นาโนเทคโนโลยี  นาโนเทคโนโลยียุคอนาคต
 
 
 
          ดังที่ทราบกันแล้วว่านาโนเทคโนโลยีไม่ใช่เรื่องเหลวไหลที่ไม่สามารถที่จะเป็นไปได้  อีกทั้งยังเป็นเทคโนโลยีที่ได้เกิดขึ้นแล้วและมีการนำมาประยุกต์ใช้งานด้านต่างๆ แล้วอีกด้วย  แล้วก็ยังมีการพัฒนารูปแบบหรือวิธีการทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง  ดังนั้นแล้วรูปแบบของนาโนเทคโนโลยีที่จะเกิดขึ้นในอนาคตเป็นสิ่งที่ยากจะทำนายได้ เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนั้น  อาจกล่าวได้ว่ามีลักษณะการพัฒนาคล้ายวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย คือเมื่อเกิดขึ้นมาแล้ว ก็จะมีการปรับเปลี่ยนให้แตกต่างออกไปตามแต่ละช่วงเวลา จากนั้นก็จะแข่งขันกันขยายเผ่าพันธุ์ออกไป  ลักษณะของเทคโนโลยีที่ขาดความสามารถในการแข่งขันก็จะค่อยๆ ลดจำนวนลงไป จนในที่สุดจะเหลือแต่กลุ่มของเทคโนโลยีที่สามารถรอดพ้นจากการสูญพันธุ์ที่จะอยู่ได้  ด้วยเหตุนี้จึงยากต่อการทำนายว่าทิศทางในอนาคตของนาโนเทคโนโลยีจะเป็นอย่างไรต่อไป แต่จากความรู้ความเข้าใจที่มากขึ้นในวิถีทางของนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติอันน่ามหัศจรรย์นั้น  มีความเป็นไปได้ว่าในอนาคตเราอาจจะยึดแนวทางของนาโนเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ เป็นตัวนำทางเพื่อนำไปสู่นาโนเทคโนโลยีฝีมือมนุษย์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในอนาคตก็เป็นได้
 
   แต่บางครั้งเราก็อาจจะทำนายหรือคาดการณ์อนาคตของนาโนเทคโนโลยีอย่างง่ายๆ ได้  เช่น ในอนคตคอมพิวเตอร์ที่เราใช้อาจจะสามารถเก็บข้อมูลได้มากขึ้นและประมวลผลได้รวดเร็วขึ้น วัสดุต่างๆ ที่นำมาใช้ประโยชน์อาจจะมีความแข็งแรง  ทนทาน  ยืดหยุ่นมากขึ้นเพื่อตอบสนองต่อลักษณะการใช้งาน การรักษาโรคร้ายต่างๆ จะมีประสิทธิภาพและมีความปลอดภัยต่อผู้ป่วยมากยิ่งขึ้น  เป็นต้น  ซึ่งนาโนเทคโนโลยีสามารถที่จะก่อให้เกิดความเป็นไปได้ต่างๆ ที่ในปัจจุบันนี้ยังไม่สามารถที่จะทำได้อีกมากมายหลากหลายด้านก็เป็นได้
 
 
 
 
          เมื่อกล่าวถึงนาโนเทคโนโลยีแล้ว  บ่อยครั้งที่คนโดยทั่วไปก็จะนึกถึงหรือจินตนาการเกี่ยวกับเรื่องราวของความเหนือธรรมชาติ  หรือเป็นเรื่องราวเสมือนกับความฝันในสิ่งที่มนุษย์อยากจะให้มีเพื่อประโยชน์ต่าง ๆ   ตัวอย่างเช่น  การสร้างหุ่นยนต์ขนาดเล็กจิ๋ว (หากเป็นในปัจจุบันอาจจะเรียกได้ว่าเป็นหุ่นยนต์นาโน) เพื่อที่จะใช้หุ่นยนต์เล็กจิ๋วนี้ให้เข้าไปทำงานอยู่ภายในร่างกายของเรา  เช่น  อยู่ในเส้นเลือดหรือกระแสเลือดภายในร่างกาย เพื่อให้หุ่นยนต์ทำหน้าที่ในการรักษา ต่อสู้กับเชื้อโรคต่างๆ ซ่อมแซมเม็ดเลือดหรืออวัยวะภายในที่บกพร่อง  หรือให้ทำการขจัดสิ่งแปลกปลอมทุกชนิดที่ขัดขวางการทำงานของระบบต่างๆ ภายในร่างกาย  เป็นต้น (ซึ่งในอดีตก็เคยมีการนำนวนิยายวิทยาศาสตร์  ที่เป็นเรื่องราวในลักษณะของการจินตนาการเช่นนี้มาสร้างเป็นภาพยนตร์แล้วเช่นกัน  ตัวอย่างเช่น  ภาพยนตร์เรื่อง The fantastic voyage ซึ่งเป็นเรื่องราวที่มีการย่อขนาดของนักวิทยาศาสตร์  ทหาร  แพทย์  และหุ่นยนต์พาหนะคล้ายเรือดำน้ำจิ๋วที่มีภารกิจกู้ชีวิตภายในร่างกายของผู้ป่วย) 
 
หุ่นยนต์นาโนที่ทำหน้าที่ซ่อมแซมความบกพร่องของเซลล์เม็ดเลือดแดง
 
หุ่นยนต์นาโนที่มีหน้าที่คอยทำลายเซลล์แปลกปลอมต่างๆ
 
          แนวคิดเกี่ยวกับหุ่นยนต์นาโนนั้น หุ่นยนต์นาโนเป็นหุ่นยนต์เชิงกลหรือเป็นเสมือนจักรกลที่มีขนาดอยู่ในระดับนาโนเมตร ประกอบขึ้นมาจากกลุ่มอะตอมจำนวนน้อยๆ เป็นส่วนประกอบต่างๆ โดยต้องอาศัยคุณสมบัติในการเป็นผู้ประกอบตัวเองได้ (self-assembler) ก็คือสามารถที่จะจัดเรียงกลุ่มอะตอมหรือโมเลกุลได้อย่างถูกต้องแม่นยำและในตำแหน่งที่เหมาะสม  เพื่อที่จะสร้างขึ้นเป็นโครงสร้างของตนเอง  และต้องมีคุณสมบัติของการเป็นผู้ทำสำเนาตัวเองได้  (self-replicator) ก็คือสามารถที่จะดำเนินการสร้างตัวมันเองขึ้นมาใหม่ได้อีกหลายๆ ครั้ง  เพื่อขยายเผ่าพันธุ์ของตัวเองได้
 
ความสามารถในการประกอบตัวเอง  และทำสำเนาตัวเองของหุ่นยนต์นาโน
 
          แต่ในแนวคิดนี้ก็เป็นข้อถกเถียงกันในหมู่นักวิทยาศาสตร์พอสมควร โดยมีทั้งกลุ่มที่เชื่อว่าการสร้างหุ่นยนต์นาโนนี้สามารถเป็นไปได้ และมีอีกกลุ่มที่ไม่เชื่อว่าจะเป็นไปได้ ซึ่งกลุ่มที่ไม่เชื่อว่าจะเป็นไปได้นั้นให้เหตุผลว่าในการที่เราจะจัดการแยกอะตอม  หรือจัดเรียงเพื่อรวมอะตอมเข้าด้วยกันนั้น จำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาลในการจัดการ อีกทั้งการที่เราจะจัดการหยิบจับอะตอมแต่ละตัว  เพื่อนำมาจัดเรียงและสร้างเป็นโครงสร้างหุ่นยนต์ตามที่เราต้องการได้นั้น  จะต้องมีนิ้วหรือมีเครื่องมือที่จะนำมาใช้ประกอบที่มีขนาดเท่าๆกันกับอะตอมด้วย เพราะถ้ามีขนาดใหญ่กว่าก็จะทำได้ลำบากหรืออาจจะทำไม่ได้เลย  อีกประการหนึ่งแม้ว่าเราจะมีนิ้วระดับนาโนหรือเครื่องมือที่เล็กขนาดเท่ากับอะตอม  ที่สามารถมาจับหรือหยิบอะตอมได้แล้วก็ตาม แต่ในการจัดเรียงอะตอมก็จะมีแรงดึงดูดจำนวนมหาศาลระหว่างอะตอมที่จะเป็นอุปสรรคอีกเช่นกัน
 
          แต่อีกกลุ่มหนึ่งก็ยังเชื่อว่าการสร้างหุ่นยนต์นาโนนี้สามารถเป็นจริงได้ในอีกไม่นาน  โดยเมื่อไม่นานมานี้ก็ประสบความสำเร็จในการสร้างแขนกลขนาดจิ๋ว ระดับไมโครเมตรที่สามารถทำงานในการประกอบวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ  โดยการสร้างด้วยเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าจุลภาค (MEMS) ซึ่งก็ใกล้ความเป็นจริงของการสร้างหุ่นยนต์นาโนเข้ามาอีกก้าวหนึ่ง ซึ่งจะต้องย่อแขนกลจิ๋วนี้ให้เล็กลงไปกว่าเดิมอีกพันเท่าถึงจะจับอะตอมได้จริง  และยิ่งในปัจจุบันก็มีเครื่องมือที่สามารถจะจัดเรียงอะตอมทีละตัวได้อย่างถูกต้องและแม่นยำได้แล้ว  โดยการใช้เครื่องมือที่มีปลายแหลมเล็กระดับนาโนเมตร (หรือมีขนาดเล็กระดับอะตอม)  ดังนั้นความเป็นไปที่มนุษย์จะหยิบจับอะตอมทีละตัวแล้วนำมาจัดวางเรียงตัวทีละอะตอมนั้นเป็นเรื่องที่เป็นไปได้อยู่แล้ว  อีกทั้งหากพิจารณาถึงสิ่งที่มีลักษณะเหมือนหุ่นยนต์นาโนที่มีอยู่แล้วในธรรมชาติ ก็ยิ่งจะเห็นได้ว่าโอกาสของความเป็นไปได้ในการสร้างหุ่นยนต์นาโนก็ยิ่งเพิ่มมากขึ้นอีกด้วย
 
         ตัวอย่างเช่นโปรตีน  ซึ่งเป็นเสมือนหุ่นยนต์นาโนของธรรมชาติที่น่าอัศจรรย์อย่างยิ่ง โดยที่โปรตีนมีคุณสมบัติในการที่จะสามารถประกอบตัวเองได้ จากผลการวิจัยที่นักวิทยาศาสตร์เคยทำโดยการทดลองแยกไรโบโซมออกเป็นโมเลกุลย่อยๆ พบว่าไรโบโซมประกอบไปด้วยโปรตีนหน่วยย่อยเกือบ 50 หน่วยย่อย หลังจากนั้นลองนำเอาโปรตีนที่แยกได้ผสมรวมกันใหม่ในหลอดทดลอง ผลที่ได้พบว่า โมเลกุลโปรตีนเหล่านั้นสามารถรวมตัวกันได้เองจนกลับมาเป็นไรโบโซมได้เหมือนเดิมอีกครั้ง และอีกตัวอย่างหนึ่งที่เกิดผลเช่นเดียวกัน  โดยการทดลองแยกไวรัส T4 ซึ่งเป็นไวรัสที่เกาะกินแบคทีเรีย ออกเป็นโมเลกุลโปรตีนชนิดต่างๆ จากนั้นนำกลับมารวมกันใหม่ในหลอดทดลอง ผลที่ได้พบว่าโมเลกุลโปรตีนเหล่านั้นสามารถที่จะกลับมารวมตัวกันเกิดเป็นไวรัส T4 ได้อีกครั้งเช่นเดียวกัน
 
ไวรัส T4 เปรียบได้กับเป็นหุ่นยนต์นาโนในธรรมชาติที่  อาจจะเข้าไปทำงานภายในร่างกายของสิ่งมีชีวิตได้  โดยที่มีความสามารถทั้งในการประกอบตัวเองได้  และสามารถที่จะทำสำเนาตัวเองได้ด้วย
 
          นอกจากความสามารถในการประกอบตัวเองได้แล้ว โปรตีนยังเป็นเสมือนหุ่นยนต์นาโนที่มีความมหัศจรรย์  โดยสามารถที่จะช่วยเหลือในการทำสำเนาตัวเองได้ของอาร์เอ็นเออีกด้วย จากผลการทดลองที่มีผู้แยกเอาโมเลกุลของอาร์เอ็นเอออกจากเซลล์มาใส่ในหลอดทดลอง แล้วใส่หน่วยย่อยของอาร์เอ็นเอและอื่นๆ ที่จำเป็นต่อการสร้างอาร์เอ็นเอลงไป จากนั้นนำเอาเอนไซม์ที่ช่วยในการสร้างอาร์เอ็นเอใส่ลงไปด้วย ผลที่ได้พบว่าอาร์เอ็นเอที่จับคู่กันอยู่เริ่มแยกออกจากกัน และเอนไซม์ที่ใส่ลงไปจะค่อยๆ นำเอาสารที่ใส่ลงไปมาสร้างเป็นคู่ให้กับอาร์เอ็นเอที่อยู่เดี่ยวๆ ขึ้นมาใหม่ เมื่อได้อาร์เอ็นเอที่เป็นคู่กันแล้วก็จะสามารถแยกตัวออกจากกันอีก แล้วเอนไซม์ก็จะนำเอาสารที่ใส่ลงไปมาสร้างคู่ของอาร์เอ็นเอได้อีก โดยเกิดเป็นวงจรเช่นนี้จนกระทั่งไม่มีสารที่จำเป็นเหลืออยู่ภายในหลอดทดลอง ดังนั้นแล้วจะเห็นว่าโปรตีนมีทั้งความสามารถในการประกอบตนเองและการทำสำเนาตนเองได้ ซึ่งอาจจะนำมาสู่การสร้างเป็นกลไกที่มนุษย์สามารถออกแบบให้เกิดขึ้นกับนาโนเทคโนโลยีของมนุษย์ได้
 
 
 
          ความคาดหวังหรือจินตนาการเกี่ยวกับจักรกลนาโนที่สามารถดำเนินการหรือจัดการสิ่งต่างๆ ในระดับอะตอมได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ ซึ่งเป็นเป้าหมายรากฐานของนาโนเทคโนโลยีนั้น  วิถีทางหนึ่งที่คาดการว่าน่าจะเป็นไปได้ คือการสร้างจักรกลนาโนที่เป็นดังผู้ประกอบระดับนาโนที่เป็นโมเลกุล  ที่สามารถประกอบโครงสร้างที่ซับซ้อนในระดับนาโนเมตรได้ โดยการจัดเรียงและเคลื่อนย้ายส่วนประกอบหรือชิ้นส่วนต่างๆ ที่จะประกอบเป็นโครงสร้างนาโนเข้าสู่ตำแหน่งที่ถูกต้องเหมาะสมได้  โดยอาศัยการทำงานเชิงกลของส่วนประกอบส่วนต่างๆ ที่มีขนาดในระดับนาโนเมตรร่วมกัน เช่น ฟันเฟือง  เพลา   และลูกปืนลดแรงเสียดทานในระดับนาโนเมตร  เป็นต้น
 
แนวคิดของจักรกลโมเลกุลที่เกิดจากการสังเคราะห์โดยจัดเรียงกลุ่มอะตอมจำนวนหนึ่งเข้าด้วยกัน
 
          ศาสตราจารย์อีริค เดร็กซเลอร์ (Eric Drexler) เป็นบุคคลแรกที่นำเสนอแนวคิดเกี่ยวกับการสร้างจักรกลโมเลกุลนี้ แต่ก็เป็นแนวคิดที่มีการถกเถียงกันมากพอสมควรในแนวทางของความเป็นไปได้ และก็ดูเหมือนว่าศาสตราจารย์เดร็กซเลอร์อาจจะไม่ต้องรอนานมากนักในการพิสูจน์แนวคิดนี้ เพราะเมื่อไม่นานมานี้ได้มีผู้สาธิตการสังเคราะห์โมเลกุลง่ายๆ โดยใช้แขนปลายแหลมของ เครื่อง AFM (atomic force microscope) ควบคุมการสังเคราะห์โมเลกุลทีละอะตอมได้สำเร็จแล้ว  ซึ่งก็ถือว่าเป็นก้าวที่สำคัญของความเป็นไปได้ในการสร้างผู้ประกอบระดับนาโน  แม้จะมีนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ยังลังเล และไม่แน่ใจกับความเป็นไปได้ของจักรกลโมเลกุลก็ตาม แต่ธรรมชาติกลับเป็นคำตอบที่ให้ความมั่นใจได้ว่า จักรกลโมเลกุลนั้นไม่ใช่สิ่งเพ้อฝัน ธรรมชาตินั้นใช้จักรกลโมเลกุลเพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตต่างๆขึ้นมาทั้งสิ้น เริ่มจากโมเลกุลดีเอ็นเอ อันเปรียบเสมือนเป็นหน่วยความจำที่เก็บรหัสข้อมูลของเซลล์ สามารถดำเนินการส่งผ่านข้อมูลไปยังอาร์เอ็นเอ เพื่อให้อาร์เอ็นเอนำคำสั่งเหล่านี้ไปดำเนินการร่วมกันกับไรโบโซม  เพื่อทำการสังเคราะห์โปรตีนขึ้นมา ซึ่งไรโบโซมก็ทำหน้าที่เป็นเสมือนโรงงานในการผลิตระดับโมเลกุล โดยทำหน้าที่สร้างโปรตีนเพื่อส่งไปใช้ ทั้งภายในเซลล์และภายนอกเซลล์ ดังนั้นจะเห็นได้ว่าจักรกลโมเลกุลเหล่านี้เป็นไปได้อยู่แล้วในธรรมชาติ ด้วยเหตุน  ี้อีกไม่นานเราอาจจะมีจักรกลโมเลกุลเหล่านี้ที่เกิดจากการสังเคราะห์โดยมนุษย์ตามวิถีทางของระบบธรรมชาติ  เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ก็เป็นได้
 
ตัวอย่างแนวคิดเกี่ยวกับจักรกลนาโนที่อาจจะเกิดขึ้นในอนาคต
 
จักรกลโมเลกุลตามแนวคิดของศาสตราจารย์อีริค เดร็กเลอร์
 
          นอกจากนั้นแล้วศาสตราจารย์เดร็กซเลอร์ได้เสนอทิศทางความเป็นไปได้ที่เกิดขึ้นจริงแล้ว  เกี่ยวกับโครงสร้างระดับโมเลกุลในธรรมชาติและในเซลล์ที่ทำหน้าที่คล้ายคลึงกันกับอุปกรณ์หรือเทคโนโลยีในปัจจุบัน  ซึ่งเขาได้เปรียบเทียบไว้เพื่อจุดประกายนำไปสู่แนวทางของการออกแบบระบบการทำงานระดับนาโน (nanosystem) ในอนาคตไว้ดังนี้
 
เสาค้ำยัน (struts) , คานรอง(beams) , ตัวคลอบ(casings) ถ่ายแรง, ยึดอยู่ในตำแหน่ง ไมโครทิวบิล, เซลลูโลส, โครงสร้างรูปผลึก
สายเคเบิล (cables) ถ่ายเทแรงตึง เอ็นระดับโมเลกุล เช่น คอลลาเจน
เครื่องตรึง (fasteners) , กาว(glue) เชื่อมต่อชิ้นส่วนต่างๆ เข้าด้วยกัน แรงระหว่างโมเลกุล
โซลินอยด์ (solenoids) , ตัวเริ่มกระทำ(actuators) เคลื่อนชิ้นส่วนต่างๆ โปรตีนที่ทำหน้าที่เปลี่ยนโครงรูปได้, แอคติน - ไมโอซิน
มอเตอร์ (motors) ขับเคลื่อนเพลาต่าง มอเตอร์ที่ใช้ขับเคลื่อนแฟลเจลลัม
เพลาขับเคลื่อน (drive shafts) ถ่ายเททอร์ก แฟลเจลลาของแบคทีเรีย
ลูกปืนลดแรงเสียดทาน (bearings) ช่วยในการเคลื่อนไหวของชิ้นส่วนต่างๆ พันธะเดี่ยวแบบซิกมา (sigma bond)
ตัวบรรจุ (containers) กักเก็บของเหลว อวัยวะย่อยที่บรรจุของเหลวในเซลล์ (vesicles)
ท่อ (pipes) นำส่งของเหลว โครงสร้างที่มีลักษณะเป็นท่อทั้งหลาย
เครื่องสูบฉีด (pumps) ถ่ายเทของเหลว แฟลเจลลา, โปรตีนที่อยู่ในเยื่อหุ้มต่างๆ
สายพาน (conveyor belts) ขนส่งชิ้นส่วนต่างๆ อาร์เอ็นเอที่เคลื่อนบนตัวบนไรโบโซม
คีมหนีบ / แหนบหนีบ(clamps) ยึดชิ้นงาน ตำแหน่งจับยึดของเอนไซม์ (enzymatic binding sites)
เครื่องมือ (tools) ปรับแต่งชิ้นงาน หมู่ฟังก์ชันของสารเคมี, สารที่ประกอบด้วยโลหะกับสารเคมี( metallic complex )
สายการผลิต (production lines) ชิ้นส่วนในการสร้าง ระบบเอนไซม์ที่มีหลายตัวติดกัน, ไรโบโซม
ระบบควบคุมงานโดยใช้ระดับดิจิตอล (numerical control systems) ชุดคำสั่งเกี่ยวกับการจัดเก็บและการอ่าน ระบบพันธุกรรม

คำศัพท์คณิตศาสตร์ที่น่าสนใจ

หมวด : | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |

    ศัพท์เคมี    ศัพท์คณิตศาสตร์   ศัพท์ฟิสิกส์   

  บทความวิทยาศาสตร์      ศัพท์ชีววิทยา      สื่อการสอนฟิสิกส์      ศัพท์วิทยาศาสตร์

พจนานุกรมเสียง 1   แมว    วัว 1    วัว 2    วัว 3   

เหมียว   แกะ     พจนานุกรมภาพการ์ตูน

พจนานุกรมภาพเคลื่อนไหว   ดนตรี  Bullets แบบ JEWEL 

พจนานุกรมภาพต่างๆ  ภาพเคลื่อนไหวของสัตว์ต่างๆ  โลกและอวกาศ

อุปกรณ์และเครื่องมือต่างๆ

 

การเรียนการสอนฟิสิกส์ 2  ผ่านทางอินเตอร์เน็ต

 

 1. ไฟฟ้าสถิต   2.  สนามไฟฟ้า   3. ความกว้างของสายฟ้า 

4.  ตัวเก็บประจุและการต่อตัวต้านทาน 

5. ศักย์ไฟฟ้า   6. กระแสไฟฟ้า  7. สนามแม่เหล็ก   8.การเหนี่ยวนำ

9. ไฟฟ้ากระแสสลับ   10. ทรานซิสเตอร์  11. สนามแม่เหล็กไฟฟ้าและเสาอากาศ 

12. แสงและการมองเห็น

13. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 14. กลศาสตร์ควอนตัม   

15. โครงสร้างของอะตอม   16. นิวเคลียร์   

17. การสอนไฟฟ้าแม่เหล็กของมหาวิทยาลัยรังสิต

กลับหน้าสารบัญ

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

หนังสืออิเล็กทรอนิกส์