یک نقطه شروع مهم

علم نانو در طبیعت: یک نقطه ی شروع مهم

اگر چه علم نانو اغلب به عنوان علمی تازه ای حس می شود، این علم در حقیقت پایه در تمام سیستم های موجود در جهان زنده و معدنی دارد. ما صدها مثال از علم نانو را هر روزه در جلوی چشمانمان نظاره می کنیم. برای مثال، مارمولک می تواند به سادگی بر روی سقف، حرکت کند و بر جاذبه زمین غلبه کند. پروانه ها با رنگ های متنوعی موجود می باشند و همچنین کرم شب تاب در شب می درخشد. در طبیعت، ما برخی راه حل ها در زمینه ی مشکلات پیچیده را مشاهده می کنیم. در سال های اخیر، دانشمندان به ابزارهای تحلیلی جدیدی دسترسی پیدا کرده اند که بوسیله ی آنها، قابلیت مطالعه ی ساختارها و عملکردهای مربوطه را دارا شده اند. این مسئله موجب شده است تا انگیزه ها در زمینه ی انجام تحقیقات در زمینه های مختلف علم نانو، افزایش یابد. این مسئله همچنین موجب افزایش سرعت رشد نانوتکنولوژی نیز شده است. بنابراین، از این منظر، علم نانو اساس و الهامی برای تکنولوژی های نانویی است.
نانومواد طبیعی نقطه ی شروع خوبی برای ورود مناسب علم نانو به کلاس درس می باشد. تصاویری از میکروسکوپ ها می تواند منبع خوبی باشد، مخصوصاً اگر در حالت زوم شده گرفته شده باشند. مثلا تصاویری از برگ گیاهان که نشاندهنده ی ساختار ظریف آنهاست. این مسئله وقتی مؤثرتر می شود که ما کار را با مواد آشنا مانند گیاهان و حیوانات، شروع کنیم (شکل 1). مطالعه ها در زمینه ی کشف تعداد نانومواد موجود در اطراف ما، می تواند جذاب و قابل توجه باشد.

چالش های آموزشی

تعریف علم نانو به طور طبیعی بر پایه ی نانومتر (یک میلیاردیم یک متر) انجام می شود. اگر چه مثال های متعددی وجود دارد که در آنها اجسامی با ابعاد نانومتری یافت می شود (مانند عرض مولکول DNA)، تجسم ذهنی این اجسام غیر ممکن است و ممکن است برای جوانان سخت باشد. این مسئله مخصوصاً در کودکانی که فاقد قابلیت تجسم ذهنی هستند، نمود دارد. حتی برای بزرگسالان نیز تجسم ذهنی این اجسام با ابعاد زیر میکرون، بسیار سخت است.
به هر حال، ما می توانیم از دانش آموزان بخواهیم تا برخی اوقات تصور کنند که این ابعاد چیزی هزاران بار کوچکتر از تار موی خودشان است. این مسئله در صورتی قابل انجام می باشد که آنها بتوانند تصور خوبی در مورد ابعادی داشته باشند که ما می خواهیم در مورد آنها صحبت کنیم. و از این مهم تر، این است که آنها بتوانند تفاوت میان اجسامی را بفهمند که در سطح نانومتری و یا سطوح کوچکتر (اتم ها و مولکول ها) قرار دارند. برای برخی افراد، دانستن این مسئله که یک سنگ یک میلیون سال قدمت دارد یا هزار میلیون سال، تفاوتی ایجاد نمی کند. هر دوی این ابعاد بسیار بزرگ هستند و در حقیقت موجب گیج شدن ما می شوند. به طور مشابه، مقیاس نانو و یا مقیاس اتمی می تواند به عنوان مقیاس معین فهمیده شود که بسیار کوچکتر از تصور ما می باشد. بنابراین، چالش ایجاد شده در اینجا، معرفی مقیاس نانو و جنبه ی علم نانو به شیوه ای معنادار است. با این کار می توان توجه دانش آموزان را جلب کرد ولی برخی اوقات این کار می تواند گیج کننده باشد. در این زمینه، یک روش بر پایه ی پرس و جو به همراه فعالیت های دستی می تواند مفید باشد. برای مثال، شروع از یک مکعب از یک ماده ی نرم و برش پی در پی آن، می تواند دید خوبی به دانش آموزان دهد. در این حالت مقایسه ی ابعاد نیز می تواند مفید و ارزشمند باشد. تصاویر میکروسکوپی به احتمال زیاد یک منبع خوب است که در دسترس ما می باشد، مخصوصاً اگر این تصاویر در حالت زوم شده، باشند. اما چیزی که مهم تر است، نشان دادن خصوصیات عجیب و غریب مقیاس نانومتری است. قدم بعدی فهمیدن این مسئله است که چرا این اجسام در این سطح، دارای رفتاری متفاوت نسبت به حالت بالک هستند. مثال هایی باید زده شود که به جای تلاش به منظور تصور یک نانومتر، به دانش آموزان چیزی را الهام دهد که این مقیاس معنا دارد. برای مثال، طلا یک مثال جالب توجه است. در حقیقت این ماده رنگ زرد دارد. با مقایسه ی این رنگ با رنگ کوانتم دات های طلا، می تواند تصور خوبی از تغییر خواص بدست آوریم. هر چه مثال مربوط به روش مترولوژی انتخاب شده، مرتبط تر باشد، این مهم است که به یاد داشته باشیم که افراد جوان مشکل زیادی در زمینه ی ادراک اجسام در مقیاس نانو، دارند. بنابراین، این مهم نیست که از آنها بخواهیم چیزی را که در حد نانومتر است، تصور کنیم. بلکه به جای آن، آنها باید چیزی را درک کنند که بسیار ریز است. NANOYOU ابزارهای متعددی برای فایق آمدن بر این مشکلات ابداع کرده است مثلا برخی بازی ها، پازل ها و آزمایش ها.
یکی از جنبه ها که اغلب در زمان معرفی علم نانو و نانوتکنولوژی، فراموش می شود، طبیعت واقعی اجسام نانومتری و یا نانومواد می باشد. این ممکن است که به طور اشتباه به شنوندگان گفته شود که این اجسام، مانند ذرات ایروسل می توانند در یک محیط پراکنده شوند. اگر چه برخی از نانوذرات بوسیله ی هوا جابجا می شوند و بیشتر نانومواد که مورد تحقیق و بررسی قرار می گیرند، می توانند به زیرلایه های مختلف بچسبند. علاوه بر این، علم نانو نه تنها به بررسی اجسام نانومتری می پردازد، بلکه همچنین به بررسی نانوساختارهایی می پردازد که در داخل اجسام بزرگ، قرار دارند. برای مثال، یک سیم که دارای ابعادی در حد تار موی انسان است، می تواند از مولکول هایی تشکیل شوند که در جهت سیم منظم شده اند.

صحبت در مورد تصویر بزرگتر

نانوتکنولوژی در طی سال های اخیر، با سرعت بزرگی پیشرفت کرده است. این پیشرفت هم در سطح آزمایشگاهی و هم در سطح تجاری انجام شده است. وعده های نانوتکنولوژی در بسیاری از کاربردها وجود دارد و این مسئله منجر به سرمایه گذاری های آشکار در سطح تحقیقاتی و صنعتی شده است. سایر تکنولوژی های نوظهور در گذشته، در جوامع علمی مورد توجه می باشند. این تکنولوژی ها، پتانسیل قابل توجهی در زمینه ی تجاری سازی دارد که بیشتر این موارد در زمینه ی مهندسی ژنتیک محصولات غذایی می باشد. عموماٌ این انتظار وجود دارد که ارگانیزم های اصلاح شده بتوانند وارد صنعت غدایی و پزشکی شوند. به دلیل یک سری از موضوعات، GMOs بوسیله ی جوامع مصرفی مورد توجه قرار نگرفته است. در واقع این مسائل موجب ایجاد نتایج عکس شده است. در بسیاری از کشورها، این محصولات ممنوعیت مصرف دارند و قانون های محکمی در این زمینه، وجود دارد. سوال های اخلاقی مختلفی در زمینه ی این مطرح است که چه کسی از این محصولات منفعت می برد و چه پیچیدگی هایی این مواد به صورت دراز مدت بر روی سلامتی و سیکل زندگی انسان ها و حیوانات، ایجاد می کنند. مسئله ی GMO یک مثال ساده از یک تکنولوژی نوظهور است که به طور مناسب مورد تجزیه و تحلیل اخلاقی، قانونی و اجتماعی (ELSA ) قرار نگرفته است. این مورد یک مثال واضح از تکنولوژی ابداعی است که از واکنش مشتری ها، رنج می برد. این واکنش ها در برخی موارد منجر به متوقف شدن تحقیقات بر روی این مواد شده است. مشتری ها، دارای قدرت بیشتری نسبت به محققین هستند.
در مورد تکنولوژی های بر پایه ی نانوتکنولوژی، این مطرح است که مسئله به طور متفاوت در تمام سطوح، حل شود. احتمالاً برای اولین بار در تاریخ ابداعات علمی، محققین و قانون گذاران، سازمان های غیر دولتی (NGOs)، سازمان های مصرف کننده، اتحادیه های تجاری و صنایع مربوطه، تماماً در حال تدوین خطوط راهنما، برنامه های عملیاتی، پروتکل ها و مقررات در این زمینه می باشند. برای اطمینان یافتن از تحقق پتانسیل های موجود، باید ایمنی و مسائل اخلاقی حفظ شود. این واضح است که این کار یک تلاش گسترده و کاری پیچیده می باشد و هم اکنون تنها شروع کار است.
برای مدرسین، مطرح نمودن موضوعات ELSA در کلاس درس یک فرصت مناسب برای صحبت در مورد علم، تکنولوژی و ابداعات پیچیده تر می باشد. این مسئله موجب می شود تا فرصت شبیه سازی بحث در کلاس برای مربیان فراهم آید. در واقع این بحث ها می تواند شاکله ی تفکری دانش آموزان در زمینه ی این مسائل را باز کند. این شانس وجود دارد که در مورد تصویر بزرگتری از علم و ابداعات صحبت شود و در مورد پیچیدگی های موجود در این زمینه و اثر آنها بر افراد و جوامع بشری، صحبت شود.

صحبت در مورد ELSA و ایمنی در کلاس درس

سوال های مطرح شده در زمینه ی اخلاق، اثرات اجتماعی، ایمنی و ... به ندرت بخشی از برنامه ی درسی ثانویه می باشد. بسته به سن و برنامه ی درسی مدرسه، برخی دانش آموزان باید دروس فلسفه را بگذرانند و برخی دیگر نیازمند این دروس نمی باشند. از این رو، موضوعات ELSA به احتمال زیاد یک جنبه ی جدید برای اکثر دانش آموزان است. سوال مطرح شده در اینجا، این است که چگونه این جنبه ها برای دانش آموزان خام، معرفی شود و چگونه به سوالات مختلف مطرح شده در کلاس، پاسخ داد. در غیر اینصورت، نتیجه ممکن است بدین صورت باشد که ELSA و مسائل مربوط به ایمنی، بسیار حاد می باشند و به حدی گسترده اند که به راحتی نمی توانند مورد بررسی قرار گیرند.
بررسی اجمالی موضوعات ELSA در تکنولوژی های بر پایه ی نانو
در ادامه یک بررسی اجمالی در زمینه ی سوالات مطرح شده در مورد ELSA انجام خواهد شد که در حقیقت وابسته به تکنولوژی های بر پایه ی نانو می باشد. لیست خسته کننده نیست و به مدرسین ایده های خوبی در زمینه ی گستردگی و پیچیدگی این موضوعات، ارائه می دهد. بیشتر سوالات دیگری که ما به آنها پاسخ نداده ایم را نیز می توان در کلاس و برای دانش آموزان مطرح نمود.

حریم خصوصی

ما در دنیایی زندگی می کنیم که حرکت های ما اغلب بوسیله ی دوربین های مخفی مورد کنترل قرار می گیرد. کوچک سازی به این ابزارها اجازه می دهد تا در بسیاری قطعات جاسازی شوند و تکنولوژی های بر پایه ی نانو به احتمال زیاد منجر به تولید وسایل بسیار کوچک تری می شود که حتی در داخل بافت پارچه و مواد کامپوزیتی نیز قابلیت تعبیه شدن دارند. امروزه، انتخاب های مشتری ها بوسیله ی خریدهای اینترنتی و سایر روش های غیر مستقیم دیگر، ردیابی می شود؛ اما لیبل های هوشمند هم اکنون در حال استفاده ی در سیستم های ردیابی می باشند که به آنها تشخیص فرکانس رادیویی (RFID) گفته می شود. این لیبل ها هم اکنون موجود می باشند اما بسیار بزرگ هستند و برای مثال، از آنها در پاسپورت های الکترونیک، استفاده می شود. با کوچک سازی این قطعات، هر چیزی می تواند حاوی لیبل هوشمند باشد. از این رو، ردیابی موقعیت آن، به سهولت قابل انجام می باشد. برای مثال، این مسئله این اطمینان را ایجاد می کند که در مورد بسته بندی غذاها، یکپارچگی محصول، شرایط انتقال و ... قابل تشخیص می باشد. تکنولوژی RFID می تواند راه حل نهایی برای جلوگیری از تقلب و دزدی باشد. البته مخالفات هشدار می دهند که یک چنین وسایلی می تواند به عنوان چیپ های جاسوسی مورد استفاده قرار گیرند و حتی در داخل بدن انسان نیز قرار داده شوند. این کار می تواند توسط دولت انجام شود. این مسئله در واقع موجب محدود شدن آزادی جوامع بشری می شود. برای مثال، اگر شرکت های غذایی از این وسایل در محصولات خود استفاده کنند، آنها می توانند به اطلاعات خصوصی ما دسترسی پیدا کنند.
ورژن دیگر از این مورد در صنعت ICT، مسئله ی "اطلاعات محیطی" است: محاسبه و ایجاد ارتباط همواره قابل دسترسی می باشد و این کار می تواند از طریق روش های هوشمند انجام شود. این ورژن دارای وسایل الکترونیکی است که به صورت درگاهی میان استفاده کننده و محیط عمل می کنند. این مسئله نیازمند وجود وسایل سنجش و محاسبه ی در دسترس می باشد. این وسایل باید تا حد ممکنه کوچک باشند. در هر محیطی قابلیت استفاده داشته باشند و بتوان آنها را در محیط های نرم مانند بافت پارچه نیز تعبیه کرد. این بخش ها باید خودمختار بوده و میزان مصرف انرژی در آنها، مینیمم باشد. تکنولوژی های بر پایه ی نانو ظرفیت مفهومی برای تحقق بخشی به این واقعیت را دارا می باشند. چارچوب زمانی برای تحقق این امر، می تواند دهه ها طول کشد اما این مسئله زمانی واقعیت پیدا خواهد کرد. در واقع ما در جهانی زندگی می کنیم که ارتباط های داخلی قابل توجهی وجود دارد که در حقیقت هیچگاه به صورت منفرد مورد بررسی قرار نگرفته اند. این واضح است که این مسئله موجب ایجاد مزیت های افزوده به زندگی کنونی می شوند اما می توانند زندگی ما را نیز تهدید کنند.

عدالت

چه کسی باید از نانوتکنولوژی نفع ببرد؟ آیا نانوتکنولوژی به بخش خاصی از دنیا نفع بیشتری می دهد؟ آیا وسایل درمانی و تشخیصی پزشکی، که بوسیله ی نانوتکنولوژی توسعه می یابند، برای هر کس موجود می باشند؟ آیا این تکنولوژی در سیستم های سلامت عمومی وجود دارند و یا آنقدر گران قیمت است که تنها محدود به بخش خاصی از جمعیت می باشد؟
سوالات مربوط به عدالت نانوتکنولوژیکی مشابه نیستند بلکه وابسته به مزیت های فنی متعدد می باشند. تاریخچه ی مربوط به توسعه ی داروها و نسل هایی از ثبت اختراع ها در این زمینه، پر است از سوال هایی در مورد عدالت. نانوتکنولوژی موجب می شود تا تکنولوژی در بسیاری از بخش ها، کاربردی شود. در واقع بدین وسیله، کیفیت زندگی افراد به شیوه های مختلف افزایش می یابد. به همین دلیل، سوال های مربوط به عدالت مهم تر و گسترده تر هستند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Nanotechnologies Principle, Application and Implication and Hands- on activities / Matteo Bonazzi