نانوتکنولوژی، انقلاب صنعتی جدید

گفته می شود که نانوتکنولوژی نیروی محرکه برای انقلاب صنعتی جدید است. میزان سرمایه گذاری بخش های خصوصی و عمومی در این زمینه، در حال افزایش است. سرمایه گذاری ها بر روی تحقیقات عمومی در این زمینه به 3 میلیارد یورو رسیده است اما میزان سرمایه گذاری در بخش خصوصی بیشتر است و سرعت سرمایه گذاری نیز قابل توجه می باشد. نانوتکنولوژی از سویی همگرایی مربوط به علوم می باشد و از سوی دیگر، رشد تنوع در کاربردهای این زمینه، منجر به افزایش پتانسیل نانوتکنولوژی شده است. در حقیقت، بزرگترین اثر این علم ممکن است به واسطه ی ترکیب غیر منتظره ی جوانب علمی مجزا، حاصل شود دقیقا مشابه با اینترنت و کاربردهای بی شمار آن که در حقیقت به دلیل همگرایی تلفن و کامپیوتر ایجاد شده است. نانوتکنولوژی نیروی محرکه ی اصلی برای تغییر در شکل محیط های تجاری مربوط به تمام بخش های صنعتی می باشد. اندازه ی بازار برای محصولات مربوط به نانوتکنولوژی هم اکنون با محصولات بیوتکنولوژی قابل مقایسه می باشد. این در حالی است که نرخ رشد مورد انتظار در طی سال های آینده، بیشتر می باشد. در همین زمان، محققین دغدغه هایی در زمینه ی بلوک های ساختاری اساسی مربوط به نانوتکنولوژی دارند. در حقیقت ذرات کوچکتر از یک میلیاردیم متر، موجب افزایش ریسک سلامتی و خطرات محیط زیستی، می شود. به منظور کاهش این ریسک ها، باید روش های پیشگیرانه ای را بر اساس تحقیقات ریسک و مدیریت ریسک انجام دهیم و بدین صورت میزان آسیب ها و خطرات حاصله را به حداقل برسانیم.
این مقاله آنالیزهایی در مورد فرصت ها و ریسک های مربوط به نانوتکنولوژی را مطرح می کند. تفاوت مواد در مقیاس ابعادی چیست؟ در حقیقت مواد نانومتری به دلیل داشتن مساحت سطح بالاتر نسبت به جرم، می توانند به صورت شیمیایی فعال تر باشند. بدین صورت استحکام این مواد و سایر خواص آنها نسبت به مواد بالک، متفاوت می باشد. علاوه بر این، در زیر 50 نانومتر، قوانین مربوط به فیزیک کلاسیک تحت تأثیر اثرات کوانتمی قرار می گیرد. این مسئله موجب ایجاد خواص نوری، الکتریکی و مغناطیسی متفاوت، در ماده می شود.
مواد نانومقیاس دهه های متمادی است که در کاربردهایی از جمله، شیشه ی پنجه، نورگیر و آفتاب گیر ماشین و رنگ ها، استفاده می شوند. امروزه، به هر حال، همگرایی مربوط به اصول علمی (شیمی، بیولوژی، الکترونیک، فیزیک، مهندسی و ...) منجر به افزایش کاربردهای این مواد در فرایندهای تولید، چیپ های کامپیوتری، تشخیص های پزشی و مرافبت های سلامت، انرژی ، بیوتکنولوژی، کاوش های فضایی، امنیت و ... شده است. بنابراین، به دلیل اینکه نانوتکنولوژی در طی سال های اخیر، اثر قابل توجهی بر روی اقتصاد و اجتماع ایجاد کرده است، رشد اهمیت این مسئله در دراز مدت، قابل توجه بوده است.
نانوتکنولوژی از سویی همگرایی مربوط به علوم می باشد و از سوی دیگر، رشد تنوع در کاربردهای این زمینه، منجر به افزایش پتانسیل نانوتکنولوژی شده است. در حقیقت، بزرگترین اثر این علم ممکن است به واسطه ی ترکیب غیر منتظره ی جوانب علمی مجزا، حاصل شود دقیقا مشابه با اینترنت و کاربردهای بی شمار آن که در حقیقت به دلیل همگرایی تلفن و کامپیوتر ایجاد شده است.
میزان فروش محصولات نانوتکنولوژی جدید در طی یک دهه از میزان 0.1 % به بیش از 15 % در سال 2014 رسیده است. این ارقام اشاره به محصولاتی دارند که با مشارکت نانوتکنولوژی تولید می شوند. در بسیاری از موارد، نانوتکنولوژی تنها یک مورد اصلی است اما برخی اوقات، محصولاتی وجود دارد که در بخش خاصی از آنها، نانوتکنولوژی نمود دارد.
اولین برنده در صنعت نانوتکنولوژی، احتمالا تولید کننده ی ابزارهایی هستند که اجازه ی کار در مقیاس نانو را فراهم می آورند. با توجه به محققین این زمینه، ابزارهای نانوتکنولوژی سالانه رشد 30 % را دارند.
سه مرحله ی رشد زیر ممکن است ایجاد شود:
• در فاز کنونی، نانوتکنولوژی به صورت انتخابی در محصولات با کیفیت بالا مخصوصاً در کاربردهای اتومبیل و هوافضا استفاده می شود.
• تا سال 2009، پیشرفت های تجاری موجب می شود تا بازار با اختراع های مربوط به زمینه ی نانوتکنولوژی، پر شود. کاربردهای الکترونیک و IT از جلمه تولید میکروپروسسورها و حافظه های کامپیوتری، با استفاده از فرایندهای نانومقیاس تولید می شوند.
• از سال 2010 به بعد، نانوتکنولوژی به عنوان یک تکنولوژی معمولی در تولید بسیاری از محصولات، مورد استفاده قرار گرفت.
بخش سلامت و علوم زیستی در نهایت بر پایه ی تکنولوژی نانو تغییر می یابند و وسایل پزشکی بر پایه ی این تکنولوژی ها، تولید و عرضه خواهد شد.

سرمایه گذاری در نانوتکنولوژی

بخش مالی مربوط به نانوتکنولوژی نقش کلیدی در انتقال دانش تکنولوژی از مراکز تحقیقاتی به صنعت و بازار دارد. برای توسعه ی محصولات و فرایندهای جدید و همچنین نفوذ به بازارهای جدید، سرمایه گذاری های قابل ملاحظه نیاز است مخصوصاً در مورد فاز اولیه ی کار. یک مشارکت نزدیک تر میان جوامع مالی و شرکت های پیشرو در زمینه ی نانوتکنولوژی می تواند موجب شود تا این موانع تسهیل شود.
با به پایان رسید سال 2004، سرمایه گذاران ریسک پذیر، یک میلیارد دلار در زمینه ی نانوتکنولوژی سرمایه گذاری کردند. این میزان رشد قابل توجهی نسبت به سال های قبل دارد. این انتظار می رود که بیشتر شرکت های نانوتکنولوژی از طریق فرایند فروش تجاری، به فروش برسند.
برای سرمایه گذاری های موفق، دو جنبه باید در نظر گرفته شود. یکی از آنها زمان بندی و دیگری، انتخاب هدف، می باشد.
اعمال فرایند "دقت فنی" (technical due diligence) نیز برای جذب بازار ضروری می باشد.
مشکلات و هزینه های مربوط به زیرساخت ها در شرکت های نانوتکنولوژی نیز پیشنهاد می دهد که برندگان آینده ی این بخش، شرکت هایی هستند که به خوبی در آنها سرمایه گذاری شده باشد. در واقع در این شرکت ها، نیاز است تا محققین فنی و تخصصی بتوانند مشکلات و چالش های پیش رو را تشخیص دهند و به نحو خوب، حل کنند. علاوه بر این، زمان طولانی تجاری سازی باید به حداقل برسد تا بدین صورت، بتوان پروژه های این شرکت ها، در زمان های مناسب، تحویل و آماده شوند.  

مسائل ایمنی، محیط زیستی و سلامت در زمینه ی نانوذرات

علاوه بر مشکلات فنی و اقتصادی قابل توجه در این زمینه، یک شک و شبهه در زمینه ی ریسک های جدید و خاص مربوط به استفاده از نانوتکنولوژی نیز شروع شده است.
عبارت کلی "نانوتکنولوژی" در واقع بسیار گسترده تر از آن چیزی است که بتوان بوسیله ی آن مسائل مربوط به مدیریت ریسک و مسائل بیمه ای را حل نمود.
یک روش متمایزتر برای در نظر گرفتن تمام جوانب مدیریت ریسک مربوطه، مورد نیاز می باشد.
با توجه به جنبه ی سلامت، محیط زیست و ریسک های مربوط به ایمنی، تقریباً تمام جوانبی که در این مورد مطرح می شود، مربوط به رها شدن نانوذرات تولید شده در محیط می باشد و به نانوذرات تثبیت شده، مرتبط نمی باشد.
ریسک و مباحث ایمنی مربوط به نانوذرات رهایش یافته تنها برای یک بخش خاص از کاربردهای گسترده ی نانوتکنولوژی مطرح می شود.
مطالعه های اپیدمولوژی در مورد ذرات ریز و بسیار ریز که به صورت اتفاقی در فرایندهای صنعتی تولید می شوند، نشاندهنده ی وجود یک رابطه میان غلظت های متعارف و غلظت های کشنده، می باشد. اثرات سلامتی نانوذرات بسیار ریز بر روی مشکلات تنفسی و قلبی و عروقی، نشاندهنده ی این است که نیاز است تا تحقیقات گسترده ای بر روی نانوذرات تولیدی و اثر آنها بر روی سلامت، انجام شود.
در مطالعه های اولیه، نانوذرات تولیدی، خاصیت سمیت از خود نشان دادند. آنها می توانند به شیوه های مختلف وارد بدن انسان ها شوند و با رسیدن به اندام های حیاتی بدن، موجب تخریب آنها شوند. به دلیل اندازه ی کوچک آنها، خواص نانوذرات نه تنها از مواد بالک مشابه، متفاوت استف بلکه همچنین الگوهای برهمکنش آنها با بدن نیز متفاوت است.
یک ارزیابی ریسک برای مواد بالک، نمی تواند برای شناسایی ریسک های مربوط به نانوذرات مورد استفاده قرار گیرد.
پیچیدگی های مربوط به خواص خاص نانوذرات با توجه به سلامت و ایمنی هنوز بوسیله ی مقررات کشورها در نظر گرفته نشده است. اثر اندازه نیز در چارچوب سیاست های REACH مربوط به اتحادیه ی اروپا، در نظر گرفته نشده است. نانوذرات یک سری از موضوعات ایمنی و مشکلات قانونی را پدید می آورند که دولت ها امروزه در حال مقابله با آنها می باشند. در حقیقت این مواد نیز نیازمند قوانین محدود کننده و ارزیابی کننده می باشند.
در حال حاضر، میزان تولید نانوذرات بوسیله ی صنایع دیگر، بسیار اندک است. برخورد نانوذرات تولید شده با کارگران، موجب افزایش غلظت این مواد در بدن کارگران این بخش ها، می شود. در طی چند سال گذشته، این فهمیده شده است که مشتری های بیشتری از محصولات حاوی مواد نانومتری، استفاده کرده اند. برچسب مربوط به موادی که حاوی نانوذرات می باشند، هنوز مشخص و تدوین نشده است. این غیر قابل اجتناب است که در آینده، نانوذرات تولید شده به صورت تدریجی در محیط رها می شوند. مطالعه های انجام شده بر روی مقاومت این مواد در محیط زیست، سمیت و همچنین تجمع بیولوژیکی آنها تنها در آغاز کار است.

نانوتکنولوژی چیست و چه چیزی موجب می شود تا نانوتکنولوژی متفاوت باشد؟

یک نانومتر (nm) در واقع یک میلیاردیم یک متر است. یک تار موی انسان در حدود 80000 نانومتر عرض دارد. یک سلول قرمز خون، تقریباً 7000 نانومتر عرض دارد. یک مولکول DNA حدود 2 تا 2.5 نانومتر و یک مولکول آب تنها 0.3 نانومتر است. واژه ی نانوتکنولوژی بوسیله ی Norio Taniguchi از دانشگاه توکیو و در سال 1974 پیشنهاد شد. این فرد این نام را به منظور توصیف تولید دقیق مواد با ابعاد نانومتری، پیشنهاد کرد اما سر منشأ این مواد به سخنرانی ریچارد فایمن در سال 1959 باز می گردد. بر اساس گفته ی ریچارد فایمن، "فضاهای قابل توجهی در ابعاد کوچک وجود دارد". بر اساس سخرانی این فرد، او پیشنهاد کرد که دستکاری مستقیم اتم های منفرد به عنوان شکلی قوی تر از سنتز شیمیایی مواد، تلقی می شود. Eric Drexler از دانشگاه MIT تعریف Taniguchi از نانوتکنولوژی را نانوتکنولوژی را توسعه داد و در کتاب معروف خود با نام "موتورهای خلقت" ، ورود به عصر نانوتکنولوژی را نوید می دهد. در یک مقیاس نانویی یعنی در ابعاد کمتر از 100 نانومتر، خواص ماده می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند. علم نانو در حقیقت مطالعه ی پدیده ها و دستکاری مواد در مقیاس اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی، به منظور فهم و بررسی ویژگی هایی است که به طور قابل توجهی از خواص در مقیاس بزرگ، متفاوت است. نانوتکنولوژی در واقع طراحی، تشخیص، تولید و استفاده از ساختارها، وسایل و سیستم ها بوسیله ی کنترل شکل و اندازه در مقیاس نانومتر، می باشد.
نانوتکنولوژی صنعتی مدرن از دهه ی 1930 شروع شده است. در واقع در این زمان، از فرایندهایی برای تولید پوشش های نقره در تولید فیلم های عکاسی استفاده شد. در این زمان، شیمیدان ها پلیمرهایی تولید کردند که دارای مولکل های بسیار بزرگ و دارای واحدهای نانومقیاس بود. به هر حال، اولین استفاده ی شناخته شده از نانوذرات به قرن 19 و در طی سلسله ی عباسی باز می گردد. کوزه گران عرب در این زمان از نانوذرات در لعاب های خود استفاده می کردند به نحوی که اجسام تولیدی با این روش ها، دارای رنگ های متفاوتی نسبت به زاویه ی دید بودند. این مواد لوسترهای پلی کرومی نامیده می شوند. نانوتکنولوژی امروزی یعنی دستکاری برنامه ریزی شده ی مواد و خواص آنها در مقیاس نانومتری، در واقع از برهمکنش سه جریان فنی، مشتق شده است:
1. کنترل بهبود یافته و جدید بر روی اندازه و دستکاری بلوک های ساختاری در مقیاس نانومتری
2. شناسایی بهبود یافته و جدید بر روی مواد در مقیاس نانومتری
3. آگاهی یافته بهبود یافته و جدید از رابطه ی میان ساختار نانومتری و خواص و نحوه ی مهندسی این ویژگی ها.
خواص مواد در مقیاس نانومتری، به دو دلیل اصلی، متفاوت است. اول آنکه، نانومواد دارای مساحت سطح بزرگتری نسبت به مواد توده ای هستند. این مسئله موجب می شود تا ماده از لحاظ شیمیایی فعالیت بیشتری داشته باشد و استحکام و خواص الکتریکی ماده نیز تحت تأثیر قرار گیرد. دوم آنکه، در زیر اندازه ی 50 نانومتری، قوانین فیزیک کلاسیک تغییر کرده و خواص کوانتمی نمود بیشتری دارند. این مسئله موجب تغییر خواص نوری، الکتریکی و مغناطیسی می شود. این اثرات می تواند خواص فیزیکی جالب توجهی در ماده ایجاد کند و یا قابلیت ذخیره سازی و انتقال ماده را تحت تأثیر قرار دهد. همچنین این اثرات می توانند خواص بیولوژیکی ماده را تحت تأثیر قرار دهند؛ مثلا نقره در مقیاس نانومتری، یک ماده ی آنتی باکتری می شود. به هر حال، این خواص می تواند به سختی کنترل شوند. برای مثال، اگر نانومواد همدیگر را لمس کنند، به هم جوش می خورند و شکل و خواص ویژه ی آنها از بین می رود. این مسئله در مورد خواص مغناطیسی مربوط به وسایل و سنسورهای میکروالکترونیکی، صدق می کند.
در مقیاس نانومتری، شیمی، بیولوژی، الکترونیک، فیزیک، علم مواد و مهندسی شروع به همگرایی می کنند به نحوی که دیگر اصول یک علم به تنهایی قابلیت استفاده ندارد. تمام این الزامات در یادگیری و بررسی فرصت های ایجاد شده بوسیله ی نانوتکنولوژی، مشارکت دارند اما اگر علم پایه حالت همگرا داشته باشد، کاربردهای بالقوه در اصل تغییر می کند. این مسئله شامل راکت های تنیس تا پزشکی و سیستم های انرژی جدید، می شود.
این پویایی علم همگرا و کاربردهای چندگانه، بدین معناست که بزرگترین اثرات نانوتکنولوژی ممکن است از ترکیب غیر منتظره ی جوانبی ایجاد شود که قبلا مجزا بوده اند. همانگونه که اینترنت موجب همگرایی تلفن و کامپیوتر شده است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Opportunities and risks of nanotechnologies/ Report in co-operation with the OECD international futures programme