند 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 که با کربن 60 ساخته شده و روانه بازار گرديده سبکتر و مستحکمتر از توپهاي عادي است. شرکتهاي ديگر با استفاده از مواد نانو پارچه هايي توليد کرده اند که با يک بار تکاندن آنها مي توان حالت اتوي اوليه را به آنها بازگرداند و همه چين و چروکهايشان را زايل کرد. با همين يک بار تکان همه گردوخاکي که به اين پارچه ها جذب شده اند نيز پاک مي شوند. نوارهاي زخم بندي هوشمندي با اين مواد درست شده که به محض مشاهده نخستين علائم عفونت در مقياس مولکولي، پزشکان را مطلع مي سازند.
از همين نوع مواد هم چنين ليوانهايي توليد شده که قابليت خود- تميزکردن دارند. لنزها و عدسي هاي عينک ساخته شده از جنس مواد نانو ضد خش هستند و يک گروه از محققان تا آنجا پيش رفته اند که درصددند با مواد نانو پوششهاي مناسبي توليد کنند که سلولهاي حاوي ويروسهاي خطرناک نظير ويروس ايدز را در خود مي پوشاند و مانع خروج آنها مي شود. مهمترين نکته درباره موقعيت کنوني فناوري نانو آن است که اکنون دانشمندان اين توانايي را پيدا کرده اند که در تراز تک اتمها به بهره گيري از آنها بپردازند و اين توانايي بالقوه مي تواند زمينه ساز بسياري از تحولات بعدي شود. يک گروه از برجسته ترين محققان در حوزه نانوتکنولوژي بر اين اعتقادند که مي توان بدون آسيب رساندن به سلولهاي حياتي، در درون آنها به کاوش و تحقيق پرداخت. شيوه هاي کنوني براي بررسي سلولها بسيار خام و ابتدايي است و دانشمندان براي شناخت آن چه که در درون سلول اتفاق مي افتد ناگزيرند سلولها را از هم بشکافند و در اين حال بسياري از اطلاعات مهم مربوط به سيالهاي درون سلول يا ارگانلهاي موجود در آن از بين مي رود.
يک گروه از محققان که در گروهي موسوم به اتحاد سيستمهاي زيستي گرد آمده اند، سرگرم تکميل ابزارهاي ظريفي هستند که 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 که اين گروه مشغول ساخت آن هستند رديف هايي از لوله ها يا سيمهاي بسيار ظريفند که قادرند وظايف مختلفي را به انجام برسانند از جمله آنکه هزاران پروتئيني را که به وسيله سلولها ترشح مي شود شناسايي کند. گروههاي ديگر از محققان نيز به نوبه خود سرگرم توليد دستگاهها و ابزارهاي ديگر براي انجام مقاصد علمي ديگر هستند.
به عنوان نمونه يک گروه از محققان سرگرم تکميل فيبرهاي نوري در ابعاد نانو هستند که قادر خواهند بود مولکولهاي مورد نظر را شناسايي کنند. گروهي نيز دستگاهي را دردست ساخت دارند که با استفاده از ذرات طلا مي تواند پروتئين هاي معيني را فعال سازد يا از کار بيندازد. به اعتقاد پژوهشگران براي آنکه 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 کردن مواد غذايي و بالاخره سوخت و ساز و اعمال حياتي. يک گروه از روش تازه اي موسوم به الگوي انتقال ابر - شبکه استفاده کرده اند که ساخت نيمه هاديهاي نانومتري به قطر تنها 8 نانومتر را امکان پذير مي سازد. هريک از اين لوله هاي بسيار ريز بالقوه مي توانند يک پادتن خاص يا يک اوليگو نوکلئو اسيد و يا يک بخش کوچک از رشته دي ان اي بر روي خود جاي دهند.
با کمک هر تراشه مي توان 1000 آزمايش متفاوت بر روي يک سلول انجام داد. براي دستيابي به موفقيت کامل بايد بر برخي از محدوديتها غلبه شود، ازجمله آنکه درحال حاضر براي بررسي سلولها بايد آنها را در درون مايعي قرار داد که مصنوعاً محيط زيست طبيعي سلولها را بازسازي مي کند، اما يون موجود در اين مايع مي تواند سنجنده هاي موئينه را از کار بيندازد. براي رفع مشکل، محققان سلولها را درون مايعي جاي مي دهند که چگالي يون آن کمتر است. گروههاي ديگري از محققان نيز در تلاشند تا ابزارهاي مناسب در مقياس نانو براي بررسي جهان سلولها ابداع کنند. يکي از اين ابزارها چنان که اشاره شد يک فيبر نوري است که ضخامت نوک آن 40 نانومتر است و بر روي نوک نوعي پادتن جا داده شده که قادر است خود را به مولکول 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 آنجاکه قطر نوک اين فيبر نوري، از طول موج نوري که براي روشن کردن سلول مورد استفاده قرار مي گيرد به مراتب بزرگتر است، فوتونهاي نور نمي توانند خود را تا انتهاي فيبر برسانند، درعوض در نزديکي نوک فيبر مجتمع مي شوند و يک ميدان نوري بوجود مي آورند که تنها مي تواند مولکولهايي را که در تماس با نوک فيبر قرار مي گيرند تحريک کند. به نوک اين فيبر نوري يک پادتن متصل است و محققان به اين پادتن يک مولکول فلورسان مي چسبانند و آنگاه نوک فيبر را به درون يک سلول فرو مي کنند. در درون سلول، نمونه مشابه مولکول فلورسان نوک فيبر، اين مولکول را کنار مي زند و خود جاي آن را مي گرد. به اين ترتيب نوري که از مولکول فلورسان ساطع مي شد از بين مي رود و فضاي درون سلول تنها با نوري که به وسيله ميدان موجود در فيبر نوري بوجود مي آيد روشن مي شود و درنتيجه محققان قادر مي شوند يک تک مولکول را در درون سلول مشاهده کنند.
مزيت بزرگ اين روش در آن است که باعث مرگ سلول نمي شود و به دانشمندان اجازه مي دهد درون سلول را در هنگام فعاليت آن مشاهده کنند. نانو تکنولوژي هم چنين به محققان امکان مي دهد که بتوانند رويدادهاي بسيار نادر يا مولکولهاي با چگالي بسيار کم را مشاهده کنند. به عنوان مثال بلورهاي مينياتوري نيمه هاديهاي فلزي در يک فرکانس خاص از خود نور ساطع مي کنند و از اين نور مي توان براي مشخص کردن مجموعه اي از مولکولهاي زيستي و الصاق برچسب براي شناسايي آنها استفاده کرد. به نوشته هفته نامه علمي نيچر چاپ انگلستان يک گروه از محققان دانشگاه ميشيگان نيز توانسته اند سنجنده خاصي را تکميل کنند که قادر است حرکت اتمهاي روي را در درون سلولها دنبال کند 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 که بتازگي به انجام رسيده نشان داده شده است که 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 تکنولوژي موفق شوند امور داخلي هر سلول را تحت کنترل خود درآورند. هم اکنون گامهاي بلندي در اين زمينه برداشته شده و به عنوان نمونه دانشمندان مي توانند فعاليت پروتئينها و مولکول دي ان اي را در درون سلول کنترل کنند. به اين ترتيب نانو تکنولوژي به محققان امکان مي دهد تا اطلاعات خود را درباره سلولها يعني اصلي ترين بخش سازنده بدن جانداران به بهترين وجه کامل سازند.
در پايان مي توان گفت مفهوم جديد نانوتکنولوژي آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روي علم و تکنولوژي 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
روند فعّال نوآوري و گسترش آنها :
فنّاوريهاي نو از ميان فعل و انفعّالات پيچيدة عوامل فنّي و اجتماعي، پا به عرصة وجود ميگذارند. فرآيند ابتكاري كه نانوتكنولوژي را ايجاد كرده و مزاياي آن را درون جامعه گسترش خواهدداد، پيچيده است و تنها بخشي از آن شناخته شدهاست. اقتصاددانان، مثل تحصيلكردگان ديگر رشتهها، براي مدّتها توليد، گسترش و تأثير ابداعات علمي و فنّي را بررسي كردهاند. اين مطالعات متغيّرهايي را معرفي كردهاند كه ميتوانند سرعت و جهت اين تأثيرات و سؤالات تحقيق مربوطه را تعيين كنند. اين بررسيها، مبنايي را براي انجام مطالعاتي در مورد پيامدهاي اجتماعي نانوتكنولوژي فراهم ميآورد.
كشفيات علمي معمولا" جامعه را مستقيما" تغيير نميدهند؛ آنها مرحلهاي از تلاقي فنّاوريهاي نو و كهنه را درمتن نيازهاي اقتصادي و اجتماعي نوظهور بوجود ميآورند. گسترش سراسري –حتّي پيشرفتهاي بزرگ اخير- به ندرت، يكدفعه رخ ميدهد. نانوتكنولوژي آنقدر گسترده است، كه احتمالا" چند دهه طول ميكشد تا اثرات گوناگون آن در ميان نظام اجتماعي-اقتصادي راه خود را باز كند. از آنجا كه عوامل بازاري در نهايت سرعت تجاريشدن، پيشرفتهاي نانوتكنولوژي را تعيين ميكنند، حمايت مداوم از تحقيقات علوم نانو، در اين مراحل اوليه از توسعه لازم است، تا ضعف علمي يك عامل محدودكنندة سرعت در اين مسير نباشد. تسريعنمودن تحقيقات (ابتكارات) و بكارگيري آن در فنّاوريهاي سودده، يكي از چالشهاي اصلي NNI محسوب ميشود.
نتايج ناخواسته و ثانويه :
شايد بزرگترين مشكل در تخمينزدن اثرات اجتماعي فنّاوريهاي جديد، اين واقعيت باشد كه به محض اراية امكانپذيري فنّي و اقتصادي يك نوآوري، توسعههاي بعدي همان قدر كه در دست مبتكر است، در دست مشتري نيز قرار ميگيرد. گسترش و تأثير ابداعات فنّي، اغلب وابسته به پيشرفتهاي فنّاوريهاي مكمّل و افزايش شبكة مصرفكنندگان است. لذا فنّاوريهاي جديد ميتوانند جامعه را از راههايي كه نوآوران اوليه قصد آن را نداشتند، تحت تأثير قرار دهند. بسياري از مواقع، اين نتايج ناخواسته مفيد است؛ مثل محصولات مشتق شده با مصارف ارزشمند ولي در زمينههاي دورتري نسبت به ابتكار اوليه. بعنوان مثال در نظر بگيريد كه چگونه اينترنت از يك فنّاوري تحت حمايت سازمان پروژههاي تحقيقاتي پيشرفتة دفاعي (DARPA) براي تسهيلنمودن ارتباطات ديجيتالي بين دانشگاههاي تحت قرارداد DARPA ، به وسيلهاي تبديل شدهاست كه امروزه نوجوانان با آن فايلهاي موزيك مبادله ميكنند.علاوه براين، فوايد موردنظر ميتواند نتايج ناخواسته يا "ثانويه" هم داشتهباشد. مثلا" درمان پزشكي بر پاية نانوتكنولوژي ميتواند بهنحو قابل ملاحظهاي طول عمر و كيفيت زندگي افراد مسن را بالا ببرد؛ ولي يك پيامد ثانويه، افزايش درصد جمعيتي مسن خواهدبود، كه مستلزم تغييراتي در حقوق بازنشستگي يا بيمة سلامتي، افزايش سن بازنشستگي يا افزايش زياد دورة كاري ثانويهاي كه افراد مسن بايد طي كنند، خواهدبود. يك نتيجة احتمالي ديگري كه بايستي مورد توجّه قرار گيرد، افزايش بيعدالتي در توزيع ثروت است كه ميتوانيم "نانوتقسيم" بناميم. افراد سهيم در "انقلاب نانو" براي بسيار ثروتمندشدن، كار ميكنند. آنها كه اين كار را نكنند، ممكن است براي به انجام رساندن اين شگفتيهاي فنّي، با سختي زيادي روبرو شوند. يك مثال كوتاهمدت، مراقبتهاي پزشكي است. درمان نانوتكنولوژيكي ابتدا ممكن است گران و لذا تنها در دسترس افراد بسيار ثروتمند باشد. نتايج ديگر به اين حد مطلوب نيست، مثل خطر بستهشدن صنايع قديمي و آلودگي زيستمحيطي، كه گاهي به صورت يك مشكل درميآيد؛ مخصوصا" براي فنّاوريهاي با مقياس توليدي بزرگ.
براي ارزيابي نانوتكنولوژي (يا هر نوع فنّاوري ديگر) از نظر نتايج ناخواستهاش، محقّقين بايد كل مجموعهاي را كه فنّاوري جزيي از آن است را بررسي كنند. آن گونه كه مورد اتومبيلهاي برقي نشان دادهاست، بدون تحليل دقيق كل مجموعه فعّاليّتهايي كه يك فنّاوري را توليد، اداره و عملا" آمادة مصرف ميكنند، ممكن است نتيجهگيريهاي غلطي در مورد مقدار آلودگي يك فنّاوري در ذهن مردم ايجاد گردد؛ مثلا" ساخت و آمادهسازي باتري يك خودروي الكتريكي، ممكن است بيش از عمر كاري خودرويي با سوخت بنزين سربدار، سرب وارد محيط زيست نمايد.
نگراني ديگر در مورد نتايج ناخواستة نانوتكنولوژي، در مورد پيشرفت كنترلنشدة ماشينهاي خود همانندساز در اندازة نانوست. براي ساخت نانوماشينهايي كه توانايي توليد مثل خود را در محيط طبيعي داشتهباشند، بر يكسري از چالشهاي فنّي جدي بايستي فائق آمد. بعضي از اين چالشها با توجّه به اصول شيمي و فيزيك، بهنظر لاعلاج ميرسند و از نظر فنّي ممكن است ساخت روباتهاي مكانيكي خود همانندساز در اندازة نانو، آن گونه كه بعضي افراد خيالباف تصوّر كردهاند، غيرممكن باشد. اين شكل جديد حيات كه متفاوت با نوع مرسوم (يعني بر پاية كربني) است، تغييري فوقالعاده محسوب ميشود و براي آيندة نزديك، پيشبيني نميشود.
در ابتدا اثر نانوتكنولوژي احتمالا" محدود به چند نوع محصول و خدمات خاص خواهدبود. اجناس و خدمات نانوتكنولوژيكي احتمالا" زودتر به بازارهايي وارد ميشوند كه مصرفكنندگان مايل به پرداخت پول بيشتر در ازاي كارآيي جديد يا پيشرفته هستند. اين مزاياي مقدّماتي براي بهتر، ارزانتر و كاركردن با وضعيتهاي بيشتر و غيرة محصولات است. اين مثلا" باعث افزايش راندمان برداشت مواد غذايي، توليد الياف جديد براي لباسها، بهبود توليد برق يا درمان يك بيماري خاص ميشود. چندان كه مفصّلا" ذكر شد، جايگزيني يك فنّاوري قديمي با يك نوع جديد در جهتي كند و ناكامل پيش ميرود. لذا نانوتكنولوژي براي مدتزمان درازي با فنّاوريهاي قديمي بهسر خواهدبرد و ناگهاني جايگزين آنها نخواهدشد. در طي اين مدت، نانوتكنولوژي پيشرفت بيشتري در اين فنّاوريهاي رقيب ايجاد خواهدكرد.
اثرات ثانوية ديگر، تقاضا براي محصولات و خدمات را تغيير ميدهد؛ بهطوري كه مردم انتظارات متفاوتي در مورد غذا، مراقبتهاي پزشكي و تفريحات خواهندداشت. اين تغيير تقاضا، اثر درجه سومي نيز به جا ميگذارد، مثل نياز براي افزايش زيرساختهاي نانوتكنولوژي، مراكز تحقيقاتي ميانرشتهاي، برنامههاي آموزشي جديد براي تأمين دانشمندان و فنآوران نانو و غيره.
اثرات درجه سوم ديگر، جريان بالادستي را در ساختار جامعه و الگوهاي فرهنگيمان به حركت درخواهدآورد؛ مثل تغيير در آموزش و مطالب درسي، زندگي خانواگي، ساختار دولت و امثال آن. در شرايطي كه راهي براي شناخت اولويت نتايج ناخواسته و غيرمستقيم نانوتكنولوژي وجود ندارد، سهيمشدن دانشمندان علوم اجتماعي در NNI ، امكان ميدهد كه موارد مهم زودتر شناخته شوند، سؤالات صحيح مطرح شوند و اقدامات تصحيحكنندة لازم، اتخاذ شود.
يك راه مؤثّر و ارزان براي حفاظت از عموم مردم و بررسي نتايج بالقوة منفي نانوتكنولوژي، ايجاد يك سلسله ضد ارزشهاي علمي- اجتماعي و همچنين حمايت از تحقيقات در مؤسّسات عامپسند روي فرآيندهاي توسعة نانوتكنولوژي و بكارگيري آن در عرصههاي مختلف زندگي است.
مفاد اخلاقي و درگيرنمودن عامّة مردم در اتخاذ تصميمات :
يك هدف مهم در هر مطالعة بررسيكنندة اثرات اجتماعي نانوتكنولوژي، شناخت صدمات، تداخلات در امر قضاوت و انصاف، و موارد مربوط به شأن و احترام اشخاص است. مثلا" تغيير نياز به نيروي كار و منابع انساني، به برخي سود و به برخي زيان ميرساند. چند مورد از نتايج محتمل را كه ميتوان مثال زد، عبارتند از:
حمايت از كارگران مشغول در فرآيندهاي توليد خطرآفرين
مشاجراتي در باب عدالت به دليل محافظت از مالكيت معنوي
و پرسشهايي در مورد رابطة دولت، صنعت و دانشگاه
دانشمندان و مهندسين اگرچه در كارشان، بحث پر سروصدايي در مورد ارزش اجتماعي نيروي كار خود دارند، با اينحال به دليل تمركز فكري روي چالشهاي فنّي فوري، ممكن است همة پيامدهاي احتمالي اجتماعي و اخلاقي را نبينند. مهم اينست كه دامنة گستردهاي از تمايلات، ارزشها و دورنماها كه در جريا ن تصميمگيري نهايي، پيشرفت آيندة نانوتكنولوژي را مشخّص ميكند، درنظر گرفتهشود. درگيرشدن افرادي از عموم مردم يا نمايندگان آنها، اين فايده را دارد كه به سلايق آنها احترام گذاشته شده و حمايت آنها جلب ميشود.
دخيلبودن دانشمندان علوم اجتماعي و تحصيل كردگان علوم انساني مثل اساتيد علم اخلاق در روال اجتماعي انديشهسازي براي نانوتكنولوژي، يك گام مهم براي NNI است. مثل متخصّصين ساير رشتهها، اين افراد نيز ميتوانند توأم با احترام به دانشمندان و فنآوران نانو، ديدگاهي نو را عرضه كنند. آنها ميتوانند با پشتيباني مناسب، اطّلاعات خود را نسبت به يك مورد خاص نانوتكنولوژي آنقدر بالا ببرند كه ارزيابي پختهاي از آن داشتهباشند. در چنين زماني، آنها نمايندگاني از عموم مردم محسوب ميشوند، كه به شكل حرفهاي آموزش ديدهاند و اين قابليت را دارند كه بعنوان رابط بين نانوفنّاوران و عامّة مردم، يا مقامات دولت ايفاي نقش كنند. آنها ميتوانند به افزايش بهرة اجتماعي فنّاوري و كاهش احتمال سستشدن مباحثات عمومي كمك كنند.
علاوه بر اين، بايد به مسؤوليت شخصي مهندسين، دانشمندان و ديگر افراد مشغول در فرآيندهاي توليد نانوتكنولوژيهاي قدرتمند جديد نيز توجّه كرد. انجمنهاي حرفهاي ميتوانند نقش ويژهاي براي ايجاد فرصتهاي مباحثه و اراية خطوط راهنمايي جهت دخيلنمودن اصول اخلاقي در موارد نوظهور به عهده بگيرند. شايد مهمترين چيز اين باشد، كه اخلاقيات بهنحو مؤثّر ي در دورة تحصيلي دانشمندان، مهندسين و تكنسينهاي نانو، وارد شود.
آموزش دانشمندان، مهندسين و تكنسينهاي نانو :
ايالات متحده با چالش مهيبي در زمينة جذب كافي بهترين تحصيلكردگان رشتههاي علوم و مهندسي فيزيكي روبروست. تحت شرايط فعلي، دانشجويان خوب بسيار كمي جذب رشتههاي وابسته به نانوتكنولوژي ميشود. تا حدّي اين مشكلي است كه براي همة علوم تجربي رخ دادهاست، ولي براي نانوتكنولوژي بطور ويژه حاد است؛ چون براي ساخت صنايع آيندة نانوتكنولوژي، احتّياج به دانشمندان، مهندسين و تكنسينهاي خبرة فراواني است و لازم است كه اين متخصّصين از رشتههاي ديگر نيز غير از رشتة خود، اطّلاعاتي داشتهباشند.
پيشرفت نانوتكنولوژي منوط خواهدبود، به وجود تيمهاي چندرشتهاي متشكل از افراد داراي تحصيلات بالا و با پيشزمينة آگاهي از زيستشناسي، طب، رياضيات كاربردي و محاسبات كامپيوتري، فيزيك، شيمي و مهندسيهاي برق، شيمي و مكانيك. احتمالا" لازم خواهدبود كه رهبران تيم و مبتكرين، در زيرمجموعههاي متعدّدي از اين رشتهها متبحّر باشند. و كل اعضاي گروه، آگاهي كلّي از رشتههاي ديگر اعضاء داشتهباشند. پرورش نيروي كار با آموزش بالا، معضل بزرگي براي مؤسّسات دانشگاهي با مدرك 4 ساله و 2 سالة ماست كـه از آموزشدهيهـاي بخشبخش و تخصّصي بهـره ميبرنـد. از آنجا كه جهتگيري فعلي آموزش در جهت تخصّصگرايي است، تغييرات بنيادي نظام آموزشي، الزامي است. با اين حال اقدامنمودن به برنامههاي مدركدهي نو در نانوتكنولوژي كه بدون عمق كافي، صرفا" يك ديد سطحي از رشتههاي مختلف ميدهد، نميتواند براي رويارويي با چالشهاي آينده، به دانشجو آموزش لازم را بدهد. براي موازنة صحيح بين آموزش تخصّصگرا و ميانرشتهاي، به برنامههاي استدلالي مبتكرانه و مطالعة روال آموزشي و نيازمنديهاي نيروي كار، نياز است.
تحصيل در علوم و فنّاوري نانو، محتاج امكانات آزمايشگاهي ويژهاي است كه ممكن است بسيار گران باشد. صرفكردن هزينه براي ساخت و نگهداري اين تجهيزات، براي بهبود آموزش نيروي كار نانوتكنولوژي، يك چالش قابل ملاحظه است. تحت نظام آموزشي كنوني، كالجهاي فنّي 2 ساله، نميتوانند هرگونه تجربهاي از نانوساختن را به دانشجويان عرضه كنند. لذا بايد به دنبال راهحلهاي مبتكرانه رفت؛ مثلا" مشاركت جديدي با صنعت،يا تأسيسنمودن تجهيزات نانوساختن با مشاركت جمعي كالجها و دانشگاهها. برقراركردن ارتباط از راه دور با اين تجهيزات از طريق اينترنت نيز يك نحوة ديگر حل مشكل است.
عليرغم وجود معضلات فراوان آموزشي، فرصتهاي موجود معنوي، اقتصادي و اجتماعي نانوتكنولوژي ميتواند عامل مهمي در تقويت روحية جوانان ملّت ما براي تحصيل در علم و فنّاوري باشد.
آموزش دانشمندان علوم اجتماعي :
يك معضل آموزشي ديگر، تعداد بسيار كم دانشمندان علوم اجتماعي است كه داراي پيشزمينة فنّي و جهتگيري تحقيقاتياي باشند، كه امكان هدايت تحقيقات صحيح روي پيامدهاي اجتماعي نانوتكنولوژي را به آنها بدهد. در سطح دانشگاهها، اشتياق تحصيل در فنون آزاد بسيار كمتر از علوم تجربي است. انجمنهاي حرفهاي علوم اجتماعي، دانشگاهها و سازمانهاي دولتي بايد تعهّد درازمدتي براي جذب دانشمندان جوان علوم اجتماعي به اين زمينه از تحقيقات و تشويق آنها به كسب مهارتهاي حرفهاي و آگاهيهاي لازم در زمينة نانوتكنولوژي داشتهباشند. اين امر، نيازمند تحقيق مداوم روي پيامدهاي اجتماعي نانوتكنولوژي در يك سطح قوي و كاملا" بالاست تا بتوان رشتههاي معتبري از تحقيقات علوم اجتماعي را به اين نام تأسيس نمود.
4- راهكارهاي علوم اجتماعي براي ارزيابي پيامدهاي نانوتكنولوژي
راهكارها و روششناسيها در تحقيقات علوم اجتماعي :
اين مسأله حائز اهميت است كه دانشمنداني در علوم اجتماعي داشتهباشيم، كه روالي را كه دانشمندان نانو راهبري و فنآوران نانو توسعه ميبخشند –حتّي در اين مرحلة مقدّماتي از توسعه- بررسي كنند. دانش برآمده از چنين مطالعاتي به سياستگزاران و عموم مردم كمك ميكند، كه چگونگي رشد علوم و فنّاوري نانو و گسترش آن در سطح جامعه و لزوم تغيير مسيرها را درك كنند. هم چنين آگاهي نسبت به جريان خلّاقيت بالا خواهدرفت. دانشمندان و دانشآموختگان علوم اجتماعي براي مطالعة پيشرفت فنّاوري جديد و پيامدهايش براي جامعه، روشهاي مؤثّر فراواني در اختيار دارند. بعضي اسلوبهاي مناسب براي مطالعة نانوتكنولوژي مشخّص است، و بقيه بايستي شناسايي شده، يا ارتقاء يابد.
تكنيكهاي اتنوگرافيك، كه بطور مرسوم انسانشناسان از آن استفاده ميكنند، براي بخشي از كار مناسب است.
هم چنين مصاحبههايي در اوقات تلفشده با گروههاي تحقيق و توسعه، به اضافة گشتوگذار و روشهاي تاريخي، براي مستندسازي سير تكاملي دانش و فنّاوري نانو مفيد خواهدبود. مصاحبهها، تكنيكهاي شبكة اجتماعي، مطالعة الگوهاي ارتباطي وبررسي نقلقولهاي نشريات ]درزمينه نانوتكنولوژي[، بطور عموميتري ميتوانند نگرشها را معطوف به سمت گسترش اكتشافات و ايدههاي علمي كنند.
بكاررفتن يك ايدة علمي در يك مشكل فنّي، انتقال فنّاوري و ورود محصولات به بازار را ميتوان از طريق آمار سرمايهگذاري در امر تحقيق و توسعه، درخواستهاي ثبت اختراع و محصولات و خدمات جديد پيگيري نمود.
با يك تلاش متمركز، ممكن است بتوان تعدادي از شاخصهايي را كه اولين علائم تغيير را موجب ميشوند، بالا برد. از مشكلات عمدة تحقيق در علوم اجتماعي، شناسايي "پيشاهنگان"، "زودپذيرندگان" يا "اولين اقدامكنندگان" است. مثلا":
بعضي مناطق جغرافيايي و طبقات اجتماعي، تغيير تكنولوژيكي را زودتر از بقيه تجربه ميكنند.
استحالههاي نخستين ممكن است در ابتدا خود را در شركتهاي تازهتأسيس، آزمايشگاههاي دانشگاهي و ارتباطات اينترنت آشكار سازند.
جنبوجوش نوآوري در آزمايشگاههاي دانشگاه، صنعت، دولت، سازمانهاي دولتي و انجمنهاي حرفهاي رخ ميدهد.
مقياسها و اسلوبهايي براي بررسي فرآيند و محتواي تغيير در هر كدام از اين دستهها بايستي بوجود آيد:
در دانشگاه، شاخصهاي كليدي ميتواند شامل كار ميانرشتهاي، دروس جديد، عضويت در انجمنها، نحوة جريانيافتن اطّلاعات و پيمانهاي همكاري منطقهاي باشد.
در بخش خصوصي، شاخصهاي كليدي ممكن است شامل سرمايهگذاري، تأسيس شركت و شراكتهاي رسمي و ثبتشده باشد.
معيارهاي سنجش براي آزمايشگاههاي دولتي، بودجهها، تجهيزات، استانداردها و پيمانهاي همكاري؛
و براي سازمانها، طرحهاي پيشگامي، پايگاههاي اطّلاعاتي و مراكز خواهدبود.
اظهارنظرها باعث خلق ميادين اظهارنظر، سمپوزيومها، مجلّات و بازارهاي كاري ميشود كه موضوعات و مسيرهاي ميانرشتهاي در آنها رشد خواهندكرد. زمينههاي تحقيقي علوم اجتماعي در مورد روال كشف، اختراع و پيشرفت، موجب ظهور ايدههاي جديد و ابتكارات، تغيير اهداف اجتماعي و جابجايي سرمايهگذاريهاي تجارتي است.
اثرات اجتماعي نانوتكنولوژي ممكن است وسيع و متنوع باشد. چالش تحقيقي دوم، توجّهنمودن به جفت اثرات كوتاهمدت و بلندمدت، نتايج خواسته و ناخواسته، و اوّليه و درجه چندم است. چون نانوتكنولوژي سري كاملا" متفاوتي از احتمالات فنّي جديد را نمايش ميدهد، تخمين دقيق حتّي نتايج آني ابتكارات فردي هم شايد ممكن نباشد. بعضي از ابتكارات، اثرات هيجانانگيز و بعضي مصارف به تدريج ظاهرشونده دارند، كه تنها در يك دورة درازمدت خود را نشان ميدهند. در نهايت، هم فنّاوري و هم جامعه، نظامهاي ظريفي هستند كه ميتوانند پاسخهاي برگشتي متغيّر و بحرانآفريني داشتهباشند. انتظار ميرود نانوتكنولوژي چندان عرصههاي مختلف جامعه را متأثّر سازد كه پيشبينيكردن بطور تجربي، نامطمئن يا مشكل باشد. اين موضوع نبايد محقّقين را دلسرد كند، ولي البتّه بايد به آنها الهام كند كه تلاش مضاعفي در كارشان داشتهباشند. دامنه و معيارهاي سنجش اثرات اجتماعي بالقوه عبارتست از:
رشد اقتصادي
آمار استخدام
دگرگونيهاي اجتماعي
و آمار پزشكي
زمينة تحقيقي مشكل ولي مهم، سوم در علوم اجتماعي، پذيرش، مقاومت يا دفع اجتماعي نانوتكنولوژي است. بررسيهاي نمونهاي كه توسط گروههاي ويژه و مصاحبههاي بيانتها تكميل شود، پارامترهاي اثرگذار، خويشاوند و روانشناختي را ميتواند نشان دهد. در سالهاي اخير، دانشمندان علوم سياسي و جامعهشناسان، تكنيكهاي كامپيوتري جديدي را براي مطالعة پوششدهي رسانههاي جديد، خلق كردهاند كه روي مباحثات مردم آزمايش شدهاست و آمادهاست تا تغييرات درك عمومي نسبت به نانوتكنولوژي را رهگيري نمايد. اين روشها و روشهاي سنّتيتر براي نشاندادن روال قاعدهمند:
بازنگري و تصويب
تصميمگيري دادگاهها براي جريمه فعّالانة بكارگيري فنّاوري
به حركتدرآوردن حمايت يا مخالفت سياسي
و حركتهاي مربوط به جنبشهاي اجتماعي قابل استفاده است.
سيكلهاي برگشتي زيادي وجود دارد كه جامعه ممكن است به يكي از آن طرق به نوآوريهاي جديد پاسخ دهد و بستري را كه نوآوري در آن رخ ميدهد را دگرگون كند. هرچه فنّاوريهاي بيشتري عمومي شود و عملا" در بازار جلوه كند، مقدار در حال تغيير پذيرش اجتماعي مهمتر ميشود. شاخصههاي سنجش پذيرش اجتماعي نانوتكنولوژي در زمينههاي زير، موردنياز خواهدبود:
اقتصاد
سياست
مذهب
و فرهنگ.
زيرساختهاي مؤسّساتي براي مطالعة پيامدهاي اجتماعي :
جنبههاي گستردة نانوتكنولوژي و لزوم جمعكردن محقّقين رشتههاي مختلف، ممكن است نيازمند اين باشد كه قسمتي از تحقيقات مهم علوم اجتماعي توسط گروههاي بزرگ در مراكز تحقيقاتي تأسيسشده براي اين منظور، صورت گيرد. در چنين زماني، بر اساس بسياري از اسلوبهاي تحقيقاتي، لازم خواهدبود دانشمندان علوم اجتماعي در جايي كه دانشمندان علوم تجربي، مهندسين و سياستگزاران كار ميكنند، حضور داشتهباشند. مركز تحقيق توزيعشدة مجازي (VDRC) ، مدلي است كه بر هردوي اين نيازمنديها منطبق است. بر اين اساس، هر VDRC در خصوص مجموعهاي از سؤالات علمي و روشهاي تحقيقي خاص، ولي تا حدّي گسترده سازماندهي ميشود. به اين صورت، اعضاء يك قالبكاري مشترك جهت طرّاحي، انجام و ارتباط در مطالعة خويش خواهندداشت. براي اطمينان از اينكه نتايج منعكسكنندة گستردگي نانوتكنولوژي باشد، دانشمندان علوم اجتماعي بايد تعدادي از حالات تجربي را –مثلا" با هدايت تحقيق اتنوگرافيك در طيفي از دانشگاههاي نانوتكنولوژي- تست كنند. بنابراين بسياري از افراد كه به صورت جداگانه در مناطق جغرافيايي دور كار ميكنند، در VDRC بهكار گرفته ميشوند و ميتوانند زمان زيادي را به كار در اين مراكز اختصاص دهند. البتّه VDRC ، مركزي فيزيكي براي هماهنگي امور، توسعه و تقويت وجوه و سرمايهها و شراكتهاي مؤسّساتي و پشتيباني ارتباطات مؤثّر بين اعضاي اين گروه پراكنده، چه از نظر الكترونيكي و چه چهرهبهچهره در ملاقاتهاي دورهاي خواهدداشت.
بسياري از مجهولات نانوتكنولوژي، بهتر است توسط مراكز سنتيتر، گروهها و محقّقين منفرد بررسي شود. مثلا" تحقيق ميداني روي خصوصيات مردم، بهتر است توسط گروه مرسومي از محقّقين كه به يكي از سازمانهاي مطالعة اجتماعي موجود وابستهاند، صورت گيرد. برخي تحقيقات در زمينة تمايلات اقتصادي، تغيير بازار كارگري و الگوهاي انتشاراتي را محقّقين منفرد با دسترسي به اطّلاعات از قبل موجود، ميتوانند انجام دهند. و در آخر، براي بهبود تئوريها و اسلوبهاي جديد و انجام مطالعات مقدّماتي پديدههاي نوظهور اجتماعي، نيازي خواهدبود، به پروژههاي ابتكاري دانشمندان منفرد يا گروههاي كوچك.
پيشنهادات
شركتكنندگان در كارگاه آموزشي، با توجّه به مزاياي بالقوة وحيرتانگيز نانوتكنولوژي و نگراني از پيامدهاي منفي پيشرفت نانوتكنولوژي، پيشنهادات زير را ارائه دادند :
حمايت از تحقيقات اجتماعي و اقتصادي روي نانوتكنولوژي با يك فوريت بالا؛ شامل تحقيقات علوم اجتماعي روي پيامدهاي اجتماعي در مراكز تحقيقاتي نانوتكنولوژي و درنظرداشتن ايجاد مركز تحقيق توزيعشده (VDRC) براي تحقيقات اجتماعي و اقتصادي. افزايش صراحت و شفافيت و مشاركتدادن مردم در روال پيشرفت تحقيقات نانوتكنولوژي و سمتوسوي برنامه توسعة آن.
تأسيس دفتر ملّي هماهنگي نانوتكنولوژي براي ايجاد مكانيسمي در زمينة اطّلاعرساني، آموزش و درگيرنمودن مردم در رابطه با اثرات احتمالي نانوتكنولوژي. اين مكانيسم بايد انعكاسهايي را از جامعة نانوتكنولوژي، دانشمندان علوم اجتماعي، بخش خصوصي و مردم، با هدف:
كنترل پيوستة امكانات و مشكلات بالقوة اجتماعي
و تأمين اطّلاعات لازم و به موقع براي سازمانهاي مسؤول، جمعآوري كند.
بنيانگزاري پايگاه علمي و زيرساخت مؤسّساتي براي ارزيابي اثرات و پيامدهاي علمي، فنّي و اجتماعي نانوتكنولوژي در دورنماهاي كوتاهمدت (3 تا 5 سال)، ميانمدت (5 تا 20 سال) و بلندمدت (بيش از 20 سال). اين پايگاه بايستي دربرگيرندة تحقيقات ميانرشتهاي باشد، بهنحوي كه مدلي از نظامها (اثرات تحقيقات-فنّاوري و پيشرفت-اجتماع)، تحليل چرخة زندگي و كنترل و ارزيابي در زمان اجراء را شامل شود.
تعليم و تربيت نسل جديدي از دانشمندان وپرسنل ماهر در علوم و فنّاوري نانو در همة سطوح. رشتههاي تحصيلي و برنامههاي آموزشي ويژهاي براي اهداف زير طرحريزي شود :
أ. واردنمودن مفاهيم مقياس نانو در رشتههاي رياضيات، علوم تجربي، فنّي و مهندسي.
ب. لحاظكردن پيامدهاي اجتماعي و حساسيتهاي اخلاقي در آموزش مهندسين نانو.
ت. داشتن تعداد و انواع كافي از دانشمندان علوم اجتماعي و اقتصادي زبده، كه براي كار در زمينة نانوتكنولوژي آماده باشند.
ث. ايجاد معاني مؤثّر براي دادن يك دورنماي ميانرشتهاي به دانشجويان نانوتكنولوژي و درعين حال تقويتكردن مهارتهاي رشتهاي آنها.
ج. ايجاد مشاركت پرثمر بين صنعت و مؤسّسات آموزشي براي تأمين تجربة كافي در دانشجويان در زمينه فنون ساخت، دستكاري و شناسايي نانو.
تشويق انجمنهاي حرفهاي به ايجاد عرصههاي اظهارنظر و گفتگو و تداوم فعّاليّتهاي آموزشي براي اطّلاعرساني، آموزش و اشتغال افراد متخصّص در علوم و فنّاوري نانو.
ديگر اقدامات :
مشغول بهكار نمودن دانشمندان علوم اجتماعي در ابتداي فعّاليّتهاي بزرگ تحقيق و توسعة نانوتكنولوژي، –درحالي كه هنوز فنّاوري در مراحل اوّلية پيشرفت است- از نظردهي ساده تا پروژههاي تحقيقاتي. بسط ائتلاف اصلي NNI اعم از دانشگاه، بخش خصوصي و دولت براي دربرگرفتن جوامع علمي علوم اجتماعي، رفتاري و اقتصادي.
تأمين طرحها و سياستهاي مديريتي براي اطمينان از اين كه بتوانيم در هنگام بروز پيامدها، واكنشي مناسب نشان دهيم.
تلفيق اهداف كوتاه، ميان و بلندمدت و اطمينانيافتن از پيامدهاي بينابين.
زمينههاي ويژه براي سرمايهگذاري در تحقيق و آموزش :
سرمايهگذاري در تلاشهاي مبتكرانة نو براي تعليم و تربيت نيروي كار علوم و فنّاوري نانو، ازجمله حساسيتداشتن به پيامدهاي اجتماعي و واردنمودن مفاهيم علوم نانو در دروس رياضيات، علوم، فنّي و مهندسي. مطالعهاي جامع در رابطه با نانوتكنولوژي انجام شود، تا دستورات واضح و روشني در مورد آموزش و نيروي كار تعيين شود و راهحلهاي ممكن براي مشكلات مشخّصشده در آن تحقيق، شناسايي شود.
حمايت از تحقيقات ميانرشتهاي كه شامل مدلي از نظامها (تحقيق-فنّاوري-جامعه)، ارزيابي سيكل عمر و كنترل و ارزيابي در زمان اجراء باشد. سير تكاملي فنّاوريهاي مخرّب، برندگان و بازندگان دگرگونيهاي تكنولوژيكي بزرگ و پيامدهاي اقتصادي مطالعه شود، تا از اين مطالعات، عزم اجتماعي، پيامدهاي عدالت اجتماعي و تهوّر اجتماعي به اقدام در زمينة نانوتكنولوژيهاي مورد انتظار، پيشبيني شود.
پيشنهاداتي به سازمانها
دانشگاه :
تمركز روي كار ميانرشتهاي در موارد تحقيقاتي و آموزشي كليدي در زمينة پيامدهاي اجتماعي-اقتصادي. حمايت از روابط ميانرشتهاي بين انجمنهاي علمي فيزيك، شيمي، زيستشناسي، مواد و مهندسي از يك طرف و جوامع علمي علوم اجتماعي و اقتصادي از طرف ديگر.
تعليم و تربيت نسلي جديد از دانشمندان و پرسنل علوم و فنّاوري نانو در همة سطوح.
ايجاد مراكز اطّلاعرساني محلّي براي مردم، اساتيد، صنعت و دانشجويان زبده.
بخش خصوصي :
ارتقاي مشاركت با مؤسّسات دانشگاهي و ديگر بخشها.
تأمين خوراك فكري و بذرافشاني فعّاليّتهايي كه به ارزيابي پيامدهاي اجتماعي نانوتكنولوژي منتهي ميشوند.
نزديكشدن به محقّقين علوم اجتماعي و تأميننمودن پاسخهاي برگشتي جهت مطالعه پيامدهاي اجتماعي.
آزمايشگاههاي تحقيق و توسعة دولتي :
ايجاد تيمهاي ميانرشتهاي شامل دانشمندان علوم اجتماعي براي حل معضلات عمدة نانوتكنولوژي، منجمله دورنماهاي اجتماعي- اقتصادي.
ارتقاي پايگاههاي اطّلاعاتي براي ارزيابي و به روزسازي مداوم برنامههاي آتي.
ايجاد تسهيلات براي كاربران موجود در صنعت و دانشگاه براي تلفيق تحقيقات پايه و كاربردي.
حمايت از تحقيقات نانوتكنولوژي درون آزمايشگاهها با تأكيد بر رسالت دفاع ملّي.
سازمانهاي مالي دولتي :
حمايت از محقّقين نانوتكنولوژي و دانشمندان علوم اجتماعي براي مطالعة پيامدهاي اجتماعي نانوتكنولوژي.
حمايت از NNCO يا يك گروه مشاورهاي ديگر براي كنترل پيشرفتها و سنجش پيامدهاي اجتماعي- قانوني علوم و فنّاوري نانو، و انجام اقدامات مناسب براي مرتبطساختن مردم با نتايج حاصله.
حمايت هماهنگ براي تحقيقات پايهاي بلندمدت و پيشرفتهاي فنّي كوتاهمدتتر براي بنيانگذاري پاية تكنولوژيكي و اثبات توان فنّاوري جديد.
ايجاد مباحثه و هماهنگي بين NNCO و گروههاي هماهنگكنندة فنّاوري اطّلاعرساني (NSO) و بيوتكنولوژي (BECON) در دولت فدرال.
انجمنهاي حرفهاي :
توسعة عرصههاي گفتگو و اظهارنظر و فعّاليّتهاي آموزشي مداوم براي اطّلاعرساني، آموزش و اشتغال بهكار متخصّصين و مردم.
ارائة پيشنهاداتي براي معضلات عمده و گوشزدكردن علائم هشداردهنده در رابطه با خطرات احتمالي.
با نگاهي به آينده :
نانوتكنولوژي بطور بنيادي علوم، فنّاوري و جامعه را متحوّل خواهدكرد. طي 10 تا 20 سال آينده، بخش عمدهاي از توليد صنعتي، مراقبتهاي بهداشتي و مديريت زيستمحيطي توسط اين فنّاوري نو تغيير خواهدكرد؛ و رشد اقتصادي، فرصتهاي شخصي، پيشرفتهاي بيوقفه و محافظت از محيط زيست، تحت تأثير قرار خواهدگرفت. براي بهرهمندي از تمام مزاياي اين فنّاوري نو، كل جامعة علمي و فنّي بايستي تمام شركايشان ازجمله مردم را درگير نمايند، خلّاقانه آينده را پيشبيني كنند، اهداف گستردهاي را تعريف كنند، و براي شتابيافتن انتفاع اجتماع، با يكديگر همكاري نمايند.
منبع :
www.irche.com
www. nano.ir
www.persiantalk.com نقل از هوپا
/س