نانو تکنولوژی_قسمت4
اشـــاره
ميکروسکوپ‌هاي پيمايشيِ امروزي قدرت تشخيص پستي و بلندي‌هايي از مرتبة دهم انگستروم (صدم نانومتر) را دارند. يعني فيزيکدان‌ها درخواستي را که زيست‌شناسان آن زمان از زبان فاينمن بيان کرده‌اند انجام داده‌اند.
فاينمن: اصلي‌ترين مسائل در زيست‌شناسي امروز چه هستند؟ سؤال‌هايي هستند مثل:ترتيب پايه‌هاي DNA چيست؟ وقتي يک جهش ژنتيکي رخ دهد، چه اتفاقي مي‌افتد؟ ترتيب پايه‌ها در DNA چه ارتباطي با اسيدهاي آمينه در پروتئين دارد؟ ساختار RNA چيست؟ يک‌زنجيره‌اي است يا دوزنجيره‌اي و چگونه در ترتيب پايه‌ها با DNA مرتبط مي‌شود؟ ساختار ميکروزوم چيست؟ پروتئين‌ها چطور سنتز مي‌شوند؟ RNA کجا مي‌رود؟ چگونه قرار مي‌گيرد؟ پروتئين‌ها کجا قرار مي‌گيرند؟ آمينواسيدها از کجا داخل مي‌شوند؟ در فتوسنتز، کلروفيل کجاست؟ چگونه چيده شده است؟ کاروتنويدها کجا در اين فرآيند دخيل مي‌شوند؟ سيستم تبديل نور به انرژي شيميايي چيست؟
پاسخ دادن به اين سؤالات بنيادي زيست‌شناسي بسيار ساده است. کافي اسـت به ساختارها نگاه کنيد . مي‌توانيد ترتيب پايه‌ها را در زنجيره يا ترکيب ميکروزوم را ببينيد. متأسفانه ميکروسکوپ‌ها در حال حاضر، مقياسي را مي‌بينند که بسيار زمخت است. ميکروسکوپ را صد مرتبه بهتر کنيد. در اين صورت، بسياري از مسائل زيست‌شناسي ساده‌تر مي‌شوند.
اشـــاره
امروزه با استفاده از انبرک‌هاي ليزري مي‌توان يک مولکول DNA را زير ميکروسکوپ نيروي اتمي ثابت و تصويرش را ثبت کرد.
فاينمن : ... اگر فيزيکدان‌ها بخواهند، مي‌توانند دشواري کار شيميدان‌ها در مسائل تجزية شيميايي را حل کنند. تجزية هر ترکيب پيچيدة شيميايي بسيار ساده است، فقط بايد به آن نگاه کرد و ديد اتم‌ها کجا هستند... يک سيستمِ زيستي مي‌تواند بسيار کوچک باشد. سلول‌ها خيلي ريز، اما بسيار فعال‌اند. آنها ترکيبات مختلفي مي‌سازند، حرکت مي‌کنند، و همه جور اعمال شگفت‌انگيز انجام مي‌دهند، همه در مقياسي بسيار ريز. همچنين آنها اطلاعات ذخيره مي‌کنند. امکانش را تصور کنيد که ما هم بتوانيم چيزي بسيار کوچک بسازيم که آنچه ما مي خواهيم انجام دهد يا به عبارت ديگر بتوانيم شيئي بسازيم که در آن ابعاد مانور دهد.
اشـــاره
امروزه نانوبيوتکنولوژيست‌ها تلاش مي‌کنند تا با مهندسيِ سلول‌هاي جديد، فعاليت‌هاي اين سلول‌ها را مطابق هدف مطلوبشان کنترل کنند.
4.نانـــو ماشين‌ها
فاينمن: ... امکانات يک ماشين کوچک با قابليت تحرک چيست؟ آنها ممکن است به‌دردنخور باشند، اما مسلماً ساختن آنها مُفرّح است. من نمي‌دانم به طور عملي چطور در ابعاد ريز اين کار را انجام دهم، اما مي‌دانم که ماشين‌هاي محاسبة بسيار بزرگ هستند، آنها اتاق‌هاي متعدد را اشغال مي‌کنند. چرا نمي‌توانيم آنها را خيلي کوچک بسازيم، آنها را از سيم‌هاي ريز بسازيم، از اجزاي کوچک ــ و منظور من از کوچک اين است که به عنوان مثال سيم‌ها 10 يا 100 اتم پهنا داشته باشند و مدارها در گسترة چند انگستروم قرار گيرند.
اشـــاره
اين شبيه همان مرحله‌اي است که فناوري سنتي سيليکون امروزه در آن قرار دارد. روش‌هاي زيادي براي ساخت اجزاي سنتي الکترونيک طراحي شده است. در عين حال، اصول جديدي براي کار ماشين‌هاي محاسبه با افزايش کنترل انسان در ابعاد نانو پيشنهاد شده است. ترانزيستورهاي مولکولي، ترانزيستورهاي تک‌الکتروني و اسپينترونيک حوزه‌هاي جديدي هستند که مورد مطالعة دانشمندان حوزة نانو قرار دارند.
عنوان اسپينترونيک از تشابه اين حوزه با رقيب (يا همکار) سنتي خود يعني الکترونيک ريشه گرفته است. در شيمي خوانده‌ايم که الکترون‌ها و برخي ديگر از ذرات بنيادي به غير از بار الکتريکي و جرم، خاصيت ديگري به نام اسپين هم دارند که يکي از خواص ذاتي الکترون به حساب مي‌آيد و دو مقدار مثبت يا منفي يک‌دوم به آن نسبت داده مي‌شود. جريان الکتريکي، پتانسيل الکتريکي و ميدان الکتريکي (که از روابط ماکسول پيروي مي‌کنند) ابزار اصلي در تحليل يک مدار الکترونيکي هستند و بيشتر با «بار الکترون» سر و کار دارند. محققان اسپينترونيک تلاش مي‌کنند تا با استفاده از قواعد حاکم بر برهمکنش و تغييرات «اسپين الکترون» روش‌هاي جديدي براي ساخت سيستم‌هايي معادل با مدارهاي الکترونيکي به‌خصوص براي محاسبه و ذخيرة اطلاعات بيابند.
فاينمن: امکانات ماشين‌هاي کوچک اما متحرک چيست؟ ...دوست من، آلبرت هيبس، امکان جالبي براي يک ماشين کوچک پيشنهاد مي‌کند. او مي‌گويد که اگرچه ايدة بسيار خامي است، اما بسيار جالب است اگر بتواني جراح را ببلعي. جراح مکانيکي را درون رگ قرار مي‌دهي و او به داخل قلب مي‌رود و اطراف را مشاهده مي‌کند (مسلماً اطلاعات بايد به خارج ارسال شوند). او پيدا مي‌کند که کدام دريچه مشکل دارد و با يک چاقوي کوچک آن را جراحي مي‌کند. بعضي ماشين‌هاي کوچکِ ديگر مي‌توانند به طور دائم در بدن کار گذاشته شوند تا به اعضايي که نارسايي دارند، کمک کنند.
اشـــاره
ايدة بديع نانوماشين‌ها و کاربرد آنها در بدن انسان نخستين‌بار در سخنراني فاينمن مطرح شد. هر چند هنوز هم دانشمندان نسبت به عملي بودن اين ايده در آيندة نزديک مشکوک‌اند، اما بسياري از تحليلگران آينده آن را امکان‌پذير مي‌پندارند. در يک نانوروبوت، ابزارهايي براي حس کردن، پردازش اطلاعات، حرکت، ارسال اطلاعات به خارج و انجام عمليات خاص لازم است. دانشمندان موفق شده‌اند نمونه‌هايي از حسگرها، ردياب‌ها و موتورهاي بسيار کوچک شيميايي را در ابعاد نانومتر ايجاد کنند، اما هر کدام از اين عناصر نياز به سيستم‌هاي پيچيدة جانبي براي تکميل عملکرد خود دارند، مثلاً براي مشاهدة ردياب‌ها نياز به ميکروسکوپ و براي تحليل سيگنال حسگرها نياز به سيستم‌هاي پردازندة ماکروسکوپيک وجود دارد. درست مانند يک کامپيوتر خانگي که هرچند پردازندة آن بسيار کوچک (در حدود چند ميلي‌متر مربع) است، اما براي ايجاد کارايي نياز به قطعات بزرگ جنبي دارد. امکان گنجاندن همة اين ابزار در ابعادي کوچک‌تر از يک باکتري، به‌شدت مورد ترديدِ بسياري از دانشمندان نانو است.
فاينمن:اما من هراسي ندارم که سؤال آخرم را طرح کنم. آيا ــ در آيندة بسيار دور ــ مي‌توانيم اتم‌ها را آن‌جور که مي‌خواهيم بچينيم؟ خود اتم‌هاي بسيار ريز! چه اتفاقي مي‌افتد اگر بتوانيم اتم‌ها را يکي‌يکي طوري بچينيم که مي‌خواهيم؟
اشـــاره
اين کار در حال حاضر، با استفاده از ميکروسکوپ نيروي اتمي بر روي سطوح تخت ممکن است، در عين حال قدرت طراحي اجزاي جديد با استفاده از کنترل خودآرايي مولکولي روز به روز در حال پيشرفت است. هرچند ايجاد ساختارهاي دلخواه سه‌بُعدي در اين روش‌ها و روش‌هاي مشابه محدود به چيدن لايه‌به‌لايه آنها مي‌شود. به‌تازگي اَبَربلورهايي با لايه‌نشاني توسط ليزر ساخته شده‌اند که در واقع موادي مصنوعي به حساب مي‌آيند که قبلاً وجود نداشته‌اند. در يکي از جديدترين اين دستاوردها، يک گروه هلندي با چيدن يک در ميان لايه‌هاي اتمي از يک نارسانا و يک فلز ضعيف، موفق به مشاهدة خاصيت ابررسانايي شده است[1].
ريچارد فاينمن توانسته است به نحوي شگفت‌انگيز بيشتر حوزه‌هاي فعاليت دانشمندان امروزي علوم نانو را در سخنراني خود معرفي کند. آن‌هم زماني که هنوز فعاليت چشمگيري در اين رشته شروع نشده بود. او اين کار را به دور از توهّم‌سازي و کاملاً حساب‌شده انجام داد. امروز به‌خوبي مي‌دانيم اهدافي که او 45 سال پيش مطرح کرد، يا به دست آمده‌اند يا در آيندة نزديک به وقوع خواهند پيوست. اينها همه نشان از پختگي و شهود قوي اين فيزيکدان برجسته و رهبر علمي دارد.
[1] . 1 براي مطالعة بيشتر نشاني زير را ببينيد:
مدیریت وبلاگ