مقدمه:
حدود 100 سال پیش که برای اولین بار مسئله استفاده از انرژی عظیم هسته ای مطرح شد، بشر نمی‌توانست درک تجربی و صحیحی نسبت به این موضوع داشته باشد. ولی دیری نپائید که دانش و تکنولوژی این انرژی در اختیار بشر قرار گرفت و توانست استفاده از آن را تجربه نماید.
دیرزمانی اگر کسی مسئله پرواز در آسمان و یا سفر به خارج این کره خاکی و گردش به دور آن را مطرح می کرد، حتماً او را خیالپرداز و مجنون قلمداد می کردند و یا به خاطر اظهار بعضی حقایق فرد را به توبه در کلیسا وا می‌داشتند!
زمانی روباتها و ابرکامپیوترها که می‌توانستند چندین محاسبه ریاضی را در چند ثانیه انجام دهند، فقط در داستانهای تخیّلی نویسندگان پیدا می شد. خلاصه همیشه در تمامی اعصار وقتی مطلبی فوق دانش و درک مردم آن زمان مطرح می‌شد در برابر مخالفتها و انتقادهای شدیدی قرار می‌گرفت ولی بعد از طی روزگاری، همگان به پیشرفتهای فوق العاده در آن زمینه مواجه می‌شدند و حتی این پیشرفت را موجب فراهم آمدن آسایش بیشتر خود می‌دیدند و حالا در عصرها بحث نانوتکنولوژی مطرح شده است، موضوعی که در تمامی ابعاد زندگی بشر و رشته های مختلف علمی ارتباط مستقیم و میسر خواهد داشت.
نانوتکنولوژی چنان روی کرد و نگرش به تکنولوژی را متحول ساخت که در صورت تحقق و رسیدن به مقصدی که ترسیم شده است، شاید بزرگترین جهش انسان برای صعود به قله های رفیع خواهد بود. اکنون جهان متوجه این رویکرد متحول کننده شده و متخصصین و دانشمندان در نقاط مختلف این کره‌ی خاکی دست به پژوهش و مطالعات وسیعی در این زمینه زده اند و طبق گفته‌ی برخی از آنان پیشرفتهای صورت گرفته و روند رو به رشد نانو، بیش از حد انتظار و پیش‌بینی است.
نانوتکنولوژی چیست؟
نانوتکنولوژی مولکولی، نامی است که به یک نوع فن‌آوری تولیدی اطلاق می شود. همانطور که از نامش پیداست، نانوتکنولوژی مولکولی، هنگامی محقق می شود که ما توانایی ساختن چیزها را از اتمها داشته باشیم و در این صورت ما توانایی آرایش دوباره مواد را با دقت اتمی خواهیم داشت. هدف نانوتکنولوژی ساختن مولکول به مولکول آینده است. همان طور که وسایل مکانیکی به ما اجازه می دهند که چیزی فراتر از نیروی فیزیکی خود به دست آوریم، علم نانویی و تولید در مقیاس نانو هم، سبب می شود تا ما بتوانیم پا را فراتر از محدودیتهای اندازه ای که به طور طبیعی موجود است، بگذاریم و درست روی واحدهای ساختاری مواد کار کنیم، جایی که خاصیت مواد مشخص می شود و با تغییر در آن واحدها می توان تغییرات خواص را ایجاد کرد. برای کنترل ساختار مواد، باید یک سیستم کامل و ارزان قیمت در اختیار داشته باشیم. فرض اصلی در نانوتکنولوژی این است که تقریباً همه ساختارهای باثبات شیمیایی که از نظر قوانین فیزیک رد نمی‌شوند را می توان ساخت.
ماهیت نانوتکنولوژی، عبارت است از توانایی کارکردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از مولکولی، در ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتمها یا مولکولها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم هایی با تواناییهای جدید و اعمال تازه که ناشی از ابعاد کوچک ساختارشان می باشد.
همه مواد و سیستم ها زیربنای ساختاری خود را در مقیاس نانو ترتیب می دهند. در اینجا مثال‌هایی را ذکر می کنیم. یک مولکول آب دارای قطری حدود یک نانومتر است. قطر یک نانوتیوب تک لایه 2/1 نانومتر می باشد. کوچکترین ترانزیستورها به اندازه 20 نانومتر می باشند. مولکول DNA، 5/2 نانومتر پهنا دارد و پروتئینها بین 1 تا 20 نانومتر هستند. قطر ATP، 10 نانومتر بوده و یک وسیله مولکولی نیز ممکن است در حدود چند نانومتر باشد. کنترل مواد در مقیاس نانویی به معنای ساختن ساختارهای بنیانی در مقیاسی است که خواص اساسی معین می شود. تا آنجایی که ما از طبیعت اطلاعات در دست داریم، این آخرین مقیاس تولید است. نانوتکنولوژی، اتحاد ساختارهای نانویی در جهت ایجاد ساختارهای بزرگتر را که می توانند در صنعت، پزشکی و حفاظت محیط زیست استفاده شوند، شامل می شود.
دانشمندان اخیراً این توانایی را پیدا کرده اند که بتوانند اتمها را به طور مستقیم مشاهده کرده و دستکاری کنند ولی این تنها بخش کوچکی از تکنیکهایی است که در علم نانویی و همچنین فن‌آوری، به دست آمده است. هنوز چند دهه به توانایی تولید محصولات تجاری باقی است ولی مدلهای تئوری کامپیوتری و محاسباتی، نشان می دهند که دستیابی به سیستم های تولید مولکولی امکان پذیر است. چرا که این مدلها، قوانین فیزیک کنونی را نقص نمی کنند. امروزه دانشمندان وسایل و تکنیکهای زیادی را که برای تبدیل نانوتکنولوژی از مدلهای کامپیوتری به واقعیت لازم است اختراع و تبدیل می کنند.
دقت به عنوان منفعت ماشینهای مولکولی مدنظر می باشد و همچنین یکی از کلیدهای مهم برای درک لزوم پیشرفت در زمینه این فن‌آوری است. دقت در اینجا به این معناست که برای هر اتم جایی وجود دارد و هر اتم در جایگاه خودش است. ما از ماشینهای دقیق برای تولید محصولات با دقت مساوی، استفاده خواهیم کرد. فن آوری تا به حال هرگز چنین کنترل دقیقی نداشته است و همه ی فن آوریهای کنونی ما، فن آوریهای بزرگی هستند. امروزه ما تکه یا توده‌ای از چیزی را در مقابل خود قرار می‌دهیم و به آن چیزی اضافه کرده و یا از آن تکه هایی را کم می کنیم و در نهایت وسیله موردنظرمان را با این اعمال ایجاد می کنیم. در واقع ما وسایلمان را از سرهم کردن قسمتهای مختلف تولید می کنیم بدون آنکه نسبت به ساختمان مولکولی آنها توجهی داشته باشیم. در گذشته ساخت با دقت اتمی، تنها در محصولات کریستالها یا در سازمان های زنده ی زیستی مانند ریبوزومها که پروتئین موردنیاز موجود زنده را فراهم می کنند و یا DNA که اطلاعات مورد نیاز برای ایجاد موجود زنده را حمل می کند، دیده شده است. ما در جریان پیشرفت نانوتکنولوژی روندی به سوی دستیابی به درجه ای از کنترل سیستمها که قبلاً تنها در طبیعت موجود بوده، در پیش‌رو داریم.
منفعتهای دیگر وقتی نمایان می شوند که اندازه‌ی وسایل قابل ساخت را مورد توجه قرار می‌دهیم. وقتی ما در مقیاس اتمی کار کنیم، می توانیم دستگاههایی بسازیم که می‌توانند به جاهای غیرقابل تصور از نظر کوچکی بروند.
دو وسیله ی بسیار حساس که هنوز ساخته نشده اند در نانوتکنولوژی عبارتند از:
1- نانوکامپیوتر 2- نانواسمبلر
نانوکامپیوتر ماشینی مولکولی است که قادر است یک رشته اعمالی را به اجرا درآورد و آنها را اداره کند و در نهایت نتیجه‌ای را تولید نماید. در عمل این وسیله تا حدی با میکروپردازشگرهای امروزی متفاوت است. اگر چه شباهتهای نادری با کامپیوترهای قدیمی و مکانیکی که توسط
Charles Babbage در دوره‌ی ویکتوریا طراحی شده بود، دارد. همچنین دارای دستگاه ثبت کننده ای است که چیزی شبیه ماشینهای جمع کننده ( Adding Machine ) به وجود می‌آورد. البته ماشین جمع کننده ای که میلیون‌ها بار کوچکتر و میلیون‌ها بار سریعتر از میکروپردازشگرهایی که تاکنون طراحی شده است. وقتی یک نانو کامپیوتر وجود داشته باشد در این صورت به وجود آوردن نانواسمبلر نیز امکان پذیر خواهد بود. نانواسمبلر وسیله ای ساخته شده در تراز اتمی است که می تواند اتمها را برای بیشتر شکلهایی که مورد نظر می باشد، دقیقاً نظم دهی و آرایش کند.