فن آوری نــــانو

نویسنده: مهدی یاراحمدی خراسانی

نانوتكنولوژي چيست؟

كامپيوترها اطلاعات را تقريبا” بدون صرف هيچ هزينهأي 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 تن‌تري 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 آقايانPeterson 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.

نانوسيستم‌ها :

متن استاندارد اين رشته، كتاب دكتر اريك دركسلر با نام “نانوسيستمها: ماشين‌آلات ساخت، توليد و محاسبة مولكولي” است. شما مي‌توانيد يك نسخه از آن را خريده، و مطالعه كنيد.

مكانيك مولكو لي

هر فنّاوري توليدي بايد بتواند اتمها را از جايي كه هستند، به جايي كه ما مي‌خواهيم باشند، حركت دهد. بنابراين، چگونه حركت اتمها و نيروهاي اثرگذار روي آنها در طول حركت، رشته‌ا‌ي حياتي در مطالعة نانوتكنولوژي محسوب مي شود. اين رشته، مكانيك مولكولي ناميده مي‌شود. يك بحث خيلي خلاصه در مورد مكانيك مولكولي و اهميتش براي نانوتكنولوژي در وب در “نانوتكنولوژي محاسباتي” موجود است، كه شامل مراجعي براي مطالعات بيشتر است.
يك مقدّمة كلاسيك به مكانيك مولكولي، كتاب مكانيك مولكولي نوشتة اولريخ بوركرت و نورمن آلينجر، چاپ انتشارات American Chemical Society در سال 1982 است، كه هرچند چاپ نمي‌شود، ولي در كتابخانه‌هاي دانشگاهي موجود است.
كتاب نانوسيستمها مفهوم پاية مكانيك مولكولي را در فصل 3 خود شروع كرده‌است. مزيت بزرگ اين كار دركسلر، پذيرش واحدهاي سازگار SI است. مطالعة آهسته و دقيق اين فصل شايستة انجام است.
پيش‌درآمدهاي بسيار ديگري به مكانيك مولكولي موجود است. بسته‌هاي نرم‌افزاري كه مداخل ورودي خاصي به اين زمينه دارند، موجود بوده و براي درك مفاهيم آن، بسيار مفيد هستند.

كنترل مكاني، سختي و انعطاف‌پذيري :

يك ايدة اساسي در نانوتكنولوژي، كنترل مكاني است؛ كه با ابزارهاي رباتيك كاملا” استاندارد قابل حصول است. تفاوت عمدة ابزارهاي رباتيك مرسوم با انواع مولكولي، مسألة نويز حرارتي است. در مقياس مولكولي، ذرّات به دليلحركت براوني درحال جست‌وخيز هستند. براي كنترل اين مسأله، ذرّات را بايستي محكم نگهداشت، يعني يك نيروي برگرداننده بايد وجود داشته‌باشد كه براي بازگرداندن ذرّات 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. رابطة بنياد‌ي سختي و بي‌ثباتي مكاني عبارتست از :

б2 = kT / K
اين رابطة 4-5 فصل 5 كتاب نانوسيستمها است، كه بايد به‌خاطر سپرده و كاربردهاي اصلي آن را شناخت. براي استفاده از آن، لازم است سختي (Ks) مشخص شود. سختي يك ساختار را از هندسه و خواص مواد آن مي‌توان تعيين كرد. اين مفاهيم پايه در فصول 38 و 39 دروس فيزيك فينمن نوشتة فينمن، ليتون و سندز، چاپ انتشارات Addison-Wesley سال 1964 موجود است. لذا خواندن اين فصل پيشنهاد مي‌شود.
كاربرد اين معادلات در بعضي ابزارهاي رباتيك (ازجمله سكّوي استوارت كه به علت سختي بالايش براي مصارف رباتيك مولكولي) مورد توجه است)، در خانوادة جديدي از ابزارهاي مكاني با 6 درجة آزادي، توضيح داده شده‌است. اين كاربردها همچنين در فصل 5 نانوسيستمها و بخش 4-13 آن، كه يك بازوي رباتيك را مورد بحث قرار داده، بيان شده‌است.

خودهمانندسازي :

انديشة اساسي دوم در نانوتكنولوژي، خودهمانندسازي است. دانشجو بايد صفحة وبي را بعنوان مقدمة خودهمانندسازي خوانده و چند مرجع موجود در آن را براي مطالعة بيشتر انتخاب كند. تئوري دور و تكرار (recursion theorem) مبناي سيستمهاي خودهمانندساز است. فهم اين تئوري، الزامي است. بعنوان تمرين برنامه‌ا‌ي بنويسيد كه خودش را دقيقا” چاپ كند. نسخه‌اي از مطالعات 1980NASA را مي‌توانيد بخريد، كه داراي بخش باشكوهي در مورد سيستمهاي خودهمانندساز است

مطالعات بيشتر :

البته موضوعات زياد ديگري نيز در زمينة پيشرفت نانوتكنولوژي وجود دارد. به‌نظر مي‌رسد مفيدتر باشد كه ليست كوتاه و فشرده‌ا‌ي از موضوعات اساسي ارائه شود كه بتوان با يك تلاش معقول بر آنها تسلط يافت، تا اينكه ليست آنچنان بلند و سنگين باشد كه هر موضوعي با هر درجة اهميتي را پوشش دهد. دانشجو مي‌تواند مطمئن باشد كه هيچ كمبودي از نظر مفاد مطالعاتي در مورد اين رشتة جديد تحقيقاتي وجود ندارد.

نانوتكنولوژي، انقلابي جديد در صنعت و تكنولوژي :

  نانوتكنولوژي يا كنترل مواد در مقياس مولكولي، گشايش اسرار طبيعت در تمام عرصه ها از مهندسي تا پزشكي را نويد مي دهد. در آينده 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 مي شود. هدف نانوتكنولوژي ساخت اشياء، 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 هنگاميكه 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 جرثقيلها و موتورها گرفته تا لايه هاي خود اسمبل پلاستيكي يا فلزي – ميدهد. براي نخستين بار در تخيلات علمي، به لطف پيشرفتهاي اخير ديدن جهان در مقياسهاي نانو اين سناريوها درست و معقول به نظر ميرسند. انواع جديد ميكروسكوپها و برنامه هاي قدرتمند كامپيوتري شبيهساز كه در 10 سال اخير توسعه پيدا كردهاند، نانوتكنولوژي را دچار يك نوع انقلاب نمودهاند. ميكروسكوپها نه تنها به دانشمندان اجازه ميدهند كه اتمها را بينند، بلكه به آنها اجازه ميدهند كه حتي آنها را جا به جا بكنند، همانطور كه در آزمايش مشهور سال 1990 دانشمندان مركز تحقيقاتي Almaden وابسته به IBM ، 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 پنسها” كه در جهان نانو ميتوانند كار كنند. Evgene Wang معاون مهندسي بنياد ملي علوم آمريكا، به اعضاء مجلس نمايندگان طي گزارشي در مورد نانوتكنولوژي گفت: “نانوتكنولوژي نويد جذب تعداد فزايندهاي از علاقمندان به علم، دولت و صنايع خصوصي را ميدهد.”
دكتر Tom Schaeider يك بيولوژيست رياضيدان در انستيتو ملي سرطان گفت كه: “دليل اين كه مردم اين را قبول ميكنند پشتوانة واقعي علمي آن ميباشد”. وي اضافه كرد ما قادر خواهيم بود تا هر چيز كه خواستيم در آينده بسازيم.”
دانشمندان پيشرو در اين علم سال گذشته در بنياد ملي علوم آمريكا گفتند كه نانوتكنولوژي يك اثر اساسي روي سلامتي، وضعيت اقتصادي و امنيت مردم جهان خواهد گذاشت و حداقل به اهميت آنتي بيوتيك ها،IC ها و پليمرهاي ساخت دست بشر در قرن 20 خواهند بود.
در سال 1998 شوراي علوم و تكنولوژي كاخ سفيد يك گروه كاري بين بخشي IWGN)) تأسيس كرد كه خواست بخشهاي علمي و صنعتي و دولت بود و موظف شد تا چشم انداز ايالات متحده را در مورد نانوتكنولوژي در طي 10 الي 20 سال آينده توسعه دهد.
دولت ايالات متحده در طي سال 1999 حدود 260 ميليون دلار در اين تكنولوژي سرمايه گذاري كرده است. كلينتون نيز پيشنهاد افزايش بودجة نانوتكنولوژي را تا حدود 227 ميليون دلار در سال 2001 را داده 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 امكانپذير مي بيند:

v در پزشكي، نانو ذراتي كه به توزيع آسان دارو در قسمتهاي بدن كمك ميكنند. اين وسايل به اصطلاح كوچك كه از دارو ساخته شدهاند با لايههايي از نانو ذرات پوشيده شدهاند و ميتوانند 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 عكسالعملهاي ناخواسته جلوگيري كنند. پيشرفت در تشخيص بيماريها نيز قابل پيشبيني است، همانطور كه دستگاههاي جديدي كه بر اساس تشخيص DNA يا پروتئين پايه گذاري شده اند و ميتوانند از مقدار ناچيزي خون به طور همزمان وجود چندين بيماري را تشخيص بدهند.

v در صنايع الكترونيكي، توليد كامپيوترهاي سريعتر و بهتر در اندازههاي بسيار كوچك مدنظر است. هم اكنون يك هد مغناطيسي با اندازة حدود نانو توليد شده كه اطلاعات را از ديسك سخت ميخواند. همچنين تراشه هاي حافظه با اندازة نانو مدنظر هستند كه قدرت ذخيرهاي برابر با هزاران تراشه فعلي را دارا خواهند بود.

v در علوم زيست محيطي، غشاءهاي 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 همانجايي 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 اشياء كوچك، آزمايشگاهها در كشور كم كم به اين مطلب پي ميبرند كه چگونه اتمها و مولكولها در يك ماده مرتب ميشوند. تعدادي از آزمايشگاهها ياد ميگيرند 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 تيوبهاي 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 ميكند ميگويد: ما ميدانيم كه چگونه آنها را به صورت خود اسمبل بسازيم و اين كه چگونه مواد ديگر را بپوشانند. اين نانو تيوبهاي كربني، مطابق بسياري از پيش بينيها يك روز تمام چيزها از ماشين تا هواپيما را ميپوشاند 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 نگاهكردن به سلولها آموخت. او ميگويد كه تمام آنزيمها در سلولهاي ما نانوماشينهايي هستند كه وظايف منحصر به فردي را جهت تكامل و رشد انجام ميدهند.

گروه Nadrian Seeman در دانشگاه New Yourk تلاش ميكند، يك مولكول بيولوژيكي ديگرDNA به عنوان جزء سازنده براي اشياء سه بعدي به كار برد. آزمايشگاه وي اخيراً يك دستگاه نانو روبوتيك ساخت كه از DNA ساخته شده بود و دو بازو داشت و ميتوانست بين دو نقطة ثابت حركت كند.
پژوهشگران ميگويند كه اين وسيله گام اول به سوي توسعة نانوتكنولوژي است كه يك روز خواهد توانست مولكولها را در نانو كارخانه هايي با همان ابعاد به كار گيرد.
برخي ميگويند كه ما زماني قادر خواهيم بود تا همه چيز را از قطعات ريز بسازيم. مثلاً بدين صورت كه به كامپيوتر تعدادي عناصر داده شده و به وي دستور داده ميشود تا همه چيز، از سيب تا يك ماشين را بسازد. Schnider گفته است: اين جادو نيست، اين ايده جادو نيست.

معرفي فورسايت( دور انديشي) نانو تکنولوژی

• 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 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 مي گيريم.

• 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 معمولاً 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، مثلاً 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 بکاربردن روش هاي دور انديشي مي توان زمان رخ دادن تغييرات مهم در صنعت و بطور 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

2-    روش سناريو

• 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.

• 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 شو

 مشارکت‌هاي آسيايي بيشتر

برخي مراکز تحقيقات دولتي آسيايي با شرکتها و مؤسسات خارجي براي توسعه نانوتکنولوژي اعلام همکاري نموده‌اند. در ماه فوريه، آکادمي علوم چين (CAS) ابراز داشت که با شرکت طراحي کنترل اتوماسيون ماگما، به منظور ايجاد آزمايشگاهي براي طراحي مدارهاي مجتمع نانومقياس، تيم مشترکي تشکيل داده‌اند. اين آزمايشگاه به دنبال توسعه و فراهم‌نمودن فناوري طراحي مدار مجتمع براي فناوري‌هاي نانومتري براساس ابزارهاي طراحي شرکت ماگما مي‌باشد.
در ژانويه، رئيس‌جمهور کره جنوبي- روموهيون- طرح توسعه ملي براي گسترش صنايع راهبردي در هر يک از استان‌ها را اعلام نمود. اين برنامه شامل تبديل استان چانگ‌چون به پايگاهي براي صنايع مرتبط با نانوتکنولوژي بود.
همچنين در فوريه، دانشگاه ملي سئول، اظهار تمايل نمود که تا سال 2006 يک آزمايشگاه تحقيق و توسعه را براي تمرکز بر نانوابزارها و انرژي‌هاي تجديدپذير تأسيس نمايد. اين مؤسسه تحقيقاتي، داراي 60 استاد از 12 زمينه مختلف با هدف تربيت 50 دکتر و 200 فوق‌ليسانس در سال مي‌باشد.

گزارش فورسايت نانوتکنولوژي هلند

پيشگفتار

يکي از تکنولوژيهاي نوظهور و آينده‌دار قرن حاضر نانوتکنولوژي مي‌باشد. همانطور که واضح است ورود هر تکنولوژي جديد به کشور نياز به امکان‌سنجي و همچنين دورانديشي دارد که اين کار تحت عنوان فورسايت توسط تيم مربوطه انجام مي‌شود.

چكيده :

     “مركز مطالعات STT هلند بر اي روند تكنولوژي “يك ارزيابي دو ساله ر در اواخر سال 1996 ا روي نانوتكنولوژي آغاز كرده است. اين موضوع درواقع يك امتداد و ادامه منطقي از مطالعات روي تكنولوژي ميكروسيستمهاست كه در سال 1994 منعقد شد. اعضاء سازمان پروژه نانوفرسايت شامل: كميته مديريت، هيئت مشورتي بين‌المللي و چهار گروه ضربت مي‌باشد كه روي هم رفته 60 كارشناس از رشته‌هاي مختلف و گروه مشاوران چند رشته‌اي از دانشگاههاي مختلف در اينجا حضور دارند. شايان ذكر است كه پس از تشكيل جلسه و ارائه نظرات هركدام از گروههاي ضربت يك فصل 50-40 صفحه‌اي براي كتاب(250  صفحه اي) پيرامون تكنولوژي و شانس‌هاي فروش و نيازهاي جامعه مانند تأمين سلامتي مي‌نويسند.

فهرست مطالب

• تعريف
• مركز مطالعات STT هلند براي روندهاي تكنولوژي
• كدام تعريف از نانوتكنولوژي مورد استفاده ما مي‌باشد؟
• مطالعات فرسايت‌هاي تكنولوژي ديگر
• نانوتكنولوژي در اروپا
• گروه مشاوران در هلند
• كارگاهها
• گروه ضربت 1 : نانوتكنولوژي مولكولي
• گروه ضربت 2 : مواد هيبريدي نانوساختارو نانوذرات
• گروه ضربت 3 : نانوتكنولوژي از بالا به پايين
• گروه ضربت 4 : پويش نانومتری
• برنامه هاي آينده
• سازمان گروه مشاوران

تعريف :

فعاليتهاي نانوتكنولوژي در هلند و فنلاند چگونه و چه بوده است؟
چرا نانوتكنولوژي بطور كلي و خصوصاً براي منطقه خودمان مهم است ؟
چقدر روي آن كار شده است؟
صنعت و دولت چه نقشي را مي‌توانند در اين زمينه ايفا كنند؟
اينها سؤالاتي است كه در مركز STT به طور معمول مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

• كدام تعريف از نانو مورد استفاده ما قرار مي‌گيرد؟ 

     پروژه STT ايجاد يك فرسايت بر روي نانوتكنولوژي است كه اين موضوع يك ادامه منطقي از تكنولوژي ميكروسيستم مامي‌باشد. ما نانوتكنولوژي را “تركيبي از چندين تكنولوژي براي توليد، متمايز كردن, دستكاري و مرتب كردن ساختارهاي در مقياسي بين 100-1/0 نانومتر با دقت بي‌سابقه و كنترل دقيق “تعريف مي‌كنيم . در هلند تعدادي از شيميدانها و فيزيكدانها و زيست‌شناسها روي اين زمينه كار مي‌كنند . تعريف ما در نانوتكنولوژي در چهار زمينه انعكاس يافته كه توسط اين تعريف چهار گروه ضربت مشغول به كار هستند.

گروه ضربت 1 : نانوتكنولوژي مولكولي
گروه ضربت 2 : مواد هيبريدي نانوساختار و نانوذرات
گروه ضربت 3 : نانوتكنولوژي از بالا به پايين
گروه ضربت 4 : پويش نانومتري

• مطالعات ديگر فرسايت‌هاي تكنولوژي:

در سال 1995، RAND يك مطالعات فهرستي به روي نانوتكنولوژي مولكولي منعقد كرد براي آمريكا (همكاران نلسون 1995). كميته مديران ارزيابي موارد و اختيارات تكنولوژي و علمي (STOA) در مجلس اروپا كار مشابهي را در اروپا روي نانوتكنولوژي كردند و كميته مديران فرسايت هلند براي علم و تكنولوژي (OCV) مطالعاتي براي دولت هلند انجام داده‌اند. بسياري از گزارشها يك ارزيابي جزئي را در زمينه نانو ارائه مي‌دهند. جامعه مهندسان آلمان (VDI) مطالعات فرسايت نانوتكنولوژي را در زمينه نانوفيزيك و نانوشيمي انجام داده‌اند . بهترين تحقيقات اخير را مركز توسعه صنعتي ملل‌متحد(UNIDO) انجام داده‌است.
ديگر كارها بطور فهرست وار:مطالعات دلفي آلمان(BMBF), مطالعه روي كاربردها (Mayer), فهرست تازه‌هاي اروپايي (Tclles) و گزارشهاي انگليسي (Post)مي باشد.
تحقيقات و مطالعات STT فقط ارزيابي نانوتكنولوژي در هلند در حال حاضر است . در موازات آن جامعه اروپايي براي مطالعات تكنولوژيهاي منتظره و نوظهور (IPTS) بررسي بر روي راهها و روشهاي نانوتكنولوژي كه در برنامه‌ريزي اروپا بايد تكميل شودرا به پايان رساند. در ژاپن هم دكتر Hari Singh Nalaw از آزمايشگاه تحقيقات هيتاچي يك كتاب 300 صفحه‌اي را تحت عنوان “Handbook of nano Structured Material and nanotechnology” تأليف كرد.

• نانوتكنولوژي در اروپا:

     فعاليتهاي نانو در اروپا رو به رشد و گسترش است و بالتبع مراكز و شبكه‌هايي كه روي نانوتكنولوژي متمركز باشند نيز رو به افزايش است كه از جمله آنها :
PHANTOMS: از سال 1992 شروع به كار كرده و قسمتي از نانوالكترونيك را مورد بررسي قرار مي‌دهد و با مركز IMEC كه روي ميكروالكترونيك تمركز دارد (در بلژيك) همكاري و هماهنگي دارد.
NANO-NETWORK:ESF:(شبكه نانو) در ESF نيز از سال 1995 روي مواد متركز شده  است.
ECNM:: فعاليت خود را از سال 1996 با تمركز روي مواد و نانو مواد آغاز كرده است.
آنچه كه مسلم است هيچ شبكه‌اي تاكنون در اروپا وجود نداشته كه روي قسمتي از نانوتكنولوژي مولكولي كه با بيولوژي مرتبط است فعاليت كنند و اين توجه صاحبنظران را به خود جلب كرده است.
از شبكه‌هاي ملي نيز مي‌توان به عنوان مثال از French club Nanotechnology و يا UK institute of Nanotechnology و يا مركز STT در هلند نام برد.
DIMESدر دانشگاه Delft و MESA در دانشگاه Twente پيشنهادي تحت همكاري مشترك روي نانوفيزيك و شيمي ماورا‌‌‌ئ مولكولي كه در اصطلاح نانولينك (nanolink) ناميده شد داشتند.
باتمام توصيفات آنطور كه مشخص است هنوز هيچ مركز اروپايي هم ارز و معادل با NAIR در ژاپن در تحقيقات چند رشته‌اي پيشرفته شكل نگرفته است.

• گروه مشاوران در هلند :

     پس از شكل‌گيري پروژه STT در سال 1996، 60 استاد با پيش‌زمينه‌اي در فيزيك، شيمي، بيولوژي با يكديگر موافقت كردند كه همكاري را در اين زمينه آغاز كنند و اين بدان معني است كه بخش مهمي از ذخيره‌هاي فكري و منابع انساني در نانوتكنولوژي كه در كشور حضور داشتند گرد هم آمدند تا يك گروه مشاور مؤثري در نانوتكنولوژي را بوجود آورند.

• كارگاهها :

اولين كارگاه براي آشنايي و معرفي نانوتكنولوژي و جمع كردن و گردآوري متخصصين در زمينه‌هاي مختلف در May 1996 برگزار شد . در اين كارگاه يك معرفي از نانوتكنولوژي و توضيحاتي اختصاري و مفيد توسط مسؤولين هريك از گروههاي ضربت ايراد مي‌شود كه هدف از آن بحث و ارائه عقيده‌هايي مختلف كارشناسان در زمينه‌هاي مختلف و جمع‌آوري يك گروه مشاوران كارا در اين زمينه (نانوتكنولوژي) مي‌باشد. البته تصميم داريم در ژانويه 1998 سميناري در مورد كاربردهاي  عملي نانو با حضور همين جمع برگزار كنيم.

   گروههاي ضربت:

گروه ضربت 1 : نانوتكنولوژي مولكولي 

     كار اين گروه شامل بيوشيمي و تكنيك‌هاي شيمي فرا مولكولي براي تركيب نانوساختارها مي‌باشد. در اين بخش روي مكان يابي مولكولي و دست‌كاري (manipulation) نانوساختارها، توانايي آدرس‌يابي نانوساختارها، خود سازمان‌دهي و كنترل در مقابل عوامل نامطلوب و پاسخ‌دهي و مثالهايي از طبيعت تمركز مي شود. مطالب اين كتاب در اين بخش شامل:

• تركيب كردن سوپرمولكولي
• مهندسي پروتئين
• نانوساختارهاي بيولوژي كه الكترون يا انرژي را حمل و نقل مي‌كنند
• مدلهاي مولكولي
• نانوساختارهايي از مولكولهاي سطح Surfactant
• نانوساختارهايي از ميان شيمي كوئوردينانسيون (coordination chemistry )
• DNA و كپسوله‌سازي داروها و نانوكپسولها.
• پروتئين‌هاي گيرنده نوري براي ابزار ذخيره كردن و تغييردهنده و يا قطع و وصل كننده‌هاي نوري وسايل شيميايي نوري مولكولي
• تركيبات درختي( dendrimer )

شماتيكي از كشف يك دوقطبي راه گزين(switching) با استفاده از SQUID
تحقيقات در مجتمع پيشنهادي براي وسايل و مواد بيوآلي در دانشگاه Groningen شامل موتورهاي مولكولي نيز خواهد شد. موتور چرخان در شكل نشان داده شده كه در آن رشته actin متصل شده به H-ATP Synthase و بوسيله آنزيم رانده مي‌شود. (منبع:دانشگاه Groningen )

گروه ضربت 2 : مواد نانوساختار و نانوذرات 

شيمي آلي و شيمي غيرآلي در علم مواد به منظور كنترل خواص مواد توسط كنترل مورفولوژي نانومقياس استفاده مي‌شود ، مواردي كه در كتابSTT در اين بخش آمده شامل :

• تركيب كردن نانو ذرات
• معدني كردن زيستي
• پراكندگي‌هاي كلوئيدي
• نانوذرات فلزي
• مواد نانوساختار
• پليمرهاي زيستي
• فرآيندهاي نانوذرات در فاز مايع براي Coating
• كاربردهاي نانوتكنولوژي در صنايع غذايي

گروه ضربت 3  : نانوتكنولوژي از بالا به پايين

     اين گروه مشغول تهيه و تنظيم فصلي از كتاب پيرامون نانوساختارهايي روي سطح مي‌باشند. تمركز بيشتري روي نانوليتوگرافي و نانو الكترونيك دارند. البته در كنار نانوتكنولوژي از بالا به پايين، نانوتكنولوژي از پايين به بالا هم بحث خواهد شد. موضوعات اين بخش شامل :

• نانوليتوگرافي براي توليد IC
• نتيجه نهايي ليتوگرافي با پرتوالكتروني
• طراحي نانو مقاومت‌هايي مناسب براي تشعشع DUV
• رشد همبافته انتخابي
• ليتوگرافي با روش نوشتن اتمي مستقيم
• چاپ با تماس ميكروني
• جستجوهاي پويشي در حد نانو براي نانوساختارها
• نانوتكنولوژي الكترومغناطيسي : كاربردهاي MRAM

گروه ضربت 4 : پويش‌هاي نانومتری

در اين گروه در مورد پويش‌هاي ميدان نزديك و ميدان دور مطالبي گردآوري شده كه شامل :

• force microscope
• ميكروسكوپهاي نوري پويشگر ميدان نزديك (NSOM)
• روشهاي نوري ميدان دور براي نانوتكنولوژي
• ميكروسكوپهاي الكتروني

برنامه‌ريزي آينده :

البته واضح است كه تمام شدن سمينار و كتاب, پايان كار مركز STT نيست. مركز STT در صدد به حركت در آوردن و فعال كردن ابتكارات براي تحقيقات پيشنهادي چندرشته‌اي، برنامه‌ريزي براي علوم نانويي، نانوتكنولوژي، آموزش و سياست صنعتي مي‌باشد. البته در كنار طرح پيشنهادات و معرفي نانو براي دولت و صنعت، ارائه ابتكارات واقعي بوسيله اعضا بسيار ضروري است. شعار ما ” شهر كوچك، ابزار كوچك “

آيندة اميدبخش نانوتکنولوژي در اروپا

 بدون شک آمريکا پيشتاز تحقيقات نانو در جهان است. اين کشور در سال 2003 بيش از 770 ميليون دلار به برنامه پيشگامي ملي نانوتکنولوژي اختصاص داد و براي سال 2004 نيز در نظر دارد اين بودجه را تا %5/9 افزايش دهد. کنگره اين کشور لايحه‌اي را تصويب نمود که 36/2 ميليارد دلار به برنامه‌هاي نانوتکنولوژي در سه سال آينده اختصاص مي‌دهد.
اروپا براي رسيدن به اين سطح، مسيري طولاني در پيش دارد ولي با تشخيص اينکه چه خطري در کمين است, در حال برداشتن گامهايي در سطح ملي و بين‌المللي است تا اطمينان يابد که آمريکا نمي‌تواند سهم اروپا را از بخش نوظهور صنعت نانو تصاحب کند.
اميدهاي زيادي براي پيشگامي تحقيقاتي 5 سالة کميسيون اروپا، يعني ششمين برنامه تحقيق و توسعه اروپا (PF6) وجود دارد. تشخيص اينکه اروپا ممکن است صحنة بازي را از دست بدهد سبب شده که با اختصاص حدود 1485 ميليون دلار، امکان ارتقاء نانوتکنولوژي از وضعيت فعال کليدي در برنامة قبلي (FP5) به وضعيت اولويت اول موضوعي در FP6 فراهم شود.
همچنين نانوتکنولوژي مي‌تواند از ساير بودجه‌هاي FP6 در زمينه‌هايي مثل (ژنوميک و بيوتکنولوژي براي سلامت) (انرژي، محيط زيست و توسعة پايدار) و (فناوري اطلاعات) نيز استفاده نمايد.

 کمسيون اروپا از FP6 براي تشويق همکاريهاي بزرگ بين مراکز تحقيقاتي، دانشگاهها، مناطق، کشورها و همچنين همکاريهاي بين دانشگاه و صنعت استفاده مي‌نمايد.کمسيون اروپا به منظور يکپارچه‌سازي بيشتر تحقيقات, با تمرکز بيشتر روي اولويتهاي ذکر شده از کارهايي که در سطح اروپا انجام مي‌گيرد حمايت مي‌نمايد. براي مثال از شبکه‌هايي که سعي مي‌نمايند تا همکاريهاي بين‌المللي و چند مرکزي را بهبود بخشند حمايت مي‌نمايد. يک بررسي جديد، بيش از 80 شبکه ملي و بين‌المللي در زمينة نانوتکنولوژي را در اروپا مشخص نموده است. از جولاي 2002 شبکه‌اي متعلق به جامعة اروپا با عنوان نانوفروم به عنوان نقطه‌ کانوني(Focal Point) براي اين شبکه‌ها عمل کرده و به انتشار اطلاعات و تبادل تجربيات و کارها مي‌پردازد.

زنگ خطر براي اروپا

فيليپ باسکوين عضو کميسيون تحقيقات اروپا معتقد است براي اينکه اين منطقه موقعيت خود را در اقتصاد جهاني آينده که مبتني بر دانش و اطلاعات است، حفظ نمايد بايد در زمينة فناوريهاي کليدي و داراي سود اقتصادي و اجتماعي زياد، پيشرفتي عالي داشته باشد. يکي از اين فناوريهاي کليدي نانوتکنولوژي است. وضعيت اعضاي کميسيون اروپا نشان مي‌دهد که پاية تحقيقاتي کامل و عميقي در اروپا براي پيشرفت وجود دارد.
کشورهاي اتحاديه اروپا(EU) و منطقة تجارت آزاد اروپا (EFTA) %39 از ابداعات مربوط به نانوتکنولوژي را در مقايسه با %45 آمريکاي شمالي به خود اختصاص داده‌اند. از لحاظ انتشار مقالات علمي EU و EFTA بيش از يک سوم (%34) سهم داشتند در حالي که سهم آمريکا و کانادا کمتر از اين مقدار (%28) بود.
به عقيده بسياري از محققان علوم نانو با وجود آنکه چالش اصلي اروپا، انتقال تحقيقات نانو از دانشگاه به عرصة تجاري است، اما اين اتحاديه تاکنون سطح مناسب تحقيقات بنيادي خود را حفظ نموده است.
جان‌ريان از دانشگاه آکسفورد که يک مأموريت جديد سازمان‌دهي‌شده توسط مؤسسه نانوتکنولوژي در آمريکا را هدايت مي‌کند، اعلام نمود: “آمريکا قادر به سرمايه‌گذاري طيف وسيعي از تحقيقات طولاني‌مدت و کاربردي همراه با حمايت اقتصادي و تجاري آنها از طريق بخش خصوصي مي‌باشد. بسياري از شرکتهاي آن براي سرمايه‌گذاري بر روي زمينه علمي و فني جديد مشتاق مي‌باشند و با سرمايه‌گذاري شخصي خود تحقيقات بنيادي را به سوي محصولات تجاري سوق مي‌دهند. معمولاً آمريکاييها سود صنعتي بيشتري از تحقيقاتشان نسبت به آنچه که ما در اروپا انجام مي‌دهيم، مي‌برند.”
ضعف اروپا در مقايسه با آمريکا و ژاپن در ايجاد صنايع پيشرفته با تکيه بر تحقيقات بنيادي هميشه باعث نگراني بوده است. تعداد طرحهاي کميسيون اروپا و ميزان سرمايه‌گذاري آن در زمينه تحقيقات نانو قابل تحسين است، ولي وقتي که کار به بخش خصوصي مي‌رسد احساس خلائي مي‌شود. صنعت نمي‌تواند به طور مناسب با تحقيقات هماهنگ گردد. به طور کلي کميسيون اروپا بخش کوچکي از ثروت خود را (%9/1 از درآمد ناخالص ملي در سال 2000) در مقايسه با رقباي اصلي خود يعني آمريکا (%8/2) و ژاپن (%3) به تحقيقات اختصاص مي‌دهد.
باسکوين با اعلام اينکه خلاء سرمايه‌گذاري، زنگ خطري براي اروپا است، خواستار افزايش و صرف %3 از درآمد ناخالص ملي بر روي تحقيق و توسعه تا سال 2010 گرديد. او اضافه نمود: “کشورها بايد بررسي کنند که چگونه مي‌توان از بودجه‌هاي تحقيقاتي براي برانگيختن و تشويق سرمايه‌گذاري خصوصي به بهترين وجه استفاده نمود. اين کار ممکن است براي کشورهايي که نسبت به فناوريهاي جديد بدبين هستند و نيز براي فضاي اقتصادي علاقمند به بازگشت سريع سرمايه، آسان نباشد.”
او همچنين به اتلاف و هدر رفتن زياد بودجه‌ها و هزينه‌هاي تحقيقاتي تا سقف %20 از طريق تکرار کارها در اروپا اشاره نمود.