Հասարակություն
24.02.2024 | 18:50
21-րդ դարում նանոտեխնոլոգիան հավակնում է դառնալ գիտական և արդյունաբերական նորարարության հիմնական շարժիչ ուժը: Այն խոստանում է հեղափոխել մեր կյանքի անհամար ասպեկտներ՝ լուծումներ առաջարկելով մեր առջև ծառացած ամենահրատապ մարտահրավերներին՝ բնապահպանական կայունությունից մինչև հիվանդությունների դեմ պայքար:
Այս հոդվածը նպատակ ունի բացահայտելու նանոտեխնոլոգիայի բազմակողմանի աշխարհը, դրա կիրառությունները, մարտահրավերները և ապագայի համար այն պարունակող հսկայական ներուժը։ Կանդրադառնանք նաև հայաստանյան տեխնոլոգիաների համատեքստին ու նանոտեխնոլոգիաների հետ հնարավոր կապին։
Մինչ բուն թեմային անցում կատարելը՝ եկե՛ք մի փոքր ուսումնասիրենք նանոտեխնոլոգիաների աշխարհը։ Տեխնոլոգիական-գիտական այս դաշտը գործում է նանոմասշտաբային մակարդակում (մետրի մեկ միլիարդերորդ մասը), որը հեղափոխում է գիտության և ճարտարագիտության մեջ մեր պատկերացումները: Որպեսզի ավելի լավ պատկերացնենք նանոմետրը մոտ 40,000 անգամ ավելի փոքր է, քան մարդկային մազի հաստությունը։ Այս ոլորտը գտնվում է տարբեր գիտական առարկաների խաչմերուկում՝ ներառյալ քիմիան, ֆիզիկան, կենսաբանությունը և նյութագիտությունը:
Նանոտեխնոլոգիայի՝ որպես առանձին գիտական ոլորտ, արմատները կարելի է գտնել 1959 թվականին հայտնի ֆիզիկոս, Նոբելյան կրկնակի մրցանակակիր Ռիչարդ Ֆեյնմանի «Ներքևում շատ տեղ կա» խորագրով տեսական ելույթում: Ֆեյնմանը ուշագրավ հեռատեսությամբ խոսել է ատոմների և մոլեկուլների մանիպուլյացիայի հնարավորության մասին՝ նոր նյութեր և տեխնոլոգիաներ ստեղծելու համար։ Այնուամենայնիվ, միայն 1980-ականներին նանոտեխնոլոգիան տեսությունից անցում կատարեց շոշափելի իրականության: Տեխնոլոգիական այս հրաշքը պատուհան բացեց դեպի ատոմային աշխարհ՝ թույլ տալով գիտնականներին ոչ միայն դիտարկել առանձին ատոմները, այլև ճշգրտորեն շահարկել և մանիպուլացնել դրանք: Շահարկել և մանիպուլացնել ասելով՝ ի նկատի ունենք նյութերի փոխարկումը և այլ նպատակներով դրանց ծառայեցնելու գործընթացը, որն ավանդական գիտական դաշտում նախկինում երբևէ չի կիրառվել։ Այս տեխնոլոգիան հանգեցնում է բազմաթիվ պոտենցիալ կիրառությունների՝ սկսած բժշկական թերապիաներից և էլեկտրոնային սարքերից, մինչև նոր նյութերի ստեղծում և էներգետիկ լուծումներ:
Նանոտեխնոլոգիայի կիրառություններ
Նանոտեխնոլոգիաների միջոցով այսօր առավել արդյունավետ բուժվող հիվանդությունները՝
Բժշկություն. Նանոտեխնոլոգիան էականորեն ազդում է առողջապահության վրա: Նանոմասնիկները կարող են դեղամիջոցները հասցնել անմիջապես հիվանդ բջիջներին՝ նվազեցնելով կողմնակի ազդեցությունները: Նանոտեխնոլոգիան նաև հնարավորություն է տալիս հիվանդությունների վաղ հայտնաբերման՝ առաջադեմ ախտորոշիչ գործիքների միջոցով: Նանոտեխնոլոգիայի կիրառումը բժշկության մեջ, որը սովորաբար հայտնի է որպես նանոբժշկություն, արագ զարգացող ոլորտ է, որը կենտրոնանում է տարբեր հիվանդությունների կանխարգելման, ախտորոշման և բուժման մեթոդների մշակման վրա:
Օրինակ, նանոմասնիկներն իրենց չափազանց փոքր չափի շնորհիվ, առաջարկում են եզակի ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ, ինչը հնարավորություն է տալիս ուժեղացնել դեղամիջոցի կլանումը, երկարատև ազդեցությունը և նպատակային առաքումը որոշակի հյուսվածքներ կամ բջիջներ: Բացի այդ, գիտնականները մշակել են նոր համակարգ/դեղամիջոց (DSDS), որն ավելի արդյունավետ է քաղցկեղի բջիջները թիրախավորելու և սպանելու համար: Նանոտեխնոլոգիաների միջոցով մշակվել են նաև նանո-պատվաստանյութեր։ Դրանք նախագծված են հատուկ թիրախավորելու ավշային օրգանները, որոնք կարևոր են մարմնի իմունային արձագանքի համար: Այս նանո-պատվաստանյութերը մեծ արդյունք են ցույց տվել ուռուցքների դեմ պայքարում և ունեն ավելի քիչ կողմնակի ազդեցություն իմունային համակարգի վրա՝ համեմատած ավանդական բուժման մեթոդների հետ:
Էլեկտրոնիկա. նանոտեխնոլոգիան զգալիորեն ազդել է էլեկտրոնիկայի վրա՝ հանգեցնելով ավելի փոքր, արագ, հզոր և էներգաարդյունավետ սարքերի զարգացմանը: Այս առաջընթացն ակնհայտ է տարբեր կիրառություններում, ինչպիսիք են գերբարձր հստակությամբ/կետայնությամբ էկրանների, ճկուն էլեկտրոնիկայի արտադրությունը։ Քվանտային կետերն օգտագործվում են էկրաններում ավելի վառ գույներ ստանալու՝ միաժամանակ ավելի էներգաարդյունավետ լինելու համար: Նանոտեխնոլոգիան թույլ է տվել ստեղծել էկրաններ՝ գերազանց գույնի որակով և արդյունավետությամբ (օրինակ՝ Nanosys, Inc)։ Իսկ ճկուն էլեկտրոնիկա ստեղծելու տեսակետից կիրառվում են նանոնյութեր, ինչպիսիք են գրաֆենը և ցելյուլոզային նանոնյութերը։ Դրանք ինտեգրված են տարբեր ապրանքների, ներառյալ՝ սմարթֆոնների, բժշկական սարքերի արտադրության մեջ:
Այս տեխնոլոգիան օգտագործվում է նաև սմարթֆոնների և հիշողության ֆլեշ քարտերի մեջ, ինչը մեծացնում է տվյալների պահպանման հնարավորությունները (օրինակ՝ Taiwan Semiconductor) և փոքրացնում է դրանց ֆիզիկական չափերը: Մեկ այլ հատկանշական օրինակ է Intel-ը, որը 2014 թվականին ստեղծեց 14 նանոմետրանոց տրանզիստոր, իսկ մինչև 2016 թվականը Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիայի կողմից ցուցադրվեց մեկ նանոմետր տրանզիստոր: Տրանզիստորների այս փոքրացումը առանցքային է էլեկտրոնային սարքերի կատարողականության և պահեստավորման հզորության բարձրացման համար (օրինակ՝ Altair Nanotechnologies Inc): Սակայն ամենահատկանշական օրինակներից է MRAM տեխնոլոգիան, որը թույլ է տալիս համակարգիչներին գրեթե ակնթարթորեն բեռնել և արդյունավետ կերպով պահպանել տվյալները համակարգի անջատումների ժամանակ՝ զգալիորեն բարելավելով համակարգչային հիշողությունը և էներգաարդյունավետությունը , նաև պաշտպանելով տվյալների անհարկի կորուստը:
Այս առաջընթացները ցույց են տալիս նանոտեխնոլոգիայի փոխակերպող դերը էլեկտրոնիկայի վերափոխման գործում:
Նյութագիտություն
Նյութագիտությունն ուսումնասիրում է նյութերի հատկությունների փոփոխությունները ինչպես պինդ, այնպես էլ հեղուկ վիճակում՝ կախված որոշ գործոններից։ Ուսումնասիրվող հատկություններից են նյութերի կառուցվածքը, այդ նյութերի էլեկտրոնային, ջերմային, քիմիական, մագնիսական, օպտիկական հատկությունները։ Արդյունաբերության մեջ գիտատար արտադրանքների արտադրության ժամանակ, հատկապես միկրո և նանո չափերի օբյեկտների հետ աշխատելիս, անհրաժեշտ է մանրամասն իմանալ նյութերի բնութագրերը, հատկությունները և կառուցվածքը։ Այս խնդիրներով զբաղվում է նյութագիտությունը։
Նյութագիտության ոլորտում նանոտեխնոլոգիան հնարավորություն է տվել մշակել յուրահատուկ և ուժեղացված հատկություններով նյութեր: Նանոտեխնոլոգիան թույլ է տալիս մանիպուլյացիայի ենթարկել դրանց կառուցվածքները շատ փոքր մասշտաբներով՝ հնարավորություն տալով ստեղծել նյութեր, որոնք ավելի ամուր են, թեթև, ավելի դիմացկուն և ավելի ռեակտիվ:
Ահա որոշ օրինակներ․
ակնոցների, համակարգչի, տեսախցիկի էկրանների և պատուհանների վրա կիրառվող թափանցիկ նանոմասշտաբային թաղանթները դրանք դարձնում են հակառեֆլեկտիվ, ինքնամաքրվող և քերծվածքներից ու ջրի թափանցումից դիմացկուն: Իսկ, օրինակ, ածխածնային նանոխողովակների հավելումներն օգտագործվում են սպորտային սարքավորումներում (օրինակ՝ բեյսբոլի մահակներ, թենիսի ռակետներ, մոտոցիկլի սաղավարտներ)՝ դրանք ավելի թեթև, բայց ավելի ամուր դարձնելու համար: Նույն սկզբունքը կիրառվում է ավելի թեթև, ավելի դիմացկուն ավտոմեքենաների, հրթիռների մասերի արտադրության մեջ՝ նպաստելով վառելիքի ծախսի արդյունավետության բարձրացմանը և անվատանգությանը: Այս տեխնոլոգիան անգամ կիրառվում է բժշկական իմպլանտների, էներգիայի պահպանման սարքերի և մարտկոցների, ջրի ֆիլտրման համակարգերի համար, որոնք կարող են հեռացնել նույնիսկ ամենափոքր աղտոտիչները:
Եկե՛ք մի փոքր էլ այն դիտարկենք տեսքտիլ արդյունաբերության համատեքստում, որտեղ նանոմասշտաբով նյութերը հեղափոխել են այն՝ հնարավորություն տալով ստեղծել խելացի գործվածքներ՝ տարբեր գործառույթներով: Ահա մի քանի օրինակներ, թե ինչպես են այս նյութերը օգտագործվում խելացի գործվածքներում.
նանոսենսորներով խելացի գործվածքները կարող են վերահսկել կենսական նշանները, ինչպիսիք են սրտի հաճախությունը, մարմնի ջերմաստիճանը և նույնիսկ քրտնարտադրության ծավալը: Այս գործվածքները մշակվում են մարզական հագուստի, բժշկական հագուստի և քրոնիկ հիվանդություն ունեցողների համար` իրական ժամանակում առողջության վերաբերյալ տվյալներ ստանալու և դրանք վերլուծելու համար: Բացի այդ, նանոնյութերը գործվածքների մեջ ներառելը թույլ է տալիս էներգիա արտադրել և պահել: Դրանք մարդու շարժումը կամ մարմնի ջերմությունը վերածում են էլեկտրական էներգիայի, որը օգտակար է փոքր էլեկտրոնային սարքեր լիցքավորելու համար: Կան նաև այս գործվածքների արևային էներգայիով աշխատող տարբերակները։ Որոշներն էլ հանդիսանում են մարմնի ջերմաստիճանը կարգավորող, ունեն ինքնամաքրվող հատկություն՝ ջրակայուն և լաքակայուն են և ապահովում են ճկունություն։
Էներգետիկա
Նանոտեխնոլոգիան զգալիորեն ընդլայնում է վերականգնվող էներգիայի տեխնոլոգիաները, մասնավորապես՝ արևային էներգիայի և մարտկոցների ոլորտներում: Նանոտեխնոլոգիան բարելավում է նավթային հումքից վառելիքի արտադրության արդյունավետությունը: Այն թույլ է տալիս նվազեցնել վառելիքի սպառումը տրանսպորտային միջոցներում (մեքենաներում, բեռնատարներում, ինքնաթիռներում, նավակներում և տիեզերանավերում) և էլեկտրակայաններում: Այն նաև կիրառվում է նավթի և գազի արդյունահանման մեջ: Կամ՝ դուք գիտեի՞ք, որ արեգակնային վահանակների նոր թիթեղները ներառում են նանոմասնիկներ՝ թեթև, ճկուն արևային բջիջներ ստեղծելու համար, ինչն ավելի էժան է և ավելի հեշտ տեղադրվող: Այն կիրառվում է անգամ ածխածնային լարերի մշակման մեջ, ինչը կարևոր է բարձր լարման լարերի դիմադրությունը նվազեցնելու համար՝ դրանով իսկ պակասեցնելով փոխանցվող էներգիայի կորուստը: Բնականաբար դրանց դերը մեծ է նաև մարտկոցների տեխնոլոգիայի առաջխաղացման գործում, ներառյալ ավելի արագ լիցքավորվող, ավելի արդյունավետ, ավելի թեթև քաշով և հզորության մարտկոցները:
Այս օրինակները և հետազոտական ուղղությունները ցույց են տալիս, որ նանոտեխնոլոգիան առանցքային դեր է խաղում էներգետիկ ոլորտի փոխակերպման գործում՝ դարձնելով այն ավելի կայուն և ծախսարդյունավետ:
Տեխնոլոգիական զարգացումը Հայաստանում
Սիլիկոնյան հովիտը ԱՄՆ Կալիֆորնիա նահանգում է և այնտեղ գտնվում են հազարավոր նորաստեղծ ընկերություններ, ինչպես նաև աշխարհի խոշորագույն տեխնոլոգիական կենտրոնները:
Հայաստանի Հանրապետությունը տեխնոլոգիան ճանաչել է որպես ռազմավարական ուշադրության կենտրոն: Պատմականորեն Հայաստանը հայտնի էր որպես Խորհրդային Միության Սիլիկոնային հովիտ: Այս ժառանգությունը զարգացել է, և այսօր Հայաստանը համաշխարհային ճանաչում է ձեռք բերում իր ստարտափ լուծումներով:
Ահա մի քանի օրինակներ, որոնցից շատ քչերն են արտադրական տեսակետից կիրառում նանոտեխնոլոգիաներ, քանի որ հիմնված են առցանց գործունեության վրա․
Այս և բազմաթիվ այլ ստարտափները ոչ միայն ցուցադրում են Հայաստանի տեխնոլոգիական ներուժը, այլև ընդգծում են ոլորտների բազմազան շրջանակը, որտեղ հայկական տեխնոլոգիական ընկերությունները իրենց դրոշմն են թողնում։
Այդուհանդերձ, չնայած տեխնոլոգիաների նկատմամբ այս զգալի ուշադրությանը, հարկ է նշել, որ Հայաստանը դեռ շատ հեռու է կանգնած նանոտեխնոլոգոիաների կիրառման փորձառությունից, որի համար անհրաժեշտ է ֆորմալ տեխնոլոգիական կրթության խթանում, առաջադեմ լաբորատոր պայմաններ ու գիտական համայնք, որը կզբաղվի նանոմասնիկների փոխակերպման աշխատանքներով՝ նանոմասշտաբային մակարդակում։ Նրանց համար, ովքեր ցանկանում են մուտք գործել այս ոլորտ, անհրաժեշտ է ամուր հիմք ունենալ ֆիզիկայի, քիմիայի և կենսաբանության ոլորտներում: Այժմ բազմաթիվ միջազգային համալսարաններ առաջարկում են նանոտեխնոլոգիայի մասնագիտացված դասընթացներ և կրթական աստիճաններ, ինչը, ցավոք, Հայաստանում բացակայում է։ Հետևաբար, շատ վաղ է խոսել այն մասին, թե երբ նանոտեխնոլոգիաները կհասնեն Հայաստան։
Ալեքսանդր Մարտիրոսյան
