الملابس الذكية – التكنولوجيا على جسم الإنسان
22 نوفمبر 2013 – 6:03 م | عدد التعليقات 2

كان السائد في تفرد الملابس أن تواكب متغيرات الموضة وتستجيب لمعايير تناسق الألوان والأشكال، لكن ثورة حقيقية يعرفها قطاع النسيج، حيث سيتم إنتاج جيل جديد من الملابس يكون مزودا بتكنولوجيا متطورة تحفظ صحة وسلامة مرتديها.

أكمل قراءة بقية الموضوع »
هندسة طيران

هندسة كهربية

هندسة مدنية

هندسة معمارية

هندسة ميكانيكية

الرئيسية » مواضيع هندسة عامة, هندسة كهربية

النانو تكنولوجي

المؤلف: | قسم: مواضيع هندسة عامة, هندسة كهربية | بتاريخ: 4/11/08 | لا تعليقات |

النانو تكنولوجي

لقد كان التطور التكنولوجي الهائل هو السمة الفريدة في القرن العشرين الذي ودعناه قبل بضع سنوات ، و قد أجمع الخبراء على أن أهم تطور تكنولوجي في النصف الأخير من القرن الحالي هو اختراع الكترونيات السيليكون ، 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 . ففي عام 1950لم يوجد غير 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 الالكترونيات الاستهلاكية اللتي 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 “تكنولوجيا 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 والتكنولوجيا تغطي مجموعة واسعة من المواضيع. توحيد الموضوع الرئيسي هو السيطرة على أي أمر من حجم اصغر واحد ميكروميتر ، 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 والتكنولوجيا 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 احدث وأكثر الوسائل عصرية. فهناك نهجين رئيسيين تستخدم تكنولوجيا النانو : فهو “القاعدة” التي هي مواد وأدوات البناء من الجزيئات التي تجمع بينها عناصر كيميائيه 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 التكنولوجية الناشئة المرتبطة الفرعية المجهري الأبعاد. على الرغم من الوعد العظيم التكنولوجيات 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 المبادئ الأساسية للجزيئات والمركبات التي لا يتجاوز قياسه 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 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 ؛ فالالكترونات 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 ذا 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 الكترونيات 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 تكنولوجي

  • منذ الآلاف السنين قصد البشر استخدام النانو تكنولوجي . فعلى سبيل المثال أستخدم في صناعة الصلب والمطاط والفلكنه. كلها تمت اعتمادا على خصائص عشوائيا تشكيل المجموعات الذرية نانوميترز مجرد حجمها ،وتميز عن الكيمياء في أنها لا تعتمد على الممتلكات الفردية الجزيئات. لكن وضع مجموعة من المفاهيم الآن تحت مصطلح التكنولوجيا النانوية أبطأ. الأولى إلى بعض المفاهيم المميزة في النانو تكنولوجيا (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 ، كان ارفنغ لانجميور وكاثرين بلودغيت إدخال مفهوم نظام مونولايير، طبقة سميكة من جزيء المادة. لانجميور حصل على جائزة نوبل في الكيمياء لعمله .
  • النظرية الأصول موضوع النانو مرة أخرى تطرقت “هناك الكثير من الغرفة في القاع” كلام قدمها الفيزيائي ريتشارد ففينمان في المجتمع الامريكى المادي معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في اجتماع عام 1959. فينمان وصف العملية التي القدرة على التعامل مع الذرات والجزيئات الفردية قد توضع باستخدام مجموعة من الأدوات الدقيقة لبناء وتشغيل مجموعة أخرى اصغر نسبيا ، حتى على الحاجة إلى وضع جدول. في غضون ذلك ، لاحظ أن حجم القضايا الناشئه عن تغيير حجم مختلف الظواهر الفيزيائية : خطورة أن تصبح اقل أهمية ، وتوتر السطح فان در والس أن يجذب أكثر أهمية وما هذه الفكرة الأساسية تبدو ممكنة ، واسى مجلس يعزز التوازي مع إنتاج كمية مفيدة من المنتجات النهائية. غوردن مور عام 1965 إن ترانزستورات سيليكون كان يجري عملية مستمرة من انخفاض مستوى ، فالملاحظة التي دونت فيما بعد عن قانون مور. منذ ملاحظته المرور الأدنى سمة الأحجام من 10 إلى 65 ميكرومترات المدى في نيو مكسيكو عام 2007. الحد الأدنى مما هو سمة تقريبا 180 ذرات السليكون طويلة مصطلح “التكنولوجيا النانويه” لأول مرة تعرف من العلوم ، جامعة طوكيو نوريو بوينكه في 1974 ورقة (ن بوينكه ، “على المفهوم الأساسي للتكنولوجيا نانو’ ، ‘” اليابان الجزء الثاني من المجتمع دقة الهندسة 1974). ما يلي : “‘ نانو التكنولوجيا بشكل رئيسي من تجهيز والفصل الدمج ، والتشويه من مواد ذرة أو جزيء واحد. ” ومنذ ذلك الوقت تعريف النانو عامة تشمل صاعد في حجمها وتشمل الملامح الكبيرة 100 نانو متر. كما أن فكرة عرض هياكل النانو يشمل الجوانب الكميه الميكانيكية ، مثل كمية نقاط ، وقد ألقيت في التعريف. أيضا في عام 1974 عملية ترسيب طبقة الذرية لإيداع موحدة الاغشيه الرقيقة طبقة من ذرية في وقت واحد ، وكان النمو المسجلة الدكتور تومو سونتولا وزملاء العمل في فنلندا. في الثمانينات نانوتيكولوغي فكرة الحتمية وبدلا من العشوائية ، معالجة كل الذرات والجزيئات هو مفهوم استكشاف عمق كاف من الدكتور اريك دريكسلر ، من الترويج التكنولوجي أهمية نانو النطاق الظواهر والأدوات خلال الخطب والكتب محركات الإبداع : خلال عصر تكنولوجيا النانو ونانوسيستيمس : آلات التصنيع الجزيئي والحساب (ISBN 0-471-57518-6). رؤية دريكسلر النانو وغالبا ما تسمى “النانو الجزيئي” (الأمهات) او “التصنيع الجزيئي” ، ودريكسلر في نقطة واحدة اقترح مصطلح “زيتاتيش” التي شاعت أبدا.
  • تجريبي التقدم النانو ونانوسكينس حصلت زيادة في أوائل الثمانينات مع تطورين رئيسيين هما : ولادة مجموعة العلوم والابتكار لمسح حفر نفق المجهر (آلية المتابعة. وأدى هذا التطور إلى اكتشاف الفولارينات الكربون في 1986 والنانومتريه بضع سنوات. وفي تطور آخر ، التوليف وخواص أشباه الموصلات نانوكريستالس كان يدرس. وأدى ذلك إلى زيادة عدد سريع شبه نانوبارتيكليس كمية من النقاط. في هذه الممارسة في عام 2007 تضم كلا من النانو عشوائي النهج الذي ، على سبيل المثال ، مدد الكيمياء يخلق ماء السراويل والقطعية النهج فيه أحد الجزيئات (أنشأتها عشوائي الكيمياء تتلاعب على سطح الركيزة (أنشأتها عشوائي ترسب الطرق (الطرق القطعية التي تضم الدفع لهم آلية المتابعة أو منهما يبحث وإحداث بسيطة ملزمة أو كرد فعل على حدوث الانقسام. حلم معقدة القطعية الجزيئات المتناهية الصغر لا يزال بعيد المنال. للمستقبل ، يعني أن البعض وجد أن الأمهات لتصميم التطور في البنى العملية التي تحاكي التطور البيولوجي في النطاق الجزيئي. التطور البيولوجي بنسبة عشوائي الاختلاف في المتوسطات مجموعة من الكائنات مجتمعة مع ذبح من اقل البدائل الناجحة والإنجاب من الأكثر نجاحا الصيغ وماكروسكالي التصميم الهندسي أيضا الإيرادات من عملية التصميم التطور من البساطة إلى التعقيد إلى حد الكشف بشكل هجائي جون الصفراء : “نظام معقد يعمل دائما وجد تطورت من مجرد نظام عمل…. نظام معقد مصمم من الصفر لا يعمل ولا يمكن مرقع لإنجاحها. عليك البدء من جديد ، بدءا النظام يعمل. ” تقدم الرضع في حاجة إلى أي عائدات بسيط الذرية المجموعات التي يمكن أن تبنى مع آلية المتابعة المعنية ، إلى الرضع عن طريق أنظمة معقدة في عملية التصميم التطور. أي عائق في هذه العملية هو صعوبة رؤية والتلاعب في البنى بالمقارنة مع أي ماكروسكالي يجعل اختيار حتمي لنجاح التجارب الصعبة. في تطور عكس البيولوجية الإيرادات عن طريق عمل ما يسمى ريتشارد دوكنز له الساعاتي الأعمى يضم عشوائي الجزيئية.

تطبيقات النانو تكنولوجي

يمكن من خلال تقنية النانو تكنولوجي صنع سفينة فضائية في حجم الذرة يمكنها الإبحار في جسد الإنسان لإجراء عملية جراحية والخروج من دون جراحة ، كما تستطيع الدخول في صناعات الموجات الكهرومغناطيسية التي تتمكن بمجرد ملامستها للجسم على إخفائه مثل الطائرة أو السيارة ومن ثم لا يراها الرادار ويعلن اختفاءها . 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 الانسان 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 الاشعه 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 . ومن المعروف أن الفضة قادرة على قتل حوالي 650 جرثومة دون أن تؤذي الجسم البشري .

وسينزل عملاق الكمبيوتر “هاولت باكارد ” قريبا إلى السوق رقاقات يدخل في صنعها نانو اليكترونات قادرة على حفظ المعلومات أكثر بآلاف المرات من الذاكرة المو جوده 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 ” ( كأنها كلمه عربيه )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 . فقريبا يمكننا شراء مشروب لا لون له ولا طعم يتضمن نانو جزيئات للون والطعم عندما نضعه في المكروييف على تردد معين يصبح عندنا عصير ليمون وعلى تردد آخر يصبح هو نفسه شراب التفاح ، وهكذا.

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

ذات علاقة

إختـرنـا لكـــم

شارك بتعليقاتك !