1-مقدمه
نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح ظاهر می‌شود. از همین تعریف ساده بر می‌آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته‌هاست. از زمانی که فاینمن، فیزیکدان برجسته آمریکایی، ایده کار با اتمها و مولکولها را مطرح کرد [10] محققان جهان به کار در این عرصه روی آوردند. برای نانوتکنولوژی کاربردهایی را در حوزه‌های مختلف از غذا و دارو و تشخیص پزشکی و بیوتکنولوژی تا الکترونیک و کامپیوتر، ارتباطات، حمل و نقل، انرژی، محیط زیست، مواد، هوافضا و امنیت ملی برشمرده‌اند. کاربردهای وسیع این عرصه به همراه اثرات اجتماعی، سیاسی و حقوقی آن، این فناوری را به عنوان یک زمینه «فرارشته‌ای و فرابخشی» مطرح نموده است.
2-نانوتکنولوژی و کاربردهای آن
علوم و فناوری نانو، عنصری اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه‌های آتی خواهدبود. ازجمله موارد مهم در آینده، همکاریهای تحقیقاتی میان‌رشته‌ا‌ی، آموزش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت خواهدبود. بخشی از تأثیرات و کاربردهای نانوتکنولوژی به شرح زیر می‌باشد[2، 3، 5 و 6]:
2-1-تولید، مواد و محصولات صنعتی
کارکرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد می‌کند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد
مواد برای میله‌های شناساگر ژنتیکی یا زیستی در اکتشاف، جداسازی و تشخیص دارو کار می‌کنند و برخی متوجّه رهایش دارو هستند.
نانوذرّات نیمه‌هادی یا نقاط کوانتومی، بر حسب اندازه
در هنگام رهایی نوین بر پایه اصول و معماری جدید؛ بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه‌ا‌ی که مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند.
نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارها خواهد شد. امکان سنتز بلوک‌های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقّت کنترل‌شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، که دارای خواص وبیوسنتز و بیوفرآوری، راههای کلا" جدیدی برای ساخت محصولات شیمیایی و دارویی ارائه می‌دهند. گردهم‌آوری بلوک‌های ساختمانی زیستی به شکل مواد و ابزارهای مصنوعی، خواص موردنظر مواد را با کارکردهای زیستی تلفیق می‌کند.
2-2-پزشکی و بدن انسان
رفتار مولکولی در مقیاس نانومتر، سیستمهای زنده را اداره می‌کند. یعنی مقیاسی که شیمی، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی کامپیوتری، همگی به آن سمت درحال گرایش هستند.
نگرش‌های اخیر به سمت استفاده از ابزارها و سیستمهای نانوساختاری، پیشنهاد می‌دهد که فرآیند آزمایشگاهی کنونی توالی ژنی(genome sequencing) را به‌نحو شگرفی با استفاده از سطوح و ابزارهای "نانوساخته" (nanofabricated) کاراتر بسازیم. افزایش قدرت انسان برای ترسیم سرشت ژنتیکی یک فرد، روشهای شناسایی و درمان را دگرگون می‌کند.
پیشرفتهای نانوتکنولوژیکی، به‌طور خاص مطالعات بنیادی زیست‌شناسی و پاتولوژی سلولی را تقویت خواهدکرد. در نتیجه پیشرفت ابزارهای تحلیل‌گر جدید که قادر به شناسایی جهان نانومتر باشند، این امر بسیار محتمل خواهدبود که بتوان خواص شیمیایی و مکانیکی سلولها (ازجمله فرآیندهایی مثل تقسیم سلولی و غیره) را اندازه‌گیری و تغییر داد. این قابلیت‌ها تکمیل‌کننده (و به شدّت پشتیبانی‌کننده) تکنیکهای مرسوم در علوم حیات هستند.
مواد زیست‌سازگار با کارآیی بالا، از توانایی بشر در کنترل نانوساختارها حاصل خواهدشد. نانومواد سنتزی معدنی و آلی را مثل اجزای فعّال، می‌توان برای اعمال نقش تشخیصی (مثل ذرات کوانتومی که برای مرئی‌سازی بکار می‌رود) درون سلولها وارد نمود.
افزایش توان محاسباتی بوسیله نانوتکنولوژی، ترسیم وضعیت شبکه‌های ماکرومولکولی را در محیط‌های واقعی ممکن می‌سازد. اینگونه شبیه‌سازی‌ها برای بهبود قطعات کاشته‌شده زیست‌سازگار در بدن و جهت فرآیند کشف دارو، الزامی خواهدبود.
2-3-دوام‌پذیری منابع: کشاورزی، آب، انرژی، مواد و محیط زیست پاک
نانوتکنولوژی چنانچه ذکر شد، منجر به تغییراتی شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهدداد. همچنین فنّاوری‌های جدید، امکان بازیافت و استفاده مجدد از مواد، انرژی و آب را فراهم خواهند کرد.
در زمینه محیط زیست، علوم و مهندسی نانو، می‌تواند تأثیر قابل ملاحظه‌ا‌ی، در درک مولکولی فرآیند های مقیاس نانو که در طبیعت رخ می‌دهد؛ در ایجاد و درمان مسائل زیست‌محیطی از طریق کنترل انتشار آلاینده‌ها؛ در توسعه فنّاوری‌های "سبز" جدید که محصولات جانبی ناخواسته کمتری دارند و یا در جریانات و مناطق حاوی فاضلاب، داشته‌باشد. لازم به ذکراست، نانوتکنولوژی توان حذف آلودگی‌های کوچک از منابع آبی (کمتر از 200 نانومتر) و هوا (زیر 20 نانومتر) و اندازه‌گیری و تخفیف مداوم آلودگی در مناطق بزرگتر را دارد.
در زمینه انرژی، نانوتکنولوژی می‌تواند به‌طور قابل ملاحظه‌ا‌ی کارآیی، ذخیره‌سازی و تولید انرژی را تحت تأثیر قرار داده مصرف انرژی را پایین بیاورد. به عنوان مثال، شرکتهای مواد شیمیایی، مواد پلیمری تقویت‌شده با نانوذرات را ساخته‌اند که می‌تواند جایگزین اجزای فلزی بدنه اتومبیلها شود. استفاده گسترده از این نانوکامپوزیت‌ها می‌تواند سالیانه 5/1 میلیارد لیتر صرفه‌جویی مصرف بنزین به همراه داشته‌باشد.
یا انتظار می‌رود تغییرات عمده‌ا‌ی در فنّاوری روشنایی در 10 سال آینده رخ دهد. می‌توان نیمه‌هادی‌های مورد استفاده در دیودهای نورانی (LEDها) را به مقدار زیاد در ابعاد نانو تولید کرد. در امریکا، تقریبا" 20% کل برق تولیدی، صرف روشنایی (چه لامپهای التهابی معمولی و چه فلوئورسنت) می‌شود. مطابق پیش‌بینی‌ها در 10 تا 15 سال آینده، پیشرفتهایی از این دست می‌تواند مصرف جهانی را بیش از 10% کاهش دهد که 100 میلیارد دلار در سال صرفه‌جویی و 200 میلیون تن کاهش انتشار کربن را به‌همراه خواهدداشت.
در زمینه آب، باید گفت جمعیت جهان در حال افزایش و منابع آب آشامیدنی در حال کاهش است. سازمان ملل پیش‌بینی می‌کند که در سال 2025، 48 کشور (معادل 32% جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی باشند. [2 و 4] تخلیص و نمک‌زدایی آب از زمینه‌های مورد توجّه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست‌محیطی است، چرا که در سطح جهان ممکن است در آینده با مشکل کمبود آب مواجه شویم. استفاده از آب شرب با دو برابر سرعت افزایش جمعیت و کمبود حاصل از آن –که بر اثر آلودگی نیز تشدید می‌شود- افزایش می‌یابد. دستگاههایی به کمک نانوتکنولوژی ساخته شده‌اند، که آب دریا را با انرژی 10 برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس و لااقل 100 برابر کمتر از تقطیر، نمک‌زدایی می‌کنند. این فرآیند کارا از نظر مصرف انرژی کاملا عملی است، چون الکترودهای با مساحت سطحی بسیار بالا ساخته شده‌اند که ازطریق کنار هم قراردادن نانولوله‌های کربنی و دیگر ابتکارات طرّاحی، رسانای الکتریسیته شده‌اند. [6]
2-4-کشاورزی
نانوتکنولوژی مستقیما" در پیشرفت کشاورزی سهیم خواهدبود؛ از جمله: مواد شیمیایی سازگار با زیست، که برای تغذیه گیاه یا حفظ آن در برابر حشرات به شکل مولکولی طرّاحی شده‌اند؛ ارتقای ژنتیکی گیاهان و حیوانات؛ انتقال ژنها و دارو به حیوانات؛ امکان سازگاری گیاهان با خشکسالی و شوری و ...
2-5-هوا و فضا
محدودیت‌های شدید سوخت برای حمل بار به مدار زمین و ماورای آن، و علاقه به فرستادن فضاپیما برای مأموریتهای طولانی به مناطق دور از خورشید، کاهش مداوم اندازه، وزن و توان مصرفی را اجتناب‌ناپذیر می‌سازد. مواد و ابزارآلات نانوساختاری، امید حل این مشکل را بوجود آورده‌است. [6]
"نانوساختن" (Nanofabrication) همچنین در طرّاحی و ساخت مواد سبک‌وزن، پرقدرت و مقاوم در برابر حرارت، موردنیاز برای هواپیماها، راکت‌ها، ایستگاههای فضایی و سکّوهای اکتشافی سیّاره‌ا‌ی یا خورشیدی، تعیین‌کننده است. همچنین استفاده روزافزون از سیستمهای کوچک‌شده تمام خودکار، منجر به پیشرفتهای شگرفی در فنّاوری ساخت و تولید خواهدشد. این مسأله با توجه به اینکه محیط فضا، نیروی جاذبه کم و خلأ بالا دارد، موجب توسعه نانوساختارها و سیستمهای نانو –که ساخت آنها در زمین ممکن نیست- در فضا خواهدشد. [3 و 9]
2-6-امنیت ملّی
برخی کاربردهای دفاعی نانوتکنولوژی عبارتند از: تسلط اطّلاعاتی از طریق نانوالکترونیک پیشرفته بعنوان یک قابلیت مهم نظامی، امکان آموزش مؤثّرتر نیرو، به کمک سیستمهای واقعیت مجازی پیچیده‌تر حاصله از الکترونیک نانوساختاری، استفاده بیشتر از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش نیروی انسانی نظامی، کاهش خطر برای سربازان و بهبود کارآیی خودروهای نظامی، دستیابی به کارآیی بالاتر (وزن کمتر و قدرت بیشتر) موردنیاز در صحنه‌های نظامی و در عین‌حال تعداد دفعات نقص فنّی کمتر و هزینه کمتر در عمر کاری تجهیزات نظامی، پیشرفت در امر شناسایی و در نتیجه مراقبت عوامل شیمیایی، زیستی و هسته‌ا‌ی، بهبود طرّاحی در سیستمهای مورد استفاده در کنترل و مدیریت عدم تکثیر سلاحهای هسته‌ا‌ی، تلفیق ابزارهای نانو و میکرومکانیکی جهت کنترل سیستمهای دفاع هسته‌ا‌ی.
در بسیاری موارد، فرصتهای اقتصادی و نظامی مکمّل هم هستند. کاربردهای درازمدت نانوتکنولوژی در زمینه‌های دیگر، پشتیبانی کننده امنیت ملّی است و بالعکس. [1، 2 و 6]
3-نگاهی به وضعیت جهانی نانوتکنولوژی
بسیاری از کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه (در حدود 30 کشور)، برنامه‌هایی را در سطح ملی برای پشتیبانی از فعالیتهای تحقیقاتی و صنعتی نانوتکنولوژی تدوین و اجرا می‌نمایند. زیرا نانوتکنولوژی به عنوان انقلابی در شرف وقوع، آینده اقتصادی کشورها و جایگاه آنها در جهان را تحت تأثیر جدی قرار خواهد داد و این مسأله در این کشورها توسط صاحب‌نظران و محققان تبیین‌شده و برای مدیران اجرایی به صورت یک امر شفاف و قطعی درآمده است. [11] در بخشی از این کشورها، در یکی دو سال اخیر تحرکات شدیدی از طرف دولتها برای سرعت بخشیدن به توسعه نانوتکنولوژی صورت گرفته و فعالیتهایی که تا قبل از این به صورت خودجوش توسط محققان انجام می‌گرفته است، با تشویق و حمایتهای مستقیم دولت ادامه یافته‌اند که در این قسمت به چند کشور اشاره می‌شود:
3-1-آمریکا
دولت آمریکا در سال 1998 با توجه به خواست وسیع محققان و دانشگاهیان، گروه‌کاری بین بخشی علوم و فناوری نانو را تشکیل داد. این گروه در فوریه 2000، گزارشی با عنوان «پیشگامی ملی نانوتکنولوژی؛ به سوی انقلاب صنعتی بعدی» به رئیس‌جمهور آمریکا ارائه نمود که رئیس‌جمهور نیز آن را از طریق دستیار علوم و فناوری خود به کنگره ارائه داد. [2 و 4] بخشی از این گزارش صرف تهییج مسؤولان آمریکا برای توجه جدی به این موضوع شده است تا آنجا که در صفحه31 این گزارش 101 صفحه‌ای عدم توجه به جنبه‌های مهم این کار ازجمله جنبه‌های فرابخشی آن مساوی با در معرض خطر قرار گرفتن آینده اقتصادی، کیفیت زندگی و امنیت ملی آمریکا دانسته شده است. آنچه در این گزارش پیشنهاد شده، برنامه‌ای ملی است که از طریق کمیته‌ای در عالیترین سطح و به صورت متمرکز هدایت می‌شود و در آن ضمن تعیین اولویت‌های پنجگانه کشور، تکلیف هر یک از وزارتخانه‌ها و سازمانها، نحوه اجرای آن و بودجه لازم برای هر دستگاه در هر زمینه مشخص شده است. برای این برنامه در کنگره 423 میلیون دلار به تصویب می‌رسد؛ در حالی که کل بودجه‌هایی که در سال 1997 به صورت پراکنده توسط سازمانهای مختلف دولتی هزینه شده کمتر از 120 میلیون دلار است. کمیته مزبور برای سال 2002، مبلغ 508 میلیون دلار به تصویب رسانده است. یکی از اهداف اصلی این برنامه، کسب پیشگامی در تمامی زمینه‌های مربوط به نانوتکنولوژی در جهان می‌باشد. [4 و 13]
3-2-ژاپن
محققان ژاپنی از دهه 1970 میلادی به صورت خودجوش در زمینه‌های تحقیقاتی نانوتکنولوژی وارد شده‌اند تا آنجا که کلمه نانوتکنولوژی نیز اول بار توسط یک محقق ژاپنی مورد استفاده قرار گرفت. دولت ژاپن اولین بار در ابتدای دهه 1990 بودجه‌ای را برای پشتیبانی از این تحقیقات اختصاص داد و این روند ادامه یافت تا اینکه در سال 1997، 120 میلیون دلار و در سال 2001، 430 میلیون دلار اختصاص یافته است. [7، 12 و 14]