پیامدهای اجتماعی علوم و فنّاوری نانو

پیامدهای اجتماعی علوم و فنّاوری نانو
1- مقدّمه

هم‌اکنون انقلابی در علوم و فنّاوری به‌خاطر توانایی‌های جدیدشکل‌گرفته برای اندازه‌گیری دست‌کاری و نظم‌بخشیدن مواد در مقیاس نانومتر 1 تا 100 میلیاردیم متر- در حال وقوع است. در مقیاس نانو، فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، علم مواد و مهندسی به سمت مبانی و ابزارهای واحدی همگرا می‌شود. بنابراین پیشرفت در این علوم، یک اثر بسیار دوردست خواهدداشت.
مقیاس نانو نه فقط یک گام به سمت کوچک‌سازی، که مقیاسی ذاتا&•uot; متفاوت است. بر اثر مکانیک کوانتومی، محدودیت ماده در ساختارهای کوچک، نسبت سطح به حجم زیاد و دیگر خواص، پدیده‌ها و جریانات منحصربه‌فرد، رفتار جدیدی رخ می‌نماید. بسیاری از تئوریهای کنونی ما برای مقیاس میکرومتر در ابعاد نانومتر دارای وضع وخیمی است. این تئوریهای کنونی برای توصیف پدیده‌های جدید در مقیاس نانو ناکارآمد است.
هرچه دانش در مورد علوم نانو در سطح جهان افزایش می‌یابد، بیشتر آشکار می‌شود که این ترقّی، علمی بنیادی است. در این تحوّل، تغییرات عظیمی صورت خواهدگرفت تا مواد، وسایل و سیستمهای ناشناخته، ساخته‌شوند. خواص و عملکرد بدیع مقیاس نانو را می‌توان با کنترل مواد در بلوک‌های ساختمانی‌اش، اعم از اتم، مولکول و نانوساختار بدست آورد. نانوتکنولوژی عبارتست از گرد‌آوری این نانوساختارها در مواد، سیستم‌ها و معماریهای بزرگتر- البتّه در این سیستم‌های در مقیاس بزرگ، کنترل و ساخت هم چنان در مقیاس نانو باقی می‌ماند.
امروز نانوتکنولوژی در طفولیت خود به ‌سر می‌برد، چون تنها می‌توان ساختارهای ابتدایی این مقیاس را با مقداری دقّت عمل ساخت. با این حال، دگرگونی هایی پیش‌بینی شده‌است؛ ازجمله: چندین برابرشدن کارآیی کامپیوتر، بازسازی عضو انسان از روی بافت مهندسی‌شده، مواد (طرّاح) که از چیدن اتمها و مولکولها مستقیما; ساخته می‌شود و ظهور پدیده‌های جدید در شیمی و فیزیک.
نانوتکنولوژی ذهن دانشمندان، مهندسین و اقتصاددانان را تسخیر کرده‌است و این علاوه بر انفجار کشفیات در مقیاس نانو، به دلیل پیامدهای اجتماعی بالقوّة آن نیز هست. مطابق بخشنامه‌ا‌ی که از کاخ سفید (از ادارة سیاستگزاری علوم و تکنولوژی و ادارة مدیریت و بودجه) در پاییز 2000 به تمام ادارات دولتی فدرال فرستاده شده‌است، نانوتکنولوژی در صدر لیست رشته‌های نوظهور تحقیق و توسعه در آمریکا قرار دارد. برنامة پیشگامی ملّی نانوتکنولوژی مصوب نوامبر 2000 کنگره، مجموع 422 میلیون‌دلار را برای 6 وزارتخانه و سازمان دربرداشته‌است.
نانوتکنولوژی به‌خاطر کنترل مواد در مقیاس نانو جهت مراقبت‌های بهداشتی، محیط زیست، حفظ منابع و تقریبا تمام صنایع مورد توجّه قرار گرفته‌است. شکّی نیست که پیامدهای گسترده‌تر انقلاب علوم و فنّاوری نانو برای جامعه بسیار عمیق خواهدبود.

برنامة پیشگامی ملّی نانوتکنولوژی :

برنامة پیشگامی ملّی نانوتکنولوژی (NNI, http://nano.gov) یک تلاش چندسازمانه درون دولت آمریکاست، که از برنامه گستردة دولت فدرال در تحقیقات مقیاس نانو در زمینه‌های مواد، فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی پشتیبانی می‌کند.
این برنامه بطور صریح به دنبال ایجاد فرصت‌هایی برای کار میان‌رشته‌ا‌ی است که همة این رشته‌های سنتی را گردهم می‌آورد. NNI :
به طی‌کردن تحقیقات بنیادی در علوم و مهندسی نانو سرعت خواهدبخشید
دانش موردنیاز را برای ابتکارات تکنولوژیکی فراهم خواهدساخت.
نیروی کار لازم را برای اکتشاف در این علم آموزش خواهدداد.
و پایه‌ا‌ی علمی برای تولید تجاری آینده حاصل خواهدکرد.
تحوّلات بالقوه‌ا‌ی در مواردی مثل مواد، ساخت و تولید، داروسازی و مراقبت‌های بهداشتی، محیط زیست و انرژی، بیوتکنولوژی و کشاورزی، الکترونیک و فنّاوری اطّلاع‌رسانی و امنیت ملّی، انتظار می‌رود. تأثیر نانوتکنولوژی بر روی بهداشت، ثروت و استانداردهای زندگی برای مردم این قرن جدید، حداقل به اندازة تأثیر مجموع میکروالکترونیک، تصویربرداری پزشکی، مهندسی به کمک کامپیوتر(CAD) و پلیمرهای ساختة دست بشر در قرن گذشته، خواهدبود.
NNI برای پنج فعّالیّت گسترده برنامه‌ریزی شده‌است:
مطالعات بنیادی
چالش‌های عمده
مراکز و شبکه‌های برتر
زیرساخت‌های تحقیقاتی
و پیامدهای اجتماعی و نیروی کار;
تحت آخرین عنوان، تأثیر نانوتکنولوژی روی جامعه –از نظر قانونی، اخلاقی، اجتماعی، اقتصادی و پرورش نیروی کار- به‌منظور کمک به شناسایی نگرانی‌های اجتماعی و راههای منتهی به آنها، بررسی می‌شود. با شروع‌شدن NNI، فرصتی استثنایی برای گردآوری مطالعات و مباحثات اجتماعی و بهره‌گیری از مطالعات اجتماعی بعنوان بخش مرکزی استراتژی سرمایه‌گذاری NNI، بوجود آمده‌است.
کارگاه آموزشی NSET در مورد;پیامدهای اجتماعی علوم و فنّاوری نانو: مطالعه روی پیامدهای اجتماعی، موفقیت NNI را تسریع خواهدکرد و به ما کمک می‌کند تا زودتر، بهتر و مطمئن‌تر از مزایای این فنّاوری جدید، بهره‌مند شویم. در این راستا، زیرکمیتة علوم، مهندسی وفنّاوری نانو (NSET ) وابسته به کمیتة تکنولوژی (CT) وابسته به مجمع ملّی علوم و تکنولوژی (NSTC) –که بعنوان یک گروه بین سازمانی، NNI را هماهنگ می‌سازد- در 28 و 29 سپتامبر 2000، مسؤولیت کارگاهی آموزشی با موضوع پیامدهای اجتماعی علوم و فنّاوری نانورا در مؤسّسة ملّی علوم بر عهده گرفت. این کارگاه آموزشی، محقّقین نانوتکنولوژی، دانشمندان علوم اجتماعی و سیاستگزارانی به نمایندگی از دانشگاه، دولت و بخش خصوصی را برای 4 هدف زیر گردهم آورد :
بازبینی مطالعات جاری روی پیامدهای اجتماعی نانوتکنولوژی (آموزشی، فنّی، اقتصادی، پزشکی، زیست‌محیطی، اخلاقی، قانونی، فرهنگی و غیره).
شناخت روشهای تحقیق و ارزیابی برای مطالعات آیندة پیامدهای اجتماعی.
ارائة دورنماهایی از کوتاه‌مدت (3 تا 5 سال)، میان‌مدت (5 تا 20 سال) و درازمدت (بیش از 20 سال) و راههای گوناگون رسیدن به آنها.
پیشنهاد زمینه‌هایی برای سرمایه‌گذاری تحقیقاتی و بهبود آموزش.
این گزارش به مواردی بسیار گسترده‌تر از علوم و مهندسی، مثل نحوة تغییر جامعه توسط نانوتکنولوژی و اقدامات لازم برای آمادگی برای این تحوّل، اشاره دارد. نتیجه‌گیری و پیشنهادات این گزارش، مبنایی برای افراد درگیر در NNI و عموم مردم برای توجّه به پیامدهای آیندة اجتماعی ‌است.
بخش 2 تا 5 این گزارش، نتیجه‌گیری و پیشنهادات بدست‌آمده از کارگاه آموزشی را نشان می‌دهد. اظهارنظرهای شرکت‌کنندگان در مورد پیامدهای اجتماعی در بخش 6 آمده‌است. لیست شرکت‌کنندگان و کمک‌کنندگان به این گزارش، در;ضمیمة الف و سخنان تأییدکننده شخصیّتها در مورد NNI به‌طور انتخابی درضمیمة بوجود دارد.

اهداف نانوتکنولوژی

علوم و مهندسی نانو، منجر به فهم بهتر طبیعت، پیشرفت در تحقیقات و آموزش پایه‌ا‌ی و تغییرات عمده‌ا‌ی در تولید صنعتی، اقتصاد، بهداشت، مدیریت زیست‌محیطی و حفظ منابع خواهدشد. مثالهای نویدبخشی از نانوتکنولوژی که در 10 تا 15 سال آینده، یک بازار جهانی بالای 1000 میلیارددلار در سال خواهدداشت، در ذیل می‌آید :
تولید صنعتی : انتظار می‌رود که به محض این که علوم نانو موجبات درک پدیده‌های نانو، و مهندسی نانو ابزارهای لازم را تدارک ببینند، مقیاس نانومتر به یک مقیاس طولی بسیار کارا در تولید صنعتی تبدیل شود.و موادی با کارآیی بالا و خواص و کارکرد منحصربه‌فرد تولید خواهندشد که شیمی مرسوم قادر به ساختشان نیست. تخمین زده می‌شود در10 سال آینده، مواد وفرآیندهای نانوساختاری، بازاری در حد 340 میلیارددلار داشته‌باشند (مؤسّسة تحقیقاتی هیتاچی، مجلة Personal Communication ، سال 2001).
الکترونیک : تخمین زده شده‌است که نانوتکنولوژی سالانه 300 میلیارددلار برای صنعت نیمه‌هادی و مقدار مشابهی برای مدارات مجتمع (IC) در 10 تا 15 سال آینده به‌همراه داشته‌باشد (صفحة 74 و 75 همین گزارش).
مراقبت‌های بهداشتی پیشرفته : نانوتکنولوژی به افزایش طول عمر، کیفیت زندگی و افزایش مهارتهای بدنی کمک می‌کند.
داروها : حدود نصف کل تولید دارو در آینده متکی بر نانوتکنولوژی خواهدبود؛ بیش از 180 میلیارددلار در سال در 10 تا 15 سال آتی (E. Cooper, Elan از شرکت Nanosystems ، مجلة Personal Communication ، سال 2000).
کارخانجات مواد شیمیایی : کاتالیست‌های نانوساختاری در صنایع فرآوری نفت و مواد شیمیایی کاربرد دارند، با یک تخمین سالانة 100 میلیارددلار در 10 تا 15 سال آتی (با فرض سابقة افزایش حدود 10% از 30 میلیارددلار موجود در سال 1999).
حمل‌ونقل : نانومواد و نانوالکترونیک، خودروهایی سبک‌تر، سریعتر و ایمن‌تر؛ و جاده‌ها، پل‌ها، باندهای پرواز، خطوط لوله و خطوط ریلی بادوام‌تر، مطمئن‌تر و ارزان‌تری ایجاد خواهدکرد. پیش‌بینی می‌شود تنها محصولات هوافضای حاصل از نانوتکنولوژی در 10 سال آینده، سالانه بازاری 70 میلیارددلاری داشته‌باشد (مؤسّسة تحقیقاتی هیتاچی، مجلة Personal Communication ، سال 2001).

دوام‌پذیری منابع : نانوتکنولوژی:

بهره‌وری کشاورزی را برای یک جمعیت بیشتر، بالا می‌برد.
فیلتراسیون و نمک‌زدایی آب را اقتصادی‌تر می‌نماید.
استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی، مثل تبدیل انرژی خورشیدی بسیار کارا را عملی می‌سازد
و در نتیجة این کارها، نیاز به منابع کمیاب کاهش می‌یابد و با حذف آلودگی، محیط زیست تمیزتر می‌شود. فی‌المثل پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد طی 10 الی 15 سال، نانوتکنولوژی در امر روشنایی به پیشرفتهایی دست خواهدیافت که می‌تواند مصرف جهانی انرژی را تا بیش از 10% کاهش دهد،که 100 میلیارددلار صرفه‌جویی و 200 میلیون‌تن کاهش انتشار کربن (گازهای گلخانه‌ا‌ی) را به‌همراه خواهدداشت. (صفحة 93، NNI: The Initiative and Its Implementation Plan)

آگاهی و فهم علمی نسبت به طبیعت :

مطالعة نظامهای با مقیاس نانو، نوید رسیدن به پیشرفتهای ذاتا جدید را در علوم و مهندسی و در درک ما از نظامهای زیستی، زیست‌محیطی و سیاره‌ا‌ی می‌دهد. هم چنین تصوّرات علمی ما را به سمت تحقیقات اصیل و میان‌رشته‌ا‌ی سوق خواهدداد. علوم نانو، جبهه‌های نامکشوف علم و مهندسی هستند و یکی از هیجان‌انگیزترین فرصت‌ها را برای نوآوری در فنّاوری ارائه می‌دهند.
نانوتکنولوژی توان ساخت محصولات با کارآیی فوق‌العاده بالا را دارد،که این امر نیازمند فهم مقدّماتی راههای کنترل و دست‌کاری ماده در مقیاس نانومتر و بکارگیری نانوساختارها و نانوفرآیندها در ابتکارات تکنولوژیکی خواهدبود ودر آن هنگام که به صورت مولّد فنّاوری درآید، در هستة رقابت‌های فشردة بین‌المللی خواهدبود.
انتظار می‌رود نانوتکنولوژی نیروی غالب در جامعة ما در دهه‌های آتی باشد. یورشهای تجاری گذشته در صنایع هاردیسک، روکش‌ها، عکاسی و داروسازی، نشان داده‌است که چگونه تحوّلات علمی بدین شکل می‌تواند با تغییر الگوهای تولید، تجارتهای چند میلیارددلاری را زیرورو سازد. با این حال، پیش از عملی‌شدن توان نانوتکنولوژی، مشکلات طاقت‌فرسایی در درک بنیانی نظامها در این مقیاس باقی خواهدماند.
امروز نانوتکنولوژی هنوز در طفولیتش است و فقط می‌توان نانوساختارهای ابتدایی را با قدری تلاش و دقّت ساخت. دانش اتمها و مولکولهای ساده، و دانش مواد از میکروساختارها تا مقیاس‌های بزرگتر بدست آمده‌است. چالش باقیماندة مربوط به مقیاس نانو، تقریبا به اندازة قطر 1 تا 100 مولکول است، تا بتوان خواص بنیادی ماده را تعیین و روی آن کار مهندسی انجام داد. بر پایة توانایی‌های جدیدا کسب‌شده در اندازه‌گیری، دست‌کاری و سازماندهی ماده در این مقیاس، انقلابی در علوم و فنّاوری به راه افتاده‌است. ساختمانهای نظم‌یافتة اخیرا کشف‌شده، نقاط عطفی علمی هستند که به پیشرفتهایی در آینده، اشاره دارند؛ مثلاْ به موارد کلیدی زیر می‌توان اشاره کرد:
نانولو‌له‌های کربن
موتورهای مولکولی
چیدمان‌های برپایه DNA
نقاط کوانتومی
سوئیچ‌های مولکولی
نانوتکنولوژی فقط یک گام دیگر به سمت کوچک‌سازی نیست، بلکه مقیاسی ذاتا متفاوت است. این رفتار نو، نتیجة مکانیک کوانتومی، محدودیت ماده در ساختمانهای کوچک، سطوح تماس بزرگ و دیگر خواص، پدیده‌ها و جریانات منحصربه‌فرد است. بسیاری از تئوریهای کنونی ماده در مقیاس میکرومتر، در نانومتر وضع وخیمی دارند و قادر به توصیف پدیده‌های مقیاس نانو نیستند.
علوم نانو، یک عنصر اساسی در درک بهتر طبیعت در دهه‌های آتی خواهدبود. ازجمله موارد مهم در آینده، هم کاریهای تحقیقاتی میان‌رشته‌ا‌ی بزرگتر، آموزش و پرورش خاص و انتقال ایده‌ها و افراد به صنعت خواهدبود.

تولید، مواد و محصولات صنعتی :

مزایای نانوتکنولوژی چندان که در ذیل می‌آید، گسترده‌است:
نانوتکنولوژی تغییر بنیانی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد و ابزارهایی خواهدشد. امکان سنتز بلوک‌های ساختمانی نانو با اندازه و ترکیب به دقّت کنترل‌شده و سپس چیدن آنها در ساختارهای بزرگتر، که دارای خواص و کارکرد منحصربه‌فرد باشند، انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آنها، ایجاد می‌کند. محقّقین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهندشد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجادشان نبوده‌است. برخی از مزایای نانوساختارها عبارتست از:
مواد سبک‌تر، قوی‌تر و قابل برنامه‌ریزی
کاهش هزینة عمر کاری از طریق کاهش دفعات نقص فنّی
ابزارهایی نوین بر پایة اصول و معماری جدید
بکارگیری کارخانجات مولکولی یا خوشه‌ا‌ی که مزیّت مونتاژ مواد در سطح نانو برای هدفی مشخّص را دارند.
انجمن صنعت نیمه‌هادی (SIA) ، نقشه‌ا‌ی برای پیشرفتهای متوالی در کوچک‌سازی، سرعت و کاهش توان مصرفی در وسایل پردازش اطّلاعات – سنسورهای دریافت سیگنال، ابزارهای منطقی برای پردازش، ابزارهای ذخیره‌سازی برای حافظه، نمایشگرها برای نمایش و ابزارهای انتقال داده برای ارتباطات- ترسیم نموده‌است. نقشة SIA آیندة نانوالکترونیک و فنّاوری کامپیوتر را تا حدود 2010 و ساختارهای 1/0 میکرونی (100 نانومتر)، یعنی آستانة ایجاد ابزارهای نانوساختاری کامل، پیش‌بینی کرده‌است. از آنجا که اصول، روشهای ساخت و فنون لازم برای گردآوری ابزارها درون سیستمهای نانو غالبا ناشناخته‌است، این نقشه پیش از رسیدن به ابزارهای نانوساختاری واقعی خاتمه می‌یابد. به‌نظر می‌رسد که موارد جدیدی مثل رایانه‌های شیمیایی، بیومولکولی و کوانتومی که بر پایة پدیده‌ها و ساختارهای نانو هستند، بروز پیداکنند.
بلوکهای ساختمانی حیات – پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها، کربوهیدراتها و تقلیدگرهای غیرزیستی(non-biological mimics) آنها- مثالهایی از مواد دارای خواص منحصربه‌فرد می‌باشند، که این خواص تابعی از اندازه، درجة بازشدگی(folding)، و الگویشان در مقیاس نانوست. بیوسنتز و بیوفرآوری، راههای کلا جدیدی برای ساخت محصولات شیمیایی و دارویی ارایه می‌دهند. گردهم‌آوری بلوک‌های ساختمانی زیستی به شکل مواد و ابزارهای مصنوعی، خواص موردنظر مواد را با کارکردهای زیستی تلفیق می‌کند. سیستمهای زیستی، تحقیقات وسیعی را در چندین رشته می‌طلبند. مثلا رشتة پرفعّالیّت شیمی تقلیدگرهای زیستی، بر این اساس است.