تقنية النانو

الذكاء الاصطناعي هو علم اختراع الآلات والبرامج الحاسوبية التي تتصف بالذكاء لمحاكاة تفكير الإنسان وذكائه، فهو يعبر عن قدرة الحاسوب الرقمي أو الروبوت على أداء المهام المرتبطة مع الكائنات الذكية؛ حيث يطبق عادة على المشاريع والأنظمة التي توصف العمليات الفكرية المتقدمة للإنسان مثل: القدرة على التفكير، اكتشاف المعنى، التعميم وما إلى ذلك.

وقد تم اعلان مفهوم الذكاء الاصطناعي بشكل رسمي عام 1956 في كلية دارتموث، لكنه لم يحقق أي تقدم على مدى العشرين عامًا تقريبًا، وقد يعود سبب ذلك إلى القدرات الحاسوبية المحدودة التي كانت متوافرة آنذاك، وفي بداية القرن الواحد والعشرين بدأت وتيرة التسارع في علم الذكاء الاصطناعي حتى أصبحت الروبوتات التفاعلية متاحة في المتاجر، بل إنّ الأمر تعدى ذلك ليصبح هناك روبوت يتفاعل مع المشاعر المختلفة.

وللذكاء الاصطناعي مجالات واسعة لا حصر لها ومن ضمن هذه المجالات تقنية تسمى بتقنية النانو:

 قد يجهل معظم الناس بشأن التقنية التي تتواجد بأشياء شتى حولنا، بل ونستخدمها كثيرًا في حياتنا اليومية دون أن يعرفوا ماهية تلك التقنية ومن هو مكتشفها وماهي استخداماتها وتطبيقاتها؟؟! 

في تقنية النانو لك أن تتصور وتتخيل أشياء كثيرة مبهرة من عالم الخيال كسيارة طائرة مثلاً أو روبوت يتحدث ويتناقش معك أو باب من الخشب يُثنى ويتشكل في الوقت نفسه، فلا تضع تقنية النانو لك حدًا في التصور والتفكير والابتكار.

وقد تعلمنا من الطبيعة كيف تتصرف مخلوقات الله سبحانه وتعإلى ووجد أنها كلها تتحرك بمجسات نانونية، فنحن نرى نملة تمشي على سقف الحائط ولكن نتساءل كيف التصقت قدماها على ذلك الحائط حتى ولو كانت تحمل أثقال مؤنتها وغذائها معها؟؟  ونرى ورق الشجر يمنع قطرات الندى أن تلتصق به فتنزلق إلى الأسفل ولو أنّها بقيت قطرات الندى على الأوراق لتراكم الغبار على الأوراق ولحجبت قطرات الندى عنها ضوء الشمس فماتت تلك الأوراق، فكيف لهذه الأوراق أن تفعل ذلك؟؟ 

كل هذا وأكثر يتدخل فيه النانو، فما هو النانو وما هي تقنيته؟

النانو هو المستوى التي تكون فيه أطوال الذرات وبعض الجزيئات، أي أن النانومتر هو عندما ننظر إلى الذرة وليس فقط ذلك بل ونتعامل مع هذه الذرة بتغيير خصائصها وبإمساكها وتغيير مكانها وتركيبها، فتركب ذرة مع ذرة أخرى وبذلك نستطيع أن نعمل تقنيات تكنولوجية على مستوى الذرة، فمثلا لو كان لدينا ذرة هيدروجين وأخرى أكسجين ومن ثم ندمجهم ليصبحوا جزيء ماء، بالتالي تغيير هذه الجزيئات بإضافة أو حذف شيء من مكوناتها يعطينا نتائج أخرى. 

فكل شيء يتواجد في أجسادنا وفي من حولنا يتكون من ذرات والذرات تتراوح أحجامها من 0.5 _ 0.1 نانو متر، والنانو متر هو أحد أصغر وحدات القياس ويشكل حجمه جزء من مليار جزء من المتر.

وقد انطلقت فكرة النانو عن طريق محاضرة القاها العالم الأمريكي الفيزيائي الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء (ريتشارد فاينمان) في عام 1959 بعنوان: There is plenty of room at the bottom.

أي هناك متسع بالقاع، وهناك الكثير مما يمكن أن نفعله على المستويات الأدنى في القاع، ويقصد بذلك أنه يا من تنظرون دائما للأمور العليا وعلى مستوى الأجرام والطبيعة والكون وما إلى ذلك ركزوا فهناك الكثير مما يمكن أن نفعله على المستوى الأصغر من سلم الأطوال (في القاع)

وعنى العالم فاينمان بالنانو التحكم في الذرات والجزيئات وتعديلها ولكن في ذلك الزمن لم يتواجد جهاز يساعدهم على رؤية تلك الجسيمات الدقيقة فبقيت فكرة فاينمان طي الأوراق حتى عام 1981 إلى أن وجدت من يخرجها على أرض الواقع وتم إحداث ثورة في عالم الابصار على يد العالمَيْن (جيرد بينينغ وهنريخ روهرر) الذين اخترعوا جهاز يسمى: جهاز مجهر المسح النفقي، وهو الاختراع الذي نالا عليه جائزة نوبل في الفيزياء عام 1986.

وهذا الجهاز يكبر الصورة مئة مليون مرة، فتمكنوا العلماء من رؤيتهم لذرات سطح المعادن لأول مرة وكانت تلك هي الشرارة الأولى لانطلاق تكنولوجيا النانو، ولكن قد بدأت تكنولوجيا النانو بشكل فعلي عام 1990.

ووصل حجم التمويل في اليابان لدعم بحوث التقنية للعام 2006 إلى مليار دولار لإيقانهم أن هذه التقنية ستغير العالم، أما في الولايات المتحدة 40,000 باحث يعملون في مجال تقنية النانو وتقدر الميزانية الأمريكية المقدمة لهذا العلم بما يقارب تريليون دولار حتى عام 2005.

وقد كان هناك تحدي شهير بتقنية النانو بين اليابان وأمريكا؛ حيث قامت الولايات المتحدة الأمريكية بكتابة رسالة مشفرة على شعرة واحدة فقط من شخص ما وأرسلتها إلى فريق بحث باليابان وقالت لهم أتمنى أن يكون لديكم الأجهزة الدقيقة لقراءة هذه الرسالة المكتوبة على هذه الشعرة، فأخذوا اليابانيين هذه الرسالة بجدية وردوا على الرسالة الأمريكية ولكن بطريقة أخرى فقد قاموا بثقب نفس الشعرة ووضعوا بداخلها الالاف الشعيرات النانونية وقالوا لهم اتمنى أن يكون لديكم الأجهزة لتعرفوا ماذا أدخلنا في داخل هذه الشعرة.

كما أن هناك سيف أشتهر بالتاريخ الإسلامي وكان قد جمع بين القوة العالية والخفة في الوزن، حتى أنه قد وصف بأنه سلاح سري هزم صاحبه به الكثير من الأعداء وهو سيف (صلاح الدين)، ثم بعد ذلك اكتشفوا منذ سنوات أن هذا السيف لم يكن سلاحًا سريًّا ولكن أثناء عملية تصنيع السيف كانت تنتج مادة نانونية تدخل في تكوينه وهذه المادة تدعى:   كاربون نانيتيوز، وهذه المادة كانت تمنح السيوف قوة لا مثيل لها دون أن تزيد من أوزانها، ولكن لم نكن نعلم أن المسلمين استفادوا منها منذ قرون لتصنيع سيوفهم وهم بالتأكيد لم يكونوا على دراية بأن هذه المادة اسمها تقنية النانو.

وقد مر قبل النانو مراحل تطور بعالم الإلكترونيات إلى أن وصل لتقنية النانو وهي: 

الجيل الأول: المصابيح الإلكترونية 

الجيل الثاني: الترانسيستور 

الجيل الثالث: الدوائر المتكاملة 

الجيل الرابع: الميكروبروسيستور 

 والجيل الخامس هو الخاص بتقنية النانو

ومن الأمثلة على تطبيقات أو أنواع النانو:

النانو تيوبز: وهي الأنابيب التي من نوع النانو فإذا أتيت إلى ذرة الكربون وألصقتها مع بعضها البعض وجعلت منها سطح رقيق ثم طويتها على نفسها على شكل أنبوب تصبح لديها قوة امساك فضيعة، فيصبح كسرها أو شدها أو حتى تمديدها صعب جدًّا، بل هذه الأنابيب الرقيقة جدًّا يمكن لها بسمك لا يزيد عن بضعة نانو متر أن تمسك بفيل كامل، فيستخدموها مثلا في السيارات والطائرات لكيلا يتم كسرها بسهولة.

النانو متري: وهو أحدث معالج بحث حسي دقيق، وقد تمكن العلماء من خلاله أن يلمسوا الجزيئات المتناهية في الصغر.

والآن أصبح لنا أكثر من 40 سنة تقريبًا نملك مجهر يسمى المجهر الالكتروني وهو نوعان وكلاهما يسمحان بالنظر إلى المستويات الدنيا وينظرا إلى الذرات بل إنهم حتى يصوروا لنا الذرات والجزيئات والتفاعلات وهذان المجهران هما:

المجهر النفقي Scanning tunneling microscope: 

يكون مسبار أو إبرة، وآليّة عملها هي أن آتي بهذه الإبرة إلى سطح ما دون أن امسك أو ألمس هذا السطح وإنّما فقط اقترب منه، فتقفز الإلكترونيات عبر الفارق بين هذا السطح وبين المسبار، وبذلك يسمح لنا أن نعرف تضاريس هذا الجسم ومن ثم التصوير بدقة متناهية لهذا الجسم وأي جسم آخر أردت التعرف عليه.

مجهر Atomic force microscope: 

يختلف عن المجهر النفقي وهو يعمل بطريقة أنه لا يكتفي فقط بالإتيان فوق الجسم وإنما يدفع الجسم ويلامسه قليلا فإذا لمسه يقوم الجسم هذا بإطلاق الكترونيات ’ أي تيارات كهربائية دقيقة جدا، ومن ثم يمكن لنا أن نصور كل هذا الجسم ونعرف كيفية هذا الجسم وما هو بالضبط سواء أكان خشب أم جلد أم غيره.

وإذا تحدثنا عن تأثير تقنية النانو في حياتنا فهناك الكثير من الأشياء حولنا قد استفادت بشكل كبير من هذه التقنية في مجالات عدة:

 ففي الطب: صنعوا روبوتات صغيرة جدا لمحاربة الخلايا السرطانية بهزيمته عن طريق بث هذه الروبوتات داخل جسم الإنسان بكتيريا معدلة تستهدف الخلايا السرطانية من خلال حملها للمواد الكيميائية المضادة لهذا المرض الخبيث ودون المساس بالخلايا السليمة، كما انه يمكن استخدام التقنية هذه لتحسين العديد من الأمراض غير السرطان مثل الأوعية الدموية والسكري وما إلى ذلك.

وأيضا تساعدنا التقنية في تحسين كفاءة الأدوية بحيث تعمل جزيئات النانو على حمل وتوصيل الدواء إلى أجزاء معينة من الجسم بكفاءة عالية، ورفع دقة تشخيص الأمراض بل وتصوير الأجزاء الداخلية للجسم، كما تمكنت تكنولوجيا النانو من التقدم الكبير في مجال الطب التجديدي مثل تقنيات النانو المستخدمة لإصلاح الخلايا البشرية وأنسجة العظام والجلد أو أجهزة الجسم المختلفة وحثها على العودة للعمل بشكل طبيعي.

وفي عام 2006 نجحت مجموعة (تشارلز ليبر) في استخدام الترانزستورات المصنوعة من أنابيب الكربون النانونية (باستخدام تكنولوجيا النانو) شعيرات من الكربون بقطر واحد نانو متر لقياس انتشار نبضة عصبية واحدة على طول الألياف العصبية.

وغير هذه الأمثلة الكثير من الأمور في الطب تم تحسينها بواسطة تقنية النانو.

وفي مجال الصناعة: تساعدنا تقنية النانو في تغيير خصائص المواد لتحسينها مثل أن نصنع زجاج  نوافذ عازل للحرارة دون أن تلتصق به ذرات الأوساخ أو الغبار، الزجاج الملون للنوافذ الأثرية بحيث كان صانعوا الزجاج قي القرون الوسطى يدخلون عنصر الذهب في أفران الصهر حتى تنتج جسيمات من الذهب بألوان مختلفة، في مجال تصنيع الطاقة تم في السعودية اختراع خلايا شمسية بحبيبات السيلكون النانوية تتميز بزيادة الطاقة الكهربائية وإطالة عمر الخلية تقليل الحرارة فيها كما أنه تم صنع بطارية ورقية بأنابيب الكربون النانوية وهي موفرة للطاقة، وفي صناعة المجال العسكري استخدم النانو في تصنيع جزيئات لسلاح الجو يمكنه تحمل درجة حرارة 500 درجة فهرنهايت دون أن يحرق أو ينحل.

في الكيمياء: البلورات النانوية المركبة تجعل المواد الخام أكثر فاعلية وأكثر توفيرًا للطاقة وتنتج أيضا مخلفات أقل.

تكنولوجيا المعلومات: تجعل الذاكرة للأجهزة أكبر وسرعتها أعلى من التكنولوجيا المايكروية.

وغيرها الكثير من المجالات التي استفادت بشكل كبير من تقنية النانو كالزراعة والإلكترونيات والعمارة والغذاء وما إلى ذلك، فأمثلة استخدامات تقنية النانو كانت متواجدة في حياة أجدانا ومتواجدة أيضا الآن في حياتنا دون أن نشعر بذلك.

فهناك كأس صنع في القرن الرابع ميلادي في روما لون زجاجه غير مدهون بأي صبغة ولكن إضافة جزيئات الذهب والفضة إلى الزجاج غيرت لونه إلى الذهبي وعندما يمر الضوء من خلاله يتغير إلى اللون الأحمر.

وهناك الأقمشة التي لا تتجعد  ولا تمتص السوائل أبدًا، وهذه يستخدمون فيها طريقة اسمها (نانو فابريكييشن) بحيث أنهم يقوموا بإزالة ذرات المادة الخام وإضافة ذرات أخرى جديدة للنسيج فتتغير خصائصه ويصبح لا يتجعد  وبغمر القماش بحلول كيميائي محتوي على جزيئات نانوية تكون ببلايين الشعيرات حول خيوط النسيج فتمنع امتصاص المواد والبقع وبذلك يصبح القماش لا يمتص السوائل.

وقامت شركة كوربونوفا بتصنيع ملابس تبقي الجسم دافئًا مهما تغير الجو وذلك بوضع رقاقات نانوية في الملابس.

وفي كرات البولينج استخدمت شركة نانو دينيو اليابانية مادة الفلورينات النانوية كطلاء فائق الصلابة لكرات البولينج مما يمنع كسر أو حتى خدش الكرة.

وكان للفضة دور استثنائي في مقاومة البكتيريا والفيروسات فقديمًا في اليونان استخدمت جرار الفضة للحفاظ على المياه نقية، كما استخدم سكان أمريكا القطع النقدية الفضية لتعقيم الحليب خلال الحرب الأهلية.

وصنعت شركة سامسونج ثلاجات بتبطينها بطبقة مجهرية من محلول نانو الفضة لمنع البكتيريا من القيام بعملية التمثيل الضوئي والتنفس، مما يؤدّي إلى موت البكتيريا، مما جعل هذه الثلاجات تحافظ على الطعام صالحا لفترة طويلة.

كذلك صنعت شركة سامسونج غسالات بجسيمات الفضة النانوية التي تجعلها لا تحتاج إلى ماء ساخن ولا مبيضات لتنظيف الملابس وهذا بدوره يوفر الطاقة والمال، وبما أن هذه الغسالات تعتمد على قدرة جسيمات الفضة النانوية فإنها تساعد على القضاء على الميكروبات والبكتيريا وبالتالي يستطيع الناس لبس ملابسهم حتى لو لأسبوع كامل دون أن تتعفن أو تتسخ.

وفي منقيات المياه يتميز فلتر الاستحمام AQ1000 باحتوائه على ثلاث طبقات هي نانو الكربون ونانو الفضة ونانو النحاس والزنك، فتقوم هذه الطبقات بترشيح وتنقية المياه من الكلور والبكتيريا والمعادن الثقيلة وباقي الملوثات التي قد تضر الجلد والشعر.

وهناك دراسات وتجارب على وشك التنفيذ بحياتنا ومنها 

مرضى الفشل الكلوي يذهب إلى المشفى بالأسبوع عدة مرات للغسيل الكلوي، ولكن علماء وقتنا الحالي اخترعوا فلتر نانوي يوضع في داخل الجسم وهذا الفلتر يقوم بتصفية الدم وطرد السموم منه وموازنة الأملاح داخل الجسم، وهذه التقنية في طور التجربة إلى الآن.

وهناك مجموعة من الخبراء في الهندسة الطبية الحيوية في جامعة تكساس يعملون على تطوير مواد نانو تعمل على تحفيز الخلايا الجذعية لتقوم بتشكيل العظام من جديد ونجاح هذه التجربة يعني أن الأطباء قادرين على معالجة الكسور الخطيرة والتي تحتاج إلى مدة طويلة لتتعافى وبذلك لا يضطر البعض إلى فقدان بعض الأنشطة ولا يضطر البعض الآخر إلى خسارة عمله مثل اللاعبين وما إلى ذلك.

وهناك مشكلة كسر الجوالات عند السقوط والذي قد يؤدي إلى فقدانها، الباحثين الآن يدرسون طريقة لحل المشكلات كسر الجوالات بتصنيع مادة مطاطة وعند وضع طبقة رقيقة من الذهب في المطاط تتحول طبقة الذهب إلى مادة غير قابلة للكسر وهذه المادة تجعل الجوال قال للطي والثني دون أن يتأثر.

هناك صعوبات قد تواجه تقنية النانو في مجال واسع:

تكمن في مدى إمكانية السيطرة على الذرات، حيث تواجه العلماء مشكلة السيطرة على الذرات والجزيئات بعد تفكيك المواد المتكونة منها، وهذه العمليات تحتاج إلى أجهزة دقيقة جدا للعمل على المستوى الذري.

كما أنه هناك صعوبات كبيرة في القياسات على المستوى الذري ومقدار التحكم بها.

ونضيف على ذلك أنه ما يزال هناك جدل مخاوف من تأثيرات تقنية النانو وضرورة ضبطها.

وأخيرا وليس آخرا قد حذر العلماء كثيرًا من تقنية النانو ويجب استخدامها بحرص، فبعض الحالات أظهرت أن بعض العمال الذين كانوا يستخدمون بعض المواد المصنعة بتقنية النانو ظهرت أمراض داخل أجسامهم بالرئتين أو الدم أو الجلد لأن ذرات النانو رقيقة جدًّا ويمكن استنشاقها، حتى وأن لم يثبت إلى الآن وجود ضرر أكيد  100 % من عدمه.

وصال عبداللطيف هارون هوساوي