دوره­های تکامل علم و تکنولوژی


اگر دوره­های تکامل تولید علم و تکنولوژی را مورد بررسی قرار دهیم، زمانی در عصر کشاورزی قرار داشتیم؛ سپس عصر صنعت شکل گرفت و بعد از آن نیز عصر اطلاعات که در عصر اطلاعات، دانش (Knowledge) به عنوان نیروی هدایت­گر عمل می­کردند. عصر حاضر، عصر ارتباطات است که در این عصر ایده­ها و در واقع بصیرت و دوراندیشی است که به عنوان نیروی محرک در همه زمینه­های تحقیقاتی عمل می­کند.

چرخه عمر تکنولوژی­ها

همانطور که ملاحظه می­شود در دوره­ای که از سال 1990 شروع و تا 2050 ادامه دارد نانو­تکنولوژی به عنوان یک عامل تعیین­کننده در همه تحقیقات اعم از صنعتی و غیرصنعتی ایفای نقش می­کند.

در تعریف نانو­تکنولوژی می­توان گفت زمینه­ای است که در آن دانشمندان سعی در دستکاری مواد در سطح فرامولکولی (Supera molecular) دارند که این فرایند منجر به ساخت مواد کاملاً جدید با خواص و عملکرد کاملاً جدید خواهد شد. نظیر موادی که در عین سبکی، فوق­العاده محکم، مقاوم و هوشمند هستند.

البته می­توان گفت که در این تکنولوژی جدید، علم شیمی هم نقش ایفا می­کند. در واقع شیمی و مواد شیمیایی در تعامل با علوم مولکولی هستند و به عبارتی دیگر شیمی در سطح نانوشیمی در این تکنولوژی جدید ایفای نقش می­کند.

البته نانوتکنولوژی به دو صورت در زمینه تحقیقات شیمیایی در آینده تأثیرگذار است: یکی سود­آور کردن فرایندهای شیمیایی و دیگری نوآوری در صنایع شیمیایی.

مرکز تحقیق و توسعه (R&Dها) با افزایش بازدهی از طریق بهبود فرآیند و تکرار پذیرکردن از طریق به حداقل رساندن خطا، استفاده از منابع تجدیدپذیر و مصرف کمتر انرژی، صنایع شیمیایی را حمایت می­کنند. ابزار رسیدن به این هدف به وسیله بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی ایجاد خواهد شد.

به طور کلی فرض ما در ارائه یک دورنما برای صنایع پلیمری و تجارت مواد پلیمری بر این است که:

- اگرچه باریک­بینی در فعالیت­ها ممکن است در کوتاه­مدت به علت افزایش ارزش سهام مفیدتر باشد، ولی در درازمدت ممکن است به دلیل جلوگیری از نوآوری زیان­بار باشد.

- در آینده شرکت­های هیبرید (Hybrid) توسعه پیدا خواهند کرد و به خاطر وجود امکانات متنوع و به­کارگیری مهارت­های غیر معمول، نوآورترین شرکت­های تحقیقات پلیمری خواهند بود.

- علوم مواد (Material sciences) و علوم زندگی (Life sciences) در آینده فرصت­های زیادی را جهت نوآوری ایجاد می­کنند که در این راستا لازم است یک تعامل و تعادل صحیح بین این علوم به وجود آید. در واقع می­توان گفت که برآیند تحقیقات حاصل در زمینه بیوتکنولوژی و نانوتکنولوژی، تعیین­کننده آینده تحقیقات پلیمری خواهد بود.


طبیعت و دستاوردهای مصنوعی


طبیعت نقش مؤثری در هدایت ما ایفا می­کند. با دقیق شدن در طبیعت مثلاً در مورد گیاهان، در چگونگی و نحوه قرارگرفتن استخوان­های جانوران و انسان­ها، در ساختار ماهیچه­ها و غیره، در همه اینها عمل بهینه­سازی (Optimise) به خوبی مشاهده می­شود.


آینده صنایع پلیمری و مواد پلیمری


یکی از روندهای مؤثر بر صنایع پلیمری آن است که شرکتها از کسب و کار (Business) مواد به سوی کسب و کار علوم زندگی((Life sciences در حال سوق یافتن هستند.روند دیگر حرکت به سمت تولید قطعات و محصولات پلیمری به طور انبوه است؛ در واقع صرف مواد پلیمری تولید نمی­شوند بلکه محصولات پلیمری به صورت قطعات ساخته شده ارائه می­شوند. در این میان تولید پلیمرهای با کارایی بالا (High performance) و پلیمرهای عامل­دار (Functional) که نقش تعیین­کننده­ای در صنایع شیمیایی دارند، همچنان مورد توجه زیاد شرکت­ها هستند ولی روندی که در مورد این دسته از پلیمرها مشاهده می­شود نیز آن است که توسعه آنها توسط صنایعی که این مواد را به کار خواهند گرفت نظیر صنایع الکترونیک، صنایع پزشکی و غیره صورت می­پذیرد.

بنابراین در جمع­بندی مطالب بالا می­توان گفت که در آینده سود حاصل از کسب و کار پلیمرها، از قطعات ساخته شده از آنها حاصل می­شود و نه لزوماً از خود مواد پلیمری.

در مواد سنتزی انتخاب اجزا بر اساس قیمت است ولی در مواد طبیعی انتخاب اجزا بر اساس بازیافت کامل آنها و کمترین انرژی مورد نیاز برای ایجادشان است. مواد طبیعی دارای خواص ساختاری بسیار مناسبی هستند و کنترل دقیقی در سطوح مولکولی آنها انجام می­گیرد؛ بهینه­ترین طراحی ماکروسکوپیک در آنها صورت گرفته است. در حالیکه در مواد سنتزی تمرکز روی بهینه کردن یک جنبه خاص صورت می­گیرد. در مواد سنتزی ممکن است که ما مواد را ساده و سریع مثلاً با یک قالب­گیری تزریقی ایجاد کنیم ولی با نظم فرامولکولی سازگاری ندارند.

در نهایت موارد زیر را میتوان از طبیعت آموخت:

بازیافت کامل مواد

کنترل در سطح مولکولی

نظم بخشیدن در سطح نانو

پلیمرهای عامل­دار با فرایند پذیری وخواص ساختاری خوب

هم­افزایی بین علوم مواد و علوم زندگی
هم­افزایی بین علوم مواد و علوم زندگی باعث می­شود که:

الف) ما از جعبه­ابزار علوم زندگی (بیوتکنولوژی، Fermentation، Enzymology ) استفاده می­کنیم:

- برای تولید منومرها یا پلیمرها

- برای اصلاح و عامل­دار سازی پلیمرها

ب) از جعبه ابزار علوم مواد برای کاربردهای علوم زندگی استفاده می­کنیم:

- بسته­بندی­های هوشمند

- برای تولید پلیمرهای زیست­سازگار و قابل بازیافت در طبیعت

به سوی نانوتکنولوژی مولکولی

بررسی­ها نشان می­دهند که تحقیقات ما زمانی در سطح ماکرو و بعد میکرو بود و اکنون در سطح نانو است. در واقع جهت­گیری ما از سال 1950 تا 2050 به­سمت نانوتکنولوژی است و علوم آینده در این راستا قرار می­گیرند. باید به جهت­گیری خود توجه کنیم و وضعیت آینده را در نظر بگیریم. مثلاً در کارخانجات فعلی، هر بار محصول متفاوتی با فرآیند متفاوت تولید می­کنیم، به مصرف انرژی و مواد اولیه زیادی نیاز داریم و ضایعات فراوان است. ولی در صنایع آینده سیستم عوض می­شود و گیاهان به عنوان کارخانجات تولید کننده عمل خواهند کرد. سیستم­ها از طریق آنزیم­ها کنترل می­شوند و توجه ما به حرکت تک­تک مولکول­ها در طی یک فرآیند معطوف خواهد شد.




نتیجه­ گیری کلی



درست پرداختن به پدیده­ها در پلیمرها، طراحی و سنتز پلیمرهایی که در آنها مجموعه­ای از باندهای هیدروژنی وجود دارد و ساخت سیستم­های ایده­آل باعث می­شود که محدودیت­های ژنتیکی برداشته شود. سنتز پلیمرها به سمت آنهایی که حلال (Media) آنها آب است گرایش پیدا خواهند کرد و کاربرد پلیمرها، در ساخت ابزارهای پلاستیکی الکترونی که حجم بالایی از مواد نیمه­هادی را ایجاد می­کنند، افزایش پیدا خواهد کرد.

شرکت­های هیبرید ایجاد شده، توسعه می­یابند و این شرکت­ها برای ایجاد تعادل و تعامل صحیح بین تمرکز­گرایی و تنوع­گرایی نقش بسیار مهمی را ایفا می­کنند.

تصور ما بر اینست که همراهی علوم مواد و علوم زندگی می­توانند فرصت­های بیشماری را در آینده برای تحقیقات فراهم آورند و بیشترین فرصت­ها و رقابت­ها در جهش به سمت پیچیدگی بیشتر مواد سنتزی ایجاد خواهد شد و نهایتاً فرامولکول­های پلیمری بر پایه پیوندهای هیدروژنی، در آینده بیشترین زمینه تحقیقات و پیشرفت را فراهم خواهند نمود.

__________________
هر جنبه ای از دنیای امروز حتی روابط بین المللی تحت تاثیر شیمی است.