النانو تكنولوجيا.. أعجوبة العالم الجديدة

تعتبر كلمة النانو كلمة مستحدثة فى القاموس البشرى المتداول بعيدا عن معامل الجامعات واروقة الكليات ولكن
ماهى هذه التكنولوجيا المكتشفة حديثا؟
، وما منافعها التى تهم الانسان العادى ؟
وكيف يمكن استخدامها تجاريا ؟
وما المخاطر والسلبيات التى يمكن ان تسببها ؟

اسئلة كثيرة نتمنى ان تجد اجاباتها فى هذه المقالة

أولا تعريف تقنية النانو

هي مقدرة الإنسان على تصنيع المادة والأجهزة والأنظمة عند مقياس النانو
ومقياس النانو هو واحد من المليار من المتر، بمعنى لو قسمنا المتر إلى ألف قسم لحصلنا
على المليمتر ولو قسمنا المليمتر إلى ألف قسم لحصلنا على المايكرومتر ولو قسمنا المايكرومتر
إلى ألف قسم فسوف نحصل على النانومتر وهو بمثابة أن يأخذ إنسان شعرة من رأسه وينظر
إليها ويتخيل أنه يستطيع أن يقلص قطرها ثمانين ألف مرة، فهذا هو مقياس النانومتر

ثانيا مزايا تقنية النانو


يقف العالم اليوم على أعتاب ثورة علمية هائلة لا تقل عن الثورة الصناعية التي نقلته إلى
عصر الآلات وعصر الصناعات أو الثورة التكنولوجية التي نقلته إلى عصر الفضاء، وهي
ثورة الـ Nanotechnology أو التكنولوجيا متناهية الصغر، تلك التي تقوم على استخدام
الجزيئات في صناعة كل شيء بمواصفات جديدة وفريدة ومتميزة وبتكلفة تصل في كثير من
الأحيان إلى عشر التكلفة الحالية

فهذه التقنية تبشر بقفزة هائلة في جميع فروع العلوم والهندسة وكافة مجالات الطب
الحديث و الاقتصاد العالمي و العلاقات الدولية وحتى الحياة اليومية للفرد العادي فهي و بكل
بساطة ستمكننا من صنع أي شيء نتخيله وذلك عن طريق صف جزيئات المادة إلى جانب
بعضها البعض بشكل لا نتخيله وبأقل كلفة ممكنة

خذ مثالا بسيطا جدا لتقريب الصورة اكثر : لو انه استخدمت مواد تقنية النانو مثلا
في تصنيع الطائرة 747 التي يصل وزنها إلى قريب أربعمائة طن، لأصبح وزنها قرابة
المائة طن فقط وبتكلفة تصل الى عُشر تكلفتها الحاليه !!

الصناعات التي بدأت فعلا باستخدام النانو

دخلت صناعة النانو حيز التطبيق في مجموعه من السلع التي تستخدم نانو جزيئات
الأكسيد على أنواعه "الألمنيوم والتيتانيوم وغيرها " . خصوصا في مواد التجميل
والمراهم المضادة للأشعة . فهذه النانو جزيئات تحجب الأشعة فوق البنفسجية كلها
ويبقى المرهم في الوقت نفسه شفافا وتستعمل في بعض الألبسة المضادة للتبقع .

وتوصل العلماء في روسيا إلى اختراع مواد تفوق متانةالفولاذ مرتين في الوقت الذي
تقل عن وزنه أربع مرات

وقد تمكن باحثون في جامعة هانج يانج في سيئوول من إدخال نانو الفضه إلى المضادات
الحيوية . ومن المعروف أن الفضة قادرة على قتل حوالي 650 جرثومة دون أن تؤذي
الجسم البشري .

وسينزل عملاق الكمبيوتر "هاولت باكارد " قريبا إلى السوق رقاقات يدخل في صنعها نانو
اليكترونات قادرة على حفظ المعلومات أكثر بآلاف المرات من الذاكرة المو جوده حاليا

وقد تمكن باحثون في IBM وجامعة كولومبيا وجامعة نيو أورليانز من جمع جزيئين غير
قابلين للاجتماع إلى بلور ثلاثي الأبعاد . وبذلك تم اختراع ماده غير موجودة في الطبيعة
"ملغنسيوم مع خصائص مولده للضوء مصنوعة من نانو" و "أوكسيد الحديد محاطا
برصاص السيلينايد" وهذا هو نصف موصل للحرارة قادر على توليد الضوء
وهذه الميزة الخاصة لها استعمالات كثيرة في مجالات الطاقة والبطاريات

وقد أوردت مجله الايكونوميست مؤخرا أن الكلام بدأ عن ماده جديدة مصنوعة من نانو
جزيئات تدعى قسم "Quasam" ( كأنها كلمه عربية ) تضاف إلى البلاستيك والسيراميك
والمعادن فتصبح قويه كالفولاذ خفيفة كالعظام وستكون لها استعمالات كثيرة خصوصا في
هيكل الطائرات والأجنحة ، فهي مضادة للجليد ومقاومه للحرارة حتى 900درجه مئوية

وأنشأت شركة كرافت Kraft المتخصصة في الأغذية السنة الماضية اتحاد الأقسام البحوث
العلمية لاختراع مشروبات مبرمجه . فقريبا يمكننا شراء مشروب لا لون له ولا طعم يتضمن
نانو جزيئات للون والطعم عندما نضعه في المكروييف على تردد معين يصبح عندنا عصير
ليمون وعلى تردد آخر يصبح هو نفسه شراب التفاح ، وهكذا.

كما نجح العلماء المصريون في صناعة ورق مصري عبر تكنولوجيا النانو من مخلفات
قصب السكر وقش الأرز بجودة أعلى من الجودة العالمية المعروفة للورق، وأعلن العالم
المصري العالمي الدكتور مصطفى السيد أنه عبر تكنولوجيا النانو يمكن علاج مرضى
السرطان عن طريق جزيئات الذهب

كم تمكن العلماء في كل من المملكة العربية السعودية ومصر من اختراع وسائل لتحلية المياه
عبر التكنولوجيا متناهية الصغر بتكلفة تصل إلى 10% فقط من التكلفة الحالية مع مضاعفة
كميات المياه المحلاة إلى كميات كبيرة

ماذا يمكن ان تعمل تقنية النانوفي المستقبل ؟

يقول الدكتور اريك دريكسلر
ليس هناك من حدود ، استعدوا للرواصف الذين سيبنون كل شيء
من أجهزة التلفزيون إلى شرائح اللحم بواسطة تركيب الذرات ومركباتها واحده واحده
كقطع القرميد ، بينما سيتجول آخرون في أجسامنا وفي مجارى الدم محطمين كل جسم
غريب أو مرض عضال
سيقومون مقام الإنزيمات والمضادات الحيوية الموجودة في أجسامنا وسيكون بإمكاننا
إطلاق جيش من الرواصف غير المرئية لتتجول في بيتنا على السجاد والرفوف والأوعية
محوله الوسخ والغبار إلى ذرات يمكن إعادة تركيبها إلى محارم وصابون وأي شيء آخر
بحاجه إليه

فلنتخيل حواسيباً خارقة الأداء يمكن وضعها على رؤوس الأقلام والدبابيس
ولنتخيل أسطولا من الروبوتات النانوية الطبية والتي يمكن لنا حقنها في الدم أو ابتلاعها
لتعالج الجلطات الدموية و الأورام والأمراض المستعصية

ولنتخيل سفينة فضائية في حجم الذرة يمكنها الإبحار في جسد الإنسان لإجراء عملية
جراحية والخروج من دون جراحة

ولنتخيل الموجات الكهرومغناطيسية التي تتمكن بمجرد ملامستها للجسم على إخفائه مثل
الطائرة أو السيارة ومن ثم لا يراها الرادار ويعلن اختفاءها

ولنتخيل سيارة في حجم الحشرة وطائرة في حجم البعوضة وزجاج طارد للأتربة
وغير موصل للحرارة وأيضا صناعة الأقمشة التي لا يخترقها الماء بالرغم من
سهولة خروج العرق منها

و قد ورد في بعض البرامج التسجيلية أنه يمكن صناعة خلايا أقوى 200 مرة من خلايا
الدم و يمكنك من خلالها حقن جسم الإنسان بـ 10 % من دمه بهذه الخلايا فتمكنه من
الركض لمدة 15 دقيقة بدون تنفس


مبيعات سوق تكنولوجيا النانو

وقد بلغ حجم ما يباع في سوق تكنولوجيا النانو العالمية رغم حداثتها ما يقرب من سبعمائة
مليار دولار أميركي، ويرى الخبراء أن القيمة سوف تصل في العام 2014 إلى ما يقرب من
2,9 ترليون دولار أميركي وهو ما يعادل 17% من إنتاج العالم من السلع الضرورية للبشر
في ذلك الوقت.

السلبيات والمخاوف من تكنولوجيا النانو

تحصل دوما عند كل تطور علمي أو تقني انتقادات وتنتشر المخاوف كما حصل في الثورة
الصناعية الأولى وعند اختراع الكمبيوتر وظهور الهندسة الوراثية وغيرها .
تتركز الانتقادات هنا على عنصرين :
الأول هو أن النانو جزيئات صغيره جدًا إلى الحد الذي يمكنها من التسلل وراء جهاز
المناعة في الجسم البشري ، وبإمكانها أيضًا أن تنسل من خلال غشاء خلايا الجلد والرئة
وما هو أكثر إثارة للقلق أن بإمكانها أن تتخطى حاجز دم الدماغ

الثاني هو المخاوف من أن يصبح النانو روبوت ذاتي التكاثر, أي: يشبه التكاثر الموجود
في الحياة الطبيعية فيمكنه أن يتكاثر بلا حدود ويسيطر على كل شيء في الكره الأرضية.

وقد أصدرت منظمة غرين بيس مؤخرًا بيانا تشير فيه إلى أنها لن تدعو إلى حظر الابحاث
على النانو. ومهما كان، فالإنسان على أبواب مرحلةٍ جديدةٍ تختلف نوعياً من جميع النواحي
عما سبقها جديدة بايجابياتها وكبيرة بسلبياتها
وكما يقول معظم العلماء
لا يمكن لأي كان الوقوف في وجه هذا التطور الكبير، فلنحاول تقليص السلبيات والاخطار
الى اقل قدر ممكن


كود PHP:




النانو تكنولوجيا.. أعجوبة العالم الجديدة


دارات ضوئيّة بدل الكهربائيّة و«آي بي أم» تستعد لتطوير اول «حاسب ضوئي»

جدّة: خلدون غسّان سعيد

التكنولوجيا الحديثة المسماة نانو تكنولوج Nanotechnology قد يعرفها بعض الناس. وقد يجهلها البعض الآخر، وقد يخاف منها الآخرون. والنانو تكنولوجي او تقنيات النانو، هي مجموعة من الأدوات والتقنيّات والتطبيقات التي تتعلّق بتصنيع بنية معيّنة وتركيبها باستخدام مقاييس في غاية الصغر. ومن الخطأ فعل ما يفعله الكثيرون عند سماعهم بهذه التقنيّة، إذ أنّهم يبتعدون عن معرفة المزيد عنها، خوفا من عدم فهمهم أو لصعوبة تخيّلهم لهذه التقنية، ولكنّها بسيطة جدّا، وشئنا أم أبينا، ستكون تطبيقات هذه التكنولوجيا في محور حياتنا اليوميّة خلال بضع سنين. شركة آي بي إم International Business Machines IBM تعلم ذلك، ولهذا تصبّ جُلّ جهودها لتطوير هذه التكنولوجيا في مجال تقنيّة المعلومات. ومن إنجازات آي بي إم في هذا المجال، مجهر لتصوير الذرّات وتسجيلها باستخدام رؤوس أقراص صلبة على مستوى النانو. وتطلعاتها إلى المستقبل أكبر بكثير من حجم هذه التكنولوجيا، فهي تطمح لتطوير بنية معيّنة على مستوى الذرّات أو الجزيئات لتطوير تقنيّات المعلومات. ويمكن باستخدام هذه التقنية أن يتمّ «تفصيل» مركّبات من ذرّات معيّنة انتقائيّا باليد. وسيصبح بالإمكان تكوين مركّبات بأي مواصفات يريدها الشخص، أو إيجاد مركّبات بمواصفات ليست موجودة في الطبيعة، وبكلّ المقاييس من المستوى الذريّ إلى مستوى ناطحات السحاب، وبالتالي إيجاد عمليّات تصنيعيّة زهيدة الثمن وعالية الأداء، مما سيمهّد الأساس لمستقبل مزدهر لتقنيّة المعلمومات.


النانو وتطبيقاته: النانو هو واحد من مليار من المتر، أو 9-10 من المتر. ويصف توماس كيني Thomas Kenny من جامعة ستانفورد حجم النانو بأمثلة كثيرة، مثل كونه بنفس عرض الحمض النووي منقوص الأوكسجين DNA أو بحجم عشر ذرّات هيروجين، أو معدّل نموّ ظفر الإنسان في ثانية واحدة، أو ارتفاع قطرة ماء بعد بسطها كليّا على سطح مساحته متر مربّع واحد، أو واحد على عشرة من سماكة الطبقة الملوّنة على النظّارات الشمسيّة. والجدير بالذكر أنّ عرض أصغر مركّب في معالج البنتيوم Pentium هو 100 نانومتر.


الحجم له اعتبار في عالم الحاسب الآلي والإلكترونيّات، فالحاسب الخارق اليوم الموجود في مراكز الأبحاث والتطوير أو في الجامعات الكبيرة سيكون مجرّد ساعة يد في المستقبل القريب. والمباني والآلات ستستطيع إرسال إشارات لاسلكيّة عندما تحتاج إلى صيانة، أو قد تستطيع إصلاح نفسها. اما ثيابنا فستأخذ بيانات عن صحتنا وتنبهنا لعوامل بيئيّة مضرّة وستنظّف نفسها من الأوساخ والروائح دون أيّ مساعدة وستقوم بتدفئة أو تبريد الجسم حسب درجة الحرارة الخارجيّة. وسيمكن صناعة غرفة عملّيات كاملة في كبسولة (عبوة) صغيرة، يتمّ وضعها داخل جسم المريض لتقوم بتنفيذ برنامج العمليّة الذي برمجه الطبيب فيها حسب حالة المريض (من الممكن جدّا أن يحتاج الخيّاط أو المهندس أو الطبيب لأخذ دروس في برمجة هذه التقنيّات). مجالات لا تُعدّ ولا تُحصى تدخل فيها النانوتكنولوجيا، وستغيّر حياتنا عشرات الألوف من المرّات التي استطاع فيها الإنسان تغيير حياته منذ بدء الزمان وحتّى يومنا هذا. وسيصبح محتوى أكثر أفلام الخيال العلميّ خصوبة الآن، مجرّد تخيّلات بسيطة لطفل صغير.


ابداعات «آي بي إم»: شركة آي بي إم استطاعت إيجاد طريقة لاستخدام طرق التصنيع التجاريّ المستخدمة الآن في صنع أنظمة تحكّم في مجموعات من أسلاك صغيرة، وهو التطوّر الذي تأمل الشركة أن يؤدي إلى إيجاد شرائح ذاكرة للحاسب الآليّ ذات كثافة تبلغ أربعة أضعاف الكثافة الحاليّة.


ومع أنّ كثافة الذاكرة تزداد الآن، إلا أنّها تزداد بمقدار ثابت (خطّيّ)، وهذه التقنيّة الجديدة ستسمح بالقفز تقنيّا إلى الأمام بعشرات السنين في لحظة واحدة، وستقلّص من تكاليف التصنيع بشكل كبير جدّا. التقنية هذه تتكوّن من إيجاد نمط لنظام تحكّم يتكوّن من ثلاثة عناصر، يوضع أحدها على نهاية مجموعة من الأسلاك المتوازية ويقوم بإمداد الإلكترونيات، والعنصران المتبقيان يوضعان على جانبي المجموعة، ويقومان معا بتكوين مجالات كهربائيّة عبر مجموعة الأسلاك انتقائيّا، ويمكنهما إيقاف التيّار في كلّ الأسلاك، عدا سلك واحد مختار. ومجموعة الأسلاك التي استطاعت آي بي إم استخدامها إلى الآن تتكوّن من أربعة أسلاك، ولكنّ المبدأ نفسه يمكن تطبيقه على ثمانية أسلاك. ووجود القدرة على انتقاء سلك معيّن تعني أنّه من الممكن إيجاد عناوين محدّدة للإشارات الكهربائيّة، العنصر المهمّ جدّا والرئيسيّ في تصميم وعمل الذاكرة العشوائيّة Random Access Memory RAM.


وعلى سبيل المثال يمكن جعل خليّة ذاكرة ما في شبكة كبيرة من الخلايا أن تقرأ أو تكتب المعلومات عن طريق تفعيل خطّين متعامدين، تماما مثل قراءة إحداثيّات نقطة ما في المستوى الديكارتي (المحورين السيني والصادي) أو مثل استخدام خطوط الطول والعرض معا لتحديد موقع ما على الخريطة.


وتتوقّع شركة آي بي إم أن تستطيع إيجاد نماذج من هذه الذاكرة صالحة للاستخدام في عام 2006، وإذا أثبتت هذه النماذج قدرتها على العمل بكفاءة، فإنّه سيصبح بالإمكان إيجاد استخدامات أكثر تعقيدا من هذه النماذج في السنوات اللاحقة، مثل معالجات الحاسب الآليّ، فتطبيقات المبدأ كثيرة وستُحدث ثورة في عالم الإلكترونيّات.


وفي تطوّر آخر لشركة آي بي إم، استطاع باحثون فيها (يوري فلاسوف ومارتن أوبويل وهيندريك هامان وشاري مكناب من مركز تي جيه واتسون للأبحاث بدعم جزئيّ من وكالة مشاريع أبحاث الدفاع المتقدّمة DARPA، المؤسسة المسؤولة عن التطوير والأبحاث المركزيّة التابعة لوزارة الدفاع الأميركيّة، عن طريق برنامجها «إبطاء وتخزين ومعالجة الضوء» Slowing, Storing and Processing Light من الاقتراب أكثر من حلم استبدال الكهرباء بالضوء في إيصال سيل المعلومات بين أجزاء الدارات. وهذا الأمر سيؤدّي إلى تطوّرات جذريّة في أداء الحاسب الآلي وكلّ الأنظمة الإلكترونيّة الأخرى، فالباحثون استطاعوا إبطاء سرعة الضوء إلى واحد على 300 من سرعته المعتادة عن طريق تمريره في قنوات من السليكون المصنّع بعناية بالغة، يسمّى موجّه موجات الكريستا ـ الفوتونيّ Photonic Crystal Waveguide PCW شريحة رقيقة من السليكون «منقّطة» بمجموعات من الثقوب تكسر أو تغيّر من مسار الضوء المار بها). هذا التصميم للقنوات يسمح بتغيير سرعة الضوء عن طريق تمرير تيّار كهربائيّ لموجّه الموجات. ويجدر بالذكر أنّ الكثير من الباحثين في السابق استطاعوا إبطاء سرعة الضوء في ظروف مخبريّة، ولكنّ تحكّمهم في سرعة الضوء على شرائح سليكونيّة باستخدام وسائل تصنيعيّة تعتمد على النانو تكنولوجيا هو سابقة جديدة. وحجم هذا الجهاز الذي استطاع العلماء تصنيعه صغير جدّا، ويمكن استخدام المواد شبه الموصلة فيه المواد التي تُستخدم عادة في تصنيع الدارات الكهربائيّة والقدرة على التحكّم بسرعة الضوء أو إبطائه في هذه الحالة تجعل بالإمكان لهذه التقنية أن تصنع دارات ضوئيّةOptical Circuits في غاية الصغر من الحجم، وعمليّة في آن واحد لوضعها في الأدوات الإلكترونيّة. معوّقات التطوّر: للتشبيه، فإنّه من الصعب إيصال سلع تجاريّة في وقت سريع في مدينة دائمة الازدحام بالسيّارات، مهما كان حجم الإنتاج وسرعته. والحل هو إمّا زيادة عرض الشوارع في المدينة (الأمر المستحيل بسبب وجود مبان محيطة بالشوارع)، أو إيجاد طرق بديلة (الأمر المكلف زمنيّا). وعدم القدرة على إيصال المعلومات في الدارات الكهربائيّة هي أحد أكبر «الإختناقات المروريّة» التي يمرّ فيها مصمّمو الدارات الكهربائيةّ. كما ان من المشاكل التي تواجه مصمّمي الدارات الكهربائيّة، زيادة الناتج الحراريّ بسبب ازدياد مرور الإلكترونات في الدارات الكهربائيّة، الأمر الذي قد يؤدّي إلى «احتراق» الدارة بكاملها إن لم يتمّ تبريدها بشكل مدروس. وأحد أكبر المشاكل التي تشلّ تطوّر المعالجات والذاكرة في الحاسب الآليّ هي ظاهرة انتقال الإلكترونات من مسارها إلى مسار آخر عند تقليص حجم الدارة الكهربائيّة. فالتقنيّات المستخدمة اليوم تعتمد تقنية 90 و65 و45 نانو متر في التصميم، ولكنّ المصمّمين يواجهون ظاهرة انتقال الإلكترونات من مسار ما إلى آخر بسبب التنافر الكهربائيّ بينها وبين إلكترونات أخرى قريبة. هذه الظاهرة لم تكن موجودة من قبل لأنّ التقنيات المستخدمة حينها كانت تستخدم مسارات إلكترونيّة أكثر عرضا من المسارات المستخدمة الآن. ولكنّ نتائج أبحاث آي بي إم لن تحلّ هذه المشاكل، بل ستتجاوزها لتنعدم من أساسها، إذ ستتغيّر قوانين الفيزياء في الدارات لتصبح تعتمد على نظريّات وقوانين الضوء (كميّة أو موجيّة أو غيرها)، لتنعدم الآثار الحراريّة لمرور الإلكترونات في الأسلاك والدارات الكهربائيّة، ولينعدم التنافر الإلكترونيّ. وسيصبح الضوء هو أساس توصيل المعلومات بين مكوّنات الحاسب الآليّ. ولكن ليتمّ كلّ ما تمّ ذكره، يجب أن تدعم المكوّنات هذه تحكّما كاملا بإشارات الضوء، ويجب أن تكون تكلفة تصنيع آليّة هذا التحكّم زهيدة الثمن وحجمها صغيرا. واستطاعت آي بي إم من أن تقدّم بعض الحلول لهذه المشكلة عن طريق استخدام موجّهات موجات الكريستال ـ الفوتونيّ، التي تحتوي على معامل انحراف للضوء عال بسبب وجود أنماط من مجموعات الثقوب فيها. فكلّما ازداد معامل الانحراف، قلّت سرعة الضوء الخارج منها. وبزيادة حرارة موجّهات موجات الكريستال ـ الفوتونيّ عن طريق تمرير تيّار كهربائيّ فيها، يتمّ تغيير معامل الانحراف، الأمر الذي يغيّر من سرعة الضوء الخارج من الثقوب، باستخدام قدرة كهربائيّة قليلة جدّا.


ويجدر ذكر أنّ كلّ ما تمّ تطبيقه في الأبحاث موجود على منطقة صغيرة جدّا من الدارة، ولا يمكن مشاهدتها إلا تحت المجهر. هذا الأمر يعني أنّّه بالإمكان إيجاد دارات ضوئيّة في غاية التعقيد بنفس حجم الدارات الحاليّة. أمّا بالنسبة لعمليّة التصنيع، فإنّها موجودة في أغلب مصانع الدارات الحاليّة. والقدرات الوظيفيّة التي يدّعيها الباحثون تسمح بإيجاد مكوّنات بحجم النانو، مثل اماكن لحفظ المعلومات الضوئيّة والمعالجات الضوئيّة والكثير غيرها. وإن تمّ صنع جميع هذه المكوّنات بأسعار معتدلة، فإنّ أوّل جهاز حاسب آليّ ضوئيّ (هل سيصبح اسمه الحاسب الضوئيّ؟) سيكون من صنع شركة آي بي إم. وعلى الأغلب، فإنّ الجيل الأوّل سيكون عبارة عن هجين من الدارات الإلكترونيّة والضوئيّة مع بعضها البعض، إلى حين نضوج هذه التقنيّة.


مواقع مهمّة


* صفحة آي بي إم: http://www.ibm.com


* إنجازات آي بي إم في مجال النانو تكنولوجيا: http://domino.research.ibm.com/comm/research.nsf/pages/r.nanotech.defined.html#timeline


* للمزيد من المعلومات حول بحث آي بي إم في موجّهات موجات الكريستال-الفوتونيّ (Active Control Of Slow Light On A Chip With Photonic Crystal Waveguides), يمكن مراجعة صفحة مجلّة نيتشر: http://www.nature.com


* صفحة المبادرة الوطنيّة للنانو تكنولوجيا National Nanotechnology Initiative: http://www.nano.gov