ננוטכנולוגיה נשמעת כמו מדע בדיוני. אך ההבטחה אמיתית * במכון האקדמי טכנולוגי חולון מתבצעת פעילות ענפה בתחומי הננוטכנולוגיה, מיקרו-אלקטרוניקה וחומרים אלקטרוניים.
David Ewalt, InformationWeek
עצמו את עיניכם וחישבו קטן. חישבו קטן יותר מאשר ראש סיכה, קטן יותר מחוד של סיכה. תא דם אדום הוא עולם שלם. חישבו כל הדרך למטה עד לאחד חלקי מיליארד של מטר; מדד בו אטומים של חמצן ופחמן מופיעים בגודל של כדורי בייסבול.
עכשיו תארו לעצמכם שאתם אוספים אטומים אלה ובונים מכונה. שורה של פחמן יוצרת חוט. אטומים של כסף הנם שיניים בפעולה. רשת של ניקל וקדמיום יוצרת חשמל. המוצר המוגמר הוא מנוע או משאבה, או מיקרו-מעבד, או רובוט שלם – קטן מיליוני פעמים מאשר כל מכשיר בר-השוואה היום.
ההבטחה של ננוטכנולוגיה הנה גדולה במידה שמוצריה הנם קטנים. כמו האינטרנט, בינה מלאכותית ואנרגיה אטומית בימיהם הראשונים, לננוטק יש חסידים תוססים באשר לעד כמה מהותית היא תשנה את העולם. יש הרואים בעיני רוחם מחשבי-על בגודל של מחק עיפרון, העובדים פי 10 מהר יותר מהמחשבים המהירים ביותר היום.
ובתפנית קודרת, יש המזהירים כי ננוטק עלולה להביא לאיבוד שליטה ולהשמדה לא מכוונת של כל החיים, אטום אחרי אטום. אך הסוד המלוכלך הקטן של ננוטק, אם ישנו כזה, הוא שהיא כבר כאן. הזמן לשקול את השלכותיה הוא עכשיו.
נכון, עדיין אינם יכולים לקנות מחשב עבור קצה העיפרון שלכם. ובינה מלאכותית לא הוכחה עדיין כמגשימה את הבטחתה לרעידת אדמה, ונראה כי נדרשים הרבה יותר מאשר ניסויי מעבדה חכמים ורעיונות גדולים כדי לגרום למהפכה בתעשייה. ובכל זאת, חברות כבר יוצרות חומרים מולקולריים המשפרים את היעילות של מוצרים, ומוכיחות כי ננוטק היא יותר מאשר מדע בדיוני.
בינתיים, השימושים היו בעיקר לא-פעילים – כמו ציפויים ותוספים – ולא מכונות מולקולריות, אותן עדיין אין מי שיודע לייצר בייצור המוני. אך התקדמות ננטכנולוגיה עד עתה הנה מעודדת.
“המילה מתחילה להופיע בטור הרווח במקום בטור המו”פ של דוחות כספיים”, אומר מארק מודזלבסקי, מנכ”ל האיגוד המקצועי של ברית עסקי הננו.
הצעד הגדול הבא צפוי להיות ככל הנראה השימוש של ננוטק ב- ,IT היכן שהחברות הגדולות ביותר נמצאות במירוץ חם אחרי יישומים מעשיים.
“כמעט כל המדענים כאן רוצים לראות עצמם כמי שעבדו בסקאלת הננו במשך מרבית הקריירות שלהם”, אומר טום תייס, מנהל מדעי הפיזיקה בגוף המחקר של יבמ. מרכז המחקר אלמדן של יבמ בסן חוזה, קליפורניה, היה המקום בו השיגו מדענים אחד מציוני הדרך של ננוטכנולוגיה. ב- ,1989 בשימוש במיקרוסקופ תיעול-סריקות אותו בנה בעצמו, יצר החוקר דון איגלר את הלוגו הקטן ביותר בעולם: אטומים יחידים של קסנון יצרו את הלוגו “יבמ”. בכך הוכיח איגלר את הישימות של בניית מבנים ברמה אטומית.
בערך באותו זמן בו תירגל איגלר את אומנות הננו שלו, כרכו מדענים צרפתים וגרמנים סוגים שונים של גבישים לפילם אולטרא-דק, רגיש למגנטיות, אשר תכונותיו החשמליות השתנו קיצונית בעת חשיפה לשדה מגנטי.
היום, החומרים במבני-ננו הפכו לסטנדרט התעשייה בראשי כוננים קשיחים, היכן שהאולטרא-רגישות מאפשרת להם לקרוא שינויים קטנים מאוד בשדות מגנטיים המייצגים מנות של נתונים העוברים במהירויות גבוהות.
לפני שנה בנו מדעני יבמ ציפוי מגנטי מתוך האלמנט רותניום. בציפוי צלחת דיסק קשיח בשכבה שעוביה שלושה אטומים בלבד, הוא יאפשר לכונני דיסק לאחסן 100 ג'יגה-בייט נתונים בכל אינץ' מרובע כבר בשנה הבאה. היום, קיבולת מרבית של כוננים היא 20 ג'יגה-בייט.
ציפויים של “מדיה משודרת אנטי ברזל-מגנטית” עובדים כה טוב, עד שמדעני יבמ התחילו להתייחס אליהם כאל “אבק של פיות”.
יתכן שמפתיע יותר כמה סוגים שונים רבים של אבק-פיות נמצאים בשימוש. ננוטקס בצפון קרולינה מייצרת אריגים ארוגים עם ננו-חומר, המשמשים את יצרני הביגוד אדי באואר ולי ג'ינס, כך שנוזלים יוצאים מבגדים מהר יותר, מה שעושה אותם לחסינים מכתמים.
קרמי הגנה מפני שמש המכילים ננו-אבקת דו-תחמוצת הטיטניום, יצאו לשוק בקיץ שעבר. התכונות האופטיות של חומרים משתנות במידה כזאת, שקרם הגנה יכול לשקף או אולטרה-סגול שלא ייראה לעור.
חברת האספקה הרפואית סמית אנד נפיו מלונדון, מייצרת תחבושות מצופות עם ננו-גבישי כסף ההורגים בקטריות. ננוטק עשויה להופיע במקרריכם או במכוניותיכם. חברת וורידיאן מטנסי, מוכרת מוצר הנקרא אימפרם &#;8211 פלסטיק ספוג בננו-חלקיקים של חומר שהנו קשה כמו זכוכית, נוטה פחות להתרסק, וטוב יותר באטימת גזים, כך שמשקאות נשארים רעננים. זה מה שמאפשר למבשלת הבירה מילר להציע בקבוקי בירה מפלסטיק מזה
שנתיים. ג'נרל מוטורס משתמשת בננו-חומרים בדגמי מכוניות הוואן אסטרו וספארי שלה, מה שעושה אותם לחזקים וקלים יותר מאשר חומרים אחרים. יצרני זכוכית החלו לשווק חלונות ב”ניקוי עצמי” מצופים בננו-חלקיקים דוחי לכלוך. ומדפסת של קודאק היוצרת תמונה מבריקה יותר בשימוש בננו-פיגמנטים, הוכתרה כמוצר השנה ל- 2002 של איגוד ההדפסה והתמונה בארה”ב.
עכשיו נראה כי התנאים מתאימים לצמיחת ננוטק. סקר של ברית עסקי הננו, מגלה כי התעשייה כבר יוצרת מכירות שנתיות של 45.5 מיליארד דולר בעולם, ויכולה לשגשג ל- 700 מיליארד דולר ב-2008. יש משקיפים המאמינים כי הברית מנפחת את מספריה כדי להגדיל את הרעש מסביב, אך מחקר נייטרלי יותר של קרן המדע הלאומית בארה”ב צופה כי השוק למוצרי ושירותי ננוטכנולוגיה יגיע לטריליון דולר ב- .2015
אך בעוד משקיעים וטכנולוגים חלוקים בדעותיהם על ספירת הדולרים, השאלה הבוערת ביותר למנהלים עסקיים היא הרבה יותר ישירה: “מתי.”
“מרבית גופי ה- IT חושבים רק שנתיים-שלוש קדימה”, אומר ג'ון הלמקה, מנמ”ר חברת שירתי הבריאות קיירגרופ בבוסטון. “כך שננוטק אינה במסכי הרדאר של מרבית המנמ”רים”.
הלמקה אומר כי היישומים המעשיים של ננוטק בהם יתעניינו באמת מנמ”רים, עדיין רחוקים ויהיו זמינים רק שנים קדימה. אך מנהלי טכנולוגיה פיקחים צריכים להיות בקידמת ההתפתחויות, הוא אומר: “מה שאני אעשה, זה להתחיל לראות ולהכיר בכך שישנן טכנולוגיות נפץ שיגרמו למהפכה בעסקינו”.
הדוד סאם הפך למאמין ולמשקיע גדול בננוטכנולוגיה. תקציב הנשיא בוש ל- 2003 קורא להוצאה מוגדלת על מחקר ננוטק, כולל גידול של 17 אחוז ביוזמת הננוטכולוגיה הלאומית, ל- 679 מיליון דולר. היוזמה מממנת מענקי מחקר אוניברסיטאים, והקונגרס שוקל גם יצירת שותפויות מחקר ציבוריות-פרטיות. “צריך להודות לממשל על מתן הלגיטימציה לננוטק”, אומר מודזלבסקי מברית עסקי הננו.
משקיעים פרטיים אינם כה אופטימיים כמו בוש. חברות הון סיכון השקיעו 296.5 מיליון דולר בננוטכנולוגיה מאז ,1999 לפי ונצ'רוואן וארנסט אנד יאנג. זה רק מעט יותר מהסכום שגויס בזמן זה ע”י חברת ציוד טלקום אחת, יצרנית המתגים כספיאן נטוורקס.
מעט משקיעי הון סיכון מתרגשים מננוטכנולוגיה, מפני שרק מעט חברות גדולות קונות מוצרי ננוטק; דבר שמשקיעי הון סיכון רוצים לראות לפני שהם משקיעים, אומר סטיב בנגסטון, מנהל שירותי חברות מתפתחות בפרייס ווטרהאוס קופרס. בנגסטון מעריך כי 9 מתוך 10 קרנות הון סיכון חושבות, כי עדיין מוקדם מדי להשקיע בננוטכנולוגיה. בינתיים, מחקר ע”י גורמי צבא, אוניברסיטאות ושפע מעבדות של תאגידים &#;8211 לא ע”י סטארט-אפים במימון פרטי- צפוי להוביל את הדרך. בחודש מארס הודיע משרד המחקר של צבא ארה”ב כי הוא יממן מכון עבור ננוטכנולוגיות צבאיות ב- ,MIT במאמץ ליצור ציוד כמו שריון-גוף היכול לשנות צבעים לצורך הסוואה בקרקע. ובמשרד האנרגיה, אב-טיפוס של מגלה אנתרקס משתמש בצלחת חמה זעירה, כדי לאדות חלקיקים נישאים באויר, כך שחיישני מיקרו-אלקטרוניים יוכלו לרחרח את הגזים המתנדפים מהצלחת ולאתר רכיבים מסוכנים.
אך צריך לעבור מרחק רב ממחקר אוניברסיטאי לעסקים גדולים. בין אלה המנסים להרוויח מכך הוא הונגז'ה דיי, שעזב את סין מולדתו כדי ללמוד כימיה פיזיקלית בקולומביה והרווארד, ועתה הנו פרופסור באוניברסיטת סטנפורד. דיי הקים בשנה שעברה את חברת מולקולר ננוסיסטמס בהשקעת איינג'לס של 2 מיליון דולר והרשיונות ממספר פטנטים שהוא קיבל מטעם האוניבסיטה. החברה מפאלו אלטו, קליפורניה, עובדת על יישומים מסחריים, כולל ננו-רחרחן אותו היא תבנה מננו-שפופרות פחם.
ננו-שפופרות פחם נחשבות לאחת מאבני הבנייה של רכיבים אלקטרוניים עתידיים. ננו-שפופרות אלה נעשות בדרך כלל מדף של גרפיט (לכשעצמו רשת חזקה של מולקולות פחם) מגולגל לצילינדר דק וארוך, הנראה כמו רשת מגולגלת. כל הצטלבות של הרשת מורכבת מאטום בודד, כך שכל השפופרת היא רק בהיקף של 1 חלקי מיליארד
מטר. מוצרים עשויים מננו-שפופרות – כמו חיישנים כימיים או צגים זולים וצורכי מעט כוח עבור ,PDAs צפויים בתוך שנתיים עד ארבע שנים, אומרים מנהלי מולקולר ננוסיסטמס.
ננו-שפופרות מעוררות התרגשות כה רבה, מפני שהן חזקות וגמישות, ויש להן תכונות חשמליות ומכניות שהלהיבו מדענים מאז גילוין ע”י החוקר היפני סומיו ליג'ימה ב- .1991 הן גם רגישות ביותר לכימיקלים, ומשנות את ההולכה החשמלית שלהן בעת חשיפה לגזים שונים. זה העיקרון מאחורי התקני החישה המוצעים של מולקולר ננוסיסטמס. בעולם ה- IT מחפשים מדענים דרכים להשתמש בננו-שפופרות כמוליכים למחצה. מעגלים משולבים עשויים מהן יוכלו להיות 1,000 פעמים קטנים יותר מאשר הרכיבים של היום, ולפעול במהירויות גבוהות יותר. רכיב צפוי אחר של מעגלים זעירים אלה הוא ננו-חוטים, הדומים לננו-שפופרות. בפברואר בנה בהצלחה הכימאי פיידונג יאנג מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, ננו-חוט “סופר-רשת”; שזירה יחידה של חומר דקה פי 2,000 מאשר שערת אדם.
על פי התצורה שלו, ננו-חוט יחיד יכול לשלוט על זרם חשמל, לשגר אור, חום או לקרר מכשיר, או לאחסן מידע, אומר לארי בוק, נשיא ומנכ”ל חברת ננוסיס, אותה הקים במשותף עם יאנג. החוטים הזעירים יכולים לשמש כרכיבים עבור מכשירים מורכבים יותר, ומאפשרים פוטנציאלית למהנדסים לבנות חומרה אלקטרונית ואפטית קטנה יותר. אך אחת הבעיות עם טכנולוגיה זאת היא איכות ייצור. אף אחד לא מצא עדיין דרך איך לבנות כמויות גדולות של ננו-שפופרות אחידות באיכות גבוהה, שיידרשו כדי ליצור את הננו-מעגלים הדרושים עבור מכשירים מתקדמים מבוססים על ננוטכנולוגיה. זה נמצא לפחות במרחק של עשור קדימה, למרות שיצרנים מבטיחים כי מוצרים פחות מתוחכמים יהיו זמינים בתוך שנה או שנתיים.
תעשיית המחשבים זקוקה לננוטכנולוגיה, מפני שהיא צופה את סופה של אחת ממכונות הכסף הגדול של המאה שעברה: חוק מור. היכולת להגדיל בהתמדה את כמות הנתונים הנכנסת למיקרו-מעבד, סיפקה לתעשייה עוצמת ומהירות מיחשוב הולכות וגדלות, אשר הובילו למוצרים חזקים עוד יותר והיו מניע חזק לשדרוג עבור לקוחות. אך בנקודה מסוימת, תהליך המיזעור התנגש עם הגבולות הפיזיים של סיליקון.
חוקרים בהיולט-פקארד מנסים למצוא מה הם יכולים לעשות עם ננו-חוטים ומתגים, ברגע שהמדענים יצליחו למצוא דרך להכינם לשימוש בעולם האמיתי. פיל קיוקס, חבר מעבדת מדע קוואנטום במעבדות היולט-פקארד, מתאר זאת כאלקטרוניקה מולקולרית. “אנו מאמינים כי יהיה זה אפשרי להמציא מחדש את המעגל המשולב ולהאריך את חוק מור לעוד מספר עשורים”, הוא אומר.
אך למה לעצור שם? למה לא ליצור מחדש את המחשב עצמו? בנובמבר שעבר פרסם הפרופסור לכימיה מאוניברסיטת הרווארד, צ'רלס ליבר, מאמר במגזין נייצ'ר, בו תיאר איך הוא השתמש בננו-חוטים לבניית שערים לוגיים – מתגים פשוטים שהנם הלב של כל המעבדים המודרניים.
לננו-מחשב שנוצר בעקבות כך היו רק 16 טרנזיסטורים, והוא ביצע רק פעולת חיבור בסיס, אך זהו צעד ראשון לקראת היישום המדהים ביותר של ננוטק: הבטחת המדע הבדיוני של מחשבי-על בגודלו של ראש עיפרון.
ובחזרה בעולם האמיתי; עבור המצאה מחדש של תעשייה נדרש יותר מאשר רק לבוא עם מוצרים חדשים. אנשים צריכים לשלב טכנולוגיות חדשות לעסקיהם, וזה ייקח זמן אפילו כשהמוצרים ייבנו. “הבעיה עם מהפכה ב-IT היא שמה שלא תעשה, עליך או להחליף את המערכת הכוללת או לשלב מה שיש לך בתוך תשתית מורכבת ביותר זאת שכבר קיימת”,
אומר תייס מיבמ. “ביצוע שינויים גדולים בעסקים ותיקים, דורש זמן”.
זה גם דורש התגברות על הספקנים – ומענה לסיכונים. הסיכון המרחף והמאיים ביותר סביב ננוטכנולוגיה הוא הרעיון, שבגלל מידותיהם הזעירות, ננו-חומרים יחדרו למערכות ביולוגיות ויזהמו אותן.
הדאגות נעות מסרטן או מוטציה גנטית, עד לסיכון שחומרים יחדרו למי תהום ויהרסו מערכת אקולוגית שלמה.
המפחידה מכל היא התאוריה שהוצגה ע”י ביל ג'וי, מייסד משותף ומדען ראשי של סאן מיקרוסיסטמס, שננוטכנולוגיה עלולה להרוס את העולם.
אם, כפי שיש טרוריסטים האומרים, רובוטים עתידיים בגודל ננו יהיו מסוגלים לשכפול עצמי ע”י משיכת האטומים להם הם זקוקים מתוך סביבתם, הרובוטים יוכלו להשמיד כל מבנה פיזי. ג'וי, שהציג לראשונה את הסיוט במגזין Wired לפני שנתיים, תיאר תרחיש בו רובוטים אלה יוצאים משליטה, אוכלים את העולם בטירוף של שכפול עד שהאדמה תהפוך לגוש פלנטה של חומר אפור.
פרנויה, דוחה זאת תייס מיבמ. ובאשר לדאגות סביבתיות פחותות מאשר יום הדין, תומכי ננוטק משיבים כי הטכנולוגיה תהפוך ייצור על ראשו, ע”י ייצור פחות פסולת. תייס מצביע על תהליך המשמש לייצור שבבי מחשב היום. “מה שאנו עושים עתה, זה לזקק גביש עצום של סיליקון, לחתוך אותו לפרוסות, לצרוב אותו עם חומרים קאוסטיים, לחמם אותו, ולנדף חומרים לתוכו”. בניגוד לכך, שבבים בייצור ננו יגדלו בעיקרו של דבר מתוך האטום, כמעט ללא ייצור פסולת, לא ידרשו כל כימיקלים רעילים, וישתמשו בפחות חשמל בתהליך היצור, אומר תייס.
למרות הסיכונים והמכשולים, ננוטכנולוגיה תשנה מיחשוב עסקי – ותגרום למהפכה במספר תעשיות.
עד כמה, ומתי? דיויד סווין מנהל טכנולוגיה ראשי בבואינג, מאמין כי ננוטק תגרום בסופו של דבר למהפכה בבטיחות תעופה, תאפשר למהנדסים לבנות מטוסים “סופר-תבוניים” מלאים במכשירי חיישני ננוטק המתחברים למחשב-על.
הוא אינו יודע מתי נטוס בננו-סילונים &#;8211 כנראה בעוד 10 שנים לפחות – אך הוא מטפח היום את העניין של מנהלי טכנולוגיה בנושא.
“אנו רוצים להישאר קרובים לכך, לעודד זאת, להבטיח כי יש לנו אנשים המדברים עם מדענים ברחבי העולם” אומר סוויין. “ואז כשזה יהיה זמין, למהנדסינו יהיו מקדמה ויתרון”.
מסגרת בכתבה:
ננוטכנולוגיה – גם בישראל
במכון האקדמי טכנולוגי חולון מתבצעת פעילות ענפה בתחומי הננוטכנולוגיה, מיקרו-אלקטרוניקה וחומרים אלקטרוניים.
ד”ר גדי גולן, ראש המעבדה למיקרואלקטרוניקה ושכבות דקות במכון הטכנולוגי חולון, אומר כי מגוון הנושאים בתחום המיקרו-אלקטרוניקה התרחב מאד בעשור האחרון, וכתוצאה מכך נולדו תתי-תחומים ייחודיים, כגון: שכבות דקות ליישומי מיקרו-אלקטרוניקה, ננו-חומרים ליישומי מיקרו-אלקטרוניקה, וכו'.
מגמת המיקרו-אלקטרוניקה במחלקה להנדסת חשמל ואלקטרוניקה מתמקדת בטכנולוגיות הואקום, שכבות דקות, תיב”ם ייעודי, פוטו-ליטוגרפיה, זיווד התקנים, הערכה חשמלית של ביצועי התקנים, וסיכום ודיווח מדעי על מדידות וביצועי התקנים.
התוכנית המוצעת ייחודית בכך שהיא מכשירה בוגרים לתעשיית ההי-טק בתחום המיקרו-אלקטרוניקה, שכבות דקות ויישומי ננו-חומרים בהתקנים אלקטרוניים.
בין המחקרים הבולטים של ד”ר גדי גולן: טיפול תרמי חדשני להחלמת שכבות דקות לאחר תהליכי נידוף אלימים כמו התזה או השתלה; טכנולוגיה חדשנית ליצירת שכבות דקות באמצעות קרן יונים. נידוף באמצעות קרן יונים בפלזמה מועשרת; גידול מבני שכבות דקות מעורבים באמצעות התזה יונית; אלקטרודות שקופות מסוג טנטלום אוקסיד (חד חמצני) בהתזה יונית, ועוד. במעבדה לטריבולוגיה ומרכז להנדסת חומרים במכון האקדמי טכנולוגי חולון, בראשותו של ד”ר לב רפופורט, מתבצעים מחקרים רבים, כמו בדיקת תכונות טריבולוגיות של ננוחומרים חדשים.
מטרת המחקר להעריך מנגנוני חיכוך ובלאי של ננוחומרים, ולפתח שימושים טריבולוגיים חדשניים לננוחלקיקים. המחקר הזה נתמך בעבר ע”י קרן בירד, וכעת ע”י משרד המדע, החברה האמריקאית לכימיה, וג'נרל מוטורס. במחקר של משרד המדע משמש ד''ר רפופורט כמרכז הפרוייקט בין שלוש קבוצות ממכון ויצמן, הטכניון והמכון הטכנולוגי אקדמי חולון.
בשני המחקרים הנוספים מתבצעת עבודה בשותפות עם קבוצת מדענים ממכון ויצמן שבראשה עומד פרופ' ר. טנא. המחקר מתבסס על עבודה שהתפרסמה לאחרונה במגזין נייצ'ר, וסוקר בהרחבה בעיתונות המדעית והיומית. כמו כן נבחרה עבודה זו לאחת מתגליות השנה ע”י החברה האמריקנית לפיזיקה ב- .1997
בעקבות העבודה המשותפת של המכון האקדמי טכנולוגי חולון עם קבוצת מכון ויצמן, הוקמה חברה חדשה בשם Nanomaterials , Applied שתעסוק ביישומים טריבולוגיים של חלקיקי IF.
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~301977208~~~191&SiteName=hayadan
