در ۷۰ سال گذشته، شیوه زندگی و کار ما با دو اختراع کوچک متحول شده است. ترانزیستور الکترونیکی و ریزتراشه همان چیزی هستند که تمام الکترونیک مدرن را ممکن میسازد، و از زمان توسعه آنها در دهه ۱۹۴۰، آنها کوچکتر شدهاند. امروزه، یک تراشه می تواند حاوی ۵ میلیارد ترانزیستور باشد. اگر خودروها همان مسیر توسعه را دنبال میکردند، اکنون میتوانستیم آنها را با سرعت ۳۰۰۰۰۰ مایل در ساعت برانیم و قیمت هر کدام فقط ۳ پوند بود.در این مقاله به معرفی ۵ فناوری نانو در آینده می پردازیم:
تاریخچه فناوری نانو
در ادامه این پیشرفت باید بتوانیم مدارهایی در مقیاس بسیار کوچک و نانومتری ایجاد کنیم. یک نانومتر (nm) یک میلیاردم متر است و بنابراین این نوع مهندسی شامل دستکاری اتم های منفرد است. برای مثال میتوانیم این کار را با شلیک پرتوی الکترون به سمت یک ماده یا با تبخیر کردن آن و رسوب اتمهای گازی بهدستآمده لایه به لایه روی یک پایه انجام دهیم.
چالش واقعی استفاده از چنین تکنیک هایی به طور قابل اعتماد برای تولید دستگاه های نانومقیاس کار است. خواص فیزیکی ماده، مانند نقطه ذوب، هدایت الکتریکی و واکنش شیمیایی، در مقیاس نانو بسیار متفاوت است، بنابراین کوچک شدن یک دستگاه می تواند بر عملکرد آن تأثیر بگذارد. با این حال، اگر بتوانیم بر این فناوری تسلط پیدا کنیم، آنگاه این فرصت را خواهیم داشت که نه تنها الکترونیک، بلکه انواع حوزه های زندگی مدرن را بهبود بخشیم.
چالش واقعی استفاده از چنین تکنیک هایی به طور قابل اعتماد برای تولید دستگاه های نانومقیاس کار است. خواص فیزیکی ماده، مانند نقطه ذوب، هدایت الکتریکی و واکنش شیمیایی، در مقیاس نانو بسیار متفاوت است، بنابراین کوچک شدن یک دستگاه می تواند بر عملکرد آن تأثیر بگذارد. با این حال، اگر بتوانیم بر این فناوری تسلط پیدا کنیم، آنگاه این فرصت را خواهیم داشت که نه تنها الکترونیک، بلکه انواع حوزه های زندگی مدرن را بهبود بخشیم.
پنج راه که فناوری نانو آینده شما را تضمین می کند!
۱-پزشکان در داخل بدن شما
فناوری تناسب اندام پوشیدنی به این معنی است که میتوانیم با بستن وسایل به خود، سلامت خود را کنترل کنیم. حتی نمونه اولیه خالکوبی الکترونیکی وجود دارد که می تواند علائم حیاتی ما را حس کند. اما با کوچک کردن این فناوری، میتوانیم با کاشت یا تزریق حسگرهای کوچک در داخل بدنمان جلوتر برویم. این اطلاعات بسیار دقیقتری را با دردسر کمتری برای بیمار دریافت میکند و پزشکان را قادر میسازد تا درمان خود را شخصیسازی کنند.
امکانات بی پایان هستند، از نظارت بر التهاب و بهبودی پس از جراحی گرفته تا کاربردهای عجیب و غریب تر که به موجب آن دستگاه های الکترونیکی در واقع با سیگنال های بدن ما برای کنترل عملکرد اندام تداخل می کنند. اگرچه این فناوریها ممکن است شبیه به آیندهای دور به نظر برسند، اما چندین میلیارد شرکت مراقبتهای بهداشتی مانند گلاکسو اسمیتکلاین در حال کار بر روی راههایی برای توسعه به اصطلاح “الکترونیکال” هستند.
۲-، حسگرها، همه جا
این حسگرها به نانومواد تازه اختراع شده و تکنیکهای ساخت تکیه میکنند تا آنها را کوچکتر، پیچیدهتر و کارآمدتر کنند. به عنوان مثال، سنسورهایی با ویژگیهای بسیار ظریف اکنون میتوانند در مقادیر زیاد روی رولهای پلاستیکی انعطافپذیر با هزینه کم چاپ شوند. این امکان قرار دادن سنسورها را در نقاط زیادی از زیرساخت های حیاتی برای بررسی دائمی اینکه همه چیز به درستی اجرا می شود باز می کند. پلها، هواپیماها و حتی نیروگاههای هستهای میتوانند سود ببرند.
۳-ساختارهای خود ترمیم شونده
اگر ترک ها ظاهر شوند، نانوتکنولوژی می تواند نقش بیشتری ایفا کند. تغییر ساختار مواد در مقیاس نانو میتواند خواص شگفتانگیزی به آنها بدهد – مثلاً با دادن بافتی که آب را دفع میکند. در آینده، پوششها یا افزودنیهای نانوفناوری حتی این پتانسیل را خواهند داشت که به مواد اجازه دهند در صورت آسیب یا فرسودگی، “درمان شوند”. به عنوان مثال، پراکندگی نانوذرات در سراسر یک ماده به این معنی است که آنها می توانند برای پر کردن شکاف هایی که ظاهر می شوند مهاجرت کنند. این می تواند مواد خود ترمیم شونده را برای همه چیز از کابین هواپیما گرفته تا میکروالکترونیک تولید کند و از تبدیل شکستگی های کوچک به ترک های بزرگ و مشکل ساز جلوگیری کند.
در اینجا، فناوری نانو به ایجاد حافظه بسیار متراکم کمک می کند که به ما امکان می دهد این انبوهی از داده ها را ذخیره کنیم. اما همچنین الهامبخش الگوریتمهای بسیار کارآمد برای پردازش، رمزگذاری و برقراری ارتباط دادهها بدون به خطر انداختن قابلیت اطمینان آن است. طبیعت چندین نمونه از فرآیندهای کلان داده را دارد که به طور کارآمد در زمان واقعی توسط ساختارهای کوچک انجام می شود، مانند بخش هایی از چشم و گوش که سیگنال های خارجی را به اطلاعاتی برای مغز تبدیل می کند.
معماریهای رایانهای که از مغز الهام گرفتهاند نیز میتوانند انرژی را به طور مؤثرتری مصرف کنند و بنابراین با گرمای اضافی کمتر مبارزه میکنند – یکی از مشکلات کلیدی در کوچک شدن بیشتر دستگاههای الکترونیکی.
۴-امکان پذیر ساختن کلان داده ها
همه این حسگرها اطلاعات بیشتری نسبت به گذشته تولید خواهند کرد – بنابراین برای پردازش آن و شناسایی الگوهایی که به ما در مورد مشکلات هشدار می دهند به فناوری نیاز داریم. اگر بخواهیم از “داده های بزرگ” حسگرهای ترافیک برای کمک به مدیریت ازدحام و جلوگیری از تصادفات استفاده کنیم یا با استفاده از آمار برای تخصیص موثرتر منابع پلیس از وقوع جرم جلوگیری کنیم، همین امر صادق است.
در اینجا، فناوری نانو به ایجاد حافظه بسیار متراکم کمک می کند که به ما امکان می دهد این انبوهی از داده ها را ذخیره کنیم. اما همچنین الهامبخش الگوریتمهای بسیار کارآمد برای پردازش، رمزگذاری و برقراری ارتباط دادهها بدون به خطر انداختن قابلیت اطمینان آن است. طبیعت چندین نمونه از فرآیندهای کلان داده را دارد که به طور کارآمد در زمان واقعی توسط ساختارهای کوچک انجام می شود، مانند بخش هایی از چشم و گوش که سیگنال های خارجی را به اطلاعاتی برای مغز تبدیل می کند.
معماریهای رایانهای که از مغز الهام گرفتهاند نیز میتوانند انرژی را به طور مؤثرتری مصرف کنند و بنابراین با گرمای اضافی کمتر مبارزه میکنند – یکی از مشکلات کلیدی در کوچک شدن بیشتر دستگاههای الکترونیکی.
۵-مقابله با تغییرات آب و هوایی
مبارزه با تغییرات آب و هوایی به این معنی است که ما به روشهای جدیدی برای تولید و استفاده از برق نیاز داریم و فناوری نانو در حال حاضر نقش مهمی را ایفا میکند. این به ساخت باتریهایی کمک کرده است که میتوانند انرژی بیشتری برای خودروهای الکتریکی ذخیره کنند و پنلهای خورشیدی را قادر میسازد تا نور خورشید بیشتری را به برق تبدیل کنند.
ترفند رایج در هر دو کاربرد، استفاده از نانوبافت یا مواد نانو (مثلاً نانوسیمها یا نانولولههای کربنی) است که یک سطح صاف را به یک سطح سهبعدی با سطح بسیار بیشتر تبدیل میکند. این بدان معناست که فضای بیشتری برای واکنشهایی وجود دارد که ذخیره یا تولید انرژی را ممکن میسازد، بنابراین دستگاهها کارآمدتر عمل میکنند.
در آینده، فناوری نانو میتواند اجسام را قادر به برداشت انرژی از محیط خود کند. در حال حاضر نانو مواد و مفاهیم جدیدی در حال توسعه هستند که پتانسیل تولید انرژی از حرکت، نور، تغییرات دما، گلوکز و سایر منابع با راندمان تبدیل بالا را نشان میدهند.
مطالب مرتبط: