นิยามของนาโนเทคโนโลยี
นาโนเทคโนโลยี ดูเหมือนจะเป็นคำที่ค่อนข้างใหม่ แต่จริงๆ แล้ว ได้มีผู้ที่มองเห็นความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีตัวนี้ตั้งแต่เมื่อ 40 ปี มาแล้ว โดยศาสตราจารย์ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Feynman ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ. 1965) ได้กล่าวไว้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1959 ว่า "สักวันหนึ่ง เราจะสามารถประกอบสิ่งต่างๆ ผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอมด้วยความแม่นยำ และเท่าที่ข้าพเจ้ารู้ ไม่มีกฎทางฟิสิกส์ใดๆ แม้แต่หลักแห่งความไม่แน่นอน (Uncertainty Principle) ที่จะมาขัดขวางความเป็นไปได้นี้" ท่านยังได้กล่าวย้ำถึงเทคโนโลยีตัวนี้ว่าเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้
นาโนเทคโนโลยี ถูกนิยามว่าเป็นเทคโนโลยีในการประกอบและผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอม หรือ โมเลกุล เข้าด้วยกันด้วยความแม่นยำ และถูกต้องในระดับนาโนเมตร เราอาจจะนิยามเทคโนโลยีที่อารยธรรมของมนุษย์ได้พัฒนาขึ้น เป็น 2 แบบคือ
เทคโนโลยีแบบหยาบ (Bulk Technology)
ซึ่งใช้จัดการกับสิ่งต่างๆ หรือ ผลิตสิ่งต่างๆ โดยอาศัยวิธีกล เช่นตัด กลึง บีบ อัด ต่อ งอ และอื่นๆ หรืออาจใช้วิธีทางเคมีโดยการผสมให้ทำปฏิกริยา โดยพยายามควบคุมสภาวะต่างๆ ให้เหมาะสม แล้วปล่อยให้สสารทำปฏิกริยากันเอง เทคโนโลยีแบบนี้สามารถใช้สร้างสิ่งเล็กๆได้ก็จริง แต่ก็ขาดความแม่นยำ และมีความบกพร่องสูง การนำเทคโนโลยีแบบหยาบไปสร้างสิ่งเล็กๆ เช่นไมโครชิพ เราเรียกว่าเป็นการใช้เทคโนโลยีแบบบนลงล่าง (Top-Down Technology) ซึ่งมีขีดจำกัดสูง ซึ่งอุตสาหกรรมผลิตไมโครชิพก็กำลังเผชิญปัญหาในการผลิตวงจรที่ระดับ 0.2-0.3 ไมครอนอยู่ แม้ว่าวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลายจะภูมิใจกับความแม่นยำในระดับนี้ แต่ความเป็นจริงก็คือ ทรานซิสเตอร์ที่ผลิตได้ในระดับนี้ก็ยังมีจำนวนอะตอมอยู่ถึงระดับล้านล้านอะตอม เราจึงคงเรียกเทคโนโลยีในปัจจุบันของมนุษย์ แม้กระทั่งเทคโนโลยีที่ใช้ผลิตคอมพิวเตอร์ซึ่งใครๆต่างเข้าใจว่าเป็นเทคโนโลยีไฮเทคนี้ว่า เทคโนโลยีแบบหยาบ
เทคโนโลยีระดับโมเลกุล (Molecular Technology)
ซึ่งจัดการกับสิ่งต่างๆ หรือผลิตสิ่งต่างๆ โดยการนำอะตอมหรือโมเลกุลมาจัดเรียง ณ ตำแหน่งที่ต้องการอย่างแม่นยำ สิ่งที่ผลิตขึ้นมาอาจเป็นสิ่งเล็กๆ หรือ เป็นสิ่งใหญ่ก็ได้ การนำเอาเทคโนโลยีระดับโมเลกุลไปสร้างสิ่งที่ใหญ่ขึ้นมา (เช่นพืชสร้างผนังเซลล์จากการนำเอาโมเลกุลน้ำตาลมาต่อกัน) นี้ว่าการใช้เทคโนโลยีแบบล่างขึ้นบน (Bottom-Up Technology) เทคโนโลยีระดับโมเลกุลนี้เองที่เป็นนาโนเทคโนโลยี
หากเราเหลียวมองรอบๆ ตัวของเรา อุตสาหกรรมทั้งหลายในปัจจุบันล้วนแล้วแต่ใช้เทคโนโลยีแบบหยาบทั้งสิ้น ในอดีตบรรพบุรุษของเราใช้การตัด งอ ดึง กลึง หลอม เพื่อสร้างสิ่งต่างๆ ตั้งแต่ยุคหิน มายุคโลหะ แม้กระทั่งปัจจุบัน เรามีเครื่องจักรที่ซับซ้อนขึ้น มีความละเอียดมากขึ้น แต่เราก็ยังคงใช้วิธีทางกลแบบเดิมไม่ต่างกันเลย เพื่อผลิตสิ่งต่างๆ แพทย์เมื่อ 100 ปีก่อนใช้มีด เพื่อผ่าตัด ปัจจุบันเรามีเลเซอร์ใช้ แต่สังเกตดีๆ ว่าเรายังไม่อาจหนีวิธีการเดิมๆคือ การตัดเอาเนื้อเยื่อออก แล้วปล่อยให้แผลรักษาตัวมันเองโดยธรรมชาติ ตลอดอารยธรรม 2 ล้านปีของมนุษย์เรายังคงวนเวียนอยู่กับเทคโนโลยีแบบหยาบตลอดเวลา
ริชาร์ด ฟายน์แมน (ค.ศ. 1918-1988) ผู้เปิดศักราชของนาโนเทคโนโลยีด้วยปาฐกถาเรื่อง There's plenty of room at the bottom เมื่อปี ค.ศ. 1959 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 1965 ฟายน์แมนเป็นบุคคลที่น่าทึ่งและน่าจดจำมากที่สุดคนหนึ่งสำหรับวงการวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ด้วยบุคลิกที่เต็มเปี่ยมไปด้วยความสดใส อยากรู้อยากเห็น จนกระทั่งกล้าที่จะมองการระเบิดของระเบิดปรมาณูที่ทดลองครั้งแรกด้วยตาเปล่า (เขาเป็นหนึ่งในทีมพัฒนา) ในวงการฟิสิกส์เขาเป็นครูที่ดีที่สุดที่โลกรู้จัก
ฟิสิกส์ของอะตอม และ กลศาสตร์ควอนตัม
จุดหักเหของอารยธรรมของมนุษย์ และเป็นจุดที่จะเปลี่ยนเทคโนโลยีจากแบบเดิมคือหยาบไปสู่เทคโนโลยีระดับโมเลกุลนั้น เกิดขึ้นจากการค้นพบอะตอมและศาสตร์ที่อธิบายความเป็นอยู่ของสรรพสิ่งในระดับอะตอม หรือ กลศาสตร์ควอนตัมนั่นเอง ช่วงเวลาตลอด 50 ปีแห่งการพัฒนาทฤษฎีควอนตัมระหว่างปี ค.ศ. 1900-1950 เป็นช่วงเวลาที่สำคัญแห่งประวัติศาสตร์มนุษยชาติ เป็นช่วงเวลาที่สร้างนักวิทยาศาสตร์มันสมองอัจฉริยะของโลกไว้มากมาย นับแต่ ไอน์สไตน์ บอร์ บอร์น ออพเปนไฮเมอร์ ดิแรก ชโรดิงเงอร์ โบลท์สมันน์ แมกซ์เวลล์ แพลงค์ ทอมสัน รัธเทอร์ฟอร์ด เพาลี เดอบอยล์ และ ไอเซนเบอร์ก แม้กระทั่งมาถึงคนรุ่นหลังอย่าง ฟายน์แมน และ โคห์น (รางวัลโนเบลสาขาเคมีควอนตัม ค.ศ. 1998 ร่วมกับ โพเพิล) ก็ถือเป็นผลพวงจากช่วงเวลาดังกล่าว บุคคลเหล่านี้ได้ทุ่มเทสติปัญญาตลอดช่วงเวลาดังกล่าว เพื่อแสวงหาความเข้าใจความเป็นไปของสรรพสิ่งในระดับของอะตอม พัฒนาการในความเข้าใจในทฤษฎีดังกล่าว มาถึงจุดที่มนุษย์มีความสามารถในการทำนายที่ให้ผลแม่นยำสูง
พัฒนาการของนาโนเทคโนโลยีในปัจจุบัน
นาโนเทคโนโลยีในปัจจุบันยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นเท่านั้น แต่ก็เป็นที่น่าดีใจที่ประเทศพัฒนาแล้วส่วนใหญ่ รวมทั้งประเทศอุตสาหกรรมใหม่อย่างไต้หวัน และเกาหลีใต้ได้ให้ความสำคัญต่อเทคโนโลยีนี้มาก จึงทำให้สาขานี้ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยีในปัจจุบันพอจะสรุปออกเป็นสาขาย่อย ได้ดังต่อไปนี้
- Supramolecular Chemistry และ Self Assembly
- เครื่องมือจัดการกับอะตอม เช่น STM (Scanning Tunnelling Microscope) AFM (Atomic Force Microscope) SPM (Scanning Probe Microscope)
- Fullerene Nanotechnology
- วิศวกรรมโปรตีน DNA และการศึกษาจักรกลเชิงโมเลกุลที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ
- นาโนเทคโนโลยีเชิงคำนวณเพื่อการออกแบบจักรกลนาโน
บทสรุป
นาโนเทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยีในการประกอบและผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุลเข้าด้วยกันด้วยความแม่นยำและถูกต้องในระดับนาโนเมตร ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตัมมิได้ปฏิเสธความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีนี้ ทั้งยังกลับเป็นประโยชน์ในการช่วยพัฒนาเทคโนโลยีนี้ให้เกิดขึ้นอีกด้วย คำถามที่ว่าเทคโนโลยีจะเกิดขึ้นหรือไม่จึงมีคำตอบแล้วว่าต้องเกิดขึ้นอย่างแน่นอน หากแต่เมื่อไหร่เท่านั้น รูปแบบของนาโนเทคโนโลยีที่จะเกิดขึ้นในอนาคตเป็นสิ่งที่ยากจะทำนาย เนื่องจากความที่เทคโนโลยีมีลักษณะของการพัฒนาคล้ายพัฒนาการของสิ่งมีชีวิตคือมี Evolution อย่างไรก็ตามเราอาจจะยึดแนวทางของนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ เป็นตัวนำทางเพื่อนำไปสู่นาโนเทคโนโลยีฝีมือมนุษย์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อสนองความต้องการของเรา คือ ความกินดีอยู่ดี ในท้ายที่สุด
แหล่งที่มา :
http://nanotech.sc.mahidol.ac.th/nano/nanotech1.htm
นาโนเทคโนโลยี ดูเหมือนจะเป็นคำที่ค่อนข้างใหม่ แต่จริงๆ แล้ว ได้มีผู้ที่มองเห็นความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีตัวนี้ตั้งแต่เมื่อ 40 ปี มาแล้ว โดยศาสตราจารย์ริชาร์ด ฟายน์แมน (Richard Feynman ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ. 1965) ได้กล่าวไว้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1959 ว่า "สักวันหนึ่ง เราจะสามารถประกอบสิ่งต่างๆ ผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอมด้วยความแม่นยำ และเท่าที่ข้าพเจ้ารู้ ไม่มีกฎทางฟิสิกส์ใดๆ แม้แต่หลักแห่งความไม่แน่นอน (Uncertainty Principle) ที่จะมาขัดขวางความเป็นไปได้นี้" ท่านยังได้กล่าวย้ำถึงเทคโนโลยีตัวนี้ว่าเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้
นาโนเทคโนโลยี ถูกนิยามว่าเป็นเทคโนโลยีในการประกอบและผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอม หรือ โมเลกุล เข้าด้วยกันด้วยความแม่นยำ และถูกต้องในระดับนาโนเมตร เราอาจจะนิยามเทคโนโลยีที่อารยธรรมของมนุษย์ได้พัฒนาขึ้น เป็น 2 แบบคือเทคโนโลยีแบบหยาบ (Bulk Technology)
ซึ่งใช้จัดการกับสิ่งต่างๆ หรือ ผลิตสิ่งต่างๆ โดยอาศัยวิธีกล เช่นตัด กลึง บีบ อัด ต่อ งอ และอื่นๆ หรืออาจใช้วิธีทางเคมีโดยการผสมให้ทำปฏิกริยา โดยพยายามควบคุมสภาวะต่างๆ ให้เหมาะสม แล้วปล่อยให้สสารทำปฏิกริยากันเอง เทคโนโลยีแบบนี้สามารถใช้สร้างสิ่งเล็กๆได้ก็จริง แต่ก็ขาดความแม่นยำ และมีความบกพร่องสูง การนำเทคโนโลยีแบบหยาบไปสร้างสิ่งเล็กๆ เช่นไมโครชิพ เราเรียกว่าเป็นการใช้เทคโนโลยีแบบบนลงล่าง (Top-Down Technology) ซึ่งมีขีดจำกัดสูง ซึ่งอุตสาหกรรมผลิตไมโครชิพก็กำลังเผชิญปัญหาในการผลิตวงจรที่ระดับ 0.2-0.3 ไมครอนอยู่ แม้ว่าวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหลายจะภูมิใจกับความแม่นยำในระดับนี้ แต่ความเป็นจริงก็คือ ทรานซิสเตอร์ที่ผลิตได้ในระดับนี้ก็ยังมีจำนวนอะตอมอยู่ถึงระดับล้านล้านอะตอม เราจึงคงเรียกเทคโนโลยีในปัจจุบันของมนุษย์ แม้กระทั่งเทคโนโลยีที่ใช้ผลิตคอมพิวเตอร์ซึ่งใครๆต่างเข้าใจว่าเป็นเทคโนโลยีไฮเทคนี้ว่า เทคโนโลยีแบบหยาบ
เทคโนโลยีระดับโมเลกุล (Molecular Technology)
ซึ่งจัดการกับสิ่งต่างๆ หรือผลิตสิ่งต่างๆ โดยการนำอะตอมหรือโมเลกุลมาจัดเรียง ณ ตำแหน่งที่ต้องการอย่างแม่นยำ สิ่งที่ผลิตขึ้นมาอาจเป็นสิ่งเล็กๆ หรือ เป็นสิ่งใหญ่ก็ได้ การนำเอาเทคโนโลยีระดับโมเลกุลไปสร้างสิ่งที่ใหญ่ขึ้นมา (เช่นพืชสร้างผนังเซลล์จากการนำเอาโมเลกุลน้ำตาลมาต่อกัน) นี้ว่าการใช้เทคโนโลยีแบบล่างขึ้นบน (Bottom-Up Technology) เทคโนโลยีระดับโมเลกุลนี้เองที่เป็นนาโนเทคโนโลยี
หากเราเหลียวมองรอบๆ ตัวของเรา อุตสาหกรรมทั้งหลายในปัจจุบันล้วนแล้วแต่ใช้เทคโนโลยีแบบหยาบทั้งสิ้น ในอดีตบรรพบุรุษของเราใช้การตัด งอ ดึง กลึง หลอม เพื่อสร้างสิ่งต่างๆ ตั้งแต่ยุคหิน มายุคโลหะ แม้กระทั่งปัจจุบัน เรามีเครื่องจักรที่ซับซ้อนขึ้น มีความละเอียดมากขึ้น แต่เราก็ยังคงใช้วิธีทางกลแบบเดิมไม่ต่างกันเลย เพื่อผลิตสิ่งต่างๆ แพทย์เมื่อ 100 ปีก่อนใช้มีด เพื่อผ่าตัด ปัจจุบันเรามีเลเซอร์ใช้ แต่สังเกตดีๆ ว่าเรายังไม่อาจหนีวิธีการเดิมๆคือ การตัดเอาเนื้อเยื่อออก แล้วปล่อยให้แผลรักษาตัวมันเองโดยธรรมชาติ ตลอดอารยธรรม 2 ล้านปีของมนุษย์เรายังคงวนเวียนอยู่กับเทคโนโลยีแบบหยาบตลอดเวลา
ริชาร์ด ฟายน์แมน (ค.ศ. 1918-1988) ผู้เปิดศักราชของนาโนเทคโนโลยีด้วยปาฐกถาเรื่อง There's plenty of room at the bottom เมื่อปี ค.ศ. 1959 เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี ค.ศ. 1965 ฟายน์แมนเป็นบุคคลที่น่าทึ่งและน่าจดจำมากที่สุดคนหนึ่งสำหรับวงการวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ด้วยบุคลิกที่เต็มเปี่ยมไปด้วยความสดใส อยากรู้อยากเห็น จนกระทั่งกล้าที่จะมองการระเบิดของระเบิดปรมาณูที่ทดลองครั้งแรกด้วยตาเปล่า (เขาเป็นหนึ่งในทีมพัฒนา) ในวงการฟิสิกส์เขาเป็นครูที่ดีที่สุดที่โลกรู้จักฟิสิกส์ของอะตอม และ กลศาสตร์ควอนตัม
จุดหักเหของอารยธรรมของมนุษย์ และเป็นจุดที่จะเปลี่ยนเทคโนโลยีจากแบบเดิมคือหยาบไปสู่เทคโนโลยีระดับโมเลกุลนั้น เกิดขึ้นจากการค้นพบอะตอมและศาสตร์ที่อธิบายความเป็นอยู่ของสรรพสิ่งในระดับอะตอม หรือ กลศาสตร์ควอนตัมนั่นเอง ช่วงเวลาตลอด 50 ปีแห่งการพัฒนาทฤษฎีควอนตัมระหว่างปี ค.ศ. 1900-1950 เป็นช่วงเวลาที่สำคัญแห่งประวัติศาสตร์มนุษยชาติ เป็นช่วงเวลาที่สร้างนักวิทยาศาสตร์มันสมองอัจฉริยะของโลกไว้มากมาย นับแต่ ไอน์สไตน์ บอร์ บอร์น ออพเปนไฮเมอร์ ดิแรก ชโรดิงเงอร์ โบลท์สมันน์ แมกซ์เวลล์ แพลงค์ ทอมสัน รัธเทอร์ฟอร์ด เพาลี เดอบอยล์ และ ไอเซนเบอร์ก แม้กระทั่งมาถึงคนรุ่นหลังอย่าง ฟายน์แมน และ โคห์น (รางวัลโนเบลสาขาเคมีควอนตัม ค.ศ. 1998 ร่วมกับ โพเพิล) ก็ถือเป็นผลพวงจากช่วงเวลาดังกล่าว บุคคลเหล่านี้ได้ทุ่มเทสติปัญญาตลอดช่วงเวลาดังกล่าว เพื่อแสวงหาความเข้าใจความเป็นไปของสรรพสิ่งในระดับของอะตอม พัฒนาการในความเข้าใจในทฤษฎีดังกล่าว มาถึงจุดที่มนุษย์มีความสามารถในการทำนายที่ให้ผลแม่นยำสูง
พัฒนาการของนาโนเทคโนโลยีในปัจจุบัน
นาโนเทคโนโลยีในปัจจุบันยังอยู่ในขั้นเริ่มต้นเท่านั้น แต่ก็เป็นที่น่าดีใจที่ประเทศพัฒนาแล้วส่วนใหญ่ รวมทั้งประเทศอุตสาหกรรมใหม่อย่างไต้หวัน และเกาหลีใต้ได้ให้ความสำคัญต่อเทคโนโลยีนี้มาก จึงทำให้สาขานี้ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยีในปัจจุบันพอจะสรุปออกเป็นสาขาย่อย ได้ดังต่อไปนี้
- Supramolecular Chemistry และ Self Assembly
- เครื่องมือจัดการกับอะตอม เช่น STM (Scanning Tunnelling Microscope) AFM (Atomic Force Microscope) SPM (Scanning Probe Microscope)
- Fullerene Nanotechnology
- วิศวกรรมโปรตีน DNA และการศึกษาจักรกลเชิงโมเลกุลที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ
- นาโนเทคโนโลยีเชิงคำนวณเพื่อการออกแบบจักรกลนาโน
บทสรุป
นาโนเทคโนโลยีเป็นเทคโนโลยีในการประกอบและผลิตสิ่งต่างๆ ขึ้นมาจากการจัดเรียงอะตอมหรือโมเลกุลเข้าด้วยกันด้วยความแม่นยำและถูกต้องในระดับนาโนเมตร ความรู้ทางกลศาสตร์ควอนตัมมิได้ปฏิเสธความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีนี้ ทั้งยังกลับเป็นประโยชน์ในการช่วยพัฒนาเทคโนโลยีนี้ให้เกิดขึ้นอีกด้วย คำถามที่ว่าเทคโนโลยีจะเกิดขึ้นหรือไม่จึงมีคำตอบแล้วว่าต้องเกิดขึ้นอย่างแน่นอน หากแต่เมื่อไหร่เท่านั้น รูปแบบของนาโนเทคโนโลยีที่จะเกิดขึ้นในอนาคตเป็นสิ่งที่ยากจะทำนาย เนื่องจากความที่เทคโนโลยีมีลักษณะของการพัฒนาคล้ายพัฒนาการของสิ่งมีชีวิตคือมี Evolution อย่างไรก็ตามเราอาจจะยึดแนวทางของนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ เป็นตัวนำทางเพื่อนำไปสู่นาโนเทคโนโลยีฝีมือมนุษย์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อสนองความต้องการของเรา คือ ความกินดีอยู่ดี ในท้ายที่สุด
แหล่งที่มา :
http://nanotech.sc.mahidol.ac.th/nano/nanotech1.htm
