کاربرد تکنولوژی نانو در کامپیوتر

فهرست مطالب

کاربرد تکنولوژی نانو در کامپیوتر

تاریخچه استفاده از اولین رایانه ی قابل برنامه نویسی به قرن 19 میلادی بر می گردد. برخلاف کامپیوترهای امروزی، رایانه ساخته شده در آن زمان به شدت فضاگیر بود. همچنین برای ساخت آن لازم بود همه اجزا به صورت دستی جاساز شوند. هزینه ساخت اولین رایانه آنقدر زیاد بود که سازنده آن از دولت درخواست سرمایه گذاری کرد. با این حال، دستگاه ساخته شده یک قرن از جامعه آن دوران جلوتر بود.

یک قرن بعد، از مدل های الکترونیکی و مکانیکی به عنوان اساس رایانه ها استفاده شد. کاربرد این مدل ها باعث کاهش حجم و بهبود کارایی رایانه ها شد. مشکل اصلی این دسته از رایانه های آنالوگ عدم دقت کافی بود. با وجود ظهور رایانه های دیجیتالی در سال 1938، تا دهه 1950 از کامپیوترهای آنالوگ در سیستم های کنترل استفاده شد.

قرن بیستم اوج ظهور و کاربردهای متعدد رایانه در همه زمینه ها بود. کامپیوترهای دیجیتالی به طور گسترده ساخت و عرضه شدند. کاهش اندازه رایانه ها منجر به سهولت حمل و نقل آن ها شد. همچنین افزایش حافظه و بهبود دقت و صحت هنگام برنامه نویسی در این دوره ممکن شد. کاربرد رایانه فقط مختص به نیروهای نظامی و دولت ها نشد. صنایعی مثل منسوجات که آغازگر انقلاب صنعتی بودند، تحت تاثیر رایانه ها به شدت ارتقا یافتند. به عبارت دیگر کامپیوترها انقلاب قرن بیستم را رقم زدند.

مینی کامپیوترها، رایانه های نسبتا کوچکی هستند که برای کاربردهای خاصی به فروش می رسند. در دهه 1960 عرضه شدند و کارایی خوبی از خود نشان دادند.

میکروکامپیوترها کامپیوترهای ارزان قیمت و کوچکی هستند که پردازنده مرکزی آن ها دارای اندازه میکرومتر است. این دسته از رایانه ها در دهه های 1980 و 1970 شهرت خوبی پیدا کردند. بسیاری از کامپیوترهای شخصی در این دسته از رایانه ها قرار میگیرند.

فناوری نانو در علوم کامپیوتری منجر به ظهور نسل جدیدی از رایانه ها باعنوان نانوکامپیوترها شده است. پس از شرح تاریخچه و چگونگی و تاثیر علم نانو به معرفی این دسته از رایانه ها، مزایا، ویژگی ها و آینده آن ها می پردازیم.

اولین بار معرفی نانو در سال 1959 در دانشگاه کالیفرنیا صورت گرفت. ظهور این علم و تکنولوژی آن به مفهومی که امروز شناخته شده است در سال 1981 (ساخت اولین میکروسکوپی که اتم ها را نشان می داد) انجام شد. طولی نکشید که محصولات مختلفی با بکار گیری این علم عرضه شدند. تکنولوژی نانو کاربردهای مختلفی در صنایع غذا، دارو، الکترونیک، کامپیوتر و… دارد.

برخی از مزایای اساسی این تکنولوژی عبارتند از؛

کاهش اندازه دستگاه ها

  • کاهش مصرف مواد
  • کیفیت مطلوب
  • افزایش نسبت سطح به حجم و بهبود واکنش ها

مهم ترین تاثیر نانو در صنایع افزایش نسبت سطح به حجم است. این خاصیت به صورت های مختلفی باعث افزایش قابل توجه کیفیت می شود. برخی از اثرات آن به طور خلاصه عبارتند از؛

  • اثر شیمیایی:

هر چه نسبت سطح به حجم افزایش یابد به این معناست که سطحی که در اختیار ملکول ها برای واکنش قرار می گیرند افزایش یابد. هرچه سطح واکنش بیش تر باشد مشابه این است که مقدار ماده بیش تر است. بنابر این واکنش ها سریع تر و کامل تر انجام می شوند. فرض کنید یک مکعب داریم. اگر طول هر ضلع آن یک واحد باشد؛ سطح واکنش پذیری آن معادل 6 واحد مکعب است (مکعب شش وجه دارد که مساحت هر کدام یک واحد مربع است). حال اگر همان مکعب را به 100 بخش کوچک تقسیم کنیم؛ سطح قابل دسترسی معادل تقریب 28 واحد می شود. یعنی ملکول ها و اتم های داخلی مکعب نیز در تماس محیط واکنش قرار می گیرند. بنابر این، واکنش ها سریع تر و کامل تر رخ می دهند. پیشرفت واکنش ها برای تولید محصولات ناخواسته و جانبی به شدت کاهش میابد. از هدر رفت مواد جلوگیری می شود. حساسیت قابل توجهی را نسبت به مقادیر کم مواد بدست می آوریم. این ویژگی ها در مباحث بین رشته ای مثل نانوبیوسنسورها که شامل علوم برق، کامپیوتر و شیمی می شوند اهمیت ویژه دارند.

  • اثر فیزیکی:

خاصیت افزایش سطح به حجم علاوه بر تسهیل واکنش های شیمیایی، امکان تبادلی الکترون های بیش تری را فراهم می کند. مثلا در ساخت تراشه ها با بکاربردن تکنولوژی نانو و فرایندی به عنوان لیتوگرافی می توان در یک حجم بسیار کوچک مساحت بسیار بالایی ایجاد کرد. هر چه مساحت بیش تر باشد حافظه افزایش میابد. بنابراین اندازه دستگاه به شدت کم می شود. امروزه دانشمندان علوم کامپیوتری در تلاش برای عرضه صنعتی دستگاهای الکترونیکی هستند که در ابعادی بسیار کم در حد چند سانتی متر میتواند داده های بسیار زیادی را ذخیره کنند. این مورد در ادامه با شرح جزئیات مقایسه می شود.

همین طور که به نظر می رسد علم نانو، انقلاب صنعتی قرن بیست و یکم محسوب می شود. همان طور که در قرن بیستم کامپیوترها در همه صنایع قبلی نفوذ کردند و باعث ارتقای آن ها شدند؛ تکنولوژی نانو با نفوذ به سایر صنایع دیگر فرایندها را بهبود و ارتقا می دهند. بنابر اطلاعات موجود صنعت نانو اواسط همین قرن به اوج خود می رسد. به زودی کارخانه ها و صنایعی که از این فناوری در ارائه خدمات خود استفاده نکنند، منسوخ می شوند.

انواع نانوکامپیوترها

  1. نانوکامپیوترهای الکترونیکی: نانو کامپیوترهای الکترونیکی رفتاری مشابه میکرورایانه های امروزی دارد. تفاوت اصلی آن ها در اندازه است. ترانزیستورهای بیش تری به چیپ های سیلیکونی منتقل شده اند. ICهای موجود در این دسته ظرفیت حافظه و قدرت پردازش بالایی دارند. ساختار اتمی ماده باعث محدودیت تعداد ترانزیستورها در واحد حجم می شود. بیش تر مهندسان بر این باورند که این تکنولوژی هنوز به تمام قابلیت های خود نرسیده است. در الکترونیک، عنوان نانو بسیار نسبی است. از سال 1970 تا کنون میکروپردازنده های عرضه شده در این دسته قرار می گیرند.
  2. نانو کامپیوترهای شیمیایی: نانو رایانه های شیمیایی قابلیت ذخیره و پردازش داده ها با برهمکنش ها و ساختارهای شیمیایی را دارد. نانوکامپیوترهای بیوشیمیایی به طور طبیعی در محیط زیست وجود دارد. آن ها در همه موجودات زنده وجود دارند. خط سیر نانو کامپیوترهای شیمیایی در راستای مهندسی ژنتیک است. در این فرایند همان طور که مهندسان باید اجرای اتم ها وملکول های تنها را کنترل کنند، وظیفه ذخیره داده ها نیز به آن اضافه می شود.
  3. نانو کامپیوترهای کوانتومی: برای توضیح چنین مبحثی ابندا باید کوچک ترین مبحث یعنی بیت ها را برسی کرد. از نقطه نظر فیزیکی یک بیت دو پاسخ بله و خیر یا صفر و یک را نشان می دهد. کد گذاری یک بیت از داده دارای دو قطب روشن و خاموش و یا دو حالت الکترونیکی اتم است. بنابراین، اگر یک اتم یک بیت فیزیکی فرض شود؛ مکانیک کوانتوم به ما می گوید که دو حالت الکترونیکی مشخص در دو موقعیت مختلف پاسخ بیت را معلوم می کند. نابراین اتم یا در موقعیت صفر و یا در موقعیت یک است.
  4. نانو کامپیوترهای مکانیکی: این دسته از رایانه ها وابسته به حرکت میلیون ها جز میکروسکوپی است. این اجزای میکروسکوپی جایگزین قسمت های جامد ترانزیستورها و سایر اجزا به منظور انتقال الکترون ها و سایر اجزا برای محاسبات هستند. این دسته از رایانه ها استحکام خوبی دارند و کارایی خیلی خوبی را در دماهای بالا از خود نشان می‏دهند. دانشمندان بر این باورند که برخی از این چیپ های سیلیکونی برای محیط ها با شرایط سخت مناسب هستند. برخی از این محیط ها شامل فضا، موتور ماشین و اسباب بازی های کودکان هستند. سایر مزایای نانو کامپیوترهای مکانیکی عبارتند از:
  5. نانو ربات ها: رباتی در مقیاس نانو که دارای بازو، موتور، سنسور و کامپیوتر برای رفتار است. در سال 1992 کتابی با عنوان نانو سامانه انالیزی از سهولت اجزای ماشینی را برای نانو ربات ها شرح داد. با این حال به منظور ساخت موتورهای ملکولی دانشمندان از قوانین ترمودینامیکی برای عملیات استفاده می کنند. با این حال ورژن مینیاتوری یک موتور دقیق نیست. چنین ربات هایی در آینده نزدیک قابل دسترسی نیستند.

مزایای نانو کامپیوترها

تکنولوژی نانو یه صورت های مختلف منجر به پیش رفت علوم کامپیوتری با افزایش بهره وری پردازنده های رایانه ها شده است. به منظور بدست آوردن نتیجه مطلوب، میلیون ها ذرات کوچک و ماشین های مینیاتوری متشکل از ملکول های پیچیده باید در کنار هم قرار بگیرند. هیچ کدام از ذرات به تنهایی قدرت کافی برای تهیه محیط لازم برنامه نویسی را ندارند. مشابه رشد کریستال ها در یک واکنش شیمیایی یا رشد یک جنین، تکنولوژی پایین به بالای نانو برای تحلیل رفتار ذرات نیاز است.

امورزه تکنولوژی نانو در زمینه های نانو، ارتباطات و کاربردهای الکترونیکی سامانه های کوچک تر، سریع تر و قابل حمل و نقلی را فراهم می کنند که می توانند اطلاعات بیش تر و بزرگ تری را ذخیره و مدیریت کنند. برخی از این کاربردها عبارتند از؛

  • ترانزیستورها در مقیاس نانو سریع تر، قوی تر و از لحاظ مصرف انرژی به صرفه تر هستند. به صورتی که امکان ذخیره همه اطلاعات رایانه شخصی شما در یک چیپ بسیار کوچک وجود دارد.
  • ترانزیستورها در مقیاس نانو سریع تر، قوی تر و از لحاظ مصرف انرژی به صرفه تر هستند. به صورتی که امکان ذخیره همه اطلاعات رایانه شخصی شما در یک چیپ بسیار کوچک وجود دارد.
  • نمایش برای بسیاری از تلوزیون ها، لپ تاپ ها، تلفنهای همراه و دوربین های دیجیتال با بکار بردن نانو فیلم های نازک پلیمری تصاویر واضح تر و شفاف تری را ایجاد کرده است. همچنین مصرف انرژی را کاهش می دهد و طول عمر صفحه نمایش را افزایش می دهد.

نانو و کامپیوتر به صورت متقابل بر هم اثر می گذارند. از علوم کامپیوتری بویژه زمینه های هوش مصنوعی، برای تولید نانو ذرات استفاده می شود. یکی از روش های تولید نانو ذرات روش پایین به بالا است که با تکنولوژی های کامپیوتری تسهیل می‏شود.

معایب نانو کامپیوترها

پتانسیل نانوتکنولوژی کامپیوترهای سریع تری را عرضه کرده است که مصرف انرژی آن ها بسیار کم تر از نوع قدیمی خود است. با این وجود، برخی از معایب آن مثل اختلال اقتصادی و احتمال تهدید امنیت، حریم خصوصی، سلامتی و محیط زیست همواره وجود خواهد داشت.

مشابه سایر فناوری ها احتمال آن که تکنولوژی نانو تغییراتی در زمینه های اقتصادی ایجاد کند وجود دارد. محصولاتی که از طرف این تکنولوژی عرضه می شوند قیمت بالایی خواهند داشت و برای کارهای تخصصی عرضه می شوند. با این وجود به محض این که دسترسی به آن ها افزایش یابد، تاثیرات آن بر بازارها بیش تر احساس خواهد شد. همچنین تغییرات درفرایند تولید به این روش بسیاری از افراد را بی کار خواهد کرد.

همچنین نانوتکنولوژی احتمال طراحی دستکاه های ضبط میکروسکوپی را فراهم می کند. این دستگاه ها قابل تشخیص نیستند. همچنین امکان مسلح شدن با تکنولوژی ناو وجود دارد. علاوه بر این که می توان سلاح های اتمی را به روش های ساده‏تری تولید کرد، امکان تولید اسلحه های نوین نیز وجود دارد. یکی از آن ها گلوله هوشمند است. این گلوله با برنامه ریزی و دقت بسیار بالا به هدف برخورد می کند. اگر کابرد چنین تکنولوژی به دست اشتباه باشد، خطرات زیادی جوامع را تهدید می‏کنند.

پیش بینی آینده آن ها

زمینه های در حال حضور علم نانو و مهندسی نانو منجر به فهم و کنترل ستون فقرات اساسی همه مباحث فیزیکی است. دستگاه مکانیکی امکان دستیابی به قدرت فیزیکی فراتر حد ممکن را فراهم می کند. علم نانو و تولید در مقیاس نانو، به ما امکان فرا رفتن از محدودیت های اندازه طبیعی را می دهد. بنابراین، ویژگی های مواد را با تغییر اندازه تحت تاثیر قرار می دهند. ترکیب تکنولوژی های موجود با نانو، کوچک ترین جزئیات را تحت تاثیر قرار می دهد. کنترل از ذرات کوچک تا درشت، انقلابی را در ساختار فیزیکی مواد ایجاد کرده است. امروزه امکان تغییر طراحی هر چیزی از واکسن ها گرفته تا کامپیوترها وجود دارد.

تجربه مشتریان
TESTIMONIAL
سوالات متداول
FAQ
دیدگاه ها
COMMENTS

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.