بحث حول تقنية النانو

بحث حول تقنية النانو 

التقانة النانوية (بالإنجليزية: Nanotechnology) أو تقانة الصغائر هي دراسة ابتكار تقنيات و وسائل جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر وهو جزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر. عادة تتعامل التقانة النانوية مع قياسات بين 0.1 إلى 100 نانومتر أي تتعامل مع تجمعات ذرية تتراوح بين خمس ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريا والخلية الحية . ولكنها حتى الأن لا تختص بعلم الأحياء بل تهتم بخواص المواد.

و هذا التحديد بالقياس يقابله اتساع في طبيعة المواد المستخدمة . فالتقانة النانوية تتعامل مع أي ظواهر أو بنايات على المستوى النانوي الصغير . مثل هذه الظواهر النانوية يمكن أن تتضمن تقييد كمومي quantum confinement التي تؤدي إلى ظواهر كهرومغناطيسية و بصرية جديدة للمادة التي يبلغ حجمها بين بين حجم الجزيئ و حجم المادة الصلبة المرئي . تتضمن الظواهر النانوية أيضا تأثير جيبس-تومسون - و هو انخفاض درجة انصهار مادة ما عندما يصبح قياسها نانويا ، اما عن البنايات النانوية فأهمها الأنابيب النانوية الكربونية.

يستخدم بعض الكتاب الصحفيين أحيانا مصطلح (تقنية الصغائر للتعبير عن النانونية) رغم عدم دقته ، فهو لا يحدد مجاله في التقانة النانوية أو الميكرونية إضافة إلى التباس كلمة صغائر مع جسيم أو الدقائق Particles

العلوم النانوية و التقنية النانوية إحدى مجالات علوم المواد و اتصالات هذه العلوم مع الفيزياء ، الهندسة الميكانيكية و الهندسة الحيوية و الهندسة الكيميائية تشكل تفرعات و اختصاصات فرعية متعددة ضمن هذه العلوم وجميعها يتعلق ببحث خواص المادة على هذا المستوى الصغير.

وكما جاء في مقال في جريدة (الحياة اللندنية) للكاتب (أحمد مغربي) تعرّف التقنية النانوية بأنها تطبيق علمي يتولى إنتاج الأشياء عبر تجميعها على المستوي الصغير من مكوناتها الأساسية، مثل ذرة و الجزيئات. وما دامت كل المواد المكونة من ذرات مرتصفة وفق تركيب معين ، فإننا نستطيع أن نستبدل ذرة عنصر ونرصف بدلها ذرة لعنصر آخر ، وهكذا نستطيع صنع شيء جديد ومن أي شيء تقريبا. وأحيانا تفاجئنا تلك المواد بخصائص جديدة لم نكن نعرفها من قبل ، مما يفتح مجالات جديدة لاستخدامها وتسخيرها لفائدة الإنسان ، كما حدث قبل ذلك باكتشاف الترانزيستور.

وتكمن صعوبة التقنية النانوية في مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزئة الموادالمتكونة منها. فهي تحتاج بالتالي إلى أجهزة دقيقة جدا من جهة حجمها ومقاييسها وطرق رؤية الجزيئات تحت الفحص . كما أن صعوبة التوصل إلى قياس دقيق عند الوصول إلى مستوى الذرة يعد صعوبة أخرى تواجه هذا العلم الجديد الناشئ

ثورة النانو في العالمانطلقت بعض الدول لعمل دراسات حول هذه التقنية, وقامت دول أخرى بعمل مراكز بحوث ودراسات وجامعات مخصصة لتقنية النانو, وكلفت مجموعة من الخبراء المميزين لدراسة هذه التقنية.

في مجال الصحة سوف يكون لدى الأطباء القدرة على السيطرة على بعض الأورام الصغير التي لايمكن التأثير عليها في السابق.

وأيضا في مجالات أخرى...

النانو تقني

لقد كان التطور التقني الهائل هو السمة الفريدة في القرن العشرين الذي ودعناه قبل بضع سنوات ، و قد أجمع الخبراء على أن أهم تطور تقني في النصف الأخير من القرن الحالي هو اختراع إلكترونيات السيليكون أو الترانزيستور والمعامل الإلكتروني ، فقد أدى تطويرها إلى ظهور ما يسمى بالشرائح الصغرية أو الـ(MicroChips) والتي أدت إلى ثورة تقنية في جميع المجالات كالاتصالات و الحواسيب والطب وغيرها . فحتى عام 1950 لم يوجد سوى التلفاز الأبيض و الأسود ، وكانت هناك فقط عشرة حواسيب في العالم أجمع . ولم تكن هناك هواتف نقالة أو ساعات رقمية أو الانترنت ، كل هذه الاختراعات يعود الفضل فيها إلى الشرائح الصغرية و التي أدى ازدياد الطلب عليها إلى انخفاض أسعارها بشكل سهل دخولها في تصنيع جميع الإلكترونيات الاستهلاكية التي تحيط بنا اليوم . و خلال السنوات القليلة الفائتة ، برز إلى الأضواء مصطلح جديد ألقى بثقله على العالم وأصبح محط الاهتمام بشكل كبير ، هذا المصطلح هو "تقنية النانو" .

فهذه التقنية الواعدة تبشر بقفزة هائلة في جميع فروع العلوم والهندسة ، ويرى المتفائلون أنها ستلقي بظلالها على كافة مجالات الطب الحديث و الاقتصاد العالمي و العلاقات الدولية وحتى الحياة اليومية للفرد العادي فهي و بكل بساطة ستمكننا من صنع أي شيء نتخيله وذلك عن طريق صف جزيئات المادة إلى جانب بعضها البعض بشكل لا نتخيله وبأقل كلفة ممكنة ، فلنتخيل حواسيباً خارقة الأداء يمكن وضعها على رؤوس الأقلام والدبابيس ، ولنتخيل أسطولا من الروبوتات النانوية الطبية والتي يمكن لنا حقنها في الدم أو ابتلاعها لتعالج الجلطات الدموية و الأورام والأمراض المستعصية .

والنانو هي مجال العلوم التطبيقية والتقنية تغطي مجموعة واسعة من المواضيع. توحيد الموضوع الرئيسي هو السيطرة على أي أمر من حجم أصغر من الميكروميتر ، كذلك تصنيع الأجهزة نفسه على طول هذا الجدول. وهو ميدان متعدد الاختصاصات العالية ، مستفيدا من المجالات مثل علم صمغي الجهاز مدد الفيزياء والكيمياء. هناك الكثير من التكهنات حول ما جديد العلم والتقنية قد تنتج عن هذه الخطوط البحثية. فالبعض يرى النانو تسويق مصطلح يصف موجودة من قبل الخطوط البحوث التطبيقية إلى اللجنة الفرعية حجم ميكرون واسع. رغم بساطة ما لهذا التعريف ، النانو عليا تضم مختلف مجالات التحقيق. النانو يتخلل مجالات عديدة ، بما فيها صمغي العلوم والكيمياء والبيولوجيا والفيزياء التطبيقية. فانه يمكن أن يعتبر امتدادا للعلوم في القائمة ، تقدر إما إعادة صياغة العلوم القائمة باستخدام أحدث وأكثر الوسائل عصرية. فهناك نهجين رئيسيين تستخدم تقنية النانو : فهو "القاعدة" التي هي مواد وأدوات البناء من الجزيئات التي تجمع بينها عناصر كيميائية تستخدم مبادئ الاعتراف الجزيئي ؛ الآخر "من القمة إلى القاعدة" التي تعارض هي نانو مبنى أكبر من الكيانات دون المستوى الذري. زخم النانو نابعة من اهتمام جديد صمغي العلوم إضافة جيل جديد من الأدوات التحليلية مثل مجهر القوة الذرية (ساحة) ومسح حفر نفق المجهر (آلية المتابعة. العمليات المشتركة و المكررة مثل شعاع الإلكترون والطباعة الحجرية هاتين الأداتين في التلاعب المتعمد ، نانوستروستوريس وهذا بدوره أدى إلى رصد ظواهر جديدة. النانو أيضا مظله وصف التطورات التقنية الناشئة المرتبطة الفرعية المجهري الأبعاد. على الرغم من الوعد العظيم التقنيات المتناهية الدقة عديدة مثل حجم النقاط والنانومتريه ، حقيقي الطلبات التي خرجت من المختبر إلى السوق والتي تستخدم أساسا مزايا صمغي نانوبارتيكليس في معظم شكل مثل سمرة الشمس المستحضر ومستحضرات التجميل والطلاءات الواقية وصمة المقاومة الملابس.

ماهو النانو

يعني مصطلح نانو الجزء من المليار ؛ فالنانومتر هو واحد على المليار من المتر و لكي نتخيل صغر النانو متر نذكر ما يلي ؛ تبلغ سماكة الشعرة الواحدة للإنسان 50 ميكرومترا أي 50,000 نانو متر, وأصغر الأشياء التي يمكن للإنسان رؤيتها بالعين المجردة يبلغ عرضها حوالي 10,000 نانو متر ، وعندما تصطف عشر ذرات من الهيدروجين فإن طولها يبلغ نانو مترا واحدا فيا له من شيء دقيق للغاية.

قد يكون من المفيد أن نذكر التعاريف التالية:

مقياس النانو : يشمل الأبعاد التي يبلغ طولها نانومترا واحدا إلى غاية الـ100 نانو متر

علم النانو : هو دراسة خواص الجزيئات والمركبات التي لا يتجاوز مقاييسها الـ100 نانو متر.

تقنية النانو : هو تطبيق لهذه العلوم وهندستها لإنتاج مخترعات مفيدة.

الأمر الفريد في مقياس النانو أو الـ”Nano Scale” هو أن معظم الخصائص الأساسية للمواد و الآلات كالتوصيلية احرارية أو الكهربائية ، والصلابة ونقطة الانصهار تعتمد على الحجم (size dependant) بشكل لا مثيل له في أي مقياس آخر أكبر من النانو ، فعلى سبيل المثال السلك أو الموصل النانوي الحجم لا يتبع بالضرورة قانون أوم الذي تربط معادلته التيار والجهد والمقاومة ، فهو يعتمد على مبدأ تدفق الالكترونات في السلك كما تتدفق المياه في النهر ؛ فالإلكترونات لا تستطيع المرور عبر سلك يبلغ عرضه ذرة واحدة بأن تمر عبره إلكترونا بعد الآخر. إن أخذ مقياس الحجم بالاعتبار بالإضافة إلى المبادئ الأساسية للكيمياء والفيزياء والكهرباء هو المفتاح إلى فهم علم النانو الواسع

ضآلة متناهية

لنتخيل شيئا في متناول أيدينا على سبيل المثال مكعب من الذهب طول ضلعه متر واحد ولنقطعه بأداة ما طولا وعرضا وارتفاعا سيكون لدينا ثمانية مكعبات طول ضلع الواحد منها 50 سنتيمترا ، وبمقارنة هذه المكعبات بالمكعب الأصلي نجد أنها ستحمل جميع خصائصه كاللون الأصفر اللامع و النعومة وجودة التوصيل ودرجة الانصهار وغيرها من الخصائص ماعدا القيمة النقدية بالطبع ، ثم سنقوم بقطع واحد من هذه المكعبات إلى ثمانية مكعبات أخرى ، و سيصبح طول ضلع الواحد منها 25 سنتيمترا وستحمل نفس الخصائص بالطبع ، و سنقوم بتكرار هذه العملية عدة مرات وسيصغر المقياس في كل مرة من السنتيمتر إلى المليمتر وصولا إلى الميكرومتر . وبالاستعانة بمكبر مجهري وأداة قطع دقيقة سنجد أن الخواص ستبقى كما هي عليه وهذا واقع مجرب في الحياة العملية, فخصائص المادة على مقياس الميكرومتر فأكبر لا تعتمد على الحجم . عندما نستمر بالقطع سنصل إلى ما أسميناه سابقا مقياس النانو ، عند هذا الحجم ستتغير جميع خصائص المادة كلياً بم فيها اللون والخصائص الكيميائية ؛ وسبب هذا التغير يعود إلى طبيعة التفاعلات بين الذرات المكونة لعنصر الذهب ، ففي الحجم الكبير من الذهب لا توجد هذه التفاعلات في الغالب, ونستنتج من ذلك أن الذهب ذو الحجم النانوي سيقوم بعمل مغاير عن الذهب ذي الحجم الكبير

تحديات تواجه النانو :

عودة إلى موضوع الشرائح الصغرية ، قد يكون من المناسب أن نذكر القانونين التجريبين الذين وضعهما جوردون مور رئيس شركة إنتل العالمية ليصف بهما التغير المذهل في إلكترونيات الدوائر المتكاملة .

فقانون مور الأول ينص على أن المساحة اللازمة لوضع الترانزيستور في شريحة يتضاءل بحوالي النصف كل 18 شهرا . هذا يعني أن المساحة التي كانت تتسع لترانزستور واحد فقط قبل 15 سنة يمكنها أن تحمل حوالي 1’000 ترانزستور في أيامنا هذه ، ويمكن توضيح القانون بالنظر إلى الرسم البياني التالي :

قانون مور الثاني يحمل أخبارا قد تكون غير مشجعة ؛ كنتيجة طبيعية للأول فهو يتنبأ بأن كلفة بناء خطوط تصنيع الشرائح تتزايد بمقدار الضعف كل 36 شهرا.

إن مصنعي الشرائح قلقون بشأن ما سيحدث عندما تبدأ مصانعهم بتصنيع شرائح تحمل خصائصاً نانوية . ليس بسبب ازدياد التكلفة الهائل فحسب ، بل لأن خصائص المادة على مقياس النانو تتغير مع الحجم ، ولا يوجد هناك سبب محدد يجعلنا نصدق أن الشرائح ستعمل كما هو مطلوب منها ، إلا إذا تم اعتماد طرق جديدة ثورية لتصميم الشرائح المتكاملة . في العام 2010 سوف تصبح جميع المبادئ الأساسية في صناعة الشرائح قابلة للتغيير و إعادة النظر فيها بمجرد أن نبدأ بالانتقال إلى الشرائح النانوية منذ أن وضع مور قانونيه التجريبيين ، إن إعادة تصميم و صناعة الشرائح لن تحتاج إلى التطوير فحسب ؛ بل ستحتاج إلى ثورة تتغير معها المفاهيم والتطلعات. هذه المعضلات استرعت انتباه عدد من كبرى الشركات و جعلتهم يبدؤون بإعادة حساباتهم وتسابقهم لحجز موقع استراتيجي في مستقبل الشرائح النانوية.

تاريخ النانو تقني

كشفت أبحاث ماريان ريبولد وزملائها في جامعة درسدن الألمانية الغطاء عن سر السيف الدمشقي المشهور بقدرته الكبيرة على القطع ومتانته المذهلة ومرونته الكبيرة، فقد تبين لها أنه مصنوع من مواد مركبة بمقياس النانومتر، فأنابيب الكربون النانوية التي تعبر من أقوى المواد المعروفة وذات المرونة ومقاومة الشد المرتفعة، أحاطت بالأسلاك النانوية من السمنتيت (Fe3C) وهو مركب قاس وقصف.[1]

منذ آلاف السنين قصد البشر استخدام تقنية النانو . فعلى سبيل المثال أستخدم في صناعة الصلب والمطاط . كلها تمت اعتمادا على خصائص مجموعات ذرية نانوميترية في تشكيلات عشوائية .وتتميز عن الكيمياء في أنها لا تعتمد على الخواص الفردية للجزيئات.. الأولى إلى بعض المفاهيم المميزة في النانو تقنية(تسبيق لكن استخدام هذا الاسم) في عام 1867 كاتب جيمس ماكسويل عندما اقترحت فكرة تجربة صغيرة كيان يعرف ماكسويل للشيطان من معالجة الجزيئات الفردية . في عام 1920 أدخل ارفنغ لانجميور وكاثرين بلودغيت مفهوم نظام monolayer أي طبقة ذرية واحدة أو طبقة مادة يبلغ سمكها مقاييس الذرة . وحصل لانجميور على جائزة نوبل في الكيمياء لعمله .

تطبيقات النانو تقني

يمكن من خلال تقنية النانو تقني صنع سفينة فضائية في حجم الذرة يمكنها الإبحار في جسد الإنسان لإجراء عملية جراحية والخروج من دون جراحة. كما تتمكن من صنع سيارة في حجم الحشرة وطائرة في حجم البعوضة وزجاج طارد للأتربة وغير موصل للحرارة وأيضا صناعة الأقمشة التي لا يخترقها الماء بالرغم من سهولة خروج العرق منها. و قد ورد في بعض البرامج التسجيلية أنه يمكن صناعة خلايا أقوى 200 مرة من خلايا الدم و يمكنك من خلالها حقن جسم الإنسان بـ 10 % من دمه بهذه الخلايا فتمكنه من العدو لمدة 15 دقيقة بدون تنفس !! .

الصناعه التي بدأت فعلا

دخلت صناعة النانو حيز التطبيق في مجموعه من السلع التي تستخدم نانو جزيئات الأكسيد على أنواعه "الألمنيوم والتيتانيوم وغيرها " . خصوصا في مواد التجميل والمراهم المضادة للأشعة . فهذه النانو جزيئات تحجب الأشعة فوق البنفسجية UVكلها ويبقى المرهم في الوقت نفسه شفافا وتستعمل في بعض الألبسة المضادة للتبقع .

وقد تمكن باحثون في جامعة هانج يانج في سيئوول من إدخال نانو الفضه إلى المضادات الحيوية.

وسينزل عملاق الكمبيوتر "هاولت باكارد " قريبا إلى السوق رقاقات يدخل في صنعها نانو اليكترونات قادرة على حفظ المعلومات أكثر بآلاف المرات من الذاكرة الموجوده حاليا . وقد تمكن باحثون في IBM وجامعة كولومبيا وجامعة نيو أورليانز من تملق وجمع جزيئين غير قابلين للاجتماع إلى بلور ثلاثي الأبعاد . وبذلك تم اختراع ماده غير موجودة في الطبيعة " ملغنسيوم مع خصائص مولده للضوء مصنوعة من نانو " و " أوكسيد الحديد محاطا برصاص السيلينايد " . وهذا هو نصف موصل للحرارة قادر على توليد الضوء. وهذه الميزة الخاصة لها استعمالات كثيرة في مجالات الطاقة والبطاريات . وقد أوردت مجله الايكونوميست مؤخرا أن الكلام بدأ عن ماده جديدة مصنوعة من نانو جزيئات تدعى قسم " Quasam " تضاف إلى البلاستيك والسيراميك والمعادن فتصبح قويه كالفولاذ خفيفة كالعظام وستكون لها استعمالات كثيرة خصوصا في هيكل الطائرات والأجنحة ، فهي مضادة للجليد ومقاومه للحرارة حتى 900درجه مئوية

وأنشأت شركة كرافت Kraft المتخصصة في الأغذية السنة الماضية اتحاد الأقسام البحوث العلمية لاختراع مشروبات مبرمجه .

ويقول الدكتور اريك دريكسلر " ليس هناك من حدود ، استعدوا للرواصف الذين سيبنون كل شيء . من أجهزة التلفزيون إلى شرائح اللحم بواسطة تركيب الذرات ومركباتها واحده واحده كقطع القرميد ، بينما سيتجول آخرون في أجسامنا وفي مجارى الدم محطمين كل جسم غريب أو مرض عضال ، وسيقومون مقام الإنزيمات والمضادات الحيوية الموجودة في أجسامنا . وسيكون بإمكاننا إطلاق جيش من الرواصف غير المرئية لتتجول في بيتنا على السجاد والرفوف والأوعية محوله الوسخ والغبار إلى ذرات يمكن إعادة تركيبها إلى محارم وصابون وأي شيء آخر بحاجه إليه " .

وقد أحدث برنامج في الولايات المتحدة باسم مبادرة تقانة نانوية أمريكية لتنسيق الجهود المتعددة في هذا الحقل العلمي الجديد

انتقادات وردود

تحصل دوما عند كل تطور علمي أو تقني انتقادات وتنتشر المخاوف . كما حصل في الثورة الصناعية الأولى وعند اختراع الكمبيوتر وظهور الهندسة الوراثية وغيرها . تتركز الانتقادات هنا على عنصرين : الأول هو أن النانو جزيئات صغيره جدًا إلى الحد الذي يمكنها من التسلل وراء جهاز المناعة في الجسم البشري ، وبإمكانها أيضًا أن تنسل من خلال غشاء خلايا الجلد والرئة ، وما هو أكثر إثارة للقلق أن بإمكانها أن تتخطى حاجز دم الدماغ !. في سنة 1997م أظهرت دراسة في جامعة أكسفورد أن نانو جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم الموجودة في المراهم المضادة للشمس أصابت الحمض النووي DNA للجلد بالضرر. كما أظهرت دراسة في شهر مارس الماضي من مركز جونسون للفضاء والتابع لناسا أن نانو أنابيب الكربون هي أكثر ضررًا من غبار الكوارتز الذي يسبب السيليكوسيس وهو مرض مميت يحصل في أماكن العمل . الثاني من المخاوف هي أن يصبح النانو بوت ذاتي التكاثر, أي: يشبه التكاثر الموجود في الحياة الطبيعية فيمكنه أن يتكاثر بلا حدود ويسيطر على كل شيء في الكره الأرضية. وقد بدأت منظمات البيئة والصحة العالمية تنظم المؤتمرات لبحث هذه المخاطر بالذات . وعقد اجتماع في بروكسل في شهر يونيو من عام 2008 برئاسة الأمير تشارلز ، وهو أول اجتماعٍ عالميٍّ ينظم لهذا الهدف، كما أصدرت منظمة غرين بيس مؤخرًا بيانا تشير فيه إلى أنها لن تدعو إلى حظر على أبحاث النانو. ومهما كان، فالإنسان على أبواب مرحلةٍ جديدةٍ تختلف نوعياً من جميع النواحي عما سبقها جديدة بايجابياتها وكبيرة بسلبياتها وكما يقول معظم العلماء: " لا يمكن لأي كان الوقوف في وجه هذا التطور الكبير، فلنحاول تقليص السلبيات

النانو تقنية جديدة.. والعالم يعلق عليها آماله 

أكبر رجل في الدولة يهتم بأصغر تقنية في العالم ويدعو إلى تفعيل تطبيقاتها

انبثقت فكرة استقطاب تقنية النانو وتطبيقاتها المستقبلية ومبادرتها من قائد نهضتنا خادم الحرمين الشريفين الملك عبدالله بن عبدالعزيز - حفظه الله - لتكون انطلاقة علمية تقنية تسهم في تشكيل صناعة المستقبل، وتعزز عناصر استمرار التنمية بأبعادها الحقيقية . 

ونظراً إلى أهمية هذه التقنية فقد تبرع حفظه الله بمبلغ 36 مليون ريال من حسابه الخاص لتمويل استكمال التجهيزات الأساسية لمعامل متخصصة في مجال التقنية متناهية الصغر المعروفة بتقنية (النانو) في ثلاث جامعات هي جامعة الملك عبدالعزيز وجامعة الملك سعود وجامعة الملك فهد للبترول والمعادن وبنصيب اثني عشر مليون ريال لكل جامعة، التي ستكون نواة لإنشاء معاهد متقدمة في الجامعات الثلاث لتطوير تقنيات النانو وتطبيقاتها المختلفة وكذلك لتأهيل الخبراء السعوديين من خلال قضاء إجازات التفرغ العلمي والابتعاث لما بعد الدكتوراه في هذا المجال ووضع برامج للشراكة والتعاون مع المعاهد والمراكز المتخصصة في العالم وكذلك استقطاب الخبراء والباحثين العالميين المتخصصين في مجالات تطبيقات النانو. 

ويعد هذا الدعم إشارة واضحة إلى الفهم الواعي للقيادة الرشيدة لقيمة العلم في تحقيق التنمية الاقتصادية والاجتماعية في المملكة وعلى أرقى ما يكون من مستويات الجودة، والكفاءة العلمية النادرة، وعلى المستقبل المشرق الذي ينتظر هذه التقنية الوليدة، وعلى الفوائد المتعددة التي ستعود بالخير الوفير والعطاء الكثير على التطور الحضاري والتقني للمملكة، وما يشكله ذلك من آثار إيجابية على المسيرة التنموية للمملكة. 

وامتداداً لهذا الدعم أعلن خادم الحرمين الشريفين الملك عبدالله بن عبدالعزيز في الثاني والعشرين من يوليو 2006، إنشاء جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، وهو مشروع طالما كان حلماً يراوده، وطالما كانت مسيرة التنمية السعودية تنتظره ليضع البلاد في مصاف الدول المتقدمة في تسخير مواردها للبحث العلمي واحتضان العلماء ليكرسوا خبراتهم وتجاربهم لوضع الحلول للعقبات التي تعترض التنمية والاقتصاد والبيئة والصناعة وترتبط مباشرة بالعجلة الاقتصادية لكي تزاوج بين البحث العلمي وحاجات التنمية الصناعية والاقتصادية في البلاد، وتعطي مفهوماً متطوراً لفتح الآفاق بحرية علمية وبحثية لجميع العلماء من مختلف دول العالم لكي يكوّنوا خلايا الفكر والعمل الأكاديمي المتفوق والخلاق، ولتصبح (حاضنة) للبحث العلمي، وحاضنة للمؤسسات البحثية والصناعية حتى تستفيد من أبحاث العلماء في تحويلها إلى منتج صناعي واقتصادي يضخ مزيداً من الازدهار لعجلة التنمية ولرفاهية المواطن. 

وستكون الجامعة أحد أفضل المراكز العالمية المتميزة للبحوث العلمية والابتكار والإبداع، وتضم العلماء والموهوبين في الكادر التعليمي من كل أنحاء العالم، وستكون الجامعة قناة من قنوات التواصل بين شعوب العالم، يلتقي بها العلماء، ومنارة للإشعاع العلمي الذي ستستفيد منها المملكة والأمة الإسلامية. 

وتضم الجامعة أربعة مراكز بحوث علمية متخصصة تهتم بدراسة الاحتياجات الصناعية والاقتصادية والاجتماعية والبيئية وتطور الصناعات المستقبلية.. وهذه المعاهد هي: معهد الموارد والطاقة والبيئة، وسيتناول البحوث التي سيجريها المعهد في مجال الموارد والطاقة ومواضيع مثل استخلاص الكربون من الهواء، وخلايا الهيدروجين والوقود، وتصميم العمليات والاحتراق، والطاقة الشمسية، ومجالات تحلية وترشيد المياه والزراعة المناسبة للمناخات الصحراوية. 

وتضم الجامعة أيضا معهد العلوم والهندسة الحيوية، ويشمل إجراء بحوث في مجال التقنية الحيوية الصناعية مثل المعالجة الحيوية الإلكترونية، والمعالجة الحيوية للموارد البتروكيماوية. وفي مجال التقنية الحيوية الزراعية سيبحث المعهد مواضيع مثل الزراعة المستدامة للأحياء والنباتات المائية في مجال علم دراسة العضويات البيئية الإقليمية، وسيدرس المعهد موضوعات مثل علم وهندسة البيئة البحرية للبحر الأحمر. 

وفي ميدان علم التقنية الصحية سيجري المعهد بحوثا حول الأمراض الوبائية الإقليمية والعوامل الوراثية للسكان. 

ومن المعاهد معهد علم وهندسة المواد، وتشمل البحوث التي يجريها هذا المعهد مجال البوليمرات والأغشية ومواد تقنية النانو بما في ذلك المواد المعالجة حيويا والمستخدمة في هذه التقنية، وموضوعات مثل: الكربون والتطبيقات الكهروضوئية، كما ستشمل بحوث المعهد ميدان الكيمياء الحفزية والمواد التي تستخدم في الأوساط عالية الإجهاد. 

من ضمن المعاهد في الجامعة معهد الرياضيات التطبيقية وعلم الحاسب الآلي، ويشمل بحوث تقنيات البرمجيات اللغوية، واستخدام الحاسب في تطبيقات اللغويات للتعرف على الأصوات واستخلاص المعاني واستخدام الحاسب في حل المشكلات العلمية، كالمشكلات الكيميائية وإعداد النماذج الرياضية للمكامن والبيئة الإقليمية، كما ستشمل بحوث تقنية المعلومات والاتصالات بحوث مثل: أمن المعلومات والاتصالات الشبكية، والتعامل المعلوماتي لأغراض الرعاية الصحية. أما الدرجات العلمية التي تمنحها جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية فهي درجة الماجستير في الهندسة، وتستغرق سنة واحدة، وماجستير العلوم والهندسة ومدتها سنتان، وسوف تمنح باعتبارها درجة نهائية ولكنها ستكون أيضا المدخل الأساسي إلى برنامج الدكتوراه، كذلك تمنح الجامعة درجة الدكتوراه وهي عادة ثلاث إلى أربع سنوات بعد درجة الماجستير، وتتضمن الدكتوراه بحثا أصليا في أحد معاهد جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، يتوج بأطروحة بحث. ولا شك أن الرهان على التقنية هو رهان الأمم الحريصة على أن تكون في مقدمة ركب العالم المتحضر، وهي ستكسب هذا الرهان إذا ما وجدت دعم القيادة، كما هو في المملكة. 

تريليون دولار حجم سوق النانو 

العالمي بحلول عام 2015م 

تقنية النانو التي يجري تطويرها في الوقت الراهن للاستخدام في عدد من الصناعات يمكن أن تكون ذات فائدة كبيرة للتطبيقات الفضائية ومهمات الاستكشاف. 

وتهدف أبحاث تقنية النانو الحالية إلى خلق مواد قابلة للاستخدام، ومعدات وشبكات من كتل تستخدم في البناء، يصل عرضها من واحد إلى مائة نانوميتر. 

ونظرا لأهمية تقنية النانو فقد دعا علماء التقنية في مؤتمرهم الذي عقد بالرياض إلى ضرورة إدخال تقنية النانو في المناهج الدراسية للمراحل الأولية لما لهذه التقنية من مستقبل مأمول وباعتبارها من أهم مميزات تقنية المستقبل . 

وأهابوا بأصحاب القرار ضرورة الاهتمام بالعنصر البشرى باعتبار الإنسان حجر الزاوية في التنمية الاقتصادية والاجتماعية. 

كما أكدوا ضرورة الاهتمام والاستثمار في البنية التحتية لتقنية النانو لتكون الأساس المتين للمستقبل والركيزة الأساسية للمستقبل التقني في شتى مجالات الحياة الاقتصادية والاجتماعية، واستمرارية العمل في مجال النانو والحفز والتشجيع المادي والمعنوي لكل مشاريع النانو المستقبلية. 

وعرفت مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية تقنية النانو بأنها مستوى من التقنية يتم وفق مقياس النانو، وهو وحدة قياس تعادل واحداً من ألف مليون من المتر، وبالتالي فإن تقنية النانو هي العلم الذي يتعامل مع المكونات الدقيقة للمادة على مقياس واحد من ألف مليون من المتر، كما أن الدور الذي تتصدره تقنية النانو هو فكرة تصميم المواد على الصورة التي نريدها، فمثلاً الفرق بين الزجاج العادي الرخيص والكريستال الباهظ هو كيفية ترتيب الجزيئات، والفرق بين قطعة فحم لا تكاد تقدر بثمن وقطعة من الألماس هو فقط ترتيب الجزيئات، وهنا تكمن قوة تقنية النانو. وبما أن النانو تتعامل مع الذرات والجزيئات فمن المسلَّم أنها تضم أغلب العلوم الأساسية؛ فهي تغطي مجالاً واسعاً جداً من العلوم التي تكمل بعضها البعض للوصول إلى هدف واحد؛ فيندرج تحت مظلة تقنية النانو الفيزياء والكيمياء وهندسة الإلكترونيات والهندسة الميكانيكية وعلوم المواد. 

ومن أهم توجهات المدينة في تقنيات النانو هو تكوين بنية تحتية لاحتضان مجموعات البحث العلمي والتقني في هذا المجال، ولعدم إمكانية إنشاء المعامل المتخصصة من قبل القطاع الصناعي أو الأكاديمي فإن الدعم الحكومي المتواصل والمقنن هو ما عجّل بإنشاء تلك المعامل تحت مظلة المدينة وجعل الاستفادة منها في متناول كل من لديه القدرة والمعرفة للبحث في هذا المجال. 

وتسعى المدينة ممثلةً بالمركز الوطني للتقنية متناهية الصغر (النانو) إلى تكوين البيئة المناسبة، واستقطاب الكفاءات العلمية المؤهلة للعمل، حيث إن القيام بالبحوث المتقدمة في هذا التخصص الدقيق يلزمه مستوى عال من التجهيز والفعالية والخبرات العلمية، لضمان استمرار دعم الأفكار والبحوث الخاصة بهذه التقنية المتقدمة للأعوام القادمة. ويتطلب إجراء عمليات التصنيع بمجملها والدراسة والتشخيص على مستوى تقنيات النانو توافر غرف فائقة النظافة، تتميز بخلوها من العوالق المختلفة، التي قد يؤدي وجودها إلى عيوب تشغيلية ينجم عنها فشل لجميع المراحل في نهاية المطاف، وينبغي في هذه الغرف والمعامل توفير درجات حرارة ونسبة رطوبة محددة، كما أن لطبيعة تيارات الهواء الداخلية النصيب الأوفر في التصميم. 

وتحتضن هذه المعامل أجهزة التحضير والتصنيع والاختبار، التي من خلالها يتم تفعيل ما تم تصميمه ومحاكاته بواسطة برامج خاصة بالمحاكاة. وتسعى المدينة إلى استكمال مراحل التجهيزات المعملية والتدريبية لمركز تقنيات النانو، لكي يكون دافعاً للباحثين من داخل وخارج المدينة على المستوى الصناعي والأكاديمي، ولتذليل كافة العوائق التي قد تعيق نشاطهم البحثي في هذه التقنية المتقدمة ومن أهمها المعامل المجهزة بالطاقم العلمي المتخصص، وإعداد مبادرة وطنية للتقنية متناهية الصغر (النانو)، تختص بوضع خطة واضحة لتسلسل مراحل العمل في مجال نقل وتوطين هذه التقنية، مع إيجاد طرق لتقييم كل مرحلة؛ حيث تكون مرتبطة بخطة زمنية محددة، وتتضمن أربعة محاور، منها تطوير البنية التحتية، والبحث والتطوير، والتعليم وتدريب القوى العاملة، والإنتاج الفعلي والتحوُّل الصناعي. 

وتوقعت مدينة الملك عبدالعزيز أن يكون الاستثمار في هذه التقنية محليا في أسواق تطوير وإنتاج المحفزات نظراً لكثرة اعتماد الصناعات البتروكيماوية المحلية عليها، كذلك أسواق تصنيع المرشحات والفلاتر لتنقية المياه . 

ويعتقد العلماء أن تقنية النانو ستحل مجموعة من التحديات التي تواجه البشرية كالأمراض وتوفير المياه النظيفة للجميع فضلا عن رحلات فضائية رخيصة لا تؤثر فيها الإشعاعات الكونية. 

وتهدف أبحاث تقنية النانو الحالية إلى خلق مواد قابلة للاستخدام، ومعدات وشبكات من كتل تستخدم في البناء يصل عرضها إلى واحد إلى مائة نانوميتر.

10 ملايين عامل في تقنية النانو 

وعلى صعيد إيجاد وظائف جديدة أكد الدكتور الركيان في بحثه أن منظمة العلوم الوطنية تتوقع أنه سيتم الاحتياج إلى ما يقارب مليونَي عامل في مجال تقنية النانو على مستوى العالم في عام 2015، على أن يتم توزيع هؤلاء العاملين على مناطق العالم، ومن المقدر أن تستحوذ الولايات المتحدة إلى ما يصل إلى 900 ألف، و600 ألف في اليابان، و400 ألف و 200 ألف في أوروبا وآسيا على التوالي, بالإضافة إلى 5 ملايين وظيفة مساعدة, وبطريقة أكثر تفاؤلا، فإن لوكس للأبحاث تتوقع أن يصل عدد الوظائف المتعلقة بتقنية النانو إلى 10 ملايين بحلول عام 2014م. 

و أن مناطق ظهور براءات اختراع تقنية النانو على المستوى العالمي التي تم تحليلها إلى تطبيقات ومستثمرين تكمن في الأمريكتين، وتحديدا في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا، وفي اليابان وكوريا الجنوبية والصين في آسيا، بالإضافة إلى ألمانيا والمملكة المتحدة وفرنسا وهولندا في أوروبا.

سبق وأشرنا إلى هذا المفهوم في تدوينة سابقة ، هذه التدوينة لمزيد من التعريف عن ما يسمى بـ موريف

النانو والاتصالات :

موريف أو Morph هو مفهوم يصف الإمكانية في تطبيق تقنيات النانو المختلفة في وسائل وأدوات اللاتصال في المستقبل ، بغض النظر عن طبيعة الإسم التجاري لأجهزة الاتصال ، بمعنى أن المفهوم ليس حكرا لاستخدام شركة معينة او جهة ما .

وعلى سبيل المثال وليس الحصر ،

ستمكننا التقنية من التحكم في الطبيعة الفيزيائية في بنية الأجهزة على المستوى النانويّ بدقة تصل لكل جزيء فيها .

ستمكننا التقنية كذلك من مراقبة البيئة المحيطة بنا ، فسيسهل على جهاز الاتصال التفاعل مع البيئة المحيطة ومعرفة التطورات ومقارنتها .

كما ستتمكن الموريف ( تقنية اجهزة الاتصال الحديثة المعتمدة على تقانة النانو) من مراقبة مجموعة مركبات كيميائية معينة في الجو المحيط .

وضع جهاز الاتصال تحت أشعة الشمس كفيل بإعادة شحنه بالطاقة اللازمة لعمله ولفترات طويلة ، وكأن الجهاز كائن نباتي يستمد طاقته من خلال التمثيل الضوئي ، وهذا هو مستقبل الأبنية كما يتخيل البعض ، ففي المستقبل ستطلى المنازل والمنشآت بطبقة خاصة ( تتكون من خلايا شمسية ) من خلالها سيتمكن البناء من الحصول على طاقتة الأساسية ، ربما تعمل هذه الطاقة على تشغيل الإضاءة الأساسية والقيام ببعض الأعمال الأساسيّة التي تحتاج إلى طاقة داخل البناء .

كما ستتزود أسطح الأجهزة بطبقة خاصة تعمل على إنزلاق الأوساخ بعيدا عنها ، وكأن سطح الجهاز هو سطح لجسد لطائر مائي لا يبتل ريشه حتى وإن غمس جسده تماما في الماء ، وهذه هي الأسطح التي يمكن أن نطلق عليها hydro phobic أو الأسطح الكارهة للماء .

كما انه يمكننا مط وتمديد أسطح الأجهزة ، حيث أنه في القياس النانوي لهذه الأجهزة ( على مستوى الجزيئات ) اهتممنا بتوفير إمكانية التمدد لجزيئات الموريف ( أو جهاز الاتصال ) .

ومن خلال هذا الفيديو البسيط ، يمكنكم رؤية تصور قريب جدا مما نقصده بمفهوم موريف ( وهو الإمكانية لتطبيق تقنيات النانو في أجهزة الاتصال الحديثة )

النانوتكنولوجي:

هو الجيل الخامس الذي ظهر في عالم الإلكترونيات وقد سبقه أولاً الجيل الأول الذي استخدم المصباح الإلكتروني ( Lamp) بما فيه التلفزيون ، والجيل الثاني الذي استخدم جهاز الترانزيستور ، ثم الجيل الثالث من الإلكترونيات الذي استخدام الدارات التكاملية (IC) Integrate Circuit =وهي عبارة عن قطعة صغيرة جداً قامت باختزال حجم العديد من الأجهزة بل رفعت من كفاءتها وعددت من وظائفها .

وجاء الجيل الرابع باستخدام المعالجات الصغيرة Microprocessor الذي أحدث ثورة هائلة في مجال الإلكترونيات بإنتاج الحاسبات الشخصية (Personal Computer) والرقائق الكومبيترية السيليكونية التي أحدثت تقدماً في العديد من المجالات العلمية والصناعية .

فماذا عن الجيل الخامس ؟ وهو ما صار يعرف باسم النانوتكنولوجي.

المجال الطبي

يمكن الإستفادة الصحية والطبية من تقنية النانو، فأبحاث علاج السرطان والبحث الدقيق عن وجود خلاياه تعد بما يحل محل كل وسائل العلاج والفحوصات الطبية المتوفرة اليوم لذلك. والأبحاث التي نشرت بداية هذا العام عن دور هذه التقنية في التعامل مع الملاريا وتأثر مرونة خلايا الدم الحمراء تضع أسس دور رائد لها في فهم الأمراض المعدية وعلاجها. الدراسات في الشهر الماضي وقبله عن دور هذه التقنية في صنع سيراميك للعظام بدرجة متناهية في النعومة والصلابة تبشر بشيء كثير في مجال استبدال المفاصل وتطور تقنيتها إضافة إلى صناعة العظم!. الدراسات التي صدرت هذا الشهر تسلط مزيداً من الضوء على فائدة تقنية النانو في كتابة شفرات الجينات داخل «دي أن أيه» بما يسهل ويوفر المال لفحصه. واستخدام هذه التقنية كما في بحث نشر في الرابع عشر من هذا الشهر يسخرها للاستفادة حتى من بول الإنسان في صنع بطاريات طويلة العمر لفحص مرضى السكر كما نشرته مجلة «آليات الهندسة الدقيقة» للدكتور «كاي بانغ ليي» من مؤسسة أبحاث النانو والكيمياء الحيوية في سنغافورة. الباحثون من أسبانيا يتحدثون عن طريقة جديدة يستخدمها الأطباء في الكشف عن خلايا السرطان بسرعة وخاصة سرطان الثدي كما تقول «لورا ليشاغا» مديرة المركز القومي للإلكترونيات الدقيقة بأسبانيا من خلال هذه التقنية ونشرت أيضا في الرابع عشر من هذا الشهر. والأبحاث في الثالث من هذا الشهر أيضاً ذكرت عن دور هذه التقنية في صنع الأجهزة الطبية المستخدمة في غرف العمليات والعناية المركزة لتسلط ضوءا ساطعاً على فائدتها في تقليل عدوى المستشفيات وانتقال الجراثيم إلى المرضى كما طرح في مؤتمر أبحاث النانو في ولاية أريغون الأميركية، الدكتور «بروس غيبينس» وضح الفكرة بأن وضع طبقة رقيقة على مستوى النانو من الفضة فوق أسطح الأدوات الطبية لا يعطي مجالاً للمكروبات للالتصاق عليها وهو ما يتم لأول مرة في العالم وهو أولى الخطوات الصحيحة للحد من عدوى المستشفيات على حد قوله. تقنية النانو في عالم الصيدلة واسعة الاستخدام بدءاً من طرق إنتاج الدواء ومروراً بوسائل حفظه وانتهاء بكيفية إعطائه للمريض في هيئة تتفوق بمراحل على الطرق الحالية. تقنية النانو تجاوزت اليوم في الأبحاث وضع طرق أفضل لإنتاج الغذاء من شتى الجوانب وتنقية الماء وغيره مما يتناوله الإنسان.

المجال الحربي أو العسكري (الأسلحة)

وأظن بأن المجال الخصب لها هو مجال التجسس حتى أن البعض يخشى بأن الحياة المدنية للأشخاص ستكون مكشوفة للعيان مع هذه التقنية المخيفة فماذا لو سقطت في أيدي العامه فلن يكون هناك خصوصية لأحد في منزله 

فالدول المتقدمة توصلت لصنع طائرات تجسسية بحجم راحه اليد بواسطة تقنية النانو وفي مجال صناعة الأسلحة والقنابل فالميدان خصب لإنتاجها بتقنية النانو 

فعلى سبيل المثال فإن أصغر حشرة تكون بحجم 200 مايكرون وهذا يمثل الحجم المناسب للأسلحة القادرة على تعقب الأشخاص غير المحميين وحقن السموم في أجسادهم. هذه الجرعات المميتة تبلغ 100 نانوجرام أو 1/100 من حجم السلاح. 

ومن الأفكار المطروحة و توجهات التوظيف العسكري الراهن للتكنولوجيا:

-ايجاد بديل إلكتروني للجزء الحيوي من الأدمغة البشرية المعروف باسم (قرن آمون)، للوصول إلى وضع يستطيع معه صاحب الدماغ المعدل إلكترونياً تحميل الذاكرة بمئات أضعاف ما هو متاح طبيعياً، وتخزين التعليمات المعقدة، والقدرة على تحقيق الاتصال والتواصل بين دماغ بشري وآخر.

ابتكار أعضاء وبدائل مصنعة لأجزاء من الجسم بما يتيح رفع مستوى وقدرات الأداء البشري.

صناعة أقراص تغير عمليات الاستقلاب في خلايا أجسام الجنود بما يمنحهم القدرة على البقاء لعدة أيام بدون نوم أو طعام.

صنع روبوتات تكاد تطابق الكائنات الحية، مصممة على غرار الصراصير، تستطيع التسلق على الجدران والسلالم والتضاريس الصخرية المختلفة.

استخدام نحل قادر على اكتشاف المتفجرات.

صنع أنظمة ترصد من مسافة بعيدة الحالة الذهنية للأشخاص المشكوك بهم، أو المرغوب بمراقبتهم والتجسس على أفكارهم، باستخدام تقنية قريبة من التصوير بالرنين المغناطيسي وسواه، بحيث تتمكن هذه الأنظمة من كشف نوايا الشخص وقراءة أفكاره مسبقاً.

المجالات العامه كالإقتصاد

هل تعلمون أن تقنية النانو الآن تستخدم في صيانة أنابيب النفط  

فكميه لا بأس بها من النانو تقوم بصيانه الأنابيب من الداخل بالقضاء على الأجزاء الصدئه وإعادة ترميمها وبنائها

سلبيات وايجابيات تقنية النانو

مخاطر النانو تكنولوجي علي صحه الأنسان:

تعتبر النانو تكنولوجي سلاح ذو حدين فرغم الأيجابيات الكثيره التي تحملها فبجب أن نذكر سلبياتها فعلم النانوتكنولوجي هو علم حديث وأمام العلماء الكثير من الأبحاث والأستكشافات في هذا العلم الوليد ومن الأخطار الممكنه بسبب النانو تكنولوجي تأثير المواد النانويه علي صحه الأنسان بشكل كبير حين يتم التعامل معها حيث أن جسيمات النانو لها القدره علي الدخول في جسم الأنسان بسهوله من خلال المسام وبدون أي مقاومه وتستطيع الأنتشار داخل الجسم مما يلحق الضرر بالأنسان . فلك أن تتخيل أن جسيم بحجم 300 نانومتر يستطيع الدخول وبكل سهوله في خلايا جسم الأنسان وأن جسيم بحجم 70 نانومتر يستطيع الدخول وبكل سهوله في نواه الخليه وهذا يدل علي الخطر الكبير الذي ممكن أن يتعرض له الأنسان فقد يحدث تفاعل بين هذه الجسيمات النانويه وخلايا جسم الأنسان لتؤدي لتغير خصائص الخليه أو تسميمها وموتها فقد أظهرت العديد من الدراسات التي أجريت علي الحيوانات أنه عند تعرضها لجسيمات النانو تدخل الجسم وتتجمع في الدماغ وخلايا الدم والأعصاب وهذا يعني أن جسيمات النانو هي مواد تدميريه لجسم الأنسان وأظهر بعض العلماء تخوفهم من أن تقنيه النانو سوف تقود البشريه الي طريق طويل مليء بالمشاكل الصحيه والماديه