ما هي تقنية النانو - أمثلة ، التطبيقات والمخاطر المستقبلية
كل شيء ذو طبيعة طبيعية - البشر والنباتات والمعادن والهواء - يتكون من مجموعات من الذرات والجزيئات المرتبطة ببعضها البعض إما عن طريق الشكل أو الشحنة الإلكترونية. إن معالجة الذرات على نطاق النانو من شأنه أن يسمح للبشر نظريا بإعادة إنتاج كل شيء من الماس إلى الغذاء.
على الرغم من أن فوائد هذه التقنية لا تعد ولا تحصى ، إلا أنها أثارت قلقًا كبيرًا من أن التلاعب الجزيئي قد يؤدي عن غير قصد إلى حدوث مشكلات أكثر من الحلول - حتى الانقراض البشري ويشمل ذلك. تعارض منظمات مثل أصدقاء الأرض في أستراليا ، والأفراد الذين يتجهون نحو الوحشية في المكسيك ، ورابطة المستهلكين العضوية في أمريكا بنشاط أي تطوير إضافي لمشاريع النانو.
ما هو "مقياس" ولماذا هو مهم?
تقنية النانو هي العلم الذي يتعامل مع معالجة المادة على نطاق ذري وجزيئي وشبه الجزيئي - وبعبارة أخرى ، أصغر بكثير مما يمكن أن تراه العين المجردة. كل نانومتر هو المليار من المتر - تقريبا طول طول أظفار ينمو في ثانية واحدة. لوضع ذلك في الاعتبار ، يبلغ عرض شعرة الإنسان ما بين 80 إلى 100000 نانومتر تقريباً ، وخلايا الدم الحمراء 2500 نانومتر ، وقطر الدنا البشري يبلغ قطره 2.5 نانومتر..
من خلال تطوير أدوات الدقة الاستثنائية ، مثل مجهر المسح النفقي والمجهر ذي القوة الذرية ، أصبحت التكنولوجيا النانوية ممكنة. ينبع وعدها وخطرها من فهمنا المتزايد للفيزياء الكمومية ، التي تتعامل مع الأشياء الصغيرة جدًا. من المثير للدهشة ، أن سلوك المواد في المقياس النانوي غالباً ما يتعارض مع خواصه على نطاق أوسع.
على سبيل المثال ، قد تصبح المواد ذات الشكل الأكبر التي لا تحمل شحنة كهربائية - عوازل - أشباه الموصلات على مستوى نانو ، تماماً كما قد تتغير نقاط الانصهار وغيرها من الخصائص الفيزيائية. يمكن لفحم الكوك من الألمنيوم أن يسقط في مسحوق يتراوح من 20 إلى 30 نانومتر تلقائيًا في الهواء - خاصية تجعله محفزًا لوقود الصواريخ. وبالمثل ، يتم تصنيع كل من الماس والجرافيت في قلم رصاص من الكربون ، لكنهما يتمتعان بخصائص مختلفة تمامًا نظرًا لطريقة رابطة ذرات الكربون.
نانو المصطلحات
كما توسعت العلوم في مجال "نانو" ، وكذلك المصطلحات. فيما يلي بعض التعريفات الأساسية:
- تكنولوجيا النانو: أي تكنولوجيا ، بما في ذلك العمليات الصناعية والكيميائية التقليدية ، التي تنطوي على هياكل بين مائة ومائة نانومتر ، مع خصائص جديدة. يتم استخدام الطلاء بتقنية النانو بالفعل في صناعة الملابس المصنوعة من ألياف مقاومة للبقع ومستحضرات واقية من الشمس عالية الأداء ، على سبيل المثال.
- Nanofactories: على مقياس النانو ، كل طريقة تصنيع هي ببساطة طريقة لترتيب الذرات. تُعرف المصانع النانوية أيضًا باسم "المجمعات الجزيئية" ، وهي وحدات تصنيع صغيرة مغلقة تعمل على المناورة والجمع والتعامل مع الجزيئات التفاعلية لبناء هياكل فيزيائية وبيولوجية معقدة - من المعادن إلى الأعضاء البشرية والعظام. تعتبر الخلية البشرية الواحدة هي المثال المثالي لوحدة تصنيع الجزيئات البيولوجية ، أو النانوية ، التي تقرأ المادة الوراثية الرقمية (DNA) لتوجيه عملية الجمع. يتوقع جون بورش من معهد التبصر أن تطبيقات الهندسة الجزيئية البيولوجية والتصنيع يجب أن تتوسع وتتطور بسرعة بحلول منتصف القرن الحادي والعشرين.
- الروبوتات الصغيرة: هذه منتجات من المصانع النانوية ، لكن لا يُتوقع أن تكون متماثلة ذاتياً أو موجهة. تقع الروبوتات النانوية عند تقاطع التكنولوجيا النانوية والروبوتات ، وهي خيال علمي أكثر من العلم ، في هذه المرحلة. ومع ذلك ، هناك بالتأكيد احتمالات مثيرة للاهتمام لاستخدامها ، وخاصة داخل الأجسام البشرية. يتوقع بعض المستقبليين أن يتمكن الإنسان النانوي يومًا ما من السفر عبر مجرى الدم للبحث عن الخلايا المريضة المحددة ومعالجتها. على سبيل المثال ، قد يكون nanobot يهاجم ويدمر السرطانات من نوع معين فقط.
الاستخدامات الحالية والمستقبلية لتكنولوجيا النانو
وفقًا لجمعية علم السموم ، فإن التقدم في تقنية النانو ينتج بالفعل مجموعة متنوعة من المواد الجديدة. كما أنها تعمل على تكييف المواد القديمة ، مثل الكربون ، مما يمنحها "إمكانات كبيرة لتحسين المنتجات الاستهلاكية والصناعية ، وتلبية الاحتياجات الحرجة للطاقة ، وتعزيز أنظمة الأمن ، وتحسين المجال الطبي".
تظهر الأنابيب النانوية الكربونية ـ التي تتخيل ورقة من ذرات الكربون ـ في المنتجات الاستهلاكية مثل مضارب التنس ونوادي الجولف. إنها تظهر قوة مضاعفة 200 مرة وخمس مرات من مرونة الصلب ، وخمسة أضعاف التوصيل الكهربائي للنحاس ، ونصف كثافة الألومنيوم. بالإضافة إلى ذلك ، فهي لا تصدأ أو تتحلل من الإشعاع أو تمدد أو تتقلص مع تغير درجة الحرارة. في هذا الصدد ، فإن جاذبية تطبيقها في منتجات مثل السيارات والطائرات يصبح واضحا تماما.
يسرد مشروع تقنيات النانو الناشئة في Virginia Tech أكثر من 1790 منتجًا مستهلكًا حاليًا مُمكّن نانو ، بما في ذلك الأغطية القطنية ومزيلات الشحوم وأعمدة الجولف والطلاء ومستحضرات التجميل. حتى أن بعض العلماء توقعوا أن الخلايا الشمسية يمكن تطويرها في نهاية المطاف بمثل هذه المتانة وبتكلفة منخفضة بحيث تسمح باستخدامها في الأسقف والأرصفة والطرق - مما يؤدي إلى توفير طاقة غير ملوثة وفيرة وغير مكلفة.
تشمل الأمثلة المحددة للمنتجات الحالية التي تستخدم تقنية النانو ما يلي:
- نظام Seldon Technologies 'MineralWater عبارة عن جهاز ترشيح للأنابيب النانوية الكربونية يزيل مسببات الأمراض والملوثات مثل الفيروسات والبكتيريا والخراجات والجراثيم لتوصيل المياه الصالحة للشرب التي تفوق معيار USEPA لمياه الشرب.
- حبر الأنابيب النانوية الكربونية لـ Linde Electronics مخصص للشاشات وأجهزة الاستشعار والأجهزة الإلكترونية مثل الهاتف الذكي مع شاشة قابلة للطي أو جهاز GPS مثبت في الزجاج الأمامي للسيارة.
- منتجات واقية من الشمس تشمل ثاني أكسيد التيتانيوم أو جزيئات نانو أكسيد الزنك تعكس أو تمتص الأشعة فوق البنفسجية المسببة للسرطان. هذه المنتجات غير مرئية وطويلة الأمد ، وتحتوي على مواد أقل تهيجًا ومسببة للحساسية ، من واقيات الشمس التقليدية.
- تحتوي الآن العديد من الضمادات التي لا تحتاج إلى وصفة طبية على جزيئات نانوية من الفضة تمنع العدوى حول الجروح والتآكل ، وتمزج بشكل فعال مرهم مضاد حيوي مع الضمادة.
- سوائل حمام السباحة المضادة للبكتيريا. هذه هي أكثر فعالية في مكافحة البكتيريا الضارة مع تقليل تعرض السباحين للمواد الكيميائية القاسية للمنتجات السابقة.
كما توقع معهد Foresight ، ستشمل الفوائد اليومية لزيادة توافر المصانع النانوية ما يلي:
- الروبوتات الطبية التي تشفي من الأمراض وعكس الشيخوخة. روبرت فريتاس ، كبير الباحثين في معهد التصنيع الجزيئي ، يشرع في سلسلة كتبه Nanomedicine في المستقبل حيث يتم إدخال الروبوتات النانوية الطبية في جسم الإنسان لإجراء العمليات الجراحية الخلوية والمجهرية ، وإصلاح إصابات معينة ، والقيام بدوريات في الجسم للتعرف على الأمراض ومقاومتها. . على موقع معهد الأخلاقيات والتكنولوجيات الناشئة ، وصف بورش سيناريو حيث تزود حبوب منع الحمل المبتلعة المواد الجزيئية بتعليمات للجنوبات النانوية لتكوين خلايا عصبية جديدة لاستبدال خلايا الدماغ التالفة أو التي تموت. ستعالج خلايا الدماغ الجديدة هذه المعلومات بشكل أسرع بكثير من الدماغ البيولوجي ، تمامًا كما يمكن أن يكون الطرف الاصطناعي أقوى من الذراع أو الساق البشرية.
- انخفاض تكلفة المنتجات المصنعة. سوف تنخفض التكاليف الأساسية إلى قيمة المواد الخام مثل الكربون والنيتروجين والأكسجين والطاقة اللازمة لتشغيل النانو. تخيل سيارة مصنوعة من ألياف الكربون وتم إنشاؤها في مصانع النانو - بدلاً من المواد التي تتطلب التعدين والمعالجة والتكوين. من الناحية النظرية ، يمكن تجميع أي مادة أو شيء تقريبًا من أسفل إلى أعلى من خلال مزيج من المصانع النانوية. تحدث النتائج على نطاق واسع عندما يتم الجمع بين العمليات النانومترية المتزامنة والتآزرية. يتنبأ إريك دريكسلر ، المهندس الأمريكي المعروف بشعبية تكنولوجيا النانو ، بمستقبل للمصانع التي تعمل على سطح المكتب والتي تنتج منتجات كبيرة ومفيدة ، مثل "وحدة النسخ المتماثل" لشهرة "ستار تريك". في الواقع ، في يونيو 2014 ، أعلن معهد العلوم الصحية التابع لشركة نستله عن مشروع جديد قد يؤدي في النهاية إلى "آلة مطبخ يمكنها صنع مكملات غذائية مخصصة - أو حتى طعام".
- تطوير الذكاء العام الاصطناعي (AGI). وفقًا لمعهد Foresight ، ستشمل المصانع النانوية أنظمة الماكينات للأعمال الهندسية والفنية التي بدورها ستقوم بتصنيع أجهزة الكمبيوتر التي تكون أقوى وأقل تكلفة من أجهزة الكمبيوتر الحالية بآلاف المرات. مع تعلم الآلات ونقل المعرفة من تطبيق أو بيئة إلى أخرى ، أصبحت التطورات السريعة محتملة. ومع ذلك ، هناك بعض التساؤلات حول مدى سرعة تحقيق AGI. منذ عام 1990 ، أصبحت جائزة قدرها 100000 دولار متاحة لأي شخص يمكن لآلهته خداع القضاة المستقلين للاعتقاد بأنها إنسانية أثناء مشاركتهم في محادثة حرة. لم يتم منح الجائزة بعد.
- القضاء على التلوث الكيميائي الصناعي. نظرًا لاستخدام كل ذرة في مخزون الأغذية العضوية في المنتج النهائي ، أو توجيهها إلى نفايات معبأة بشكل صحيح ، لا يتم إطلاق أي ذرات ملوثة في البيئة. على سبيل المثال ، ينتج الفحم الطبيعي ملوثات مثل ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين والجزيئات الفيزيائية المحمولة بالهواء والزئبق عند الاحتراق. بناء وقود اصطناعي يزيل المنتجات الثانوية ، أو يحولها إلى شكل غير ضار ، سيكون أكثر صحة وأقل تكلفة.
مخاطر ومخاطر تقنية النانو
حتى أنصار التكنولوجيا النانوية ، مثل Burch و Drexler ، يدركون قدرتها على الإضرار وربما يهلكون الجنس البشري إذا كانت التكنولوجيا غير خاضعة للرقابة أو موجهة بشكل خاطئ. وتشمل هذه الآثار الضارة المحتملة ما يلي:
- الاكتظاظ السكاني. انخفض معدل وفيات البشر الذين تزيد أعمارهم عن 80 عامًا بحوالي 1.5٪ سنويًا منذ الستينيات. يقترح روبرت فريتاس ، الابن ، أن التقدم في تقنية النانو سوف يقضي على جميع الأمراض الوراثية والشيخوخة البطيئة ، "مما يزيد من صحة الإنسان على الأقل عشرة أضعاف". إذا لم تقلل الزيادات في طول العمر من المواليد ، فإن الجنس البشري سوف يتوسع بشكل كبير ، مما يؤدي إلى تفاقم التوترات المجتمعية واحتمال استنفاد الموارد.
- زيادة في الجريمة والإرهاب. يمكن أن تصبح الأسلحة الكيميائية والبيولوجية أكثر فتكًا وأسهل إخفاءًا أو تعقبها ، خاصةً إذا كانت متوفرة في السوق السوداء أو يمكن تصنيعها في مصنع محلي. من الناحية النظرية ، يمكن أن تنتج المصانع النانوية سلاحًا ذكيًا مضادًا للأفراد بحجم حشرة قادرة على تحمل جرعة مميتة من التسمم الغذائي. يمكن تجميع عدد هذه الأسلحة القادرة على قتل كل إنسان على هذا الكوكب في حقيبة واحدة.
- التفاوت بين الملاذات والملاذات. من المحتمل أن تكون تطويرات تقنية النانو باهظة الثمن في البداية وبالتالي محمية بطبقات من براءات الاختراع والقوانين والحواجز المانعة للمنافسة. وفقًا لذلك ، من المحتمل أن تقتصر فوائد انخفاض التكاليف على مالكي التكنولوجيا. يمكن أن يصبح الفقر وتفاوت الدخل أكثر من اللازم ، مما يولد اضطرابات اجتماعية.
- الصراعات على المعتقدات الدينية وأنماط الحياة. في جميع أنحاء العالم ، يتم حظر المنتجات أو تقييدها وفقًا للمبادئ الدينية أو الأخلاقية التي لا تتقاسمها الأغلبية بالضرورة. ومن الأمثلة على ذلك البنادق في بريطانيا ، والكحول في المجتمعات الإسلامية ، والمخدرات الترفيهية في مختلف البلدان. القدرة على إنتاج المنتجات المحظورة في المصانع النانوية الشخصية يمكن أن تسبب تعطلًا في تلك المجتمعات.
- ظهور "غراي غو." يساور بعض العلماء القلق من أن المصانع النانوية الذاتية التكرار قد تنفجر ، فتأكل المحيط الحيوي في مسعى مسعور لعمل نسخ غير محدودة من أنفسهم. كما أن السلوك المعادي للمجتمع لا يقاوم بالنسبة لنسبة مئوية معينة من السكان - كما يتضح من عدد فيروسات الكمبيوتر الموجودة - من المحتمل أن يقوم الأفراد والجماعات غير المسؤولة بصنع نسخ متناهية الصغر ذاتية التكرار ، مما يزيد من احتمال وقوع كارثة.
كلمة أخيرة
يدعي ستيف جورفتسون ، العضو المنتدب لشركة دريبر فيشر جورفتسون لرأس المال الاستثماري ، أن مستقبل تكنولوجيا النانو ليس مسألة "إذا ،" بل "متى". يوافق جوش وولف ، المؤسس المشارك لشركة لوكس كابيتال ورئيس تحرير مجلة فوربس / وولف نانوتك ريبورت ، قائلاً إن كل شيء - الملابس والغذاء والسيارات والإسكان والدواء وأجهزة الاتصالات والهواء الذي نتنفسه والماء الذي نشربه - سيخضع " تغيير عميق وأساسي. ونتيجة لذلك ، فإن الهيكل الاجتماعي والاقتصادي للعالم ".
هل ستكون تكنولوجيا النانو "حجر الفيلسوف" قادرًا على تحقيق كل أمنية ، أو فتح صندوق باندورا ، لإطلاق العنان لمصاعب وأهوال لا يمكن تصورها على الحياة البشرية كما نعرفها?
