عصر فنآوری نانو

• نویسنده:
• تاریخ:
• منبع:
• گروه: علوم تجربی

فنآوری نانو چیست؟ چه اتفاقاتی در جهان در حال رخ دادن است؟ این اتفاقات چه تغییراتی در زندگی ما ایجاد می کند؟

 

 فنآوری نانو به دلیل پتانسیل بسیار بزرگی که برای ایجاد تغییرات در زندگی انسان ها دارد در دو دهه گذشته مورد توجه بسیاری از دانشمندان و پژوهشگران قرارگرفته است. فنآوری نانو یا تسلط انسان بر اتم پیامدهای بسیار عظیمی در پی خواهد داشت. اما هنوز کار بر روی این فنآوری در آزمایشگاه ها در جریان است و  قدرت  آن به حدی که امروز می توانیم تصور و تجسم کنیم نرسیده است. بنابراین تنها راه دانشمندان و محققان برای بررسی این تاثیرات و تغییرات نوشتن سناریوهای احتمالی است.

 

 به طور کلی کلمه نانو یعنی یک میلیاردم هر مقیاسی. دانشمندان وقتی از فنآوری نانو صحبت می کنند عمدتا" منظورشان یک میلیاردیم متر می باشد. فنآوری نانو از درون فنآوری زیستی یا بیوتکنولوژی به دنیا معرفی شده است. دانشمندی به نام اریک درکسلر  در دانشگاه MIT در سال 1986 کتابی تحت عنوان "موتورهای آفرینش" نوشت. او در این کتاب نحوه ساخت پروتئین در سلول ها را  شرح می دهد. در سلول های بدن جانداران یک ماشین مولکولی به نام ریبوزوم وجود دارد. هر ریبوزوم یک ماشین مولکولی بسیار کوچک با عرض 20 نانو متر است که پروتئین های لازم را برای بدن  می سازد. در واقع ریبوزوم با استفاده از اطلاعات ژنتیکی هر فرد مولکول ها و اتمهای هیدروژن، اکسیژن، کربن و غیره را که در سیتوپلاسم سلول وجود دارند به هم وصل کرده و زنجیره اسیدهای آمینه را تشکیل می دهد (شکل بالا را ببینید). اسیدهای آمینه خود مواد اولیه ساخت پروتئین ها می باشند. آقای درکسلر با توضیح چنین مکانیزمی در بدن هر موجود زنده چنین نتیجه می گیرد که انسان می تواند با الگو برداری و تقلید از چنین مکانیزمی در دنیای غیر زنده ماشین های مولکولی بسازد. وی معتقد است که می توان ماشین های مونتاژکننده مولکولی ساخت. با استفاده از این ماشین ها می توان درست شبیه سلول های بدن اتم ها و مولکول ها را مطابق الگوهای مشخص به هم وصل کرده و ساختار ماده مورد نظر را ایجاد کرد. مثلا چنانچه ساختار اتمی خاصی را برای تهیه یک فولاد بسیار مرغوب بدانیم می توانیم اتمهای کربن، آهن وسایر عناصر آلیاژی را  با توجه به همان الگوی خاص به طور یک به یک به هم وصل کرده و به آن فولاد با خاصیت مورد نظر برسیم. وقتی ما بتوانیم اتم یا مولکول را به صورت منفرد و مجزا بدست آوریم در این حالت می توانیم "هر آنچه را که اراده می کنیم" بسازیم.

 

همه فنونی که انسان در طول تاریخ صنعت برای تولید قطعات مختلف استفاده کرده است مانند ذوب کردن، چکش کاری، و قالب گیری به منظور تغییر چیدمان اتم های آن ماده بوده است. حرارت دادن به مواد جامد برای ذوب کردن آنها باعث فعال شدن اتمها شده و موجب تغییر حالت ماده از جامد به مایع می شود.  سپس هنگام انجماد در قالب مورد نظر نظم جدید و دلخواه به اتمها داده می شود. اگر  بتوانیم اتمها را به صورت یک به یک و مطابق میل خود در نظم دلخواه  قرار دهیم آنگاه همه مراحل ذوب، چکش کاری و غیره را حذف کرده و می توانیم مستقیما" قطعه مورد نظر خودمان را با کیفیت بسیار عالی بسازیم.

 

علاوه بر این وقتی به دنیای بسیار بسیار ریز نانو وارد شویم می توانیم روبات هایی در اندازه نانو و میلی متر بسازیم و از آنها برای حفظ سلامتی خودمان استفاده کنیم. ما می توانیم این روباتهای ریز را که در حد و اندازه ویروس ها هستند با سرنگ به بدن خود تزریق کرده و آنها را وارد سیستم گردش خونمان کنیم یا اگر از آمپول می ترسیم به جای تزریق کپسول روبات بخوریم. این روباتها  تحت فرمان خودمان هستند و اگر رگی گرفته باشد آن را پاک کرده و از سکته قلبی و مغزی جلوگیری می کنند و حتی به صورت برنامه ریزی شده برای مبارزه با بیماریهائی همچون ایدز یا سرطان بکار گرفته می شوند.

روند فنآوری به چه سمتی است؟

آینده پژوهان معتقدند که دو دهه اول قرن بیست و یکم عصر فنآوری زیستی است. یعنی تا سال 2020 بیشتر پیشرفتهای مورد انتظار و جهش های عظیم در فنآوری زیستی رخ  خواهد داد. زیرا موضوعاتی همچون شناخت سلول ها و اندام های بدن انسان، تهیه سلول های بنیادین، و ژن درمانی از سالهای میانی قرن بیستم مورد توجه محققان بوده اند . اما از سال 2020 به بعد عصر فنآوری نانو شروع خواهد شد. ریموند کورزویل دانشمند تحلیلگر فنآوری و متخصص در امور هوش مصنوعی به همراه چند تن از همکاران خود تحقیقی را در مورد فنآوری های مختلف مخصوصا" الکترونیک، دیجیتال و همچنین فنآوری های مکانیکی انجام داده اند. بر اساس این تحقیق آنها متوجه شده اند که در هر دهه به میزان 5.6% از اندازه و ابعاد تجهیزات کاسته شده است. بنابراین اگر این روند ادامه یابد از سال 2020 به بعد فنآوری نانو حرف اول را در جهان خواهد زد.

تعریف ساده تر فنآوری نانو

به هر فنآوری که با ابعاد 100 نانومتر و کوچکتر از آن سر و کار دارد فنآوری نانو می گویند. برای تجسم بهتر می توان موی انسان را مثال زد که قطر آن تقریبا 80 هزار نانومتر است. یعنی فنآوری نانو از دنیائی بسیار کوچکتر از قطر موی انسان صحبت می کند. در تعریف دیگر  هر گونه روش طراحی و ساخت ماشین هائی که قادر باشند اتصالات اتمی و شیمیائی اجسام مختلف را بصورت تعریف شده و مطابق میل ما ایجاد کنند فنآوری نانو می گویند. با استفاده از این تکنیک می توانیم اتصالات اتمی را یک به یک به هر صورتی که مورد نظر ماست تعریف کنیم و به خاصیت و جسم مورد نظر مان دست یابیم.  بنابراین عیوب ساختاری مواد مختلف را که ناشی از فرایندهای ساخت متداول امروزی است می توانیم بطور کامل حذف کنیم. مثلا" می توانیم فولادی بسازیم که استحکام بسیار بالائی داشته باشد و در عین حال خیلی هم سبک باشد. بنابراین در عصر فنآوری نانو می توانیم به جای ساختن برجهای 400 متری برجهای 100 کیلومتری بسازیم طوری که نتوانیم طبقه بالای برج را از پائین آن ببینیم. البته در عصر فنآوری نانو نمی توان از قوانین حاکم بر طبیعت فرار کرد. مثلا نمی توان قوانین ترمودینامیک را نقض کرد. طبق این قانون اگر حجم ثابتی از یک گاز را حرارت دهیم حجم آن افزایش خواهد یافت و نه کاهش. افزایش حجم گاز به خاطر حرارت قانون ذاتی حاکم بر طبیعت است و نمی توان آن را با فنآوری نانو عوض کرد. همینطور اگر ساختمان اتمی فولاد را بدانیم و مطابق آن اتم های آهن را کنار یکدیگر بچینیم دیگر نمی توانیم مس بدست آوریم و محصول ما همان فولاد خواهد بود.

ریز تر شدن  قطعات و تجهیزات با فنآوری نانو

یکی از روندهای حاکم بر مسیر تکامل فنآوری حرکت به سمت کوچکتر سازی یا ریزتر کردن است. در عصر فنآوری نانو این امر به اوج خود خواهد رسید. به عنوان مثال اولین رایانه ای که ساخته شد به اندازه یک اتاق بزرگ حجم اشغال می کرد.  به تدریج با رشد و تکامل بیشتر فنآوری  به سمت ساخت و تولید رایانه های شخصی حرکت کردیم و هدف کنونی ساخت رایانه هایی به اندازه لنزهای چشمی است. در آینده نزدیک انسان ها می توانند رایانه خود را به صورت لنز در چشم خود بگذارند و بطور دائم به شبکه جهانی اینترنت متصل باشند.

اگر بخواهیم مثال دیگری بزنیم می توانیم به پیراهن ها و لباسهای آینده اشاره کنیم.  الیاف اصلی این لباس ها با فنآوری نانو بافته می شوند. یعنی الیاف لباس به صورت مولکول به مولکول و اتم به اتم طبق الگوی مناسب کنار هم چیده و بافته شده اند طوری که می توان با تعویض جهت الیاف رنگ لباس را نیز تغییر داد. یعنی بدون اینکه پیراهن خود را عوض کنیم می توانیم الگوی دیگری را انتخاب کرده و رنگ آن را تغییر دهیم. از این روش در طراحی لباسهای جنگی نیز استفاده می شود. هنگام شکستگی بازو  یا پای سربازان با چرخش جهت الیاف می توان آنها را به یک جسم سخت مثل گچ شکستگی تبدیل کرد.

همگانی شدن فنآوری نانو

آیا فنآوری نانو روزی در دسترس همه خواهد بود؟ آیا هر کسی فنآوری نانو را خواهد داشت؟ آیا استفاده از این تکنولوژی جهانی و همگانی خواهد شد؟

به نظر می رسد محصولات عصر فنآوری نانو مانند وسائل و تجهیزات فنآوری های سابق در دسترس عموم قرار گیرد. درست مثل تلویزیون یا ماشین لباسشوئی. مثلا" خیلی ها در خانه خود دستگاهی خواهند داشت که متصل به رایانه خواهد بود. از یک سو آشغال و زباله به درون دستگاه وارد می شود و از طریق فرمان صادر شده توسط رایانه به عنوان مثال خروجی دستگاه یک نوع غذا بدست خواهد آمد.

بنابراین چنین به نظر می رسد که استفاده از فنآوری نانو عمومی خواهد بود ولی دانش اصیل آن در انحصار کشورها، افراد و موسسات خاصی خواهد بود. در افق های بلند مدت ظهور چنین دستگاهی در خانه ها کاملا" ممکن و محتمل است. دانش استفاده از این تجهیزات نیز در دسترس همه افراد خواهد بود.  مثلا دستور العمل پخت یا تبدیل زباله به ماکارونی در اینترنت یا شبکه اطلاعاتی آن زمان وجود خواهد داشت و کاربر فقط با دانلود کردن آن می تواند به منظور خود برسد. حتی می توان تصور کرد که رایانه متصل به دستگاه به صورت هوشمندانه دستورالعمل تهیه صبحانه از زباله را به طور خودکار از اینترنت بدست آورد.

محدودیت منابع طبیعی و مفهوم توسعه پایدار

در اواسط قرن بیستم موضوع توسعه شتابان فنآوری و رواج فرهنگ مصرف گرائی، تخریب منابع، و محدودیت محیط زیست در کانون توجه دانشمندان قرار گرفت. گروهی از آینده پژوهان در باشگاه روم کتابی تحت عنوان "محدودیت های رشد" را منتشر کردند و بعد از آن جنبش های سبز و طرفدار محیط زیست شکل گرفت. حفاظت از محیط زیست امروزه به عنوان وزنه سنگینی در عرصه سیاست و فرهنگ عمومی مطرح است. حال سئوال این است که  آیا با ظهور فنآوری نانو باز باید نگران محیط زیست و محدودیت منابع باشیم؟

 چنین به نظر می رسد که با ظهور فنآوری نانو در دراز مدت، مثلا بیش از 50 سال آینده، نگرانی نسبت به محدودیت منابع طبیعی بی معنی خواهد بود. حتی می توان به تغییر بنیادی الگوی مصرف اشاره کرد. مثلا برای اینکه گوشت به سفره ما برسد یک چرخه طبیعی طولانی طی می شود. مقداری مواد موجود در خاک جذب گیاه شده و گاو، مرغ، گوسفند یا دیگر حیوانات اهلی آن را خورده و سپس در بدن آن حیوان تبدیل به پروتئین و گوشت می شود. انسان با کشتن این حیوان به  گوشت یا فراورده مورد نیاز دسترسی پیدا می کند. اما در عصر فنآوری نانو می توان این چرخه طولانی را کاملا" حذف کرد و خاک را مستقیما به گوشت و سایر مواد خوراکی تبدیل کرد. حتی می توانیم مطابق خواسته و میل خود به مواد غذائی طعم و مزه مشخصی بدهیم. مثلا" یک ماده غذائی درست کنیم که کمی مزه موز داشته باشد، کمی مزه ماهی  یا توت فرنگی و غیره.

در زمینه محیط زیست موضوع زباله ها را در نظر بگیرید. امروزه با دفن زباله ها در حاشیه شهر ها در حقیقت این مواد را در درون خاک که یک محیط الکترولیت با انبوهی از باکتریهاست وارد می کنیم. این مواد در طول زمان از طریق واکنش های شیمیائی، بیوشیمیائی و الکتروشیمیائی که در درون خاک به وقوع می پیوندد به عناصر تشکیل دهنده خود تجزیه شده و به چرخه طبیعت بر می گردند. البته لازم به ذکر است که بسیاری از مواد نیز وجود دارند که توسط باکتری ها و واکنش های شیمیائی و الکتروشیمیائی تجزیه نمی شوند. روزی در آینده ، به احتمال قوی در 20 سال آینده، که فنآوری نانو با تمام قدرت پا به عرصه علم و فن آوری می گذارد ما می توانیم همان کاری را که باکتری ها و یون های موجود در خاک به صورت طبیعی انجام می دهند در درون یک دستگاه و به صورت مصنوعی انجام دهیم. یعنی مواد زائد را به اتمها و مولکولهای آن تجزیه کنیم و سپس به هر ترتیبی که در نظرمان است آنها را دوباره کنار هم بچینیم. بنابراین روزی فرا خواهد رسید که زباله های سرد دیشب را به  صبحانه داغ امروز تبدیل خواهیم کرد.

تکثیر مولکول ها در فنآوری نانو

 آیا مولکول هائی که توسط ماشین های مونتاژ کننده مولکولی تولید می شوند قابل تکثیر هستند؟  بله.  ساخت و طراحی پروتئین در بدن ما  بدین صورت است  که پروتئین های جدید  از درون سلول یا همان مواد تشکیل دهنده سلول ساخته می شوند. تکثیر سلولی توسط اطلاعات موجود درDNA  هدایت می شود و تکثیرهای متوالی خود به خود انجام شود. نام این روش ساخت و تولید خود اسمبلی است.

در ماشین های مونتاژ مولکولی نیز می توان از همین روش استفاده کرد. یعنی روبات ها و ماشین های مولکولی قادر به تکثیر خود خواهند بود. بسیاری از دانشمندان از این پدیده به عنوان یک خطر بزرگ در آینده یاد می کنند. مثلا تکثیر بیش از اندازه روبات ها یا ماشین های مونتاژکننده مولکولی به طور کلی این فنآوری را از کنترل ما خارج خواهد کرد. تکثیر غیر قابل کنترل این ماشین ها می تواند موجب خسارت های غیر قابل جبرانی شود.

سوال جالبی که مطرح می شود این است که  آیا می توان یک نفر را به اتم های تشکیل دهنده خود تجزیه کرد و سپس توسط فنآوری نانو او  را در جای دیگری مجددا تشکیل داد؟ برای رسیدن به چنین حالتی موضوع و مشکل اصلی رابطه بین جسم و ذهن است. اگر  فنآوری نانو بتواند این مشکل را حل کند وقوع چنین امری بعید به نظر نمی رسد. منظور از رابطه بین جسم و ذهن این است که سلول های زنده مغز من و شما چطور یک دنیای سه بعدی می سازد که ما می توانیم خودمان را در آن ببینیم و اصلا" پدیده های درک، آگاهی، شناخت و احساس  چطور بوجود می آیند؟ آیا همه این موارد حاصل فعل و انفعال شیمیائی در مغز و تعبیر و تفسیر سلولهای عصبی ما نسبت به پیام هایی است که از محیط  دریافت می کنند؟  رابطه اتم و مکانیک کوانتوم با هوشمندی و ذهن و همچنین اطلاعات و دانش بیشتر درباره ذرات بنیادی کوچک تر از اتم مثل کوارک ها می تواند افق های روشنی برای حل این مسئله  ترسیم کند.

لوازم دستیابی به فنآوری نانو

برای رسیدن به عصر فنآوری نانو و تسخیر اتم ها و مولکول ها  پیش از هر چیز به دو فنآوری ابتدائی نیاز داریم. یکی اینکه به چشم هائی نیاز داریم که بتوانیم تغییرات و واکنش های دنیای نانو را ببینیم و دیگر اینکه انگشتانی داشته باشیم که با آنها در  مقیاس های بسیار ریز تغییرات دلخواه خود را ایجاد کنیم. بنابراین ابتدا باید دید که آیا انسان قادر است میکروسکوپ یا وسیله ای بسازد که بتواند تا حد اتم و مولکول را به راحتی ببیند و سپس آیا قادر خواهد بود که با وسیله ای مشابه اتم ها و مولکول ها را طبق نظم مورد نظر خود به ترتیب بچیند؟ در این زمینه ها انسان اولین قدم ها را برداشته است و به همین خاطر  می گوئیم تا 20 سال آینده  جهش های بسیار بلند در  فنآوری نانو  به وجود نخواهد آمد.

تقلید  از طبیعت و اندام انسان ها

از جمله تحقیقاتی که هم اکنون در کشور های پیشرفته در جریان است الگو برداری از مغز انسان برای رسیدن به ابر رایانه ها است. مغز انسان کاملترین و کم نقص ترین  شبکه و اندام محاسبه گری است که سازگار با طبیعت و قوانین حاکم بر آن تکامل یافته است. به همین دلیل در تحقیقات مذکور دانشمندان قصد دارند مغز انسان را به صورت لایه به لایه (در حد نانو) با لیزر و سایر ابزار آلات شکافته و پیوند های سلول های عصبی و مغزی را شبیه سازی کنند. پس از پایان این پروژه  انسان به ابر رایانه هائی با هوشمندی بسیار بالا دست خواهد یافت. دانشمندان به این رایانه عظیم "مغز جهانی" می گویند. با ظهور چنین پدیده ای رایانه های شخصی دیگر نیازی به هارد دیسک و حافظه های سیلیکونی مثل سی دی و غیره نخواهند داشت. هر نفر تنها با اتصال به مغز جهانی به هر نرم افزار و اطلاعاتی که بخواهد دسترسی خواهند داشت. این ابر رایانه ها حتی قدرت تحلیل و تصمیم گیری خواهند داشت. بعد از 50 الی  60 سال آینده  انسان با مخلوقی که خود ساخته و از او هوشمندتر است مواجه خواهد شد. بسیاری از افراد ادعا می کنند که در چنین اوضاعی تاریخ تمدن انسان به پایان خواهد رسید و هوش مصنوعی حرف اول را در دنیا خواهد زد. بعضی از دانشمندان  چنین دنیایی را با لغت سینگولاریتی یا نقطه تکین توصیف می کنند. در علم فیزیک مرکز سیاه چاله ها نقطه تکین محسوب می شود. با توجه به خاصیت سیاه چاله ها که همه چیز حتی نور را به درون خود جذب می کنند دیدگاهی که انسان می تواند در مرکز سیاه چاله یا نقطه تکین داشته باشد بسیار متفاوت تر از نگاه در کره زمین یا هر نقطه دیگری در فضا خواهد بود. این پدیده در سایر نقاط کیهان امری تقریبا" غیر ممکن است. مشابها با ظهور ابر رایانه های هوشمند دید انسان نسبت به جهان کاملا" عوض شده و نگاهش به اطراف خود از درون  نقطه تکین خواهد بود.

فنآوری نانو و رایانه ها

در مهندسی رایانه مفهومی به نام طول دروازه وجود دارد که نشانگر تعداد مدارها در یک واحد طولی مشخص می باشد.  طول دروازه در رایانه های امروزی در حد میکرومتر می باشد. هر چقدر که طول دروازه کوچکتر باشد تعداد عملیاتی که رایانه می تواند انجام دهد بیشتر می شود.  با پیشرفت فنآوری نانو مثلا در سال 2015  طول دروازه  به 35 نانومتر می رسد. تاثیر چنین پیشرفتی ظهور یک ابر رایانه درحد و اندازه همین رایانه های شخصی است. با دستکاری مدارها و ریز پردازنده ها با استفاده از فنآوری نانو  ظهور رایانه های شخصی کوانتومی با قدرت 3 یا 4 میلیارد محاسبه و عملیات در ثانیه ممکن می شود. قدرت و گنجایش حافظه در رایانه ها به طرز غیر قابل باوری در حال افزایش است. در این حالت روی یک فضای بسیار کوچک می توانیم انبوهی از اطلاعات را ضبط کنیم. بیل کلینتون رئیس جمهور سابق آمریکا در سند ملی فنآوری نانو اعلام کرده است که به کمک این فنآوری همه کتاب ها ی موجود در کتابخانه کنگره ملی آمریکا، شامل تقریبا 56 میلیون جلد کتاب، را می توانیم در داخل دیسکت هایی به اندازه یک حب قند ضبط کنیم. این آینده ای است که فنآوری نانو رقم خواهد زد.  دسترسی به کتاب های موجود در کتابخانه ها از طریق اینترنت یا دیسکت های حاوی چند میلیون کتاب آینده ای ممکن به نظر می رسد. در حقیقت فنآوری نانو  به انسان  توانائی استفاده از مواد مصرفی و استفاده حداکثری از فضا و مواد را خواهد داد و این همه فضا و ماده بی مصرف روزی مملو از اطلاعات خواهد شد. به طورکلی هر جا ماده مولکول و اتم هست می توان اطلاعات را ضبط کرد.

فنآوری نانو و علوم شناختی

فنآوری نیمه هادی ها و ظهور دنیای سیلیکون که منجر به پیدایش دیسکت، سی دی و سایر وسایلی که قدرت ضبط و خواندن اطلاعات را دارند در واقع یکی از گامهای اساسی انسان به سمت ظهور هوشمندی مصنوعی بود. امروزه در اکثر نقاط دنیا مردم  با دیسکت و سی دی و  غیره  کاملا" آشنا بوده و جز وسائل ضروری کار و زندگی شان می باشد. دانشمندی فرانسوی به نام نیل گرشنفیلد  در کتابی تحت عنوان "زمانی که اشیاء شروع به فکر کردن می کنند" این موضوع را بیشتر توضیح می دهد. وی در این کتاب با شرح مکانیزم ذخیره سازی اطلاعات در نیمه هادیها مثل سیلیکون و ژرمینیوم و سپس خواندن (استخراج) دوباره اطلاعات توسط لیزر موضوع را به سمت مغز و ادارک انسان می کشاند و می گوید چنانچه روزی با استفاده از فنآوری نانو و دیگر فنآوری ها بتوانیم ماهیت عملکرد سلول های مغزی و عصبی خودمان را در ذخیره سازی ، خلق و تولید اطلاعات دریابیم خواهیم توانست به مغز انسان اطلاعات وارد و  از آن استخراج کنیم. اگر چنین پدیده ای ظهور کند از جمله مسائلی که دیگر معنی نخواهد داشت موضوع  آموزش و یادگیری است زیرا می توان اطلاعات مختلف را فقط در مدت زمان بسیار کوتاهی به مغز و ذهن کودکان و یا هر کس دیگر منتقل کرد. کسانی که فیلم ماتریکس را دیده اند به خوبی صحنه ای را به یاد می آورند که یکی از شخصیت های فیلم قصد پرواز با هلیکوپتر دارد. برای یک فرد عادی بی سواد گذراندن 12 سال دروس پایه و 8 سال دروس تخصصی برای کسب مهارت خلبانی الزامی و یک نیاز است ولی در این صحنه این شخصیت فیلم فقط با وصل کردن مغز خود به  منبع اطلاعات مهارت خلبانی را در عرض چند دقیقه بدست می آورد.

اسکن کردن مغز یا ذهن تاثیرات خارق العاده ای در زندگی بشر خواهد داشت. یکی از اندیشمندان آینده نگر ادعا می کند که در جهان آینده مکانهائی برای ضبط اطلاعات مغز انسانها به صورت بایگانی وجود خواهد داشت. اگر شخصی در اثر حادثه ای از دنیا برود می توان با استفاده از  DNA وی کپی دیگری از آن شخص را خلق کرده و اطلاعات مغز وی را دوباره به این  مغز جدید منتقل کرد. این فرد دوباره به زندگی شخصی خود ادامه خواهد داد. یعنی زندگی ابدی یا بسیار طولانی نیز از تاثیرات شگرف فنآوری آینده و  مخصوصا فنآوری نانو است.

با ظهور فنآوری های جدید دیگر نگاه افراد به فیلم های علمی – تخیلی امروزی فقط جنبه سرگرمی و تفریح نخواهد داشت بلکه اکثر آنها از ظهور مسائلی واقعی در آینده صحبت می کنند. در سال 1900 ماشین های پرنده جزء داستانهای تخیلی محسوب می شدند. لرد کلوین فیزیکدان معروفی بود که مقیاس دمای کلوین برای قدر درانی از وی به خاطر نقش مهمی که در پیشبرد نظریه ترمودینامیک داشت نام گذاری شده است. این دانشمند مشهور پرواز ماشین های سنگین تر از هوا را احمقانه می دانست و کاری نشدنی فرض می کرد. درست 8 سال بعد از گفته او اولین هواپیما توسط برادران رایت پرواز کرد. در سال 1950 مسافرتهای فضائی در داستانهای عملی تخیلی بود در حالیکه امروزه ابزار های ساخت انسان وارد تیتان، یکی از  قمر های سیاره زحل شده و صدای جو آن را ضبط کرده و به زمین می فرستد. یا اینکه دانشمندان ناسا حرکت یک شهاب سنگ را ردیابی کرده و  جسم دیگری به سمت آن شلیک می کنند تا از برخورد این دو فیلم برداری کرده و چگونگی برخورد را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهد. به نظر می رسد که انسان به زودی از منظومه شمسی خارج خواهد شد وقدم به کهکشانها و فضای دیگر خواهد گذاشت.

 درباره سودمندی فنآوری نانو گفته شد که با ظهور این فنآوری ما دیگر برای ساخت محصولات به مکانهای بزرگی به اندازه کارخانه های امروزی نخواهیم داشت. علاوه بر این زمان لازم برای تولید یک محصول مشخص بسیار کوتاهتر خواهد شد. مثلا برای تولید خازن که یکی از قطعات الکترونیکی است مراحل مختلفی را باید پشت سر هم انجام داد. مواد اصلی این قطعات عمدتا" سرامیکی هستند که در طبیعت بصورت سنگ معدن وجود دارند.  بنابراین برای تولید یک خازن ابتدا باید سنگ معدن مورد نظر را خرد کنند و سپس ناخالصی ها را جدا کرده و به ترکیبات مورد نظر برسند. در مراحل بعدی ماده به دست آمده را باید به صورت پودرهائی با اندازه های یکنواخت در آورده و سپس عملیات حرارتی مورد نیاز را بر روی پودر اعمال کنند و آن را در قالبهای مخصوص ریخته، پرس کرده و نهایتا خازن مورد نیاز را بسازند. البته مراحل ساخت خازن  به صورت خلاصه بررسی شد ولی قطعا برای ساخت این محصول مشخص حداقل یک ماه زمان مورد نیاز است. از طرف دیگر کیفیت این محصولات نیز با توجه به 100% نبودن راندمان کار در محدوده خاصی خواهد بود. اما در عصر فنآوری نانو مراحل ساخت خازن  دیگر یک ماه طول نخواهد کشید. شاید این کار حداکثر 2 دقیقه طول بکشد. در ضمن  کیفیت خازن بدست آمده بسیار بیشتر بوده و شاید قابل مقایسه با کیفیت خازن ساخته شده با فنآوری های امروزی نباشد. از همه اینها گذشته ضایعات مواد و انرژی یا اصلا نخواهیم داشت یا بسیار ناچیز خواهد بود. با فنآوری نانو رسیدن به محصولات با کیفیت بسیار عالی کاملا میسر است مگر اینکه شرکت های تولید کننده با توجه به سیاست هایی که دارند خود تصمیم به تولید محصول باکیفیت های پائین تر بگیرند. خلاصه اینکه با تکمیل هر چه بیشتر فنآوری نانو در سالهای آتی، تسلط انسان بر مواد و ذرات تشکیل دهنده مواد بیشتر و بیشتر  خواهد شد. در نتیجه مراحل ساخت هر چیزی  که قابل طراحی باشد بسیار ساده، کیفیت محصول بسیار عالی و اتلاف انرژی و ماده در آن بسیار ناچیز خواهد بود. یعنی انسان هواپیماها، قطارها و کشتی ها، و ماشین هائی خواهد ساخت که بسیار سبک و بسیار مستحکم تر از انواع امروزی خواهند بود.

چهار بعد انقلابی در فنآوری نانو

چهار بعدی که انسان با استفاده از فنآوری نانو  بر آنها تسلط خواهد یافت عبارتند از:

     1. جرم یا ماده        

     2. فضا

     3.انرژی

     4. زمان

در عصر  فنآوری نانو ما می توانیم این چهار بعد را به دلخواه خود طبق هدفی که داریم تغییر دهیم. یعنی با استفاده از فنآوری نانو انسان بر ماده و جرم مسلط خواهد شد، زمان رسیدن به محصول دلخواه کوتاهتر شده و انرژی کمتری برای این کار صرف خواهد کرد. در ضمن فضائی که برای انجام این کارها مورد نیاز است دیگر به اندازه سالن های یک کارخانه بزرگ نیست.  شاید گوشه خانه افراد نیز برای همه این کارها کافی باشد.

عواقب بد تسلط انسان بر ماده

یکی از عواقب بد تسلط انسان بر ماده این است که دیگر نمی توان به هیچ چیزی اعتماد کرد. اینکه یک شی مشخص طبیعی است یا مصنوعی. ممکن است مورچه ای که در اتاق یا اطراف محل زندگی در حال راه رفتن است یا پشه و مگسی که در حال پرواز است ماشین خیلی پیشرفته ای باشد که نمی توان با مگس کش از شر آنها راحت شد. شاید این مگس های مصنوعی حاوی یک سم بسیار خطرناک باشند که می توانند آن را به بدن افراد مختلف تزریق کنند. یا اینکه اطلاعات مغز شخص مورد نظر را به افراد دیگری منتقل کنند. در عصر فنآوری نانو  شاید گچ بری داخل فضای خانه یک سیستم بسیار پیشرفته باشد که اطلاعات مربوط به حرکات و راه رفتن و حتی تصویر افراد داخل خانه را به مکان های دیگری مخابره می  کند.

در واقع در عصر فنآوری نانو حریم خصوصی افراد دیگر معنی نخواهد داشت و انسان ها تحت کنترل حسگر های پنهان و  پیچیده خواهند بود. درک و سازگاری با چنین فنآوری هائی بسیار سخت و ناممکن خواهد بود به طوری که بعضی از آینده پژوهان معتقدند انسان های 30 الی 40 سال آینده  دچار یاس و شوک روانی عمیقی شده و در برابر تغییرات شتابان سردرگم و گیج خواهند شد. به هر حال انسان آینده به کمک  فنآوری نانو و فنآوری های موازی و جانبی آن به همه افسانه های قدیمی جامه عمل خواهند پوشاند. مثلا روزی با انسان های روئین تن مواجه خواهیم شد، کسانی که هیچ چیزی بر آنها کارگر نخواهد بود و اگر زخمی شوند بدن آنها به سرعت  ترمیم خواهد شد.

تاثیرات روحی و روانی فنآوری نانو

با تکمیل شدن هر چه بیشتر فنآوری نانو روزی خواهد رسید که دیگر نیازی به آموزش و تعلیم وجود نخواهد داشت. به طور کلی فنآوری نانو  تاثیرات عظیمی در شغل های آینده، سرگرمی ها و اوقات فراغت و همه مسائلی که انسان با آن سرو کار دارد خواهد داشت. حتی می توان گفت که در آینده ارتباط انسان ها با دنیای واقعی قطع خواهد شد. مثلا به کمک فنآوری نانو می توانیم سیستم عصبی خودمان را تغییر داده و حواس پنج گانه خودمان را کنترل کنیم. اگر اراده کردیم دیگر سرما، گرما و درد را احساس نکنیم. با استفاده از نانو روبات های داخل خون می توانیم مانع از رسیدن پیامهای عصبی طبیعی به سلول های مغزی  شویم. در عوض پیامهای عصبی دیگری را که مطلوب خودمان است ارسال کنیم. در این حالت پا در دنیای خیالی و مجازی خواهیم گذاشت. شاید خودمان را در یک اتاقی ببینیم که بسیار مجلل و بزرگ است و  مشغول خوردن بهترین غذاهای دنیا هستیم.

در نتیجه یکی از پیامدهای فنآوری نانو لذت های مجازی خواهد بود. مطلب دیگری که می توان مثال زد این است که روزی خواهیم توانست خواب های سفارشی ببینیم. یعنی موضوع خاصی را برای خواب همان شب انتخاب کنیم و کاری کنیم که دقیقا همان خواب را ببینیم .

تاثیرات اجتماعی فنآوری نانو

سئوال اینجاست که در عصر فنآوری نانو که عواقب روحی- روانی و  فیزیکی- جسمی مختلفی خواهد داشت، انسان ها و به طور کلی جامعه چه واکنشی از خود نشان خواهند داد؟ آیا ساختار ذهنی افراد جامعه قادر به درک و سازگاری با چنین تغییرات بزرگی خواهد بود. این تغییرات اساس باورها و مفروضات چندین هزار ساله همه انسان ها را درهم خواهد کوبید. آیا انسان های آینده دچار شوک نفس گیری خواهند شد؟ و اینکه برای شتاب بخشیدن به درک و سازگاری با این تغییرات  چه باید کرد؟

مثلا اگر روزی با فردی روبرو شوید که با کمک فنآوری نانو و فنآوری زیستی میانگین عمر وی حدود 500 سال است چه عکس العملی از خود نشان خواهید داد؟ اگر فرد مذکور با کمک فنآوری نانو و دیگر فنآوری های مانند فنآوری شناختی بتواند همه اطلاعاتی را که شما در طول 20 سال کسب کردید در چند دقیقه بدست آورد، در آن موقع چه احساسی خواهید داشت؟ در مقابل این همه تغییرات چه باید کرد؟

احتمالا عصر فنآوری نانو با همه خوبی ها و بدی هایش از سال 2020 به بعد در کشورهای پیشرفته اتفاق می افتد. معمولا" اکثر جوامع ابتدا در مقابل تغییرات مقاومت می کنند. بعضی ها سنتی باقی می مانند و بعضی نه مدرن و نه سنتی شده و قسمتی نیز تفکر مدرنیستی داشته و حتی خود باخته نیز می شوند. اما اگر تغییرات 20 یا 50 سال آینده در سال 2006  بررسی شوند، تصویر و چشم انداز خوبی از آن شرایط ایجاد می شود و  ذهن مردم با چنین تغییراتی پیشاپیش آشنا می شود. یعنی اگر روزی با آن شرایط روبرو شدیم به راحتی آن را درک خواهیم کرد و دچار شوک و انفعال نمی شویم زیرا سابقه ذهنی از آن شرایط را داریم. مثلا اگر شما در یک کتاب بخوانید که شیر یک حیوان خطرناک و درنده ای  است اما هیچ عکس یا تصویری از این حیوان ندیده باشید، وقتی روزی در جائی مثل جنگل های آفریقا شیر به شما نزدیک شود  هیچ عکس العملی از خود نشان نخواهید داد چرا که  ذهن شما از شیر درنده هیچ تصویری ندارد و بنابراین پیام خطر و هشدار را دریافت نخواهید کرد. اساس کار آینده نگران نیز به همین منوال است. آنها حوادث و احتمالات آینده را مطرح کرده و از آن تصویرهای مختلفی می سازند. این تصاویر به صورت فیلم و کتاب  در جامعه منتشر می شود. در نتیجه جامعه با توجه به سابقه ذهنی که دارد در برابر تغییرات و حوادث آینده کمتر دچار شوک و بحران می شود. البته در همه حال باید در نظر داشت که سطوحی از جامعه دچار شوک و انفعال خواهند شد. اگر شما فیلم سینمائی "گزارش اقلیت" را دیده باشید می بینید که ساکنان ابرشهرهای آینده هنگام عبور از درب های ورودی ساختمان ها با اسکن شدن چشم ها مواجه می شوند. این تصویر در واقع شرایط امنیتی آینده را نشان می دهد. با پخش چنین فیلم هائی در سینماهای جهان این مسائل امنیتی به یک هنجار اجتماعی و  طبیعی تبدیل می شود. اگر روزی چنین شرایطی در کشوری حاکم شود، مردم  نسبت به آن حساسیت و مقاومت نشان نداده و به راحتی می پذیرند چرا که قبلا" سابقه ذهنی از این مسائل را دارند.

در عصر فنآوری نانو حتی شاید انسانها نتوانند جور دیگری زندگی کنند و با نبود آن شرایط دچار سردرگمی شوند طوری که انگار چیزی را گم کرده باشند. تلفن همراه امروزی را می توان مثال زد. با وجود اینکه 10 سال پیش این فنآوری وجود نداشت اما امروزه خیلی ها بدون آن نمی توانند زندگی کنند و در نبود آن احساس می کنند که چیز با ارزش و مهمی را گم کرده اند. مشابها در عصر فنآوری نانو اگر بعضی افراد از این فنآوری محروم باشند احساس  سردرگمی و کمبود خواهند داشت.

بهداشت، سلامت و فنآوری نانو

 اکثر داروهائی که برای بیماران تجویز می شوند عوارض جانبی دارند.  هنگام مصرف دارو چه بصورت تزریقی یا خوراکی مواد داروئی وارد جریان خون شده و درهمه نقاط بدن توزیع و پخش می شود. هر چند که این مواد داروئی در قسمت بیمار بدن باعث بهبودی و از بین رفتن ویروس ها یا میکروب ها می شوند اما  برای بیشتر سلول های سالم بدن مضر می باشند. زخم معده، آسیب های کبد و کلیه و غیره از جمله عوارض داروهای امروزی است. اما در عصر فنآوری نانو نحوه رساندن مواد داروئی به بدن متحول خواهد شد. مثلا با استفاده از نانوذرات می توان مواد داروئی را مستقیما" به قسمت بیمار بدن رساند و سایر قسمتهای بدن را از آسیب ها و عوارض جانبی حفظ کرد. یکی دیگر از ابزارهائی که با استفاده از فنآوری نانو ساخته می شود نانو فیلترها هستند. منافذ و دریچه های این فیلترها را می توان درحد و اندازه گلبول های قرمز خون تنظیم کرد. خون با عبور از این نانو فیلترها  به سرعت از مواد زائد تصفیه می شود. همینطور می توان مواد سمی، آلاینده و غیره را  از آب و هوا  تصفیه کرد. دودکش هائی که در آنها از نانوفیلتر استفاده می شد می توانند  ذرات معلق آلودگی در هوا را به راحتی جدا کنند.

امروزه از تولید به اصطلاح نانوسیم صحبت می شود که طولشان هزاران برابر قطرشان می باشند. با استفاده از این سیم ها می توان مثلا" یک قطره خون را در سطح این سیم گستراند و با تابشهای نوری مختلف وجود میکروبها و مواد سمی را تشخیص داد. در نتیجه فقط با یک قطره خون بیمار می توان هزاران آزمایش پزشکی را انجام داد. همانطور که قبلا" اشاره شد نانو روبات ها که توسط کپسول های خوراکی یا به صورت تزریق وارد گردش خون انسان می شوند می توانند از بیرون کنترل شده و با میکروب ها و ویروس ها مبارزه کنند و به سلولهای سالم بدن کاری نداشته باشند. با این کار عوارض جانبی مبارزه  با بیماری ها توسط داروهای متداول امرزوی به صفر می رسد.

مکانیک کوانتوم و  فنآوری نانو

یکی از برنامه های تحقیقاتی که در حال حاضر در جریان است مطالعه پدیده مکانیک کوانتوم و ماهیت ذرات بنیادین کوچک تر از اتم و همچنین پیدا کردن ارتباط آن با اتم های تشکیل دهنده سلول های مغزی و هوشمندی انسان است.  هاینرنبرگ برای اولین بار در اویل قرن بیستم اصل عدم قطعیت را مطرح کرد. وی و همکارانش با استفاده از وسائل آن روز از جمله شتاب دهنده الکترون در یک اختلاف پتانسیل بسیار قوی به این موضوع پی بردند که اتم یک هسته متمرکز دارد ولی الکترون به صورت یک ذره متمرکز  دور هسته نمی چرخد. اگر الکترون یک ذره متمرکز با جرم و بار الکتریکی مشخص بود نمی توانست به تنهائی 360 درجه فضائی را پر کند. در صورت نزدیک شدن دو اتم به یکدیگر آنها به هم برخورد می کردند و به هم می چسبیدند. آنها موضوع را به این صورت توجیه کردند که الکترون به صورت جرم متمرکز نیست بلکه به صورت ابر الکترونی است که فضای 360 درجه اتم را با چرخش خود پر کرده و نمی گذارند که اتم ها به هم بچسبند. چرخش مانع از آن می شود که  ابر الکترونی اتم  به فضای خالی بین ابر الکترونی و هسته مجاور وارد شود. هایزبرگ ثابت کرد که ذرات تشکیل دهنده ابر الکترونی از لحاظ موقعیت مکانی و سرعت وضعیت مشخصی ندارند یعنی در یک لحظه در یک جا هستند و هیج جا نیستند. این موضوع اساس نظریه عدم قطعیت می باشد. حال سئوال اینجاست که آیا روزی به کمک فنآوری نانو می توانیم رابطه بین ذرات بنیادین وتشکیل دهنده الکترون و پروتون را با هوشمندی انسان کشف کنیم؟ یعنی همانطور که امروزه می توانیم اطلاعات را در سیلیکون و نیمه هادی ها ذخیره کنیم، آیا می توانیم در آینده در سلولهای زنده نیز چنین کاری انجام دهیم؟

اگر روزی انسان به این توانائی برسد دیگر حتی دیوار خانه هم هوشمند خواهد بود زیرا فرق بین دیوار، میز و اشیاء با بدن انسان و سلولهای زنده  در چیدمان اتمی آنهاست. در نتیجه اگر چیدمان اتم ها و ذرات بنیادین تحت کنترل انسان باشد دنیای فیزیکی کاملا در تسخیر ما خواهد شد.

فنآوری و تکامل

با مطالعه روند تکامل فنآوری در طول تاریخ می توان به این موضوع پی برد که در اکثر موارد پیشرفت یک فنآوری باعث ایجاد شرایطی می شود که رسیدن به فنآوری های بهتر را میسر می سازد. یعنی خود فنآوری باعث بوجود آمدن فنآوری های پیشرفته تر می شود. مثلا پس از ظهور رایانه ها طراحی و برنامه ریزی به کمک آن بسیار آسان تر شد و مسائل بسیار پیچیده نیز قابل حل شدند. امروزه در صنعت رایانه از خود رایانه برای طراحی رایانه های پیشرفته تر استفاده می شود. یعنی مراحل پیشرفت صنعت رایانه ماهیت تکاملی دارد. همانطور که یک کودک بعد ازتولد به مرور زمان رشد کرده و تکلم و تفکر و تحلیل و غیره را یاد می گیرد، پیشرفت فنآوری نیز ماهیت تکاملی داشته و به مرور زمان بهتر و بهتر می شود با این تفاوت که خود فنآوری می تواند تکامل خودش را تسریع کند. چهار بعد انرژی، زمان، مواد و فضا را در نظر بگیریم به زودی تسلط انسان بر این چهار بعد توسط فنآوری نانو میسر خواهد شد. البته باید توجه کرد که فنآوری های  دیگر مانند فنآوری زیستی، فنآوری اطلاعات، و فنآوری شناختی نیز در این مسیر حرف های زیادی برای گفتن دارند. شاید بتوان گفت که فنآوری نانو تکمیل کننده و تکامل دهنده سه فنآوری دیگر و حتی فنآوری های دیگر می باشد. روزی خواهد رسید که با همگرائی و تکامل یافتن مضاعف و زنجیره ای این فنآوری ها انسان دیگر هیچ غیر ممکنی را برای تسلط بر چهار بعد مذکور  پیش رو نخواهد دید. سالهای آینده به خصوص بعد از سال 2020 میلادی را شاید بتوان سالهای طوفانی تغییرات فنآوری نامید. عصری که انسان در حیرت و شوک عمیق فرو خواهد رفت.