خذ X، وقم بتفكيكها إلى ذرات، وقم ببناء Y منها

ما لا يقل عن 51,000 ألف موقع إلكتروني يتعامل مع "تقنية النانو" -
تكنولوجيا "جارحة" لا يزال مستقبلها بأكمله أمامها وربما يكون لها مستقبل عظيم. ما كل هذا العناء؟

اهارون هاوبتمان

(نسخة معدلة من هذا المقال نشرت في صحيفة هآرتس، 20 آذار 2000)

الرابط المباشر لهذه الصفحة: https://www.hayadan.org.il/haupman200300.html

تعتمد تقنية النانو على قدرة بدائية ولكن مثيرة للإعجاب في التعامل مع الجزيئات والذرات الفردية: نقلها من مكان إلى آخر وترتيبها في تكوينات مختلفة. تأتي البادئة "نانو" من كلمة "نانومتر" - جزء من الألف من الميكرون (الميكرون هو جزء من الألف من المليمتر) - كحجم جزيئات معينة. يبلغ حجم أصغر الدوائر الإلكترونية في الإلكترونيات الدقيقة اليوم حوالي 250 نانومتر - وهو حجم ضخم مقارنة بمجال تكنولوجيا النانو. لكن الحجم ليس هو العامل الوحيد. إنه يدور حول تغيير كامل في الإدراك: بناء الأشياء من الذرات والجزيئات، وحدات بناء الطبيعة، كما لو كانت مكعبات "ليغو". الذرات ككتل ليغو؟ وهل من الممكن أن تحمل الذرة في اليد؟ ومن الممكن أيضًا - ولكن ليس يدويًا تمامًا.

"أصغر آلة حاسبة في العالم": تم تصنيعها بمساعدة STM من جزيئات "الفوليرين" - وهي جزيئات على شكل كرة مكونة من 60 ذرة كربون، والتي تعتبر لبنة بناء محتملة لمنتجات النانو المستقبلية. المصدر: آي بي إم

الفكرة الأساسية ليست حتى جديدة. في عام 1959، ألقى عالم الفيزياء الشهير ريتشارد فاينمان محاضرة في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك) أوضح فيها أنه لا يوجد قانون فيزيائي يمنع إمكانية "اللعب" بالذرات الفردية وترتيبها كما نرغب، بواحد. وادعى أن "هذا تطور لا مفر منه"، وتنبأ أيضًا بأنه سيأتي يوم، إذا احتاج إلى عملية جراحية، لن يسلم نفسه لأيدي الجراح بل يبتلعه ببساطة - في إشارة إلى مستقبل "النانو". "الروبوت" يتجول في مجرى الدم ويصلح الخلايا ويفتح الانسدادات في الأوعية الدموية ويقوي الجسم. واليوم، يعتقد الخبراء أن مثل هذا "جراح النانو" متوقع بحلول عام 2010. وبعد حوالي ربع قرن من محاضرة فاينمان، تم اختراع الجهاز الذي مهد الطريق لتحقيق الحلم: STM - "مسح الأنفاق". مجهر". كان المخترعان (بينج وروهرر من شركة آي بي إم) يعتزمان «بشكل عام» دراسة المواد بدقة ذرية: رؤية (أو بالأحرى الشعور) ذرات منفصلة. قلب الجهاز عبارة عن إبرة حادة جدًا تقوم بمسح سطح المادة، بحيث يلامس طرفها المادة تقريبًا. تقفز الإلكترونات من طرف الإبرة إلى أقرب ذرة أدناه (وهذا هو "النفق" - أحد شذوذات فيزياء الكم). ويتم قياس تيار الإلكترون و"ترجمته" إلى تصوير بالكمبيوتر - حيث تظهر الذرات على شكل نتوءات واضحة. والمثير للدهشة أنه اتضح أنه أثناء التحكم في "تيار النفق" من الممكن "التقاط" الذرة المرغوبة وتحريكها من مكانها ووضعها في مكان آخر. لقد كانت هذه بالفعل ثورة حقيقية: فلأول مرة أصبح تحت تصرف الإنسان أداة للاحتفاظ بالذرات الفردية وترتيبها في البنية المرغوبة. على الموقع الإلكتروني "STM Gallery" الخاص بمختبرات IBM، يمكنك الاستمتاع بمجموعة من "الأعمال الفنية" - ترتيبات جميلة للذرات مصنوعة في STM.

"مرجان الكمية" - من مجموعة أعمال "معرض STM": 48 ذرة حديد مرتبة على سطح نحاسي. المصدر: آي بي إم

من هنا، يصبح الطريق قصيرًا أمام الخيال لينطلق في حالة من الفوضى فيما يتعلق بالإمكانيات المستقبلية لـ "هندسة النانو". كتب إيريك دريكسلر، "نبي" تكنولوجيا النانو الجزيئية، كتابًا هندسيًا كاملاً عن "أنظمة النانو": المحامل، والتروس، والأذرع الآلية - كلها مصنوعة من ذرات فردية. كان رد فعل جزء من المجتمع العلمي متشككًا تمامًا. وتبنى آخرون بحماس رؤية "المخلوق الجزيئي": ففي نهاية المطاف، كل شيء في العالم يتكون من جزيئات وذرات، فلماذا لا نطور في المستقبل "المجمعات العالمية"، وهي نوع من الروبوتات الصغيرة التي يمكنها تحليل كل شيء إلى ذرات. ، ونبني منهم كل شيء آخر فهل نريده؟ تخيل متى سنكون قادرين في المستقبل على "تنزيل" برنامج من الإنترنت يحتوي على البنية الجزيئية لبعض المنتجات، بما في ذلك تعليمات التجميع، وتوصيله بجهاز محلي الصنع (مع القليل من المهملات كمواد خام)، ثم اضغط على زر - و اشعر بسرعة بالمنتج المطلوب (ربما شريحة لحم طرية؟) جاهز للاستخدام. وسيكون هذا الجهاز الرائع أيضًا قادرًا على تكرار نفسه بالطبع، وفقًا لرؤية دريكسلر لتقنية النانو. نهاية لتلويث المصانع، نهاية للندرة والجوع - ومرحبًا بكم في عصر الوفرة المطلقة!

إن تحقيق هذه الرؤية لا يزال بعيدا جدا، بل ويقول البعض – بل مستحيلا. يقول دون إيجلر، العالم من شركة IBM الذي اكتشف قدرة المعالجة لـ STM، إنه في الوقت الحالي ليس من الممكن حتى التفكير في الاستخدام الصناعي العملي، ولكن "فقط" البحث البحت. العملية بطيئة للغاية ومعقدة، ولا يمكن بناء التكوينات من كل جزيء، وإذا أمكن - لا تزال التكوينات المسطحة ثنائية الأبعاد فقط. ومع ذلك، فمن المتوقع في المدى القريب ظهور التطبيقات الأولى لعلم النانو. على سبيل المثال - الإلكترونيات النانوية، والتي ستحل محل الإلكترونيات الدقيقة. والنتيجة: دوائر إلكترونية جزيئية، وبالتالي أجهزة كمبيوتر أسرع وأكثر كفاءة، مما يضع في الظل ذروة التحسينات الحالية. تستثمر مراكز الأبحاث الجادة الكثير من الموارد في تكنولوجيا النانو المستقبلية. في ناسا، على سبيل المثال، يتعاملون مع المحاكاة الحاسوبية للمحركات والآلات الجزيئية - والتي ما زالوا لا يعرفون كيفية بنائها فعليًا، لكن الكمبيوتر يثبت جدواها.

محاكاة حاسوبية لمرحل تروس مصنوع من الذرات. المصدر: ناسا

مكعب مصنوع من الحمض النووي - ربما يكون لبنة أساسية في منتجات النانو المستقبلية. المصدر: جامعة نيويورك، مختبر البروفيسور سيمان

بوابة تكنولوجيا النانو على موقع العلوم
مجموعة من مقالات الدكتور أهارون هاوبتمان على موقع هيدان
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~142577783~~~222&SiteName=hayadan