نانو تکنولوژی

نانو تکنولوژی

حدود ۱۰۰ سال پیش برای اولین بار مسئله استفاده از انرژی عظیم هسته ای مطرح شد. بشر همواره نمی توانست درک تجربی و صحیحی نسبت به این موضوع داشته باشد، ولی دیری نپایید که دانش و تکنولوژی این انرژی در اختیار بشر قرار گرفت و توانست استفاده از این انرژی فوق العاده را تجربه نماید.
دیرزمانی، اگر کسی مسئله پرواز در آسمان و یا سفر به خارج از این کره خاکی و گردش به دور آن را مطرح می کرد، دیگران حتماً او را خیال پرداز و مجنون قلمداد می کردند و یا به خاطر اظهار بعضی حقایق فرد را به توبه در کلیسا وا می داشتند! زمانی روبات ها و ابرکامپیوترها که چندین محاسبه ریاضی را در چند ثانیه انجام می دهند، فقط در داستانهای تخیلی نویسندگان پیدا می شد و اکنون …
همیشه و در تمامی اعصار، وقتی مطلبی فوق دانش و درک مردم آن زمان مطرح می شد، در برابر مخالفت ها و انتقادات شدیدی قرار می گرفت ولی بعد از طی روزگار، همگان با پیشرفت های فوق العاده در آن زمینه مواجه می شدند و حتی این پیشرفت را موجبات فراهم آمدن آسایش بیشتر خود می دیدند و حالا در عصر ما بحث نانو تکنولوژی مطرح شده است، موضوعی که در تمامی ابعاد زندگی بشر و رشته های مختلف علمی ارتباط مستقیم و مؤثر خواهد داشت.
نانو تکنولوژی چنان رویکرد و نگرش، به تکنولوژی را متحول ساخته که در صورت تحقق و رسیدن به مقصدی که ترسیم شده است، شاید بزرگترین جهش انسان برای صعود به قله های رفیع علم باشد. اکنون جهان متوجه این رویکرد متحول کننده شده و متخصصین و دانشمندان در نقاط مختلف این کره خاکی دست به پژوهش و مطالعات وسیعی در این زمینه زده اند و طبق گفته برخی از آنان پیشرفت های صورت گرفته و روند رو به رشد نانو، بیش از حد انتظار و پیش بینی شده است.
مطمئناً با بودجه های کلان تخصیص داده شده و تحقیقات گسترده در آینده ای کاملاً نزدیک، انسان خواهد توانست در چیدمان اتم به اتم مواد به دلخواه دخالت کند و وسایل و تجهیزات مورد نیاز خود را با هر اندازه و کیفیت و شکلی تولید کند. همان طوری که بسیاری از مباحث علمی از درون فعالیت ها و پژوهش های نظامی به دنیای علم راه پیدا کرده است و یا مانند دانش هسته ای سرانجام در مبحث نظامی مورد سوء استفاده قرار گرفته است، دانش نانو نیز از این مستثنی نخواهد بود و سرانجام در زمینه های نظامی به پیشرفت های قابل ملاحظه ای خواهد رسید که در آن وقت دانش هسته ای یکی از زیرشاخه های نانو به شمار خواهد آمد با توجه به اهمیت این مسئله مسلم خواهد بود که از دانش نانو به مراتب استفاده های سوء بسیار هولناکتر و تهدید آمیزتر صورت خواهد گرفت.
در پی انقلاب میکروالکترونیک، اکنون جهان در آستانه ورود به انقلاب نانو تکنولوژی با فن آوری ذره ای قرار دارد که آغازیست برای نوآوری های بیشمار در آینده، به گفته کارشناسان، این تکنولوژی نوین در آینده ای نزدیک با تأثیر و بسیاری از بخش های اقتصادی، وضع موجود را به کلی دگرگون خواهد کرد با کمک این تکنولوژی تولید اشیاء با خصوصیات جدید از جمله قدرت درک و گویش توسط ذره هایی که اندازه هرکدام از آنها یک میلیون از میلیمتر بیشتر نیست امکان پذیر می شود با کمک این تکنولوژی آنچه در گذشته ای نزدیک غیرممکن بود، تحقق پیدا خواهد کرد.
بدون تردید اندازه هر چیزی اهمیت خاصی دارد، ولی نباید تصور کرد که حجم بزرگتر به معنای بهتر است چرا که حتی ستارگانی که شب هنگام در آسمان خداوندی می درخشند انرژی نوری خویش را از ذرات بسیار ریزی به نام اتم ها که ساختار تمام هستی از آنهاست می گیرند. جهان اتم ها و مولکولها امکانات نامحدودی را در اختیار دانشمندان و مهندسین قرار داده که بتوانند به تحقیقات جامع تر و گسترده تر دست پیدا کنند. یکی از اهداف آنها به زبان ساده عبارت است از ایجاد و ساخت سیستم های کاملاً مستقیم از اتم ها مولکول ها تا حداکثر مینیاتوری کردن را بتوانند به دست آورند. هدف دیگر ایجاد ویژگی و خصوصیات و ویژگی هایی کاملاً غیرمعمول در مواد با استفاده از افزودن اتم های مختلف به آنهاست؛ نانو واژه ای است که کارشناسان با استفاده از آن می توانند به اهدافی که ذکر شد دست پیدا کنند. این چیزی است که سی سال پیش حتی رویای دست یافتن بدان در تصور بشر نمی آمد؛ بنابراین امپراطوری ریزترین ذرات به وسیله نانومتر بایک میلیاردم متر اندازه گیری می شود. امیدواری بسیار نسبت به نانو به وجود آمده چرا که با کمک آن می توان ماشین های هرچه کوچکتر ساخت که به وسیله تراشه های هرچه کوچکتر و همین طور ترانزیستورهای خیلی کوچک کنترل شوند. در انتهای زنجیره سازی در تکنولوژی نانو چیزی که به وجود می آید روباتهای بسیار کوچکی هستند که قادرند از مویرگهای بدن انسان نیز عبور کنند و با از میان برداشتن رسوبات چربی اقدام به ترمیم سلول های آسیب دیده بنمایند.
سال ۱۹۵۹ نخستین رجوع به دنیای نانو بود؛ در این سال فیزیکدان بسیار معروف آمریکایی یعنی ریچارد فیلیپس فینمن که برنده جایزه نوبل نیز شده بود در انیستیتوی تکنولوژی کالیفرنیا اصول اولیه نانو را پایه گذاری کرد و او اولین فردی بود که دیدگاه هایی در خصوص امکانات دنیای نانو پیدا کرد و همان طوری که معمول نوابغ بوده است دیدگاه خود را با کلامی ساده و بدون این که از قبل مطلبی را در این خصوص تهیه کرده باشد این چنین بیان کرد:
«آن پایین فضای بسیار بزرگی وجود دارد.»
فینمن اولین کسی بود که نموداری از یک مسیر را در دنیای نانو ترسیم کرد و این راهی بود مستقیم به داخل دنیای اتم ها و مولکول ها. همانگونه که به نظر او رسید، این موضوع امکان پذیر بود که بتوان در اطراف اتم ها به طور معلق و شناور درآمد و آنها را به گونه ای آرایش داد که سازه ای که از این آرایش به وجود می آید اندازه ای کمتر از ده هزارم میلیمتر داشته باشد. نظرات او تا اواسط دهه هفتاد میلادی به همان صورت اولیه معتبر باقی مانده بود ولی در آن تاریخ زیست شناسان کشف کردند که چگونه می توان مولکولهای «دی ان ای» را از یکدیگر تفکیک کرد و این از اهمیت زیادی برخوردار بود، چون تمامی اطلاعات اجدادی موجودات زنده بر روی مولکولهای «دی ان ای» ذخیره شده است.
با عنایت به موفقیت های به دست آمده در قدم های اول در آزمایشگاه ژنتیک، هدف فینمن در خصوص ساخت ماشین های غیرآلی از اتمها مجدداً در دستور کار قرار گرفت. اما تا قبل از سال ۱۹۸۰ میلادی حتی قویترین و مجهزترین میکروسکوپ های الکترونی نیز تصویری گنگ و نامشخص از اتمها را نشان می دادند و بنابراین لمس آنها و احیاناً اعمال هرگونه تغییری بر روی آنها غیرممکن بود. اما در آن سال میکروسکوپ های اتمی کشف شدند، در این میکروسکوپها از نوکهای فوق العاده ظریف و کوچک با عرض حدود یک میلیاردم متر استفاده می شد که بتواند راه خود را به سمت سطوح مختلف پیدا کند و در همان از حسگرهای پیشرفته ای استفاده کرد و این اجازه به اتم ها داده شود که اطراف آنها به میل خود بچرخند. نخستین باری که محققین موفق شدند چنین مجموعه ای را انجام دهند سال ۱۹۸۹ بود و آن هم تفکیک ۱۵ اتم «زنون» بود.
البته اخیراً خبری از سوی محققین آمریکایی منتشر شد که حکایت از حک کردن کلمات انجیل بر روی یک تار موی انسان داشت و نیز توسط آنها اذعان شد که اولین بار بحث بر روی ذرات توسط ارسطو و سقراط انجام گرفته است؛ به هر حال جای بسی خوشحالی است که نانو تکنولوژی را به مارکوپلو نسبت نداده اند!
پژوهشگران در مطالعات سلولی از نانو کریستال های نیمه رسانا به عنوان ابزار «فلورسنت ساز» برای تشخیص سلول های سرطانی استفاده می کنند. پیتر بارکر، رهبر پروژه ای در آزمایشگاه های مختص مطالعه سرطان می گوید: «نانو کریستال ها نوید پیشرفت های قابل توجهی در رنگ های ارگانیک را می دهند» او می گوید: «ذرات نانو امکان تشخیص سرطان سینه را به طور دقیق تر، مطمئن تر، و سریع تر فراهم می کنند. اما تحقیقات پزشکی بیش از هر نوع کاربرد علمی دیگر نیاز به امنیت و نظارت اخلاقی دارد. بعضی عناصر احتمالاً سمی هستند، پس بنابراین آزمایش بر روی انسان خیلی زود است. دانشمندانی که روی تکنولوژی نانو کار می کنند به کشف جالب دیگری نیز نائل آمده اند. آنها دریافته اند که اتم ها سر و صدا ایجاد می کنند. اتم ها توسط یک جریان الکتریکی خاصی که به جریان «تونلینگ» معروف است از موقعیتی به موقعیت دیگر جابه جا می شوند. کنترل صدای این جابه جایی نوعی سروصدا شبیه «صدای اعتراض اتم ها» را نشان می دهد.
جهش به جلو و عقب بین محل استقرار اتم و جایی که ما می خواهیم آن را قرار بدهیم چنین سروصدایی ایجاد می کند. یکی از اهداف محققین ساخت موادی با هزاران اتم است، بدین صورت که ساختار مورد نظر به میکروسکوپ داده شود و میکروسکوپ خود، کار را تکمیل نماید.
هدف تحقیقات ایجاد فرمول هایی کارآمد و عملی است که همه، از تولید کنندگان گرفته تا مصرف کنندگان بتوانند از آنها برای اهداف و تولیدات خاص خود استفاده کنند. نانو تکنولوژی زمینه ای ارزشمند است که در آن می توان پدیده های کوانتومی و بسیار کوچک را بررسی کرد، در اصل یک میز کار بسیار کوچک است. انتظار می رود ۵ الی ۱۰ سال طول بکشد تا بتوان از قطعات نانو در صنعت الکترونیک استفاده کرد و در علم پزشکی نیز این کاربرد احتمالاً ۸ الی ۱۲ سال طول خواهد کشید. این تأخیر به خاطر جاماندن کسی از کار یا عدم موفقیت کسی نیست، بلکه به علت پیچیدگی و نیز رمزآلود بودن زیاد این مقوله است نانو تکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاه ها و سیستم ها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیده های نوظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته اند. امروزه بسیاری از تکنولوژی های موجود، به فرآیندهایی در مقیاس نانو وابسته اند. فتوگرافی و کاتالیزور دو نمونه از تکنولوژی های قدیمی هستند؛ که به صورت تجربی، در مقیاس نانو تکنولوژی های قدیمی هستند که به صورت تجربی، در مقیاس نانو پیشرفت داشته اند. مفهوم جدید نانو تکنولوژی، آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیر قابل پیش بینی تأثیر گذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیک های مقاوم در برابر سایش، مواد دارویی که در مقیاس نانو تولید شده اند، دیسک های لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه. بیشتر ساختارها نیز هم اکنون در مرحله تحقیق و یا توسعه هستند که لیست برخی از آنها در ذیل آمده است:
صنایع اتومبیل سازی و هوانوردی، مواد جدید که از نانو ساخته شده، لاستیک هایی با مقاومت بیشتر، رنگ کاری هایی که احتیاج به شستشو ندارند، پلاستیک های ارزان غیر قابل اشتعال، صنایع الکترونی برای کنترل، پوشش های خود ترمیم و منسوجات، ضبط کامل صدا توسط نانو لایه ها و نقطه چین کردن، صفحه های نمایش صاف، تکنولوژی بی سیم ابزار و فرآیندهای جدید در زمینه ارتباطات، هزاران اصلاح و پیشرفت درباره ظرفیت ذخیره داده ها و سرعت پردازش در سطح پایین، سلاح های بسیار کشنده و سبک، لباس های منعطف ضد گلوله، روبات های میلیمتری و هزاران، هزار مورد دیگر.
بنابر گزارش بانک تعاون آلمان، حجم معاملات برای اجناس ذره ای در بازارهای جهان از مرز ۵۴ میلیارد دلار گذشته است و تا سال ۲۰۱۰ میلادی با ۲۲۰ میلیارد دلار چهار برابر خواهد شد. طبق اطلاعات اتحادیه صنایع ذره ای آمریکا حجم معاملات ذره ای این اجناس و خدمات مربوط به آن تا سال ۲۰۱۵ میلادی حتیی به ۱/۱ میلیارد دلار خواهد رسید، با توجه به این بازار قابل توجه، کشورهای پیشرفته صنعتی در پیشرفت بخش فناوری ذره ای با یکدیگر در حال مسابقه هستند.
دولت آمریکا برای سال جاری میلادی بودجه ای در حدود ۸۵۰ میلیون دلار برای تحقیقات و فعالیت های علمی و فنی در این رشته اختصاص داده است؛ این بودجه نسبت به سال گذشته ده درصد و نسبت به سال ۲۰۰۱ میلادی بیش از پنجاه درصد افزایش داشته است.
اما اتحادیه اروپا هم در این زمینه کوتاهی نکرده و از سال ۱۹۹۴ میلادی با برنامه های متعدد برای پژوهش های علمی و کاربردهای فنی تا سال ۲۰۰۶ میلادی یک میلیارد و سیصد هزار یورو در نظر گرفته است. در این راستا آلمان با هزینه یک میلیارد یورو بزرگترین سهم را عهده دار است. آلمان در زمینه پژوهش های علمی و انتشار آنها بین سال های ۲۰۰۰-۱۹۹۶ میلادی پیش از ایالات متحده آمریکا و ژاپن قرار دارد. بنابر بررسی کمیسیون اتحادیه اروپا، آلمان در بخش تکنولوژی ذره ای با ۱۰/۷ درصد تحقیقات علمی منتشر شده بین سال های ۹۷، ۹۹ در میان ۵۰ کشور جهان مقام سوم را پس از آمریکا و ژاپن کسب کرده است، طبق تحقیقات به دست آمده سابقه تحقیقات در زمینه نانو تکنولوژی در آلمان به دوره هیتلر و نازیسم برمی گردد که البته این تحقیقات با عنوان نانو نبوده است. ژاپن در سال ۲۰۰۴ میلادی با هزینه ای بالغ بر ۸۰۰ میلیون یورو در تکاپوی داشتن سهم بیشتری در این تکنولوژی است.
انقلاب جهانی تکنولوژی با تغییرات اجتماعی، اقتصادی، سیاسی و فردی در سراسر جهان همراه است. همچون انقلاب های کشاورزی و صنعتی در گذشته، این انقلاب تکنولوژی نیز از پتانسیل دگرگون سازی کیفیت زندگی و طول عمر، متحول سازی کار و صنعت، تغییر و تبدیل ثروت، جابه جایی قدرت در سطح ملت ها و در درون ملتها و افزایش تنش و تعارض برخوردار است. پیامدهای انقلاب یادشده بر سلامتی بشر شگفت آورترین آنها است، چرا که خط شکنی های علمی کیفیت و طول زندگی انسان را به مراتب بهتر خواهند کرد. بیوتکنولوژی ما را قادر خواهد ساخت ارگانیزم های زنده از جمله خودمان را شناسایی نموده و چگونگی فعالیت شان را درک نماییم. آنها را دستکاری کرده، بهبود بخشیده و تحت کنترل درآوریم. تکنولوژی اطلاعات امروزه به ویژه در کشورهای توسعه یافته، تحولات انقلابی برای زندگی ما به ارمغان آورده و خود عامل توان آفرین عمده ای برای سایر روندها به شمار می رود. تکنولوژی مواد، تولد محصولات، قطعات و سیستم های ارزانتر، هوشمندتر، سبکتر، سازگار با محیط زیست، ماندگارتر و سفارشی تر را میسر خواهند ساخت. علاوه بر این مواد هوشمند، ساخت و تولید چالاک و نانوتکنولوژی شیوه تولید وسایل را متحول ساخته و توانمندیهای آنها را بهبود می بخشد.
1. مواد نو
بعید نیست که تحقیقات در حوزه مواد تا سال ۲۰۱۵ متضمن بهبودهایی در خواص بعضی از حوزه های اضافی بوده و اثرات چشم گیری در پی داشته باشد. نیمه هادیهایی که از شکاف باند وسیع برخوردارند به عنوان قطعات قابل مصرف در الکترونیک، با قدرت بالا مورد بررسی های تحقیقاتی هستند. مواد با عملکرد تدریجی می توانند برای ساخت لایه های میانی که اجزای گوناگون مکانیکی، حرارتی یا الکتریکی را به هم پیوند دهند، بسیار مفید باشند. هم اینک آندها و کاتدها و الکترولیت های پرظرفیت و با عمر طولانی تر برای بهبود باطری ها و سلول های سوختی در دست توسعه اند. به جای دمای هلیوم مایع در دمای نیتروژن مایع عمل می کنند. همچنین وسایلی از قبیل کابل های انتقال الکتریکی، ترانسفورماتورها، خازنها، موتورها و محدودکننده های جریان ناقص در سطح نمونه ساخته شده و به نمایش گذاشته شده اند مواد نوری غیرخطی هم اکنون برای ساخت لیزرهای فوق بنفش تحت بررسی هستند، همچنین کوشش هایی برای افزایش آستانه تخریب و بازدهی تبدیل، کمینه کردن واگرایی و متناسب سازی مرز جذبی لیزرها در دست اقدام است.
در حوزه ای دیگر، مواد سختی چون پوشش ها و الماس های نانو کریستالی به ترتیب برای استفاده در درایوهای دیسک کامپیوتر و مته های حفاری نفت و گاز در دست توسعه اند و سرانجام، مواد با دمای بالا، همچون کامپوزیت های با زمینه سرامیکی و کامپوزیت های بین فلزی چکش خوار برای کاربردهای هوافضایی و سیستم های تبدیل پتروشیمی و سیستم های انرژی پربازده، موضوع توسعه های جدی هستند.
2. نانو مواد
این حوزه تحقیقاتی، نانو تکنولوژی را با بسیاری از کاربردهای مواد نانوساختاری تلفیق می کند. یک حوزه بسیار مهم، تزریق نیمه هادی های نقطه کوانتومی است، که از طریق تزریق مواد ابتدایی به طور متعارف از آنها برای قراردادن بخار شیمیایی درون سرباره داغ مایع استفاده می شود، صورت می گیرد. این «نقطه کوانتومی» در واقع یک ماکر مولکول است، زیرا با تک لایه ای از سرباره پوشش داده می شود تا تجمع توده ای گون ایجاد نشود. این مواد، بسته به اندازه خود، در فرکانس ها یا رنگ های مختلف نورافشانی کرده و بدین ترتیب امکان چندگانگی نوری در برچسب زنی بیولوژیک را فراهم می سازند. کلاس دیگر مهم نانو مواد، نانو لوله ها هستند. کاربردهای ممکن نانو لوله ها عبارتند از: نمایشگرهای انتشار میدانی، سیستم هایی در مقیاس نانو برای بارتی ها و مدیریت حرارتی. از نانو لوله ها می توان به عنوان مسلح کننده مواد کامپوزیتی هم بهره برد. موادی که از نانولوله ها درست می شوند، احتمالاً به دلیل پدیده باندینگ یا چفت شدن، ۵۰ تا ۱۰۰ بار مقاوم تر از فولاد بوده و در عین حال یک ششم آن وزن خواهد داشت، البته به شرطی که موانع عملی فعلی برطرف شوند.
همچنین از طریق فرآوری می توان نانوساختارهایی با خواص مکانیکی یا غیرمکانیکی مطلوب درست کرد. مثالها از این قرار است: تقویت آلیاژها یا ساختار دانه ای در مقیاس نانو، افزایش چکش خواری فلزات با میکروساختارهای چندفلزی در مقیاس نانو و افزایش کندی شعله نانو کامپوزیت های پلاستیکی.
3. نانو تکنولوژی
تا امروز اقدامات زیادی برای تولید وسایلی با ابعاد بسیار کوچک صورت گرفته است. بسیاری معتقدند که وسایل مقیاس نانو این روند را تا رسیدن به سطوح بی سابقه ای ادامه خواهند داد. این روند نه تنها ابعاد قطعات میکروالکترونیک بلکه محاسبه براساس سوئیچ کوانتمی را هم در کوتاه مدت کوچکتر خواهد ساخت. پتانسیل این پیشرفت ها به حدی است که در آینده ما را به متحول سازی شیوه مهندسی محیط پیرامون، ساخت و کنترل سیستم ها تعامل در جامعه سوق می دهند.
1-۳ وسایل محاسباتی نانو
الف) تراشه های نانو: کنسرسیوم صنعتی پیشرو در بخش تولید نیمه هادیها در آخرین کار راهه بین المللی نیمه هادیها، خواستار توسعه هرچه بیشتر نیمه هادیهای نانو شده است. بر اساس آینده ای که این کار راهه ترسیم کرده است، در سال ۲۰۱۵ طول دروازه نیمه هادیها «۳۵ نانومتر» و تعداد کل عملیات در ریزپردازنده های تولید انبوه «۴/۳ میلیارد» خواهد بود و در پردازنده هایی با عملکرد بالا که با حجم کمتری تولید می شوند، این رقم شاید به «۲۰ میلیارد» برسد. برای تراشه های حافظه ای مربوط به این نیز هدفی در حدود «۶۴ گیگابایت» تعیین شده است. اهداف ترسیمی این کار راهه، روند نمایی در قدرت پردازش را تداوم بخشیده و تکنولوژی اطلاعات را نیز قویاً تکان خواهد داد. اگرچه هنوز شماری از چالشهای مهندسی در پیش است اما مشکلات دستیابی به این سطوح عملکردی چندان لاینحل به نظر نمی رسد. اگر کاستی های پیش بینی نشده در تولید اقتصادی این تراشه ها را در نظر بگیریم راهکارهای متعدد دیگری امکان پذیر خواهد بود. ساختارهای کامپیوتری دارای تلرانس ضایعات، مانند نمونه های کوچک مقیاسی که «هیولت بکارد» ساخت یکی از گزینه هاست. این روشها، قدرتی اضافی به اهداف عملکرد می دهند. البته در سال های پس از ۲۰۱۵، شاید مشکلات دیگری آشکار شوند که بعضی از آنها چالش های مهمی را برابر تکنیک های سنتی تولید نیمه هادیها ایجاد خواهند کرد. به ویژه محدودیت های ابعادی برای اتصالات یا سیستم های بین ترانزیستورها می تواند کارآمدی محاسباتی در وسایل را محدود نماید، زیرا به رغم پیشرفت های تدریجی فعلی در حوزه مواد، هنوز ضعف هایی در خواص و سازگاری پذیری مواد وجود دارد. انتقال حرارت در تراشه های فوق العاده فشرده چالش های مهم دیگری است. این امر از لحاظ محدودیت های فنی آن چنان اساسی نیست و بیشتر یک چالش اقتصادی محسوب می شود، زیرا مقابله با این حرارت مستلزم طراحی ساز و کارها و تکنولوژی خنک کننده ای است که هزینه کل سیستم را افزایش می دهد و در نتیجه بر هزینه حاشیه ای به ازای هر عملکرد محاسباتی این دستگاه ها اثر معکوس می گذارد.
ب) محاسبه بر پایه سوئیچ های کوانتمی: یکی از راهکارهای بالقوه درازمدت برای غلبه بر موانع افزایش قدرت محاسباتی کامپیوترها، توسعه دستگاه هایی است که از مزیت های متنوع پدیده های کوانتومی بهره می برند، نوآوری اصلی در این حوزه، به کارگیری پدیده های کوانتومی، مثل قطبی سازی اسپینی الکترونها برای تعیین وضعیت سوئیچ های منفرد است، این روش برعکس میکروالکترونیک سنتی است که برپایه خواص ماکروسکوپیک تعداد زیادی از الکترون ها استوار است و از خواص مواد نیمه هادی استفاده می کند. بسیاری از مفاهیم کامپیوترهای کوانتومی، به دلیل قدرت فوق العاده، محاسبات موازیشان، جذاب به نظر می رسند ولی پیش بینی نمی شود که تا سال ۲۰۱۵ نمود چشمگیری داشته باشند. این مفاهیم به لحاظ کیفی با آنچه در کامپیوترهای سنتی به کار می روند، متفاوت اند و بنابراین نیازمند ساختارهای کامپیوتری نو خواهند بود. انواع محاسبات که با استفاده از این نوع کامپیوترها می تواند با سرعت شکل بگیرد همان هایی نیستند که کامپیوترهای دیجیتالی امروزی از پس آنها برمی آیند. چند تن از دانشمندان این رشته الگوریتم هایی برای بعضی از مسائل که محاسبات فوق العاده زیاد می خواهند در کامپیوترهای دیجیتالی کنونی طراحی کرده اند که در صورت به کارگیری فیزیک کامپیوترهای کوانتومی بسیار سریعتر حل خواهند شد. نمونه هایی از این مسائل عبارتند از: فاکتوریل گیری از اعداد بزرگ؛ جستجو در پایگاه های داده های بزرگ؛ یافتن تناسب الگو و شبیه سازی پدیده های مولکولی و کوانتومی.
یک بررسی مقدماتی حاکی از آن است که سوئیچ های کوانتومی احتمالاً ظرف ۱۵ سال آینده نخواهند توانست بر موانع فنی عمده همچون تصحیح خطا، همدوسی زدائی و ورودی/خروجی سیگنال غلبه کنند. اگر اوضاع بر همین منوال ادامه یابد بعید است که محاسبه بر پایه سوئیچ کوانتومی بتوانند در افق زمانی ۲۰۱۵ رقیبی جدی برای کامپیوترهای دیجیتال باشد.
2-۳ وسایل بیومولکولی و الکترونیک مولکولی
بسیاری از چالش های ساخت و تولید و معماری که پیرامون کامپیوترهای کوانتمی مطرح شد، در الکترونیک مولکولی هم صادق است. وسایل الکترونیک مولکولی از طریق ابزارهای شیمیایی و کاربرد ترکیب های ارگانیک سنتز شده به عنوان سوئیچ های منطقی عمل می کنند. چنین وسایلی را می توان در تعداد انبوه و به طریقه شیمیایی مونتاژ کرده و به شکل یک کامپیوتر سازماندهی نمود. مزیت عمده این رویکرد صرفه جویی در مصرف انرژی، قابل توجه سوئیچی در آنها را تأیید کرده است. گروه های تحقیقاتی پیشنهاد کرده اند از نانو لوله های کربنی برای اتصالات بینابینی این وسایل استفاده شود؛ زیرا رشته های مولکولی منفرد کربن رسانایی بسیار بالایی ایجاد می کنند. پیشرفت های زیادی نیز در جهت افزایش دمای عملیاتی این سوئیچ ها تا دمای حدود اتاق صورت گرفته است؛ این پیشرفت ها فرایند سوئیچینگ در معکوس پذیر و کل جریانی را که می توان با این وسایل سوئیچ کرد افزایش می دهد.
باید خاطرنشان کرد که هنوز مسائل و مشکلات بسیار بزرگی در راه توسعه الکترونیک مولکولی وجود دارد. یکی از آنها، حافظه های مولکولی هستند که باید بتوانند وضعیت خود را درست مانند کامپیوترهای الکترونیک دیجیتال حفظ کنند. از آن گذشته چون فرآیندهای وسایل الکترونیک مولکولی قطعاً با نقایصی همراه خواهند بود، لازم است یک معماری کامپیوتری با تلرانس نقص، توسعه یابد. ساخت اتصالات بینابینی قابل اطمینان از نانو لوله های کربنی نیز چالش دیگری است. هم اکنون پژوهش ها و کارهای بسیار زیادی در هر یک از حوزه ها انجام می شود و تاکنون پیشرفت های پایداری در الکترونیک مولکولی به دست آمده، اما بعید است که کامپیوترهای مولکولی در ظرف ۱۵ سال آینده به حدی پیشرفت کنند که در مقایسه با کامپیوترهای الکترونیکی متعارف جذابیت نسبی داشته باشند.
3-۳ مسائل و پیامدهای گسترده تر
بررسی امکان توسعه کامپیوترهایی با کیفیت متفاوت برپایه تکنولوژی متمایز نانو، در نوع خود کاری چالش برانگیز است. تاریخچه ۵۰ سال گذشته کامپیوترها یک تغییر اساسی در مبنای تکنولوژیک کامپیوترها است. این تغییر نه تنها قدرت محاسباتی کامپیوترها را دگرگون ساخت، بلکه طرز فکر مردم درباره ارزش کامپیوترها را نیز تغییر داد. زمانی کامپیوترها را ماشین های ساده صرفاً محاسبه گر می پنداشتند، اما با ظهور ریزپردازنده ها، کامپیوترها به ابزاری در خدمت افزایش بهره وری فردی تبدیل شده؛ و حال با افزایش سرسام آور قدرت ریزپردازنده ها، کامپیوتر را ابزاری برای پیدایش رسانه ها و اجتماعات بشری نو هم می دانند. پیامدهای بسیار گسترده تر تکنولوژی های محاسباتی آینده اصولاً بر پایه دو عامل ذیل بررسی می شوند:
مفهوم سازی و توانایی تکنولوژی برای جوابگویی به این تقاضاها. همه پیش بینی ماهیت کاربردهای نو دشوار است. اما ارزیابی احتمالی انتشار تکنولوژی های نو نسبتاً آسان است. تجارب گذشته حول کامپیوترهای شخصی و ارتباطات حاکی از آن است که این گونه تکنولوژی ها در کشورهای توسعه یافته سریعتر از کشورهای رو به توسعه انتشار می یابند. با توجه به پرسش ها و تردیدهای باقی مانده حول پیشرفتهای نانو تکنولوژی ظرف ۱۵ سال آینده کامپیوترهای سنتی دیجیتال که از تکنولوژی نیمه هادی ها سود می جویند، محتمل ترین کامپیوترهای سنتی دیجیتال که از تکنولوژی نیمه هادیها سود می جویند، محتمل ترین کامپیوترهای مورد علاقه مردم خواهند بود. حتی به فرض اطمینان خاطر نسبی از پیشرفت مستمر در این حوزه، تصور سناریویی که در ***** تکنولوژی رقابت جو بتواند مزیت عملکردی با قیمتی رقابت را به ارمغان آورد، بسیار دور از انتظار می نماید.
شاید تا سال های پیش از ۲۰۱۵ همه پیشرفت های احتمالی نانو تکنولوژی تحقق یابد، اما قبل از آن که جهانگیر شوند، نانو تکنولوژی باید بر چالش های رقابتی یاد شده غلبه کند.
4. تولید مولکولی و نانو روبات ها
1-۴ تکنولوژی
بعضی از کارشناسان مفهوم ساخت و تولید مولکولی را که در آن اشیاء اتم به اتم ساخته می شوند، ابداع کرده اند. تفاوت رویکرد های مرسوم مثل میکروتکنولوژی و سیستم های میکروالکترومکانیکی با رویکرد تولید مولکولی در این است که آنها رویکردهای «کل به جزء» هستند که از فنون تولید ماکروسکوپیک و مواد حجیم استفاده می کنند.
تحقق تولید مولکولی نیازمند پیشرفت فنی متعدد است، نخست این که باید «بلوکهای سازنده» مناسبی پیدا شوند که مولکولی باشند. این بلوک های سازنده باید از لحاظ فیزیکی بادوام، از لحاظ شیمیایی بادوام، به آسانی قابل دستکاری، و از لحاظ عملکرد چندمنظوره باشد. برخی از دانشمندان این حوزه، ساختارهای الماس گون بر پایه کربن را به عنوان بلوک های سازنده در وسایل نانومکانیکی مانند: دنده، محور و پروانه پیشنهاد کرده اند. از سایر مولکول ها نیز می توان برای ساختارها و تأمین قابلیت های یکپارچه دیگر همچون ساختارهای واکنش شیمیایی استفاده کرد. کارهای بسیار زیادی نیز باید در حوزه مدل سازی و سنتز ساختارهای مولکولی مناسب انجام گیرد که گروه های متعددی روی این زمینه کار می کنند. «درسل هاوس» و دیگران هم اکنون بلوک های مولکولی مناسبی برای این ساختارها تولید می کنند.
دومین حوزه عمده ای که باید توسعه یابد، توانایی اسمبل ساختارهای پیچیده بر اساس طراحی ویژه است. چندین پژوهشگر رویکردهای مختلف به این مسئله را مطرح کرده اند. تکنیک های مختلفی نیز برای جایگذاری های فیزیکی در حال توسعه هستند. در رویکرد پیشنهادی کوایت، مک دونالد وایگلر، میکروسکوپ های مولکولی و اتمی همراه با نانوکاوشگرهای بسیار ریز، اتم ها و مولکول را به کمک نیروهای فیزیکی یا شیمیایی حرکت می دهند. رویکرد پرنتیس نیز لیزر را برای قراردادن مولکول ها در موقعیت مطلوب به کار می گیرند. تکنیک های اسمبل شیمیایی را بسیاری گروه ها به کار می برند؛ مثلاً رویکرد «وایت ساید» هربار یک لایه مولکولی و نهایتاً کل ساختار را می سازد.
سومین حوزه مهم در ساخت و تولید مولکولی، طراحی و مهندسی سیستم هاست؛ سیستم های مولکولی به شدت پیچیده در مقیاس ماکرو، درست مانند سیستم های پیچیده امروزی، نیازمند طراحی قابل توجه زیر سیستم ها، طراحی کل سیستم و یکپارچه سازی سیستم ها هستند. هرچند مسائل طراحی در سطح زیرسیستم ها را احتمالاً می توان از هم تفکیک کرد، اما حجم محاسبات برای طراحی و **** آن فوق العاده بالا خواهد بود. همچنین محدودیت های مهندسی همچون تلرانس خطا، یکپارچگی فیزیکی و پایداری شیمیایی نیز باید ممیزی شوند. برخی پژوهشگران این حوزه راهی برای تکامل توانمندی ساخت و تولید مولکولی پیش بینی کرده اند که شامل اندازه کلی سیستم، نوع تکنولوژی تولید، پیچیدگی سیستم، مواد مصرفی و غیره می شود. در بعضی نسخه های این مفهوم جدید، نانوروبات ها یا نانو کاوشگرهای بیشماری به صورت موازی دیده شده اند که ساختارها را به طور فیزیکی (با ۱۰۰ الی ۱۰۰۰۰۰ قطعه مولکولی) اسمبل می کنند.
در یکی از مفاهیم پیشرفته دیگر، اصول شیمیایی و استفاده از تغذیه های ساده را ترکیب می کنند تا وسایل بسیار بزرگتری بسازند. حسب ظاهر هرچه این تکنیک ها پخته تر شوند و پیش از آنکه کاربردهایی در مقیاس قابل توجه بیابند، بایستی کار بیشتری در سطح سیستم ها و مهندسی انجام پذیرد. با آنکه ساخت و تولید مولکولی نوید بخش تحولات جهانی تعیین کننده ای است، اما در میان تکنولوژی هایی که در این جا توصیف شده اند کمتر از همه تحقق خواهد یافت. البته در زمینه توسعه تکنولوژی های اجزا که در نخستین رژیم ساخت و تولید مولکولی جای دارند، پیشرفت هایی صورت گرفته است. در این روش اشیاء از مولکول هایی ساده ساخته می شوند و از طریق میکروسکوپ های اتمیک در زمانی کوتاه به تولید می رسند. هرچند ساخت این سیستم ها تا امروز موردی و بیشتر پژوهشی بوده است، انتظار توسعه تجهیزات ساخت و تولیدی یکپارچه ظرف ۱۵ سال آینده منطقی است. چنین سیستمی قادر به اسمبل ساختارهایی با ۱۰۰ الی ۱۰۰۰۰۰ جزء و ابعاد کلی ده ها میکرون خواهد بود، مطمئناً زنجیره خط شکنی های مهم، پیشرفت هایی را برای توسعه هرچه بیشتر این حوزه به همراه خواهد داشت، اما ساخت اشیاء بزرگ مقیاس به شیوه مولکولی تا سال ۲۰۱۵ بسیار بعید به نظر می رسد.
2-۴ مسائل و پیامدهای گسترده تر
تحقیقات در زمینه ساخت و تولید مولکولی «نانو» در دوره زمانی کنونی به دلیل فراوانی بسیار هیجان انگیز است. نخست این که، بسیاری از پژوهشگران توانمندی های ابتدائی هریک از حوزه های اصلی یاد شده را به صورت تجربی به نمایش گذاشته اند. دوم اینکه، پیشرفت مستمر و چالش های کنونی در حوزه ساخت و تولید کل به جزء، توانمندی های موجود مولکولی را به سمت مقیاس های رژیم نانو سوق می دهد و سرانجام این که توانایی ساخت اجسام بسیار ریز آزمایشی، تحلیل تجربی ساختارهای نو از طریق کاربرد قابلیت های نو و فهم بنیادی تر ساختارهای مذکور را به کمک مدل های کامپیوتری بسیار پیشرفته، و نیز درک ویژگی های بنیادی زیر ساختارها را به شدت ارتقا داده است. در عین حال، بعضی از افراد منظر ساز کاربردهای بالقوه ای برای ساخت و تولید مولکولی ابداع کرده اند. اما چون توانمندی های تجربی هنوز در مراحل بسیار ابتدائی هستند، پیش بینی بسیاری از مسائل دشوار است. رقابت بین المللی برای پیشگامی بلامنازع یا حتی دستیابی صرف به توانمندی های پیشرو نانو تکنولوژی همچنان به قوت خود باقی خواهد ماند، اما سرمایه گذاری ها و سمت و سوهای کنونی حاکی از آن است که آمریکا و اروپا در بیشتر حوزه های یاد شده پیشگامی دارند. شایان یادآوری است که پیشرفت نانوتکنولوژی رابطه تنگاتنگی با سرمایه گذاری های تحقیق و توسعه ای دارد. مثلاً کشورهایی که از امروز به سرمایه گذاری در نانو تکنولوژی بپردازند شاید در سال ۲۰۱۵ رهبری این حوزه را از آن خود کنند.
برای آشنایی بیشتر با حجم سرمایه گذاری ها در زمینه نانوتکنولوژی به ارقام سرمایه گذاری در سال ۱۹۹۷ دقت کنید:
1- ژاپن ۱۲۰ میلیون دلار
2- آمریکا ۱۱۶ میلیون دلار
3- اروپای غربی ۱۲۸ میلیون دلار
4- همه کشورهای دیگر اعم از روسیه، چین، کانادا، استرالیا، کره، تایوان،و سنگاپور جمعاً ۷۰ میلیون دلار.
قابل ذکر است که در همان سال پژوهشگران ایرانی تقریباً از هزینه شخصی خود جهت تحقیقات استفاده می کرده اند.
این بدان معنا نیست که سایر کشورها از تحصیل توانمندی های نانوتکنولوژی یا کاربرد آنها برای غافلگیری های تکنولوژیک کم دامنه یا مقاصد نظامی چشم پوشی خواهند کرد. البته اگر دشواری پیش بینی اینگونه نتایج و تخمین احتمال بروز آنها را در نظر بگیریم، برآورد تهدیدها یا ریسکهای ویژه بر اساس روندهای کنونی دشوار خواهد بود.
5- بحث و نتیجه گیری
1-۵ گستره احتمالات تا سال ۲۰۱۵
هرچند پیشگویی آینده محال است؛ اما روندهای تکنولوژی قادرند بر اساس پویش ها و پیشرفت های جاری، نشانه هایی را از آنچه که ممکن است در آینده روی دهد در اختیارمان بگذارند. به طوری که که بحث آن گذشت، تکنولوژی های توانزا و موانع چندی وجود دارند که پیشرفت و تأثیر این روندها را تعدیل خواهند کرد. روندهای مورد بحث همچنین آثار و پیامدهای گوناگونی در ابعاد جهانی دارند.
سرمایه گذاری بسیار شفاف جاری و خط شکنی های تکنولوژیک، لازمه تحقق پتانسیل کامل نانوتکنولوژی خواهد بود، اما هزینه های تحقیقاتی، مشکلات کاربردی کردن دستاوردهای تحقیقاتی، پیچیدگی، قابلیت دسترسی و حتی استقبال اجتماعی می تواند از آهنگ این رشد بکاهد. در بهترین چشم انداز خوش بینانه ای می توان از آینده نانوتکنولوژی ترسیم کرد، این تکنولوژی آنچنان توسعه می یابد که ساخت و تولید مولکولی بسیاری از نانوسیستمها با توانمندیهای انقلابی عملی می شود، در مجموع ساخت و تولید نانو، جنبه جهانی به خود می گیرد، به گونه ای که کشورهای رو به توسعه نیز فرصت سرمایه گذاری و مشارکت در این انقلاب تکنولوژیک را پیدا می کنند. از دیدگاهی عمل گراتر، شاید تأثیر خط شکنی تکنولوژیک تا سال ۲۰۱۵ پیشرفتهای یادشده را در یک مسیر تکاملی محدود سازد. در این مسیر، روند جاری متمایل به سیستمهای ریزتر، سریعتر و ارزانتر از طریق پیشرفت های سطح نانو در تولید نیمه هادیها است و در نتیجه قانون مور ادامه می یابد.
2-۵ کلان روندهای پیشرفت نانوتکنولوژی
با نگاهی دوباره به روندهای تکنولوژیک یاد شده و مطالعه سایر منابع می توان چندین کلان روند را تشخیص داد که با تأثیر گرفتن از نانو صورت های جدیدی به خود می گیرند که عبارتند از:
– تشدید ماهیت چند رشته ای تکنولوژی
– آهنگ پرشتاب تغییر
– افزایش دغدغه های اجتماعی و اخلاقی
– ضرورت پاسخگویی به تقاضای فزاینده آموزش
– افزایش طول عمر انسان
– محدود شدن حریم خصوصی افراد
– استمرار جهان گرایی
– اثرات رقابت بین المللی بر سر رهبری توسعه تکنولوژی
که در ذیل به بررسی مختصر هریک از موارد بالا اکتفا می کنیم و بحث و نتیجه گیری کلی را به عهده خواننده محترم وامی گذاریم.
الف) تشدید ماهیت چند رشته ای تکنولوژی
بسیاری از روندهای تکنولوژیک به دلیل حضور دو یا چند متقاطع پدید آمده اند. نمونه آن، تشخیص پزشکی مولکولی بر پایه سیستم های میکروالکترومکانیک، بیومواد، کامپیوترهای بیولوژیک، و روبات های بیومتریک، و روبات های بیومتریک است.
در گذشته تکنولوژی های گوناگونی برای کاربردهای توانزا با یکدیگر ترکیب شده اند، اما امروزه گرایش روز افزونی به شکل دهی «تیم های چند رشته ای» برای پرداختن به چالش های سیستم و دورنماسازی از رویکردها مشهود است، که جای روابط سلسله مراتبی سنتی تیم ها را گرفته است، به عنوان مثال اکنون دیده می شود که دانشمندان علم مواد و کامپیوتر و مهندسان کاربرد سطح همکاری خود را به شدت افزایش می دهند تا مواد بیوپزشکی برای بافت های مصنوعی بسازند یا برای تسهیل سطوح فعال کنترل سیستم، مواد واکنشی را توسعه دهند، همچنین مواد حاوی حسگرها و تحریک کننده ها برای سازه های هوشمندانه به همین ترتیب توسعه می یابند. شکل (۱) نشان می دهد که چگونه نانوتکنولوژی، تکنولوژی اطلاعات، مواد و ارگانیزم های زنده با یکدیگر رابطه متقابل ایجاد کرده و سیستم ها و مفاهیم نوینی ایجاد می کنند. مواد کارکرد را تعیین می کنند، و ظهور نانوتکنولوژی، ساخت و ابعادی که بتوان کارکرد را آسان نمود میسر می سازد. به موازات آن، ترکیب تکنولوژی مواد یا بیولوژی و علوم زیستی، سبب کسب دانش و موادی از ارگانیزم های زنده شده است، که ثمره آن انسجام بیشتر یا پدیده های فراگیر از مرحله طراحی تا محصول نهایی است. هر حوزه نه تنها تکنولوژی و مصنوعات خود را به ارمغان می آورد، بلکه نگرش ها و رویکردهای ویژه خود به جهان نیز تولید می کند! ترکیب این تکنولوژی ها متضمن غنای ابزارهای علمی برای حل مسائل نیز هست و از این راه پیشرفت هایی به ابر می آید که آمیزه ای از بهترین های هر حوزه است و کاربردهایی را ممکن می سازد که پیش از این ناممکن می نمود. مثلاً مهندسان به طور فزاینده ای به بیولوژیست ها روی می آورند تا دریابند که موجودات زنده در مواجهه با محیط های طبیعی، مشکلاتشان را چگونه حل می کنند. این رویکردها که مبتنی بر «تقلید از حیات» است، بهترین رهیافتهای ابداعی طبیعی را با راهکارهای طراحی شده و مصنوعی ترکیب کرده و ارگانیزم هایی پدید می آورند که عملکردشان از ارگانیزم های کنونی برای محیط های خاص بهتر است. بسیاری از روندهای برجسته، بر تکنولوژی ها در حوزه های مختلف اعمال نفوذ می کنند. شکل (۱) مواردی از تعامل بین بیوتکنولوژی، نانو تکنولوژی مواد و تکنولوژی اطلاعات نشان می دهد. مواد هوشمند دارای توانمندی های کارکردی و فرآوری هستند. این شکل نشان می دهد که پیشرفت در توانمندی های مواد و تکنولوژی اطلاعات در ترکیب با روندهای میکروسیستم ها چگونه ظهور سیستم های هوشمند را ممکن می سازد. از سویی دیگر، می توان سیستم های هوشمند را به گونه ای طراحی کرد که فراهم کننده توانمندی های بیونیک برای ارگانیزم های زنده باشد. ارگانیزم های زنده شیوه های بدیعی برای ساخت سیستم ها را ارائه می دهند، سیستم هایی که خود متکفل ساخت و تولید اجزایشان هستند.
ب) آهنگ شتابدار تغییر
به نظر می رسد که پیشرفت و تغییر تکنولوژی آهنگی پرشتاب دارد. در سایه رشد اقتصادی، به ویژه در آمریکا، سرمایه گذاری در تحقیقات کاربردی افزایش یافته، که این خود نوآوری در محصولات و ابداع رویکردهای نو را به ارمغان می آورد. تکنولوژی کامپیوتر آنچنان به پیش می رود که به زودی محصولات آن در عرض ۲ تا ۳ سال منسوخ خواهد شد. در برخی حوزه های مهندسی بیوپزشکی، آهنگ تغییر از این هم سریعتر است؛ به طوری که برخی وسایل پزشکی درست زمانی که نمونه اولیه بعدی توسعه می یابد، منسوخ می شود. این پیشرفت شتابان، فاصله بین وضع قوانین و ملاحظه اخلاقی و تکنولوژی را روز به روز عمیق تر می کند، به گونه ای که پر کردن آن با گذشت زمان دشوارتر می شود.
پ) افزایش دغدغه های اجتماعی و اخلاقی
به رغم دستاوردهای ارزنده تکنولوژی های نو و افزایش قدرت دستکاری محیط و موجودات زنده، بحث بر سر پاره ای مسائل و دغدغه های اجتماعی و اخلاقی همچنان گرم خواهد بود. مسائلی همچون حریم خصوصی، مالکیت معنوی، پایداری محیط زیست، همگی به محض ظهور قابلیت های نوین نانوتکنولوژی مطرح خواهند شد.
ت) ضرورت گسترش و تعمیق روز افزون آموزش
همراه با تغییرات پرشتاب تکنولوژی، نیاز به یادگیری و آموزش مداوم روز به روز افزایش می یابد. همان طور که امروزه مهارت های کامپیوتری اهمیت مضاعف یافته اند، کارکنان یقه سفید و یقه آبی احتمالاً ناچار به بهبود مهارت های خود در سایر حوزه ها خواهند شد تا در عرصه پویای تکنولوژی به هنگام باشند و از خطر منسوخ شدگی در امان بمانند. ماهیت چند رشته ای تکنولوژی، مهارت های اجتناب ناپذیر نیروی کار و تکنولوژیستهایی را که در حوزه «تحقیق و توسعه» کار می کنند، دگرگون می سازد.
«توسعه گران» به طور فزاینده ای نیازمند این خواهند بود که پیشرفت ها و مفاهیم بنیادی سایر حوزه ها را بفهمند تا کارشان در گروه های چند رشته ای اثربخش شود؛ که خود برپایی دوره های آموزشی گسترده تر را ایجاب می کنند. این روند می تواند تا جایی ادامه یابد که اعطای مدارک دانشگاهی چند رشته ای به ویژه برای منظر سازان و پژوهشگرانی که مفاهیم را به یکدیگر پیوند می دهند، ضروری گردد. این نیز هست که توده مردم احتمالاً نیازمند درک گسترده تری از علم و تکنولوژی خواهند بود تا هم سیاستگذاران و هم مصرف کنندگان بتوانند تصمیم های بهتری بگیرند. مثلاً مناقشات کنونی پیرامون مواد غذایی اصلاح شده به روش ژنتیک را در نظر بگیرید؛ در این جا باید ذهنی باز و پرسشگر وجود داشته باشد که مسئولیت خطیر تعدیل بحث های پیچیده ای را که از جانب طرف های مختلف مطرح می شود، بپذیرد. به همین ترتیب، فهم پیامدهای محدود شدن «حریم خصوصی افراد» و عواید بالقوه و «خانه هایی که از انواع حسگرها لبریزند و به شدت ردگیری می شوند» برای افزایش سطح آگاهی رأی دهندگان و مصرف کنندگان بسیار ضروری می نماید.
ح) افزایش طول عمر
بشارت های امیدبخش مسائل بهداشتی، روند افزایش طول عمر را در کشورهای توسعه یافته کماکان تداوم خواهد بخشید. اما به نوبه خود مسائل مربوط به افزایش جمعیت، مراقبت از سالخوردگان و حمایت مالی از بازنشستگان را به همان اندازه برجسته خواهد ساخت. پیشرفت های پزشکی نه تنها کیفیت زندگی را بهبود می بخشد، بلکه طول عمر و حتی دوره بهره برداری افراد را نیز افزایش می دهد.
خ) محدود شدن حریم خصوصی افراد
عوامل گوناگون تهدید کننده حریم خصوصی افراد عبارتند از:
– انگشت نگاری «دی ان ای»
– نقشه های ژنتیک که استعداد ابتلا به بیماری را نشان می دهد.
– پایگاه داده های اطلاعات شخصی قابل دسترسی از طریق اینترنت
– سایر تهدیدهای تکنولوژی اطلاعات
مسائل مربوط به حریم خصوصی احتمالاً قانون گذاران را به سمت مبحث پیرامون تمهیدات حفاظتی یا حفاظت های قانونی و ضوابط سوق خواهد داد و بحث های اجتماعی و اخلاقی پیرامون کابردهای تکنولوژی، ایجاد نیازمندیها و بازارهای خصوصی و تکنولوژی های حامی حریم خصوصی افراد کماکان تداوم خواهد یافت. موقع شناسی، جامعیت و عقلانیت چنین دغدغه هایی نقش تعیین کننده ای در پرداختن به مسئله خصوصی افراد به گونه ای واپس گرا آینده گرا و مترقی ایفا می کند. البته در سال های اخیر حریم خصوصی و امنیت اشخاص نسبت به کارکرد و عملکرد در درجه دوم اهمیت قرار داشته است. بعید به نظر می رسد که این گونه دغدغه ها بتوانند سد راه روندهای تکنولوژی شوند؛ بنابراین بسته به میزان وفور تکنولوژی در هر منطقه، حریم خصوصی افراد در سطح جهان محدودتر خواهد شد. البته موشکافی مربوط به حریم خصوصی افراد احتمالاً نگرش و رفتار عامه مردم را در قبال چگونگی به کار گیری تکنولوژی متحول می سازد؛ و در یک کلام، برجسته شدن مسئله حریم خصوصی به عنوان یکی از مطالبات مهم اجتماعی، توسعه تکنولوژیک را متأثر خواهد ساخت.
اگر این احتمال را بدهیم که در آینده کمونیسم بار دیگر ظهور کرده و نانو تکنولوژی را در خدمت خود بگیرد باید این احتمال را نیز بدهیم که عواقب وحشتناکی در انتظار ملل خواهد بود و این احتمال به هیچ وجه دور از انتظار نیست و ما مطمئناً در آینده شاهد ظهور لنینها و استالینها با قدرتی مصمم تر خواهیم بود.
ج) استمرار جهانگرایی
علاوه بر نقش تسهیل کنندگی پیشرفت های تکنولوژی اطلاعات، اینترنت، ارتباطات و حمل و نقل بهبود یافته روندهایی همچون «ساخت و تولید چالاک» که با سرمایه گذاری های بومی در زیرساخت، بازیگران جدیدی را به عرصه تولید جهانی می کشانند، همچنان نیروی پیشران جهان گرایی خواهند بود.
د) رقابت بین المللی
با توجه به رقابت بین المللی بر سر توسعه تکنولوژی خط شکن، در هر حوزه طیفی از رویدادهای محتمل به چشم می خورد. این طیف از سیستم رقابت جویی ملی، که معطوف به سرمایه گذاری های تکنولوژیک و توسعه و تولید محصولات تکنولوژی در چارچوب مرزهای ملی است، تا جریان به شدت آزاد سرمایه و تکنولوژی بین مرزهای ملی و منطقه ای را در بر می گیرد. سمت و سوی واقعی روندها به عواملی چند بستگی دارد که از جمله می توان به مناسبات اقتصادی هر منطقه در آینده حمایت ها و حقوق بین المللی، مالکیت معنوی، ماهیت شرکت های فراملیتی، و نقش و میزان سرمایه گذاری بخش دولتی در تحقیق و توسعه اشاره کرد. اینک سمت و سوی حرکت عبارت است از رقابت در سطح ائتلاف های اقتصادی منطقه ای، حمایت بیشتر از رژیم جهانی حفظ مالکیت معنوی، گسترش جهانگرایی، و تقسیم مسئولیت ها و وظایف در زمینه اعتبارات تحقیق و توسعه. طبیعتاً این کلان روندها از عواملی که در قسمت های قبلی اشاره شد، تأثیر پذیرفته و تغییر می کند.
… و ختم کلام
پس از انقلاب های کشاورزی و صنعتی، اینک انقلاب تکنولوژی که سرشتی چند رشته ای دارد، در حال تغییر سیمای جهان است. هم اکنون نیز تکنولوژی اطلاعات زندگی مردم را به ویژه در کشورهای توسعه یافته دگرگون کرده است و خط شکنی هایی که در تکنولوژی مواد و نانو تکنولوژی روی می دهد، پیش از پیش بر این دگرگونی خواهد افزود.
بیوتکنولوژی حیات موجودات زنده را دگرگون خواهد کرد و تکنولوژی مواد و نانوتکنولوژی نیز امکان توسعه دستگاه هایی با توانمندی های غیر منتظره را فراهم خواهد ساخت. این تکنولوژی ها نه تنها تأثیرات ژرفی بر زندگی انسان دارند، بلکه چنان در هم تنیده اند که انقلاب تکنولوژی را به انقلابی چند رشته ای تبدیل کرده اند. از این رو، شتاب پیشرفت در هر زمینه ای مضاعف شده است. به نظر می رسد که تأثیرات نانوتکنولوژی از سایر تکنولوژی ها تکان دهنده تر باشد. انباشت خط شکنی ها در این حوزه موجب ارتقای کیفیت زندگی و تأثیرات فراوانی در زندگی بشر خواهد شد. ممکن است سایر روند تکنولوژی در چشم عامه مردم کم اهمیت تر به نظر برسد، لیکن با ژرف نگری و بازبینی آنها درمی یابیم که بسیار انقلابی هستند. تغییرات بنیادی در آنچه که تولید می شود و نیز در شیوه تولید آنها، نویدبخش محصولات و توانمندی های کاملاً جدید است.
به رغم عدم قطعیت هرگونه آینده نگری پیرامون روندهایی که محتملاً آینده را شکل می دهد، می توان شماری از احتمالات و نتایج تکنولوژی را پیش بینی کرد که تحقق آنها البته در گرو مجموعه ای از امکانات و عوامل خواهد بود.
ظهور تأثیرات این تحولات، مسائلی را در پی خواهد داشت. همراه با افزایش درک توده مردم از تأثیرات بالقوه این روندها بر فرهنگ و زندگی، لازم است تصمیم هایی در مورد مسائل گوناگون اخلاقی، اقتصادی، قانونی، محیطی، ایمنی، و دیگر دغدغه های اجتماعی اتخاذ شود. احتمالاً مهم ترین این مسائل عبارتند از:
حریم خصوصی افراد، شکافهای کلان اقتصادی، تهدیدها و اخلاقیات بیولوژیک، بویژه مسائلی همچون به نژادی، شبیه سازی انسان، اصلاح ژنتیک، شدیدترین واکنش های اخلاقی و معنوی را در پی خواهد داشت. این مسائل ماهیتی بسیار پیچیده دارند، زیرا از یک سو بر راستای پیشرفت تکنولوژی و از سوی دیگر بر یکدیگر تأثیر می گذارند. شهروندان و سیاست گذاران نیازمند آنند که درباره تکنولوژی، اطلاعات کاملی کسب کنند تا با شناسایی و تحلیل این تعامل های پیچیده بتوانند مناقشاتی را که پیرامون تکنولوژی وجود دارد، به درستی بفهمند. تلاشهایی از این دست، مانع از اخذ تصمیم های ساده انگارانه می شوند؛ منافع تکنولوژی را با ملاحظه ارزش های فردی بیشینه می سازند و نقاط عطفی را در فرایند تصمیم گیری مشخص می کنند که در آنها تصمیم گیری ها می تواند نتایج مطلوبی به بار آورند بی آنکه مسائل نادیده و تحلیل نشده بتوانند خدشه ای به این تصمیمات وارد آورند.
بشارتهای امیدبخش تکنولوژی مربوط به همین جا و اکنون است و فردا نیز ادامه خواهد داشت و سراسر جهان را با تأثیرات گسترده خود در خواهد نوردید، با این همه، تاثیرات انقلاب تکنولوژی در گوشه و کنار جهان یکسان نخواهد بود و بسته به آمادگی پذیرش ملت ها، میزان سرمایه گذاری ها و تصمیم هایی که اتخاذ می شوند، صورت های مختلفی خواهند یافت. خوب یا بد راه بازگشتی وجود ندارد زیرا پارهای از جوامع در مسیر این انقلاب قرار گرفته اند و برای بهره برداری حداکثر از نتایج و منافع آن آماده شده اند. روند جهان گرایی نیز محیط زندگی همه جوامع را تغییر خواهد داد. نقش آفرینی این پیشرفت ها در صحنه جهانی، سیمای دنیا را به کلی متفاوت خواهد کرد.