انتشار این مقاله


فضای بسیاری در پایین دست وجود دارد: آغاز علم نانوتکنولوژی

سخنرانی فاینمن به بعد جدیدی از علم اشاره کرد که زمینه ی شکل‌گیری نانوتکنولوژی را فراهم کرد.

اگر شما نیز تنها میزان کمی به علم نانوتکنولوژی علاقه‌مند بوده و مطالعات محدودی درباره‌ی آن داشته باشید، بی‌شک درباره‌ی ریچارد فاینمن (Richard Feynman) و سخنرانی بدیع او در انجمن فیزیک آمریکا، به تاریخ ۲۹ دسامبر سال ۱۹۵۹ اطلاعاتی دارید. فاینمن از برجسته‌ترین و تأثیرگذارترین فیزیکدانان قرن بیستم است که به خاطر فعالیت‌هایش برروی نظریه‌ی الکترودینامیک کوانتومی، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل سال ۱۹۶۵ شد . سخنرانی فاینمن با عنوان «فضای بسیاری در پایین دست وجود دارد» به خاطر پبش‌بینی‌های قابل توجه و نقش به‌سزایی که در شکل‌گیری فناوری نانو داشته است، بسیار پرآوازه است. اما شاید کمتر کسی درباره‌ی محتویات این سخنرانی و چگونگی موفقیت آن در ایجاد چنین تأثیر عمیقی با خبر باشد.


مقاله مرتبط: مهندسی مولکولی: دریچه‌ای رو به دنیایی جدید


فاینمن امکان ساخت مستقیم اشیاء از اتم‌های تشکیل‌دهنده‌شان را به عنوان حالتی قدرتمندتر از شیمی سنتتیک معرفی کرد. در ابتدای کار، توجه چندانی به این سخنرانی نشد و تأثیر چندانی برشروع این زمنیه‌ی علمی نداشت؛ تا اینکه حدود ۳۰ سال بعد،با آغاز توجه‌های دوباره، به عنوان رویدادی اساسی در تاریخچه‌ی شکل‌گیری علم نانوتکنولوژی مطرح شد.

موضوعات مطرح‌شده در سخنرانی فاینمن

سخنرانی فاینمن به تعداد زیادی از مزایای جالب توانایی کلی ساخت و ساز مواد در مقیاس اتمی اشاره دارد. او شخصاً علاقه‌ی خاصی به احتمال ساخت مدارهای کامپیوتری کوچکتر، و میکروسکوپ‌هایی با قدرت بزرگنمایی بسیار بیشتر از میکروسکوپ‌ SEM بود. این ایده‌ها، بعدها با ساخت میکروسکوپ‌های STM، AFM، و سیستم‌های ذخیره اطلاعاتی مانند Millipede که توسط محققان IBM ساخته شده بود، به حقیقت پیوست.

فاینمن همچنین امکان ساخت ماشین‌هایی در مقیاس نانو با توانایی «مرتب‌سازی اتم‌ها به هرشکلی که بخواهیم»، و سنتز شیمیایی توسط ساخت و ساز مکانیکی را مطرح کرد.

او به ممکن بودن «بلعیدن جراح»، ایده‌ای که توسط دوست و دانشجوی فارغ‌التحصیلش، آلبرت هیبس (Albert Hibbs) مطرح‌شده بود نیز اشاره کرد. این ایده شامل ساخت ربات‌های کوچک و قابل بلعی بود که توانایی شناسایی و حل نارسایی‌های بدن انسان را داشت.

سخنرانی فاینمن
ریچارد فاینمن

از جمله ایده‌های دیگر مطرح‌شده توسط فاینمن، ساخت دست‌های مصنوعی با ابعاد یک چهارم دست معمولی بود که به دست افراد وصل می‌شد تا به ساخت ابزار ماشینی مشابه با ابزارهای فعلی، و به ابعاد یک چهارم آن‌ها بپردازد. در مرحله‌ی بعد، از مجموعه‌ی این ابزار ماشینی کوچک برای ساخت ده‌ها مجموعه‌‌ی دست مصنوعی و ابزار ماشینی با مقیاس یک‌شانزدهم، و ادامه‌ی این فرآیند شکل‌گیری میلیاردها کارخانه‌ی کوچک با تولید انبوه موازی، قرار داشت. این ایده پیش از سخنرانی فاینمن، در سال ۱۹۴۲ و در داستانی علمی-تخیلی از رابرت هینلین (Robert A. Heinlein) به نام Waldo مطرح شده بود.

با کوچکترشدن مقیاس‌ها و اندازه‌ها، و به دلیل تغییر قدرت نسبی متغیرهای مختلف، نیاز به طراحی دوباره‌ی بعضی از ابزارها وجود دارد. برای مثال، در چنین مقیاس‌هایی با وجود بی‌اهمیت‌شدن جاذبه، فشار سطحی اهمیت بیشتری یافته و نیروی جاذبه‌ی واندروالس بیشتر مطرح می‌شود. فاینمن به چنین موضوعاتی به هنگام کار با مقیاس‌های کوچک، در حین سخنرانی خود اشاره کرد. تاکنون هیچکس اقدام به آزمودن این نظریه در دنیای واقعی نکرده است؛ با این‌وجود ذکر می‌شود که برخی از انواع کمدلکس‌های آنزیمی بیولوژیکی (به خصوص ریبوزوم‌ها) عملکرد شیمیایی مشابه با دید فاینمن دارند.

فاینمن همچنین در این سخنرانی به جزئیاتی همانند بهتربودن استفاده از شیشه یا پلاستیک در این کار، با توجه به آمورف‌بودن آن‌ها و جلوگیری از شکل‌گیری مشکلات در مقیاس‌های کوچک اشاره کرد. (فلزات و بلورها به دلیل ساختار منظم خود به اشکال خاصی شکسته و یا ساخته می‌شوند که در مقیاس‌های کوچک، امکان دست‌کاری را محدود می‌سازد.) امروزه نیز از شیشه و فلز در صنایع الکترونیکی به وفور استفاده می‌شود. نمونه‌ی بارز این کاربردها استفاده از کابل‌های فیبر نوری برای تقویت امواج نور در فواصل معین، یا استفاده از پلاستیک (پلی‌تیوفن) در ترانزیستورهای اثر میدانی برای هدایت الکتریکی است.

چالش‌های مطرح‌شده

فاینمن سخنرانی خود را با مطرح‌کردن دو چالش و پیشنهاد جایزه‌ی ۱۰۰۰ دلاری برای اولین نفری که موفق به حل هر چالش شود، به پایان رساند. چالش اول، ساخت موتوری با باعاد بسیار کوچک بود که در کمال شگفتی، در سال ۱۹۶۰ توسط ویلیام مک‌ لیلان (William McLellan) به حقیقت پیوست. چالش بعد،  کوچک‌کردن حروف به حد ممکن ساختن نوشتن دایرة المعارف بریتانیکا در سر یک سوزن بود که این کار باید با نوشتن اطلاعات یک صفحه کتاب در سطحی معادل یک‌بیست و پنج‌هزارم مقیاس خطی صورت می‌گرفت. در سال ۱۹۸۵، تام نیومن (Tom Newman) از فارغ‌التحصیلات دانشگاه استانفورد موفق به انجام این کار و دست‌یابی به جایزه‌ی دوم تعیین‌شده توسط فاینمن شد.

تأثیرات سخنرانی فاینمن

پس از مرگ فاینمن، محققان مطالعه‌ی چگونگی توسعه‌ی تاریخی علم نانوتکنولوژی را آغاز کردند. این مطالعات نشان از تآثیر غیرقابل انکار نسخه‌ی منتشرشده از سخنرانی فاینمن در دوره‌ی بیست‌ساله‌ی پس از آن داشته است. اما این توجه در دهه‌ی بعد، و پس از کشف میکروسکوپ STM در سال ۱۹۸۱ چندان مشهود نیست. اما در سال ۱۹۸۶ و با به‌کارگیری واژه‌ی «نانوتکنولوژی» توسط اریک درکسلر (Eric Drexler) در کتاب «موتور آفرینش: آغاز دوران فناوری نانو» ( Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology)، و مقاله‌ی منتشرشده با عنوان «نانوتکنولوژي» در مجله‌ی OMNI در همان سال، این سخنرانی مورد توجهی ویژه قرار گرفت.

شکل‌گیری ژورنال نانوتکنولوژی در سال ۱۹۸۹، انتشار مقاله‌ی آزمایش دستکاری موفقیت‌آمیز ۳۵ اتم زنون توسط  Eigler-Schweizer  در آوریل ۱۹۹۰، و مقاله‌ی ویژه‌ی ژورنال Science درباره‌ی نانوتکنولوژی در نوامبر ۱۹۹۱، از رویدادهای دیگری بودند که وقوع آن‌ها تأییدی برا نقش سخنرانی فاینمن و هوش  و زکاوت او در شکل‌گیری علم نانوتکنولوژی در دسامبر ۱۹۵۹ داشت. او به طرز عجیبی توانسته بود تا به پیش‌بینی تمام زمینه‌های فعالیت دانشمندان در علم نانوتکنولوژی در دنیای امروز بپردازد. بیشتر اهداف مطرح‌شده در این سخنرانی که کاملاً حسا‌ب‌شده و به دور از هرگونه تخیلی مطرح‌شده بودند، امروزه به وقوع پیوسته و بخشی از آن‌ها نیز در آینده‌ای نزدیک به حقیقت تبدیل خواهند شد.

منابع

-Drexler, Eric. “There’s Plenty of Room at the Bottom”.

– Colin Milburn. Nanovision: Engineering the Future. Duke University Press, 2008. ISBN 0-8223-4265-0

 -Ed Regis. Nano. Bantam, 1997. ISBN 0-553-50476-2

 -Yusupov MM, Yusupova GZ, Baucom A, et al. (May 2001). “Crystal structure of the ribosome at 5.5 A resolution”. Science. 292 (5518): 883–۹۶.

– Xu, Q, et al, Statistical Analysis of Interface Similarity in Crystals of Homologous Proteins, J. Mol. Biol. (2008) 381: 487-507

 -The Pleasure of Finding Things Out, Chapter 5: There’s Plenty of Room at The Bottom, edited by Michele Feynman and Carl Feynman, p.130, Basic Books, 1999

 -Paschotta, Rüdiger. “Tutorial on Fiber Amplifiers”. Tutorial on Fiber Amplifiers. RP Photonics. Retrieved 10 October 2013.

– Koezuka, H.; Tsumura, A.; Ando, T. (1987). “Field-effect transistor with polythiophene thin film”. Synthetic Metals. 18: 699–۷۰۴

– Never Lose Your Nerve!, Alan J. Heeger, World Scientific, 2016, p.167

 -Feynman, Richard Phillips; Sykes, Christopher (1995). No Ordinary Genius: The Illustrated Richard Feynman]. W. W. Norton & Company.

– Gribbin, John (1997). Richard Feynman: A Life in Science. Dutton. p. 170.

 -Hapgood, Fred (November 1986). “”Nanotechnology” / “Tinytech””. Omni: 56.

– Drexler, Eric (15 December 2009). “The promise that launched the field of nanotechnology”. Metamodern: The Trajectory of Technology. Archived from the original on 14 July 2011. Retrieved 13 May 2011.

سما رهنمایان


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *