تويت
ما هي تكنولوجيا النانو
تشير تكنولوجيا النانو إلى العلوم، والهندسة، والتكنولوجيا التي يتم إجراؤها على مقياس النانو، الذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر.
علم النانو و تكنولوجيا النانو هي دراسة وتطبيق الأشياء الصغيرة للغاية ويمكن استخدامها في جميع المجالات العلمية الأخرى، مثل الكيمياء، والبيولوجيا، والفيزياء، وعلم المواد، والهندسة.
من الصعب لغير المختصّ تخيل مدى صغر حجم تكنولوجيا النانو ، إذ إنّ النانومتر الواحد هو جزءٌ من المليار من المتر، وإليك بعض الأمثلة التوضيحية:
نظرة تاريخيّة
بدأت الأفكار والمفاهيم الكامنة وراء علم و تكنولوجيا النانو مع حديث بعنوان “هناك الكثير من الغرف في القاع” للفيزيائي ريتشارد فاينمان (Richard Feynman)، وذلك في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (CalTech) في 29 كانون الأوّل من عام 1959، أي قبل فترةٍ طويلةٍ من استخدام مصطلح تقنية النانو لأوّل مرّة، وفي حديثه ذاك، وصف عمليةً يتمكن فيها العلماء من التلاعب والتحكم في الذرات والجزيئات فرادى.
بعد أكثر من عشر سنوات، وفي الاستكشافات الخاصة به عن طريق الآلات الدقيقة، ابتكر الأستاذ نوريو تانيجوتشي (Norio Taniguchi) مصطلح تكنولوجيا النانو .
بمجرد حصول العلماء على الأدوات المناسبة، مثل مجهر المسح النفقي (STM)، ومجهر القوة الذرية (AFM)، وُلد عصر تكنولوجيا النانو وكان ذلك منذ قرابة ثلاثين عامًا ونيّف.
على الرغم من أن علم و تكنولوجيا النانو هما مفهومان حديثا العهد إلى حدٍّ كبيرٍ، إلا أنّ المواد النانوية قد استُخدِمت فعليًّا منذ قرون؛ ومن أبرز أمثلتها نوافذ الزجاج الملون في كنائس القرون الوسطى منذ مئات السنين، وبالطبع؛ لم يكن الفنانون في ذلك الوقت يعرفون أن العملية التي طبقوها لإنشاء هذه الأعمال الفنية الجميلة أدت إلى تغييرات في تركيبة المواد التي كانوا يعملون عليها!
ما هي مصطلحات تكنولوجيا النانو
تكنولوجيا النانو (Nanotechnology).
هي أي تقنية ـ من ضمنها الصناعات التقليدية، والمفاعلات الكيميائية ـ تنطوي على بنىً تتراوح أبعادها ما بين 1، إلى 100 نانومتر.
التصنيع النانوي، أو المصنعات النانوية (Nanofactories).
على مقياس النانو، فإنّ كلّ طريقة تصنيع هي عبارةٌ عن آلية لتنظيم تموضع الذرّات، وهذا هو مفهوم الـ Nanofactories.
تُعرَف أيضًا باسم المجمِّعات الجزيئيّة (Molecular Assemblers)، وتوصف بأنّها وحدات تصنيع دقيقة، مغلقة النظام، وتقوم بخلط، ومعالجة الجزيئات التفاعلية لإنتاج بنىً مادّية، وحيويّة معقّدة، بدءًا بالمعادن، وصولًا إلى الأنسجة البشرية والعظام.
تُعَدّ الخليةُ البشريةُ الواحدةُ الصيغةَ المثاليةَ لوحدة التصنيع البيولوجية الجزيئيّة.
المنتجات النانوية (Nanobots).
هي نواتج المصنّعات النانوية.
استخدامات تكنولوجيا النانو الحالية والمستقبلية
وفقًا لـ Society of Toxicology، فإن التقدم في تكنولوجيا النانو نتج عنه فعليًّا مجموعةً متنوعةً من المواد الجديدة، فضلًا عن تكييف المواد القديمة، مثل الكربون، مما يمنحها قدرات كبيرة لتحسين المنتجات الاستهلاكية والصناعية، ومعالجة احتياجات الطاقة الحيوية، وتعزيز الأنظمة الأمنية، وتحسين المجال الطبي.
إنّ أنابيب الكربون النانوية (ألياف الكربون)، والتي بالإمكان تخّيلها كورقةٍ ملفوفةٍ من ذرات الكربون، تظهر الآن في بعض المنتجات الاستهلاكية، مثل مضارب التنس، وعصيّ الجولف.
مقارنةً بالفولاذ؛ فإن ألياف الكربون تلك تقدّم 200 ضعف من الصلابة، وخمسة أضعاف المرونة التقليدية، كما أنّها توفّر موصلية كهربائية أفضل بخمسة أضعافٍ مقارنةً بالنحاس، ونصف كثافة الألومنيوم، وبالإضافة إلى ذلك، فهي لا تصدأ، لا تتحلل بفعل الإشعاع، ولا تتمدّد أو تتقلص مع تغير درجة الحرارة، وهذا ما سيمنحها جاذبيةً كبيرةً لاستعمالها في منتجاتٍ مثل السيارات، والطائرات!
لقد وصل الأمر لدرجةٍ أنّ بعض العلماء يعتقدون اليوم بإمكانية تطوير الخلايا الشمسية بالاعتماد على تكنولوجيا النانو ما سيمنحها المتانة، ويضمن توافرها بتكلفةٍ منخفضةٍ، وسيؤدّي ذلك مستقبلًا لاستخدامها في أسقف البيوت، والأرصفة، والطرق، مما يفسح المجال لإمدادات الطاقة غير الملوثة والوافرة وغير المكلفة.
من الأمثلة المحددة للمنتجات الحالية التي تستخدم تكنولوجيا النانو ما يلي:
هو جهاز ترشيحٍ عبر الألياف الكربونية التي تزيل مسببات الأمراض والملوثات؛ مثل الفيروسات والبكتيريا، والخراجات، والأبواغ، لتوصيل المياه الصالحة للشرب وفق معاييرٍ فائقة الجودة.
لشاشات العرض، وأجهزة الاستشعار، والأجهزة الإلكترونية مثل الهاتف الذكي بشاشة عرض منحنية، أو أجهزة GPS المدمج في الزجاج الأمامي للسيارات.
كالواقيات الشمسيّة، والضمادات الطبيّة الأكثر فعالية.
وفقًا لما توقعه معهد Foresight، فإن الفوائد اليومية، والمستقبلية لتوفّر الصناعات النانوية ستشمل ما يلي:
1. روبوتات النانو الطبية التي تعالج الأمراض، وتعكس الشيخوخة.
كإدخال الجزيئات النانوية الطبية في الجسم البشري لإجراء العمليات الجراحية الخلوية والمجهرية، وإصلاح إصابات محددة، وحراسة الجسم للتعرف على المرض ومقاومته.
ستساهم تلك الصناعات أيضًا في تشكيل عصبوناتٍ جديدةٍ لتحل محل خلايا الدماغ التالفة أو التي تموت، وإنّ هذه الخلايا الدماغية الجديدة ستعالج المعلومات بآليةٍ أسرع بكثيرٍ من الدماغ البيولوجي، والأمر ذاته ينطبق على الأطراف الاصطناعية، والتي ستكون أقوى من أيّ ذراعٍ أو ساقٍ بشريةٍ.
2. انخفاض تكلفة المنتجات المصنعة.
ستندرج التكاليف الأساسية في قيمة المواد الخام مثل الكربون، والنيتروجين، والأكسجين، وموارد الطاقة اللازمة لتشغيل معامل النانو، فمن الناحية النظرية، يمكن تجميع أي مادة أو كائن من الصفر، إلى الكمال بواسطة مزيج من المصنّعات النانوية.
3. تطوير الذكاء الاصطناعي العام (AGI).
4. القضاء على التلوث الكيميائي الصناعي.
بما أن كل ذرة في المخزون العضوي ستُستخدم فعليًّا في المنتج النهائي، أو ستوجَّه إلى نفاياتٍ مغلفةٍ بشكلٍ سليمٍ، فلن يتم إطلاق أي ذرات ملوثة في البيئة.
على سبيل المثال، خلافًا للنواتج الملوِّثة لعملية احتراق مواد الوقود التقليدي، ومصادر الطاقة الطبيعية، فإن عملية بناء الوقود صناعي ستزيل المنتجات الثانوية، أو تفرض تحويلها إلى أشكالٍ غير ضارةٍ، ما يعنى صحةً أفضل، وتكلفةً أقلّ.
أخطار وهواجس تكنولوجيا النانو
حتى أكبر أنصار التكنولوجيا النانوية وأكبر منظّريها، يدركون قدرتها على إلحاق الأذى وربما القضاء على الجنس البشري، في حال غياب الرقابة، أو التوجيه الخاطئ، وتتضمن هذه التأثيرات الضارة المحتملة ما يلي:
مع تحييد الحروب والكوارث، فإنّ النتيجة الطبيعية لتحسّن الواقع الصحّي هي التزايد المطّرد للسكان، ما سيخلق سباقًا غير محمود على موارد الكوكب المتضائلة.
يمكن ـ وبكل صراحةٍ ـ افتراض أن تكنولوجيا النانو ستضمن لنا في المستقبل القريب جدًّا سلاحًا بحجم حشرةٍ صغيرةٍ، قادرٍ على إيذاء الفرد بشتّى السبل، لذلك فإنّ فكرة امتلاك أحدهم لحقيبةٍ صغيرةٍ، تحتوى معدّاتٍ قادرةً على تدمير البشرية لن تكون شيئًا غير مألوف في المستقبل أبدًا!
من المرجح أن تكون مشاريع تقانة النانو باهظة الثمن في البداية، وبالتالي فهي ـ من ناحية الأنظمة العامّة ـ محميةٌ بمراحلٍ وطبقاتٍ من براءات الاختراع، والقوانين الناظمة، والحواجز الخفيّة للتنافسية، وبناءً عليه، من المرجح أن تقتصر فوائد انخفاض التكاليف على ملّاك التكنولوجيا فقط!
بالمحصلة العامة، ومن الجانب المظلم للقضيّة؛ يمكن أن يصبح الفقر والتفاوت في الدخل أضخم من ذي قبل، مما يؤدي إلى اضطراباتٍ اجتماعيةٍ غير مألوفة.
تشير تكنولوجيا النانو إلى العلوم، والهندسة، والتكنولوجيا التي يتم إجراؤها على مقياس النانو، الذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر.
علم النانو و تكنولوجيا النانو هي دراسة وتطبيق الأشياء الصغيرة للغاية ويمكن استخدامها في جميع المجالات العلمية الأخرى، مثل الكيمياء، والبيولوجيا، والفيزياء، وعلم المواد، والهندسة.
من الصعب لغير المختصّ تخيل مدى صغر حجم تكنولوجيا النانو ، إذ إنّ النانومتر الواحد هو جزءٌ من المليار من المتر، وإليك بعض الأمثلة التوضيحية:
- هناك 2540000 نانومتر في البوصة الواحدة.
- يبلغ سمك الورقة الواحد من صحيفة ما حوالي 100000 نانومتر.
- على مقياس مقارن، إذا اعتُبِرَت قطعةً صغيرةً من الرخام بمثابة نانومتر واحد، فسيكون حجم المتر الواحد منه بحجم الأرض.
نظرة تاريخيّة
بدأت الأفكار والمفاهيم الكامنة وراء علم و تكنولوجيا النانو مع حديث بعنوان “هناك الكثير من الغرف في القاع” للفيزيائي ريتشارد فاينمان (Richard Feynman)، وذلك في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (CalTech) في 29 كانون الأوّل من عام 1959، أي قبل فترةٍ طويلةٍ من استخدام مصطلح تقنية النانو لأوّل مرّة، وفي حديثه ذاك، وصف عمليةً يتمكن فيها العلماء من التلاعب والتحكم في الذرات والجزيئات فرادى.
بعد أكثر من عشر سنوات، وفي الاستكشافات الخاصة به عن طريق الآلات الدقيقة، ابتكر الأستاذ نوريو تانيجوتشي (Norio Taniguchi) مصطلح تكنولوجيا النانو .
بمجرد حصول العلماء على الأدوات المناسبة، مثل مجهر المسح النفقي (STM)، ومجهر القوة الذرية (AFM)، وُلد عصر تكنولوجيا النانو وكان ذلك منذ قرابة ثلاثين عامًا ونيّف.
على الرغم من أن علم و تكنولوجيا النانو هما مفهومان حديثا العهد إلى حدٍّ كبيرٍ، إلا أنّ المواد النانوية قد استُخدِمت فعليًّا منذ قرون؛ ومن أبرز أمثلتها نوافذ الزجاج الملون في كنائس القرون الوسطى منذ مئات السنين، وبالطبع؛ لم يكن الفنانون في ذلك الوقت يعرفون أن العملية التي طبقوها لإنشاء هذه الأعمال الفنية الجميلة أدت إلى تغييرات في تركيبة المواد التي كانوا يعملون عليها!
ما هي مصطلحات تكنولوجيا النانو
تكنولوجيا النانو (Nanotechnology).
هي أي تقنية ـ من ضمنها الصناعات التقليدية، والمفاعلات الكيميائية ـ تنطوي على بنىً تتراوح أبعادها ما بين 1، إلى 100 نانومتر.
التصنيع النانوي، أو المصنعات النانوية (Nanofactories).
على مقياس النانو، فإنّ كلّ طريقة تصنيع هي عبارةٌ عن آلية لتنظيم تموضع الذرّات، وهذا هو مفهوم الـ Nanofactories.
تُعرَف أيضًا باسم المجمِّعات الجزيئيّة (Molecular Assemblers)، وتوصف بأنّها وحدات تصنيع دقيقة، مغلقة النظام، وتقوم بخلط، ومعالجة الجزيئات التفاعلية لإنتاج بنىً مادّية، وحيويّة معقّدة، بدءًا بالمعادن، وصولًا إلى الأنسجة البشرية والعظام.
تُعَدّ الخليةُ البشريةُ الواحدةُ الصيغةَ المثاليةَ لوحدة التصنيع البيولوجية الجزيئيّة.
المنتجات النانوية (Nanobots).
هي نواتج المصنّعات النانوية.
استخدامات تكنولوجيا النانو الحالية والمستقبلية
وفقًا لـ Society of Toxicology، فإن التقدم في تكنولوجيا النانو نتج عنه فعليًّا مجموعةً متنوعةً من المواد الجديدة، فضلًا عن تكييف المواد القديمة، مثل الكربون، مما يمنحها قدرات كبيرة لتحسين المنتجات الاستهلاكية والصناعية، ومعالجة احتياجات الطاقة الحيوية، وتعزيز الأنظمة الأمنية، وتحسين المجال الطبي.
إنّ أنابيب الكربون النانوية (ألياف الكربون)، والتي بالإمكان تخّيلها كورقةٍ ملفوفةٍ من ذرات الكربون، تظهر الآن في بعض المنتجات الاستهلاكية، مثل مضارب التنس، وعصيّ الجولف.
مقارنةً بالفولاذ؛ فإن ألياف الكربون تلك تقدّم 200 ضعف من الصلابة، وخمسة أضعاف المرونة التقليدية، كما أنّها توفّر موصلية كهربائية أفضل بخمسة أضعافٍ مقارنةً بالنحاس، ونصف كثافة الألومنيوم، وبالإضافة إلى ذلك، فهي لا تصدأ، لا تتحلل بفعل الإشعاع، ولا تتمدّد أو تتقلص مع تغير درجة الحرارة، وهذا ما سيمنحها جاذبيةً كبيرةً لاستعمالها في منتجاتٍ مثل السيارات، والطائرات!
لقد وصل الأمر لدرجةٍ أنّ بعض العلماء يعتقدون اليوم بإمكانية تطوير الخلايا الشمسية بالاعتماد على تكنولوجيا النانو ما سيمنحها المتانة، ويضمن توافرها بتكلفةٍ منخفضةٍ، وسيؤدّي ذلك مستقبلًا لاستخدامها في أسقف البيوت، والأرصفة، والطرق، مما يفسح المجال لإمدادات الطاقة غير الملوثة والوافرة وغير المكلفة.
من الأمثلة المحددة للمنتجات الحالية التي تستخدم تكنولوجيا النانو ما يلي:
- نظام Seldon Technologies للمياه المعدنية
هو جهاز ترشيحٍ عبر الألياف الكربونية التي تزيل مسببات الأمراض والملوثات؛ مثل الفيروسات والبكتيريا، والخراجات، والأبواغ، لتوصيل المياه الصالحة للشرب وفق معاييرٍ فائقة الجودة.
- حبر الألياف الكربونية من Linde Electronics
لشاشات العرض، وأجهزة الاستشعار، والأجهزة الإلكترونية مثل الهاتف الذكي بشاشة عرض منحنية، أو أجهزة GPS المدمج في الزجاج الأمامي للسيارات.
- مستحضرات طبية وعلاجية
كالواقيات الشمسيّة، والضمادات الطبيّة الأكثر فعالية.
وفقًا لما توقعه معهد Foresight، فإن الفوائد اليومية، والمستقبلية لتوفّر الصناعات النانوية ستشمل ما يلي:
1. روبوتات النانو الطبية التي تعالج الأمراض، وتعكس الشيخوخة.
كإدخال الجزيئات النانوية الطبية في الجسم البشري لإجراء العمليات الجراحية الخلوية والمجهرية، وإصلاح إصابات محددة، وحراسة الجسم للتعرف على المرض ومقاومته.
ستساهم تلك الصناعات أيضًا في تشكيل عصبوناتٍ جديدةٍ لتحل محل خلايا الدماغ التالفة أو التي تموت، وإنّ هذه الخلايا الدماغية الجديدة ستعالج المعلومات بآليةٍ أسرع بكثيرٍ من الدماغ البيولوجي، والأمر ذاته ينطبق على الأطراف الاصطناعية، والتي ستكون أقوى من أيّ ذراعٍ أو ساقٍ بشريةٍ.
2. انخفاض تكلفة المنتجات المصنعة.
ستندرج التكاليف الأساسية في قيمة المواد الخام مثل الكربون، والنيتروجين، والأكسجين، وموارد الطاقة اللازمة لتشغيل معامل النانو، فمن الناحية النظرية، يمكن تجميع أي مادة أو كائن من الصفر، إلى الكمال بواسطة مزيج من المصنّعات النانوية.
3. تطوير الذكاء الاصطناعي العام (AGI).
4. القضاء على التلوث الكيميائي الصناعي.
بما أن كل ذرة في المخزون العضوي ستُستخدم فعليًّا في المنتج النهائي، أو ستوجَّه إلى نفاياتٍ مغلفةٍ بشكلٍ سليمٍ، فلن يتم إطلاق أي ذرات ملوثة في البيئة.
على سبيل المثال، خلافًا للنواتج الملوِّثة لعملية احتراق مواد الوقود التقليدي، ومصادر الطاقة الطبيعية، فإن عملية بناء الوقود صناعي ستزيل المنتجات الثانوية، أو تفرض تحويلها إلى أشكالٍ غير ضارةٍ، ما يعنى صحةً أفضل، وتكلفةً أقلّ.
أخطار وهواجس تكنولوجيا النانو
حتى أكبر أنصار التكنولوجيا النانوية وأكبر منظّريها، يدركون قدرتها على إلحاق الأذى وربما القضاء على الجنس البشري، في حال غياب الرقابة، أو التوجيه الخاطئ، وتتضمن هذه التأثيرات الضارة المحتملة ما يلي:
- الاكتظاظ السكاني
مع تحييد الحروب والكوارث، فإنّ النتيجة الطبيعية لتحسّن الواقع الصحّي هي التزايد المطّرد للسكان، ما سيخلق سباقًا غير محمود على موارد الكوكب المتضائلة.
- زيادة معدّلات الجريمة والإرهاب
يمكن ـ وبكل صراحةٍ ـ افتراض أن تكنولوجيا النانو ستضمن لنا في المستقبل القريب جدًّا سلاحًا بحجم حشرةٍ صغيرةٍ، قادرٍ على إيذاء الفرد بشتّى السبل، لذلك فإنّ فكرة امتلاك أحدهم لحقيبةٍ صغيرةٍ، تحتوى معدّاتٍ قادرةً على تدمير البشرية لن تكون شيئًا غير مألوف في المستقبل أبدًا!
- التباين الطبقي
من المرجح أن تكون مشاريع تقانة النانو باهظة الثمن في البداية، وبالتالي فهي ـ من ناحية الأنظمة العامّة ـ محميةٌ بمراحلٍ وطبقاتٍ من براءات الاختراع، والقوانين الناظمة، والحواجز الخفيّة للتنافسية، وبناءً عليه، من المرجح أن تقتصر فوائد انخفاض التكاليف على ملّاك التكنولوجيا فقط!
بالمحصلة العامة، ومن الجانب المظلم للقضيّة؛ يمكن أن يصبح الفقر والتفاوت في الدخل أضخم من ذي قبل، مما يؤدي إلى اضطراباتٍ اجتماعيةٍ غير مألوفة.