نانو تكنولوژي
مقدمه:
حدود 100 سال پيش براي اولين بار مسئله استفاده از انرژي عظيم هسته اي مطرح شد. بشر همواره نمي توانست درك تجربي و صحيحي نسبت به اين موضوع داشته باشد، ولي ديري نپاييد كه دانش و تكنولوژي اين انرژي در اختيار بشر قرار گرفت و توانست استفاده از اين انرژي فوق العاده را تجربه نمايد.
ديرزماني، اگر كسي مسئله پرواز در آسمان و يا سفر به خارج از اين كره خاكي و گردش به دور آن را مطرح مي كرد، ديگران حتماً او را خيال پرداز و مجنون قلمداد مي كردند و يا به خاطر اظهار بعضي حقايق فرد را به توبه در كليسا وا مي داشتند! زماني روبات ها و ابركامپيوترها كه چندين محاسبه رياضي را در چند ثانيه انجام مي دهند، فقط در داستانهاي تخيلي نويسندگان پيدا مي شد و اكنون ...
هميشه و در تمامي اعصار، وقتي مطلبي فوق دانش و درك مردم آن زمان مطرح مي شد، در برابر مخالفت ها و انتقادات شديدي قرار مي گرفت ولي بعد از طي روزگار، همگان با پيشرفت هاي فوق العاده در آن زمينه مواجه مي شدند و حتي اين پيشرفت را موجبات فراهم آمدن آسايش بيشتر خود مي ديدند و حالا در عصر ما بحث نانو تكنولوژي مطرح شده است، موضوعي كه در تمامي ابعاد زندگي بشر و رشته هاي مختلف علمي ارتباط مستقيم و مؤثر خواهد داشت.
نانو تكنولوژي چنان رويكرد و نگرش، به تكنولوژي را متحول ساخته كه در صورت تحقق و رسيدن به مقصدي كه ترسيم شده است، شايد بزرگترين جهش انسان براي صعود به قله هاي رفيع علم باشد. اكنون جهان متوجه اين رويكرد متحول كننده شده و متخصصين و دانشمندان در نقاط مختلف اين كره خاكي دست به پژوهش و مطالعات وسيعي در اين زمينه زده اند و طبق گفته برخي از آنان پيشرفت هاي صورت گرفته و روند رو به رشد نانو، بيش از حد انتظار و پيش بيني شده است.
مطمئناً با بودجه هاي كلان تخصيص داده شده و تحقيقات گسترده در آينده اي كاملاً نزديك، انسان خواهد توانست در چيدمان اتم به اتم مواد به دلخواه دخالت كند و وسايل و تجهيزات مورد نياز خود را با هر اندازه و كيفيت و شكلي توليد كند. همان طوري كه بسياري از مباحث علمي از درون فعاليت ها و پژوهش هاي نظامي به دنياي علم راه پيدا كرده است و يا مانند دانش هسته اي سرانجام در مبحث نظامي مورد سوء استفاده قرار گرفته است، دانش نانو نيز از اين مستثني نخواهد بود و سرانجام در زمينه هاي نظامي به پيشرفت هاي قابل ملاحظه اي خواهد رسيد كه در آن وقت دانش هسته اي يكي از زيرشاخه هاي نانو به شمار خواهد آمد با توجه به اهميت اين مسئله مسلم خواهد بود كه از دانش نانو به مراتب استفاده هاي سوء بسيار هولناكتر و تهديد آميزتر صورت خواهد گرفت.
در پي انقلاب ميكروالكترونيك، اكنون جهان در آستانه ورود به انقلاب نانو تكنولوژي با فن آوري ذره اي قرار دارد كه آغازيست براي نوآوري هاي بيشمار در آينده، به گفته كارشناسان، اين تكنولوژي نوين در آينده اي نزديك با تأثير و بسياري از بخش هاي اقتصادي، وضع موجود را به كلي دگرگون خواهد كرد با كمك اين تكنولوژي توليد اشياء با خصوصيات جديد از جمله قدرت درك و گويش توسط ذره هايي كه اندازه هركدام از آنها يك ميليون از ميليمتر بيشتر نيست امكان پذير مي شود با كمك اين تكنولوژي آنچه در گذشته اي نزديك غيرممكن بود، تحقق پيدا خواهد كرد.
بدون ترديد اندازه هر چيزي اهميت خاصي دارد، ولي نبايد تصور كرد كه حجم بزرگتر به معناي بهتر است چرا كه حتي ستارگاني كه شب هنگام در آسمان خداوندي مي درخشند انرژي نوري خويش را از ذرات بسيار ريزي به نام اتم ها كه ساختار تمام هستي از آنهاست مي گيرند. جهان اتم ها و مولكولها امكانات نامحدودي را در اختيار دانشمندان و مهندسين قرار داده كه بتوانند به تحقيقات جامع تر و گسترده تر دست پيدا كنند. يكي از اهداف آنها به زبان ساده عبارت است از ايجاد و ساخت سيستم هاي كاملاً مستقيم از اتم ها مولكول ها تا حداكثر مينياتوري كردن را بتوانند به دست آورند. هدف ديگر ايجاد ويژگي و خصوصيات و ويژگي هايي كاملاً غيرمعمول در مواد با استفاده از افزودن اتم هاي مختلف به آنهاست؛ نانو واژه اي است كه كارشناسان با استفاده از آن مي توانند به اهدافي كه ذكر شد دست پيدا كنند. اين چيزي است كه سي سال پيش حتي روياي دست يافتن بدان در تصور بشر نمي آمد؛ بنابراين امپراطوري ريزترين ذرات به وسيله نانومتر بايك ميلياردم متر اندازه گيري مي شود. اميدواري بسيار نسبت به نانو به وجود آمده چرا كه با كمك آن مي توان ماشين هاي هرچه كوچكتر ساخت كه به وسيله تراشه هاي هرچه كوچكتر و همين طور ترانزيستورهاي خيلي كوچك كنترل شوند. در انتهاي زنجيره سازي در تكنولوژي نانو چيزي كه به وجود مي آيد روباتهاي بسيار كوچكي هستند كه قادرند از مويرگهاي بدن انسان نيز عبور كنند و با از ميان برداشتن رسوبات چربي اقدام به ترميم سلول هاي آسيب ديده بنمايند.
سال 1959 نخستين رجوع به دنياي نانو بود؛ در اين سال فيزيكدان بسيار معروف آمريكايي يعني ريچارد فيليپس فينمن كه برنده جايزه نوبل نيز شده بود در انيستيتوي تكنولوژي كاليفرنيا اصول اوليه نانو را پايه گذاري كرد و او اولين فردي بود كه ديدگاه هايي در خصوص امكانات دنياي نانو پيدا كرد و همان طوري كه معمول نوابغ بوده است ديدگاه خود را با كلامي ساده و بدون اين كه از قبل مطلبي را در اين خصوص تهيه كرده باشد اين چنين بيان كرد:
«آن پايين فضاي بسيار بزرگي وجود دارد.»
فينمن اولين كسي بود كه نموداري از يك مسير را در دنياي نانو ترسيم كرد و اين راهي بود مستقيم به داخل دنياي اتم ها و مولكول ها. همانگونه كه به نظر او رسيد، اين موضوع امكان پذير بود كه بتوان در اطراف اتم ها به طور معلق و شناور درآمد و آنها را به گونه اي آرايش داد كه سازه اي كه از اين آرايش به وجود مي آيد اندازه اي كمتر از ده هزارم ميليمتر داشته باشد. نظرات او تا اواسط دهه هفتاد ميلادي به همان صورت اوليه معتبر باقي مانده بود ولي در آن تاريخ زيست شناسان كشف كردند كه چگونه مي توان مولكولهاي «دي ان اي» را از يكديگر تفكيك كرد و اين از اهميت زيادي برخوردار بود، چون تمامي اطلاعات اجدادي موجودات زنده بر روي مولكولهاي «دي ان اي» ذخيره شده است.
با عنايت به موفقيت هاي به دست آمده در قدم هاي اول در آزمايشگاه ژنتيك، هدف فينمن در خصوص ساخت ماشين هاي غيرآلي از اتمها مجدداً در دستور كار قرار گرفت. اما تا قبل از سال 1980 ميلادي حتي قويترين و مجهزترين ميكروسكوپ هاي الكتروني نيز تصويري گنگ و نامشخص از اتمها را نشان مي دادند و بنابراين لمس آنها و احياناً اعمال هرگونه تغييري بر روي آنها غيرممكن بود. اما در آن سال ميكروسكوپ هاي اتمي كشف شدند، در اين ميكروسكوپها از نوكهاي فوق العاده ظريف و كوچك با عرض حدود يك ميلياردم متر استفاده مي شد كه بتواند راه خود را به سمت سطوح مختلف پيدا كند و در همان از حسگرهاي پيشرفته اي استفاده كرد و اين اجازه به اتم ها داده شود كه اطراف آنها به ميل خود بچرخند. نخستين باري كه محققين موفق شدند چنين مجموعه اي را انجام دهند سال 1989 بود و آن هم تفكيك 15 اتم «زنون» بود.
البته اخيراً خبري از سوي محققين آمريكايي منتشر شد كه حكايت از حك كردن كلمات انجيل بر روي يك تار موي انسان داشت و نيز توسط آنها اذعان شد كه اولين بار بحث بر روي ذرات توسط ارسطو و سقراط انجام گرفته است؛ به هر حال جاي بسي خوشحالي است كه نانو تكنولوژي را به ماركوپلو نسبت نداده اند!
پژوهشگران در مطالعات سلولي از نانو كريستال هاي نيمه رسانا به عنوان ابزار «فلورسنت ساز» براي تشخيص سلول هاي سرطاني استفاده مي كنند. پيتر باركر، رهبر پروژه اي در آزمايشگاه هاي مختص مطالعه سرطان مي گويد: «نانو كريستال ها نويد پيشرفت هاي قابل توجهي در رنگ هاي ارگانيك را مي دهند» او مي گويد: «ذرات نانو امكان تشخيص سرطان سينه را به طور دقيق تر، مطمئن تر، و سريع تر فراهم مي كنند. اما تحقيقات پزشكي بيش از هر نوع كاربرد علمي ديگر نياز به امنيت و نظارت اخلاقي دارد. بعضي عناصر احتمالاً سمي هستند، پس بنابراين آزمايش بر روي انسان خيلي زود است. دانشمنداني كه روي تكنولوژي نانو كار مي كنند به كشف جالب ديگري نيز نائل آمده اند. آنها دريافته اند كه اتم ها سر و صدا ايجاد مي كنند. اتم ها توسط يك جريان الكتريكي خاصي كه به جريان «تونلينگ» معروف است از موقعيتي به موقعيت ديگر جابه جا مي شوند. كنترل صداي اين جابه جايي نوعي سروصدا شبيه «صداي اعتراض اتم ها» را نشان مي دهد.
جهش به جلو و عقب بين محل استقرار اتم و جايي كه ما مي خواهيم آن را قرار بدهيم چنين سروصدايي ايجاد مي كند. يكي از اهداف محققين ساخت موادي با هزاران اتم است، بدين صورت كه ساختار مورد نظر به ميكروسكوپ داده شود و ميكروسكوپ خود، كار را تكميل نمايد.
هدف تحقيقات ايجاد فرمول هايي كارآمد و عملي است كه همه، از توليد كنندگان گرفته تا مصرف كنندگان بتوانند از آنها براي اهداف و توليدات خاص خود استفاده كنند. نانو تكنولوژي زمينه اي ارزشمند است كه در آن مي توان پديده هاي كوانتومي و بسيار كوچك را بررسي كرد، در اصل يك ميز كار بسيار كوچك است. انتظار مي رود 5 الي 10 سال طول بكشد تا بتوان از قطعات نانو در صنعت الكترونيك استفاده كرد و در علم پزشكي نيز اين كاربرد احتمالاً 8 الي 12 سال طول خواهد كشيد. اين تأخير به خاطر جاماندن كسي از كار يا عدم موفقيت كسي نيست، بلكه به علت پيچيدگي و نيز رمزآلود بودن زياد اين مقوله است نانو تكنولوژي توليد كارآمد مواد و دستگاه ها و سيستم ها با كنترل ماده در مقياس طولي نانومتر و بهره برداري از خواص و پديده هاي نوظهوري است كه در مقياس نانو توسعه يافته اند. امروزه بسياري از تكنولوژي هاي موجود، به فرآيندهايي در مقياس نانو وابسته اند. فتوگرافي و كاتاليزور دو نمونه از تكنولوژي هاي قديمي هستند؛ كه به صورت تجربي، در مقياس نانو تكنولوژي هاي قديمي هستند كه به صورت تجربي، در مقياس نانو پيشرفت داشته اند. مفهوم جديد نانو تكنولوژي، آنقدر گسترده و ناشناخته است كه ممكن است روي علم و تكنولوژي در مسيرهاي غير قابل پيش بيني تأثير گذارد. محصولات موجود نانوتكنولوژي عبارتند از: لاستيك هاي مقاوم در برابر سايش، مواد دارويي كه در مقياس نانو توليد شده اند، ديسك هاي ليزري و مغناطيسي كه با كنترل دقيق ضخامت لايه ها از كيفيت بالاتري برخوردارند، چاپگرهاي عالي با استفاده از نانو ذرات با بهترين خواص جوهر و رنگ دانه. بيشتر ساختارها نيز هم اكنون در مرحله تحقيق و يا توسعه هستند كه ليست برخي از آنها در ذيل آمده است:
صنايع اتومبيل سازي و هوانوردي، مواد جديد كه از نانو ساخته شده، لاستيك هايي با مقاومت بيشتر، رنگ كاري هايي كه احتياج به شستشو ندارند، پلاستيك هاي ارزان غير قابل اشتعال، صنايع الكتروني براي كنترل، پوشش هاي خود ترميم و منسوجات، ضبط كامل صدا توسط نانو لايه ها و نقطه چين كردن، صفحه هاي نمايش صاف، تكنولوژي بي سيم ابزار و فرآيندهاي جديد در زمينه ارتباطات، هزاران اصلاح و پيشرفت درباره ظرفيت ذخيره داده ها و سرعت پردازش در سطح پايين، سلاح هاي بسيار كشنده و سبك، لباس هاي منعطف ضد گلوله، روبات هاي ميليمتري و هزاران، هزار مورد ديگر.
بنابر گزارش بانك تعاون آلمان، حجم معاملات براي اجناس ذره اي در بازارهاي جهان از مرز 54 ميليارد دلار گذشته است و تا سال 2010 ميلادي با 220 ميليارد دلار چهار برابر خواهد شد. طبق اطلاعات اتحاديه صنايع ذره اي آمريكا حجم معاملات ذره اي اين اجناس و خدمات مربوط به آن تا سال 2015 ميلادي حتيي به 1/1 ميليارد دلار خواهد رسيد، با توجه به اين بازار قابل توجه، كشورهاي پيشرفته صنعتي در پيشرفت بخش فناوري ذره اي با يكديگر در حال مسابقه هستند.
دولت آمريكا براي سال جاري ميلادي بودجه اي در حدود 850 ميليون دلار براي تحقيقات و فعاليت هاي علمي و فني در اين رشته اختصاص داده است؛ اين بودجه نسبت به سال گذشته ده درصد و نسبت به سال 2001 ميلادي بيش از پنجاه درصد افزايش داشته است.
اما اتحاديه اروپا هم در اين زمينه كوتاهي نكرده و از سال 1994 ميلادي با برنامه هاي متعدد براي پژوهش هاي علمي و كاربردهاي فني تا سال 2006 ميلادي يك ميليارد و سيصد هزار يورو در نظر گرفته است. در اين راستا آلمان با هزينه يك ميليارد يورو بزرگترين سهم را عهده دار است. آلمان در زمينه پژوهش هاي علمي و انتشار آنها بين سال هاي 2000-1996 ميلادي پيش از ايالات متحده آمريكا و ژاپن قرار دارد. بنابر بررسي كميسيون اتحاديه اروپا، آلمان در بخش تكنولوژي ذره اي با 10/7 درصد تحقيقات علمي منتشر شده بين سال هاي 97، 99 در ميان 50 كشور جهان مقام سوم را پس از آمريكا و ژاپن كسب كرده است، طبق تحقيقات به دست آمده سابقه تحقيقات در زمينه نانو تكنولوژي در آلمان به دوره هيتلر و نازيسم برمي گردد كه البته اين تحقيقات با عنوان نانو نبوده است. ژاپن در سال 2004 ميلادي با هزينه اي بالغ بر 800 ميليون يورو در تكاپوي داشتن سهم بيشتري در اين تكنولوژي است.
انقلاب جهاني تكنولوژي با تغييرات اجتماعي، اقتصادي، سياسي و فردي در سراسر جهان همراه است. همچون انقلاب هاي كشاورزي و صنعتي در گذشته، اين انقلاب تكنولوژي نيز از پتانسيل دگرگون سازي كيفيت زندگي و طول عمر، متحول سازي كار و صنعت، تغيير و تبديل ثروت، جابه جايي قدرت در سطح ملت ها و در درون ملتها و افزايش تنش و تعارض برخوردار است. پيامدهاي انقلاب يادشده بر سلامتي بشر شگفت آورترين آنها است، چرا كه خط شكني هاي علمي كيفيت و طول زندگي انسان را به مراتب بهتر خواهند كرد. بيوتكنولوژي ما را قادر خواهد ساخت ارگانيزم هاي زنده از جمله خودمان را شناسايي نموده و چگونگي فعاليت شان را درك نماييم. آنها را دستكاري كرده، بهبود بخشيده و تحت كنترل درآوريم. تكنولوژي اطلاعات امروزه به ويژه در كشورهاي توسعه يافته، تحولات انقلابي براي زندگي ما به ارمغان آورده و خود عامل توان آفرين عمده اي براي ساير روندها به شمار مي رود. تكنولوژي مواد، تولد محصولات، قطعات و سيستم هاي ارزانتر، هوشمندتر، سبكتر، سازگار با محيط زيست، ماندگارتر و سفارشي تر را ميسر خواهند ساخت. علاوه بر اين مواد هوشمند، ساخت و توليد چالاك و نانوتكنولوژي شيوه توليد وسايل را متحول ساخته و توانمنديهاي آنها را بهبود مي بخشد.
1. مواد نو
بعيد نيست كه تحقيقات در حوزه مواد تا سال 2015 متضمن بهبودهايي در خواص بعضي از حوزه هاي اضافي بوده و اثرات چشم گيري در پي داشته باشد. نيمه هاديهايي كه از شكاف باند وسيع برخوردارند به عنوان قطعات قابل مصرف در الكترونيك، با قدرت بالا مورد بررسي هاي تحقيقاتي هستند. مواد با عملكرد تدريجي مي توانند براي ساخت لايه هاي مياني كه اجزاي گوناگون مكانيكي، حرارتي يا الكتريكي را به هم پيوند دهند، بسيار مفيد باشند. هم اينك آندها و كاتدها و الكتروليت هاي پرظرفيت و با عمر طولاني تر براي بهبود باطري ها و سلول هاي سوختي در دست توسعه اند. به جاي دماي هليوم مايع در دماي نيتروژن مايع عمل مي كنند. همچنين وسايلي از قبيل كابل هاي انتقال الكتريكي، ترانسفورماتورها، خازنها، موتورها و محدودكننده هاي جريان ناقص در سطح نمونه ساخته شده و به نمايش گذاشته شده اند مواد نوري غيرخطي هم اكنون براي ساخت ليزرهاي فوق بنفش تحت بررسي هستند، همچنين كوشش هايي براي افزايش آستانه تخريب و بازدهي تبديل، كمينه كردن واگرايي و متناسب سازي مرز جذبي ليزرها در دست اقدام است.
در حوزه اي ديگر، مواد سختي چون پوشش ها و الماس هاي نانو كريستالي به ترتيب براي استفاده در درايوهاي ديسك كامپيوتر و مته هاي حفاري نفت و گاز در دست توسعه اند و سرانجام، مواد با دماي بالا، همچون كامپوزيت هاي با زمينه سراميكي و كامپوزيت هاي بين فلزي چكش خوار براي كاربردهاي هوافضايي و سيستم هاي تبديل پتروشيمي و سيستم هاي انرژي پربازده، موضوع توسعه هاي جدي هستند.
2. نانو مواد
اين حوزه تحقيقاتي، نانو تكنولوژي را با بسياري از كاربردهاي مواد نانوساختاري تلفيق مي كند. يك حوزه بسيار مهم، تزريق نيمه هادي هاي نقطه كوانتومي است، كه از طريق تزريق مواد ابتدايي به طور متعارف از آنها براي قراردادن بخار شيميايي درون سرباره داغ مايع استفاده مي شود، صورت مي گيرد. اين «نقطه كوانتومي» در واقع يك ماكر مولكول است، زيرا با تك لايه اي از سرباره پوشش داده مي شود تا تجمع توده اي گون ايجاد نشود. اين مواد، بسته به اندازه خود، در فركانس ها يا رنگ هاي مختلف نورافشاني كرده و بدين ترتيب امكان چندگانگي نوري در برچسب زني بيولوژيك را فراهم مي سازند. كلاس ديگر مهم نانو مواد، نانو لوله ها هستند. كاربردهاي ممكن نانو لوله ها عبارتند از: نمايشگرهاي انتشار ميداني، سيستم هايي در مقياس نانو براي بارتي ها و مديريت حرارتي. از نانو لوله ها مي توان به عنوان مسلح كننده مواد كامپوزيتي هم بهره برد. موادي كه از نانولوله ها درست مي شوند، احتمالاً به دليل پديده باندينگ يا چفت شدن، 50 تا 100 بار مقاوم تر از فولاد بوده و در عين حال يك ششم آن وزن خواهد داشت، البته به شرطي كه موانع عملي فعلي برطرف شوند.
همچنين از طريق فرآوري مي توان نانوساختارهايي با خواص مكانيكي يا غيرمكانيكي مطلوب درست كرد. مثالها از اين قرار است: تقويت آلياژها يا ساختار دانه اي در مقياس نانو، افزايش چكش خواري فلزات با ميكروساختارهاي چندفلزي در مقياس نانو و افزايش كندي شعله نانو كامپوزيت هاي پلاستيكي.
3. نانو تكنولوژي
تا امروز اقدامات زيادي براي توليد وسايلي با ابعاد بسيار كوچك صورت گرفته است. بسياري معتقدند كه وسايل مقياس نانو اين روند را تا رسيدن به سطوح بي سابقه اي ادامه خواهند داد. اين روند نه تنها ابعاد قطعات ميكروالكترونيك بلكه محاسبه براساس سوئيچ كوانتمي را هم در كوتاه مدت كوچكتر خواهد ساخت. پتانسيل اين پيشرفت ها به حدي است كه در آينده ما را به متحول سازي شيوه مهندسي محيط پيرامون، ساخت و كنترل سيستم ها تعامل در جامعه سوق مي دهند.
1-3 وسايل محاسباتي نانو
الف) تراشه هاي نانو: كنسرسيوم صنعتي پيشرو در بخش توليد نيمه هاديها در آخرين كار راهه بين المللي نيمه هاديها، خواستار توسعه هرچه بيشتر نيمه هاديهاي نانو شده است. بر اساس آينده اي كه اين كار راهه ترسيم كرده است، در سال 2015 طول دروازه نيمه هاديها «35 نانومتر» و تعداد كل عمليات در ريزپردازنده هاي توليد انبوه «4/3 ميليارد» خواهد بود و در پردازنده هايي با عملكرد بالا كه با حجم كمتري توليد مي شوند، اين رقم شايد به «20 ميليارد» برسد. براي تراشه هاي حافظه اي مربوط به اين نيز هدفي در حدود «64 گيگابايت» تعيين شده است. اهداف ترسيمي اين كار راهه، روند نمايي در قدرت پردازش را تداوم بخشيده و تكنولوژي اطلاعات را نيز قوياً تكان خواهد داد. اگرچه هنوز شماري از چالشهاي مهندسي در پيش است اما مشكلات دستيابي به اين سطوح عملكردي چندان لاينحل به نظر نمي رسد. اگر كاستي هاي پيش بيني نشده در توليد اقتصادي اين تراشه ها را در نظر بگيريم راهكارهاي متعدد ديگري امكان پذير خواهد بود. ساختارهاي كامپيوتري داراي تلرانس ضايعات، مانند نمونه هاي كوچك مقياسي كه «هيولت بكارد» ساخت يكي از گزينه هاست. اين روشها، قدرتي اضافي به اهداف عملكرد مي دهند. البته در سال هاي پس از 2015، شايد مشكلات ديگري آشكار شوند كه بعضي از آنها چالش هاي مهمي را برابر تكنيك هاي سنتي توليد نيمه هاديها ايجاد خواهند كرد. به ويژه محدوديت هاي ابعادي براي اتصالات يا سيستم هاي بين ترانزيستورها مي تواند كارآمدي محاسباتي در وسايل را محدود نمايد، زيرا به رغم پيشرفت هاي تدريجي فعلي در حوزه مواد، هنوز ضعف هايي در خواص و سازگاري پذيري مواد وجود دارد. انتقال حرارت در تراشه هاي فوق العاده فشرده چالش هاي مهم ديگري است. اين امر از لحاظ محدوديت هاي فني آن چنان اساسي نيست و بيشتر يك چالش اقتصادي محسوب مي شود، زيرا مقابله با اين حرارت مستلزم طراحي ساز و كارها و تكنولوژي خنك كننده اي است كه هزينه كل سيستم را افزايش مي دهد و در نتيجه بر هزينه حاشيه اي به ازاي هر عملكرد محاسباتي اين دستگاه ها اثر معكوس مي گذارد.
ب) محاسبه بر پايه سوئيچ هاي كوانتمي: يكي از راهكارهاي بالقوه درازمدت براي غلبه بر موانع افزايش قدرت محاسباتي كامپيوترها، توسعه دستگاه هايي است كه از مزيت هاي متنوع پديده هاي كوانتومي بهره مي برند، نوآوري اصلي در اين حوزه، به كارگيري پديده هاي كوانتومي، مثل قطبي سازي اسپيني الكترونها براي تعيين وضعيت سوئيچ هاي منفرد است، اين روش برعكس ميكروالكترونيك سنتي است كه برپايه خواص ماكروسكوپيك تعداد زيادي از الكترون ها استوار است و از خواص مواد نيمه هادي استفاده مي كند. بسياري از مفاهيم كامپيوترهاي كوانتومي، به دليل قدرت فوق العاده، محاسبات موازيشان، جذاب به نظر مي رسند ولي پيش بيني نمي شود كه تا سال 2015 نمود چشمگيري داشته باشند. اين مفاهيم به لحاظ كيفي با آنچه در كامپيوترهاي سنتي به كار مي روند، متفاوت اند و بنابراين نيازمند ساختارهاي كامپيوتري نو خواهند بود. انواع محاسبات كه با استفاده از اين نوع كامپيوترها مي تواند با سرعت شكل بگيرد همان هايي نيستند كه كامپيوترهاي ديجيتالي امروزي از پس آنها برمي آيند. چند تن از دانشمندان اين رشته الگوريتم هايي براي بعضي از مسائل كه محاسبات فوق العاده زياد مي خواهند در كامپيوترهاي ديجيتالي كنوني طراحي كرده اند كه در صورت به كارگيري فيزيك كامپيوترهاي كوانتومي بسيار سريعتر حل خواهند شد. نمونه هايي از اين مسائل عبارتند از: فاكتوريل گيري از اعداد بزرگ؛ جستجو در پايگاه هاي داده هاي بزرگ؛ يافتن تناسب الگو و شبيه سازي پديده هاي مولكولي و كوانتومي.
يك بررسي مقدماتي حاكي از آن است كه سوئيچ هاي كوانتومي احتمالاً ظرف 15 سال آينده نخواهند توانست بر موانع فني عمده همچون تصحيح خطا، همدوسي زدائي و ورودي/خروجي سيگنال غلبه كنند. اگر اوضاع بر همين منوال ادامه يابد بعيد است كه محاسبه بر پايه سوئيچ كوانتومي بتوانند در افق زماني 2015 رقيبي جدي براي كامپيوترهاي ديجيتال باشد.
2-3 وسايل بيومولكولي و الكترونيك مولكولي
بسياري از چالش هاي ساخت و توليد و معماري كه پيرامون كامپيوترهاي كوانتمي مطرح شد، در الكترونيك مولكولي هم صادق است. وسايل الكترونيك مولكولي از طريق ابزارهاي شيميايي و كاربرد تركيب هاي ارگانيك سنتز شده به عنوان سوئيچ هاي منطقي عمل مي كنند. چنين وسايلي را مي توان در تعداد انبوه و به طريقه شيميايي مونتاژ كرده و به شكل يك كامپيوتر سازماندهي نمود. مزيت عمده اين رويكرد صرفه جويي در مصرف انرژي، قابل توجه سوئيچي در آنها را تأييد كرده است. گروه هاي تحقيقاتي پيشنهاد كرده اند از نانو لوله هاي كربني براي اتصالات بينابيني اين وسايل استفاده شود؛ زيرا رشته هاي مولكولي منفرد كربن رسانايي بسيار بالايي ايجاد مي كنند. پيشرفت هاي زيادي نيز در جهت افزايش دماي عملياتي اين سوئيچ ها تا دماي حدود اتاق صورت گرفته است؛ اين پيشرفت ها فرايند سوئيچينگ در معكوس پذير و كل جرياني را كه مي توان با اين وسايل سوئيچ كرد افزايش مي دهد.
بايد خاطرنشان كرد كه هنوز مسائل و مشكلات بسيار بزرگي در راه توسعه الكترونيك مولكولي وجود دارد. يكي از آنها، حافظه هاي مولكولي هستند كه بايد بتوانند وضعيت خود را درست مانند كامپيوترهاي الكترونيك ديجيتال حفظ كنند. از آن گذشته چون فرآيندهاي وسايل الكترونيك مولكولي قطعاً با نقايصي همراه خواهند بود، لازم است يك معماري كامپيوتري با تلرانس نقص، توسعه يابد. ساخت اتصالات بينابيني قابل اطمينان از نانو لوله هاي كربني نيز چالش ديگري است. هم اكنون پژوهش ها و كارهاي بسيار زيادي در هر يك از حوزه ها انجام مي شود و تاكنون پيشرفت هاي پايداري در الكترونيك مولكولي به دست آمده، اما بعيد است كه كامپيوترهاي مولكولي در ظرف 15 سال آينده به حدي پيشرفت كنند كه در مقايسه با كامپيوترهاي الكترونيكي متعارف جذابيت نسبي داشته باشند.
3-3 مسائل و پيامدهاي گسترده تر
بررسي امكان توسعه كامپيوترهايي با كيفيت متفاوت برپايه تكنولوژي متمايز نانو، در نوع خود كاري چالش برانگيز است. تاريخچه 50 سال گذشته كامپيوترها يك تغيير اساسي در مبناي تكنولوژيك كامپيوترها است. اين تغيير نه تنها قدرت محاسباتي كامپيوترها را دگرگون ساخت، بلكه طرز فكر مردم درباره ارزش كامپيوترها را نيز تغيير داد. زماني كامپيوترها را ماشين هاي ساده صرفاً محاسبه گر مي پنداشتند، اما با ظهور ريزپردازنده ها، كامپيوترها به ابزاري در خدمت افزايش بهره وري فردي تبديل شده؛ و حال با افزايش سرسام آور قدرت ريزپردازنده ها، كامپيوتر را ابزاري براي پيدايش رسانه ها و اجتماعات بشري نو هم مي دانند. پيامدهاي بسيار گسترده تر تكنولوژي هاي محاسباتي آينده اصولاً بر پايه دو عامل ذيل بررسي مي شوند:
مفهوم سازي و توانايي تكنولوژي براي جوابگويي به اين تقاضاها. همه پيش بيني ماهيت كاربردهاي نو دشوار است. اما ارزيابي احتمالي انتشار تكنولوژي هاي نو نسبتاً آسان است. تجارب گذشته حول كامپيوترهاي شخصي و ارتباطات حاكي از آن است كه اين گونه تكنولوژي ها در كشورهاي توسعه يافته سريعتر از كشورهاي رو به توسعه انتشار مي يابند. با توجه به پرسش ها و ترديدهاي باقي مانده حول پيشرفتهاي نانو تكنولوژي ظرف 15 سال آينده كامپيوترهاي سنتي ديجيتال كه از تكنولوژي نيمه هادي ها سود مي جويند، محتمل ترين كامپيوترهاي سنتي ديجيتال كه از تكنولوژي نيمه هاديها سود مي جويند، محتمل ترين كامپيوترهاي مورد علاقه مردم خواهند بود. حتي به فرض اطمينان خاطر نسبي از پيشرفت مستمر در اين حوزه، تصور سناريويي كه در ***** تكنولوژي رقابت جو بتواند مزيت عملكردي با قيمتي رقابت را به ارمغان آورد، بسيار دور از انتظار مي نمايد.
شايد تا سال هاي پيش از 2015 همه پيشرفت هاي احتمالي نانو تكنولوژي تحقق يابد، اما قبل از آن كه جهانگير شوند، نانو تكنولوژي بايد بر چالش هاي رقابتي ياد شده غلبه كند.
4. توليد مولكولي و نانو روبات ها
1-4 تكنولوژي
بعضي از كارشناسان مفهوم ساخت و توليد مولكولي را كه در آن اشياء اتم به اتم ساخته مي شوند، ابداع كرده اند. تفاوت رويكرد هاي مرسوم مثل ميكروتكنولوژي و سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي با رويكرد توليد مولكولي در اين است كه آنها رويكردهاي «كل به جزء» هستند كه از فنون توليد ماكروسكوپيك و مواد حجيم استفاده مي كنند.
تحقق توليد مولكولي نيازمند پيشرفت فني متعدد است، نخست اين كه بايد «بلوكهاي سازنده» مناسبي پيدا شوند كه مولكولي باشند. اين بلوك هاي سازنده بايد از لحاظ فيزيكي بادوام، از لحاظ شيميايي بادوام، به آساني قابل دستكاري، و از لحاظ عملكرد چندمنظوره باشد. برخي از دانشمندان اين حوزه، ساختارهاي الماس گون بر پايه كربن را به عنوان بلوك هاي سازنده در وسايل نانومكانيكي مانند: دنده، محور و پروانه پيشنهاد كرده اند. از ساير مولكول ها نيز مي توان براي ساختارها و تأمين قابليت هاي يكپارچه ديگر همچون ساختارهاي واكنش شيميايي استفاده كرد. كارهاي بسيار زيادي نيز بايد در حوزه مدل سازي و سنتز ساختارهاي مولكولي مناسب انجام گيرد كه گروه هاي متعددي روي اين زمينه كار مي كنند. «درسل هاوس» و ديگران هم اكنون بلوك هاي مولكولي مناسبي براي اين ساختارها توليد مي كنند.
دومين حوزه عمده اي كه بايد توسعه يابد، توانايي اسمبل ساختارهاي پيچيده بر اساس طراحي ويژه است. چندين پژوهشگر رويكردهاي مختلف به اين مسئله را مطرح كرده اند. تكنيك هاي مختلفي نيز براي جايگذاري هاي فيزيكي در حال توسعه هستند. در رويكرد پيشنهادي كوايت، مك دونالد وايگلر، ميكروسكوپ هاي مولكولي و اتمي همراه با نانوكاوشگرهاي بسيار ريز، اتم ها و مولكول را به كمك نيروهاي فيزيكي يا شيميايي حركت مي دهند. رويكرد پرنتيس نيز ليزر را براي قراردادن مولكول ها در موقعيت مطلوب به كار مي گيرند. تكنيك هاي اسمبل شيميايي را بسياري گروه ها به كار مي برند؛ مثلاً رويكرد «وايت سايد» هربار يك لايه مولكولي و نهايتاً كل ساختار را مي سازد.
سومين حوزه مهم در ساخت و توليد مولكولي، طراحي و مهندسي سيستم هاست؛ سيستم هاي مولكولي به شدت پيچيده در مقياس ماكرو، درست مانند سيستم هاي پيچيده امروزي، نيازمند طراحي قابل توجه زير سيستم ها، طراحي كل سيستم و يكپارچه سازي سيستم ها هستند. هرچند مسائل طراحي در سطح زيرسيستم ها را احتمالاً مي توان از هم تفكيك كرد، اما حجم محاسبات براي طراحي و **** آن فوق العاده بالا خواهد بود. همچنين محدوديت هاي مهندسي همچون تلرانس خطا، يكپارچگي فيزيكي و پايداري شيميايي نيز بايد مميزي شوند. برخي پژوهشگران اين حوزه راهي براي تكامل توانمندي ساخت و توليد مولكولي پيش بيني كرده اند كه شامل اندازه كلي سيستم، نوع تكنولوژي توليد، پيچيدگي سيستم، مواد مصرفي و غيره مي شود. در بعضي نسخه هاي اين مفهوم جديد، نانوروبات ها يا نانو كاوشگرهاي بيشماري به صورت موازي ديده شده اند كه ساختارها را به طور فيزيكي (با 100 الي 100000 قطعه مولكولي) اسمبل مي كنند.
در يكي از مفاهيم پيشرفته ديگر، اصول شيميايي و استفاده از تغذيه هاي ساده را تركيب مي كنند تا وسايل بسيار بزرگتري بسازند. حسب ظاهر هرچه اين تكنيك ها پخته تر شوند و پيش از آنكه كاربردهايي در مقياس قابل توجه بيابند، بايستي كار بيشتري در سطح سيستم ها و مهندسي انجام پذيرد. با آنكه ساخت و توليد مولكولي نويد بخش تحولات جهاني تعيين كننده اي است، اما در ميان تكنولوژي هايي كه در اين جا توصيف شده اند كمتر از همه تحقق خواهد يافت. البته در زمينه توسعه تكنولوژي هاي اجزا كه در نخستين رژيم ساخت و توليد مولكولي جاي دارند، پيشرفت هايي صورت گرفته است. در اين روش اشياء از مولكول هايي ساده ساخته مي شوند و از طريق ميكروسكوپ هاي اتميك در زماني كوتاه به توليد مي رسند. هرچند ساخت اين سيستم ها تا امروز موردي و بيشتر پژوهشي بوده است، انتظار توسعه تجهيزات ساخت و توليدي يكپارچه ظرف 15 سال آينده منطقي است. چنين سيستمي قادر به اسمبل ساختارهايي با 100 الي 100000 جزء و ابعاد كلي ده ها ميكرون خواهد بود، مطمئناً زنجيره خط شكني هاي مهم، پيشرفت هايي را براي توسعه هرچه بيشتر اين حوزه به همراه خواهد داشت، اما ساخت اشياء بزرگ مقياس به شيوه مولكولي تا سال 2015 بسيار بعيد به نظر مي رسد.
2-4 مسائل و پيامدهاي گسترده تر
تحقيقات در زمينه ساخت و توليد مولكولي «نانو» در دوره زماني كنوني به دليل فراواني بسيار هيجان انگيز است. نخست اين كه، بسياري از پژوهشگران توانمندي هاي ابتدائي هريك از حوزه هاي اصلي ياد شده را به صورت تجربي به نمايش گذاشته اند. دوم اينكه، پيشرفت مستمر و چالش هاي كنوني در حوزه ساخت و توليد كل به جزء، توانمندي هاي موجود مولكولي را به سمت مقياس هاي رژيم نانو سوق مي دهد و سرانجام اين كه توانايي ساخت اجسام بسيار ريز آزمايشي، تحليل تجربي ساختارهاي نو از طريق كاربرد قابليت هاي نو و فهم بنيادي تر ساختارهاي مذكور را به كمك مدل هاي كامپيوتري بسيار پيشرفته، و نيز درك ويژگي هاي بنيادي زير ساختارها را به شدت ارتقا داده است. در عين حال، بعضي از افراد منظر ساز كاربردهاي بالقوه اي براي ساخت و توليد مولكولي ابداع كرده اند. اما چون توانمندي هاي تجربي هنوز در مراحل بسيار ابتدائي هستند، پيش بيني بسياري از مسائل دشوار است. رقابت بين المللي براي پيشگامي بلامنازع يا حتي دستيابي صرف به توانمندي هاي پيشرو نانو تكنولوژي همچنان به قوت خود باقي خواهد ماند، اما سرمايه گذاري ها و سمت و سوهاي كنوني حاكي از آن است كه آمريكا و اروپا در بيشتر حوزه هاي ياد شده پيشگامي دارند. شايان يادآوري است كه پيشرفت نانوتكنولوژي رابطه تنگاتنگي با سرمايه گذاري هاي تحقيق و توسعه اي دارد. مثلاً كشورهايي كه از امروز به سرمايه گذاري در نانو تكنولوژي بپردازند شايد در سال 2015 رهبري اين حوزه را از آن خود كنند.
براي آشنايي بيشتر با حجم سرمايه گذاري ها در زمينه نانوتكنولوژي به ارقام سرمايه گذاري در سال 1997 دقت كنيد:
1- ژاپن 120 ميليون دلار
2- آمريكا 116 ميليون دلار
3- اروپاي غربي 128 ميليون دلار
4- همه كشورهاي ديگر اعم از روسيه، چين، كانادا، استراليا، كره، تايوان،و سنگاپور جمعاً 70 ميليون دلار.
قابل ذكر است كه در همان سال پژوهشگران ايراني تقريباً از هزينه شخصي خود جهت تحقيقات استفاده مي كرده اند.
اين بدان معنا نيست كه ساير كشورها از تحصيل توانمندي هاي نانوتكنولوژي يا كاربرد آنها براي غافلگيري هاي تكنولوژيك كم دامنه يا مقاصد نظامي چشم پوشي خواهند كرد. البته اگر دشواري پيش بيني اينگونه نتايج و تخمين احتمال بروز آنها را در نظر بگيريم، برآورد تهديدها يا ريسكهاي ويژه بر اساس روندهاي كنوني دشوار خواهد بود.
5- بحث و نتيجه گيري
1-5 گستره احتمالات تا سال 2015
هرچند پيشگويي آينده محال است؛ اما روندهاي تكنولوژي قادرند بر اساس پويش ها و پيشرفت هاي جاري، نشانه هايي را از آنچه كه ممكن است در آينده روي دهد در اختيارمان بگذارند. به طوري كه كه بحث آن گذشت، تكنولوژي هاي توانزا و موانع چندي وجود دارند كه پيشرفت و تأثير اين روندها را تعديل خواهند كرد. روندهاي مورد بحث همچنين آثار و پيامدهاي گوناگوني در ابعاد جهاني دارند.
سرمايه گذاري بسيار شفاف جاري و خط شكني هاي تكنولوژيك، لازمه تحقق پتانسيل كامل نانوتكنولوژي خواهد بود، اما هزينه هاي تحقيقاتي، مشكلات كاربردي كردن دستاوردهاي تحقيقاتي، پيچيدگي، قابليت دسترسي و حتي استقبال اجتماعي مي تواند از آهنگ اين رشد بكاهد. در بهترين چشم انداز خوش بينانه اي مي توان از آينده نانوتكنولوژي ترسيم كرد، اين تكنولوژي آنچنان توسعه مي يابد كه ساخت و توليد مولكولي بسياري از نانوسيستمها با توانمنديهاي انقلابي عملي مي شود، در مجموع ساخت و توليد نانو، جنبه جهاني به خود مي گيرد، به گونه اي كه كشورهاي رو به توسعه نيز فرصت سرمايه گذاري و مشاركت در اين انقلاب تكنولوژيك را پيدا مي كنند. از ديدگاهي عمل گراتر، شايد تأثير خط شكني تكنولوژيك تا سال 2015 پيشرفتهاي يادشده را در يك مسير تكاملي محدود سازد. در اين مسير، روند جاري متمايل به سيستمهاي ريزتر، سريعتر و ارزانتر از طريق پيشرفت هاي سطح نانو در توليد نيمه هاديها است و در نتيجه قانون مور ادامه مي يابد.
2-5 كلان روندهاي پيشرفت نانوتكنولوژي
با نگاهي دوباره به روندهاي تكنولوژيك ياد شده و مطالعه ساير منابع مي توان چندين كلان روند را تشخيص داد كه با تأثير گرفتن از نانو صورت هاي جديدي به خود مي گيرند كه عبارتند از:
- تشديد ماهيت چند رشته اي تكنولوژي
- آهنگ پرشتاب تغيير
- افزايش دغدغه هاي اجتماعي و اخلاقي
- ضرورت پاسخگويي به تقاضاي فزاينده آموزش
- افزايش طول عمر انسان
- محدود شدن حريم خصوصي افراد
- استمرار جهان گرايي
- اثرات رقابت بين المللي بر سر رهبري توسعه تكنولوژي
كه در ذيل به بررسي مختصر هريك از موارد بالا اكتفا مي كنيم و بحث و نتيجه گيري كلي را به عهده خواننده محترم وامي گذاريم.
الف) تشديد ماهيت چند رشته اي تكنولوژي
بسياري از روندهاي تكنولوژيك به دليل حضور دو يا چند متقاطع پديد آمده اند. نمونه آن، تشخيص پزشكي مولكولي بر پايه سيستم هاي ميكروالكترومكانيك، بيومواد، كامپيوترهاي بيولوژيك، و روبات هاي بيومتريك، و روبات هاي بيومتريك است.
در گذشته تكنولوژي هاي گوناگوني براي كاربردهاي توانزا با يكديگر تركيب شده اند، اما امروزه گرايش روز افزوني به شكل دهي «تيم هاي چند رشته اي» براي پرداختن به چالش هاي سيستم و دورنماسازي از رويكردها مشهود است، كه جاي روابط سلسله مراتبي سنتي تيم ها را گرفته است، به عنوان مثال اكنون ديده مي شود كه دانشمندان علم مواد و كامپيوتر و مهندسان كاربرد سطح همكاري خود را به شدت افزايش مي دهند تا مواد بيوپزشكي براي بافت هاي مصنوعي بسازند يا براي تسهيل سطوح فعال كنترل سيستم، مواد واكنشي را توسعه دهند، همچنين مواد حاوي حسگرها و تحريك كننده ها براي سازه هاي هوشمندانه به همين ترتيب توسعه مي يابند. شكل (1) نشان مي دهد كه چگونه نانوتكنولوژي، تكنولوژي اطلاعات، مواد و ارگانيزم هاي زنده با يكديگر رابطه متقابل ايجاد كرده و سيستم ها و مفاهيم نويني ايجاد مي كنند. مواد كاركرد را تعيين مي كنند، و ظهور نانوتكنولوژي، ساخت و ابعادي كه بتوان كاركرد را آسان نمود ميسر مي سازد. به موازات آن، تركيب تكنولوژي مواد يا بيولوژي و علوم زيستي، سبب كسب دانش و موادي از ارگانيزم هاي زنده شده است، كه ثمره آن انسجام بيشتر يا پديده هاي فراگير از مرحله طراحي تا محصول نهايي است. هر حوزه نه تنها تكنولوژي و مصنوعات خود را به ارمغان مي آورد، بلكه نگرش ها و رويكردهاي ويژه خود به جهان نيز توليد مي كند! تركيب اين تكنولوژي ها متضمن غناي ابزارهاي علمي براي حل مسائل نيز هست و از اين راه پيشرفت هايي به ابر مي آيد كه آميزه اي از بهترين هاي هر حوزه است و كاربردهايي را ممكن مي سازد كه پيش از اين ناممكن مي نمود. مثلاً مهندسان به طور فزاينده اي به بيولوژيست ها روي مي آورند تا دريابند كه موجودات زنده در مواجهه با محيط هاي طبيعي، مشكلاتشان را چگونه حل مي كنند. اين رويكردها كه مبتني بر «تقليد از حيات» است، بهترين رهيافتهاي ابداعي طبيعي را با راهكارهاي طراحي شده و مصنوعي تركيب كرده و ارگانيزم هايي پديد مي آورند كه عملكردشان از ارگانيزم هاي كنوني براي محيط هاي خاص بهتر است. بسياري از روندهاي برجسته، بر تكنولوژي ها در حوزه هاي مختلف اعمال نفوذ مي كنند. شكل (1) مواردي از تعامل بين بيوتكنولوژي، نانو تكنولوژي مواد و تكنولوژي اطلاعات نشان مي دهد. مواد هوشمند داراي توانمندي هاي كاركردي و فرآوري هستند. اين شكل نشان مي دهد كه پيشرفت در توانمندي هاي مواد و تكنولوژي اطلاعات در تركيب با روندهاي ميكروسيستم ها چگونه ظهور سيستم هاي هوشمند را ممكن مي سازد. از سويي ديگر، مي توان سيستم هاي هوشمند را به گونه اي طراحي كرد كه فراهم كننده توانمندي هاي بيونيك براي ارگانيزم هاي زنده باشد. ارگانيزم هاي زنده شيوه هاي بديعي براي ساخت سيستم ها را ارائه مي دهند، سيستم هايي كه خود متكفل ساخت و توليد اجزايشان هستند.
ب) آهنگ شتابدار تغيير
به نظر مي رسد كه پيشرفت و تغيير تكنولوژي آهنگي پرشتاب دارد. در سايه رشد اقتصادي، به ويژه در آمريكا، سرمايه گذاري در تحقيقات كاربردي افزايش يافته، كه اين خود نوآوري در محصولات و ابداع رويكردهاي نو را به ارمغان مي آورد. تكنولوژي كامپيوتر آنچنان به پيش مي رود كه به زودي محصولات آن در عرض 2 تا 3 سال منسوخ خواهد شد. در برخي حوزه هاي مهندسي بيوپزشكي، آهنگ تغيير از اين هم سريعتر است؛ به طوري كه برخي وسايل پزشكي درست زماني كه نمونه اوليه بعدي توسعه مي يابد، منسوخ مي شود. اين پيشرفت شتابان، فاصله بين وضع قوانين و ملاحظه اخلاقي و تكنولوژي را روز به روز عميق تر مي كند، به گونه اي كه پر كردن آن با گذشت زمان دشوارتر مي شود.
پ) افزايش دغدغه هاي اجتماعي و اخلاقي
به رغم دستاوردهاي ارزنده تكنولوژي هاي نو و افزايش قدرت دستكاري محيط و موجودات زنده، بحث بر سر پاره اي مسائل و دغدغه هاي اجتماعي و اخلاقي همچنان گرم خواهد بود. مسائلي همچون حريم خصوصي، مالكيت معنوي، پايداري محيط زيست، همگي به محض ظهور قابليت هاي نوين نانوتكنولوژي مطرح خواهند شد.
ت) ضرورت گسترش و تعميق روز افزون آموزش
همراه با تغييرات پرشتاب تكنولوژي، نياز به يادگيري و آموزش مداوم روز به روز افزايش مي يابد. همان طور كه امروزه مهارت هاي كامپيوتري اهميت مضاعف يافته اند، كاركنان يقه سفيد و يقه آبي احتمالاً ناچار به بهبود مهارت هاي خود در ساير حوزه ها خواهند شد تا در عرصه پوياي تكنولوژي به هنگام باشند و از خطر منسوخ شدگي در امان بمانند. ماهيت چند رشته اي تكنولوژي، مهارت هاي اجتناب ناپذير نيروي كار و تكنولوژيستهايي را كه در حوزه «تحقيق و توسعه» كار مي كنند، دگرگون مي سازد.
«توسعه گران» به طور فزاينده اي نيازمند اين خواهند بود كه پيشرفت ها و مفاهيم بنيادي ساير حوزه ها را بفهمند تا كارشان در گروه هاي چند رشته اي اثربخش شود؛ كه خود برپايي دوره هاي آموزشي گسترده تر را ايجاب مي كنند. اين روند مي تواند تا جايي ادامه يابد كه اعطاي مدارك دانشگاهي چند رشته اي به ويژه براي منظر سازان و پژوهشگراني كه مفاهيم را به يكديگر پيوند مي دهند، ضروري گردد. اين نيز هست كه توده مردم احتمالاً نيازمند درك گسترده تري از علم و تكنولوژي خواهند بود تا هم سياستگذاران و هم مصرف كنندگان بتوانند تصميم هاي بهتري بگيرند. مثلاً مناقشات كنوني پيرامون مواد غذايي اصلاح شده به روش ژنتيك را در نظر بگيريد؛ در اين جا بايد ذهني باز و پرسشگر وجود داشته باشد كه مسئوليت خطير تعديل بحث هاي پيچيده اي را كه از جانب طرف هاي مختلف مطرح مي شود، بپذيرد. به همين ترتيب، فهم پيامدهاي محدود شدن «حريم خصوصي افراد» و عوايد بالقوه و «خانه هايي كه از انواع حسگرها لبريزند و به شدت ردگيري مي شوند» براي افزايش سطح آگاهي رأي دهندگان و مصرف كنندگان بسيار ضروري مي نمايد.
ح) افزايش طول عمر
بشارت هاي اميدبخش مسائل بهداشتي، روند افزايش طول عمر را در كشورهاي توسعه يافته كماكان تداوم خواهد بخشيد. اما به نوبه خود مسائل مربوط به افزايش جمعيت، مراقبت از سالخوردگان و حمايت مالي از بازنشستگان را به همان اندازه برجسته خواهد ساخت. پيشرفت هاي پزشكي نه تنها كيفيت زندگي را بهبود مي بخشد، بلكه طول عمر و حتي دوره بهره برداري افراد را نيز افزايش مي دهد.
خ) محدود شدن حريم خصوصي افراد
عوامل گوناگون تهديد كننده حريم خصوصي افراد عبارتند از:
- انگشت نگاري «دي ان اي»
- نقشه هاي ژنتيك كه استعداد ابتلا به بيماري را نشان مي دهد.
- پايگاه داده هاي اطلاعات شخصي قابل دسترسي از طريق اينترنت
- ساير تهديدهاي تكنولوژي اطلاعات
مسائل مربوط به حريم خصوصي احتمالاً قانون گذاران را به سمت مبحث پيرامون تمهيدات حفاظتي يا حفاظت هاي قانوني و ضوابط سوق خواهد داد و بحث هاي اجتماعي و اخلاقي پيرامون كابردهاي تكنولوژي، ايجاد نيازمنديها و بازارهاي خصوصي و تكنولوژي هاي حامي حريم خصوصي افراد كماكان تداوم خواهد يافت. موقع شناسي، جامعيت و عقلانيت چنين دغدغه هايي نقش تعيين كننده اي در پرداختن به مسئله خصوصي افراد به گونه اي واپس گرا آينده گرا و مترقي ايفا مي كند. البته در سال هاي اخير حريم خصوصي و امنيت اشخاص نسبت به كاركرد و عملكرد در درجه دوم اهميت قرار داشته است. بعيد به نظر مي رسد كه اين گونه دغدغه ها بتوانند سد راه روندهاي تكنولوژي شوند؛ بنابراين بسته به ميزان وفور تكنولوژي در هر منطقه، حريم خصوصي افراد در سطح جهان محدودتر خواهد شد. البته موشكافي مربوط به حريم خصوصي افراد احتمالاً نگرش و رفتار عامه مردم را در قبال چگونگي به كار گيري تكنولوژي متحول مي سازد؛ و در يك كلام، برجسته شدن مسئله حريم خصوصي به عنوان يكي از مطالبات مهم اجتماعي، توسعه تكنولوژيك را متأثر خواهد ساخت.
اگر اين احتمال را بدهيم كه در آينده كمونيسم بار ديگر ظهور كرده و نانو تكنولوژي را در خدمت خود بگيرد بايد اين احتمال را نيز بدهيم كه عواقب وحشتناكي در انتظار ملل خواهد بود و اين احتمال به هيچ وجه دور از انتظار نيست و ما مطمئناً در آينده شاهد ظهور لنينها و استالينها با قدرتي مصمم تر خواهيم بود.
ج) استمرار جهانگرايي
علاوه بر نقش تسهيل كنندگي پيشرفت هاي تكنولوژي اطلاعات، اينترنت، ارتباطات و حمل و نقل بهبود يافته روندهايي همچون «ساخت و توليد چالاك» كه با سرمايه گذاري هاي بومي در زيرساخت، بازيگران جديدي را به عرصه توليد جهاني مي كشانند، همچنان نيروي پيشران جهان گرايي خواهند بود.
د) رقابت بين المللي
با توجه به رقابت بين المللي بر سر توسعه تكنولوژي خط شكن، در هر حوزه طيفي از رويدادهاي محتمل به چشم مي خورد. اين طيف از سيستم رقابت جويي ملي، كه معطوف به سرمايه گذاري هاي تكنولوژيك و توسعه و توليد محصولات تكنولوژي در چارچوب مرزهاي ملي است، تا جريان به شدت آزاد سرمايه و تكنولوژي بين مرزهاي ملي و منطقه اي را در بر مي گيرد. سمت و سوي واقعي روندها به عواملي چند بستگي دارد كه از جمله مي توان به مناسبات اقتصادي هر منطقه در آينده حمايت ها و حقوق بين المللي

ازاطلاعات مفیدتان سباسگزارم