مستقبل تكنولوجيا النانو: الأساطير والواقع

آفي بيليزوفسكي

الغواصات النووية تتجول في مجرى الدم وتطلق الأورام بالليزر، وروبوتات نانومترية ذاتية التكاثر تهرب من المختبر وتحول الأرض إلى مادة لزجة رمادية - هذه كلها مواد من كتب الخيال العلمي الرخيصة. يمكن لفيزياء هذا المقياس أن تخبرنا أن المحركات الصغيرة، على سبيل المثال، لن تعمل بالطريقة التي كنا نظنها.

الرابط المباشر لهذه الصفحة: https://www.hayadan.org.il/nanoplus.html

منذ عام 1803، عندما أقنع جون دالتون العالم بوجود الذرة، سعى العلماء إلى إيجاد طرق لتطبيق هذا الاكتشاف. إن تقنية النانو، التي تجعل من الممكن التعامل مع الجزيئات التي يبلغ قطرها عدة أجزاء من المليون من المليمتر، تمهد الطريق لهذه التطبيقات التي طال انتظارها. إن العمل على مقياس أصغر بمليون مرة من رأس الدبوس يسمح للعلماء بـ "ضبط" خصائص المادة، وجعل الأشياء تتصرف بشكل مختلف عن المعتاد - وفتح آفاق جديدة.

لقد استخدمت الطبيعة تكنولوجيا النانو لتلبية احتياجاتها لفترة طويلة، وبخبرة كبيرة. على سبيل المثال، يسمح الشعر الناعم للغاية الموجود على أرجل الحرباء بالتشبث بالجدران وحتى تعليقها رأسًا على عقب على لوح زجاجي. إذا تعلمنا من الطبيعة، يمكننا بناء أنظمة أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأقوى وأكثر كفاءة - وإنتاجها بسعر أرخص. ويقول البروفيسور مارك والاند، الذي يرأس مختبر علم النانو في جامعة كامبريدج: "إن تكنولوجيا النانو ليست تكنولوجيا في حد ذاتها". "هذه تقنية مساعدة يتم تطبيقها في العديد من المنتجات. ويمكن رؤية تطبيقاته في الذاكرة الفلاشية ورقائق الكمبيوتر، وقريباً سنراها أيضاً في الدهانات وأجهزة الاستشعار وكذلك في عالم الطب.

وستعمل هذه التقنية على تغيير أداء البوليمرات والدهانات والبطاريات وأجهزة الاستشعار وخلايا الوقود والخلايا الشمسية وأجهزة الكمبيوتر وشاشات العرض. وفي غضون خمس سنوات، سوف يُنظر إلى البطاريات التي يبلغ عمرها الافتراضي ثلاثة أيام فقط على أنها سخيفة، كما يقول البروفيسور والاند. في غضون عشر سنوات، ستبدو الاختبارات الطبية اليوم مرهقة للغاية، والتوقعات التي بموجبها سيكون حجم تخزين جهاز iPod في غضون خمس سنوات أكبر بعشر مرات هي توقعات متحفظة للغاية، وفقًا له. وفي المستقبل القريب، سيكون من الممكن تخزين تيرابايت من البيانات - أي ما يعادل عشر ساعات من الفيديو عالي الجودة دون أي ضغط - على شريحة بحجم طابع بريدي.

يتم حاليًا تصنيع أجهزة النانو ذرةً بعد ذرة، ولكن من غير العملي إنتاجها بكميات كبيرة باستخدام هذه الطريقة، كما يقول البروفيسور جون رايان، الذي يرأس مركز تكنولوجيا النانو الحيوية في جامعة أكسفورد. ووفقا له، فإن "أحد التحديات الرئيسية في السنوات المقبلة سيكون فهم المبادئ البيولوجية ذات الصلة وتطبيقها في إنتاج أجهزة النانو".

المخاوف

يزعم أنصار تكنولوجيا النانو أن المفاهيم الخاطئة والتحريفات المتعلقة بإمكانات تكنولوجيا النانو أدت إلى سيناريوهات رهيبة، والعديد منها لا يمكن أن يحدث على الإطلاق. قامت الجمعية الملكية والأكاديمية الملكية في بريطانيا العظمى بدراسة ما إذا كان من الضروري تنفيذ تدابير رقابية جديدة على تكنولوجيا النانو، وفي التقرير الذي أعدوه تمت دعوة بعض السيناريوهات غير الواقعية. ومع ذلك، فقد تقرر أن هناك حاجة إلى وضع لوائح تنظيمية لمعالجة التهديدات الفعلية.

يقول البروفيسور والاند: "إن التهديد الأكثر شهرة للآلات التي تكرر نفسها - المادة اللزجة والرمادية (المادة اللزجة الرمادية) - بعيد جدًا عن الواقع". ووفقا له، "لا يزال تصميم آلات النانو البسيطة نسبيا معقدا للغاية، واليوم ليس من الممكن حتى البدء في الحديث عن تصميم الآلات القادرة على تكرار نفسها". كما أنكر إيريك دريكسلر، المعروف باسم "أبو تكنولوجيا النانو"، سيناريو المادة الرمادية اللزجة، الذي رسمه في الماضي.

إن المخاوف بشأن المادة اللزجة والخضراء (الغو الأخضر) - وهي جزيئات بيولوجية نانوية الحجم تكرر نفسها وتخترق جسم الإنسان وتسبب أشياء غير متوقعة - مبالغ فيها وفقا للبروفيسور والاند والبروفيسور رايان. هناك بالفعل خوف من وصول الجسيمات النانوية إلى مجرى الدم والدماغ نتيجة استنشاقها، لكن ليس من الواضح ما إذا كان هذا يشكل خطراً على الصحة. "مراكز المدن تتنفس بالفعل العديد من جزيئات النانو، على سبيل المثال تلك المنبعثة من محركات الديزل" - يقول البروفيسور والاند.

الفوائد

تكنولوجيا النانو ستجعل من الممكن إنتاج منسوجات يتغير لونها إلكترونيا. وبهذه الطريقة، سيكون من الممكن تجهيز الجنود في ساحة المعركة بزي موحد يتغير لونه استجابة للأشعة فوق البنفسجية - دون الحاجة إلى خلع زيهم الحالي واستبداله بآخرين. ومع ذلك، فإن المزايا الرئيسية لتقنية النانو توجد على وجه التحديد في التطبيقات الطبية - كما يقول البروفيسور رايان: "يسمح طب النانو بالتشخيص المبكر والأكثر دقة، وتوصيل الأدوية بشكل أكثر كفاءة إلى أهداف محددة في الجسم." يمكننا أيضًا رؤية غرسات مرنة بأقطاب كهربائية صغيرة كبديل للأعضاء المختلفة.

إن عمالقة الصناعة، مثل جنرال إلكتريك، يستثمرون بالفعل مبالغ كبيرة في تطوير تكنولوجيا النانو. يقول تروي كيركباتريك من مركز التطوير العالمي التابع لشركة جنرال إلكتريك: "من المتوقع حدوث تقدم كبير في تطوير مواد جديدة". وتشمل هذه، من بين أشياء أخرى، دهانات مقاومة للتآكل للتوربينات الكهرومائية ومرشحات المياه ذات تكنولوجيا النانو. وتقوم شركة جنرال إلكتريك أيضًا بالبحث في مجال النانو سيراميك، حيث تأمل في إنتاج مواد خفيفة وقوية للغاية.

وفي كلتا الحالتين، تعتبر هذه العمليات مبتكرة للغاية، ومن الطبيعي أن تثير العديد من المخاوف. يقول البروفيسور والاند: "تتيح أجهزة الاستشعار الطبية مراقبة المرضى على مدار 24 ساعة في اليوم، ولكن إذا اخترق شخص ما البيانات، فسيتم المساس بالسرية الطبية". ولهذا السبب يجب على المؤسسة وضع القواعد المناسبة، دون رمي الطفل مع ماء الاستحمام. ويضيف أيضًا: "يجب التأكد من أن الجميع يمكنهم الاستفادة من فوائد تكنولوجيا النانو - وليس فقط سكان البلدان المتقدمة".

تكنولوجيا النانو - أيضا في مجال الاتصالات

في المستقبل غير البعيد، ستعرض هواتفكم المحمولة وأجهزة التلفزيون صورًا أكثر وضوحًا وأعلى جودة من تلك التي تظهر اليوم - بفضل الهوائيات الصغيرة، التي يقل سمكها عن شعرة الإنسان بعدة آلاف المرات. التي يتم تطويرها حاليا. وهي تعتبر أحد المنتجات الرائدة في صناعة جديدة تعتمد على البحث في العلوم المبتكرة لتكنولوجيا النانو.

وقد تم بالفعل إجراء بحث حول هذا الموضوع من قبل البروفيسور بارت كوسكو من جامعة جنوب كاليفورنيا والمتخصص في الترانزستورات النانوية والهوائيات النانوية. وعرض إمكانيات هذه الفكرة التكنولوجية في مقال أرسله إلى مجلة "رسائل النانو" التابعة للجمعية الكيميائية الأمريكية - أكبر منظمة علمية في العالم.

الهوائيات الصغيرة مصنوعة من أنابيب الكربون النانوية (عندما تقول "نانو" فإنك تقصد المنتجات التي يُقاس حجمها بأجزاء من المليار من المتر). وتبين أن هذه الهوائيات أيضًا تزيد بشكل كبير من معالجة الإشارات الكهربائية. إن التطور في هذا المجال يجب أن يؤدي بشكل ثوري إلى تحسين جودة الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها.

وقد تم بالفعل تطوير عدد لا بأس به من المكونات الإلكترونية المعتمدة على تكنولوجيا النانو، بما في ذلك البوابات المنطقية لأجهزة الكمبيوتر والثنائيات في مجال الشاشات.

وعندما سئل عن نطاقه بالنسبة لمصطلح المستقبل، قال إنه بعد خمس سنوات من اليوم "وربما عشر سنوات، لا أكثر".
سيتعين على المطورين التغلب على بعض المشكلات الفنية التي لم يتم حلها مثل الضوضاء واستقبال الإشارات غير المرغوب فيها بواسطة الهوائيات. ومع ذلك، سيكونون قادرين على استقبال الإشارات الكهربائية التي أصبحت أضعف. وقال البروفيسور كوسكو إنه تم بالفعل تحقيق نتائج مبهرة في مختبره في تجارب الهوائيات الصغيرة.

ومن التطبيقات المستقبلية الأخرى التي ستتمتع بها الأنابيب النانوية: زيادة سرعة نقل المعلومات في عقد شبكة الإنترنت وحتى بناء خلايا عصبية صناعية لتحسين الإحساس العصبي والحركة بسبب تلف أعصاب الأطراف.

وهم يعرفون تكنولوجيا النانو
للحصول على الأخبار في بي بي سي

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~917831653~~~57&SiteName=hayadan