فناوری نانو چیست ؟
فناوري‌نانو واژه‌اي است كلي كه به تمام فناوري‌هاي پيشرفته در عرصه كار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود. معمولاً منظور از مقياس نانوابعادي در حدود 1nm تا 100nm مي‌باشد. (1 نانومتر يک ميليارديم متر است).
اولین بار سال 1959 ریچارد فایمن (فیزیکدان آمریکایی) با سخنرانی معروف خود با عنوان "آن پایین فضای بسیاری هست" به بررسی رشد نیافته مواد پرداخت و به کنترل در سطح مولکولی و اتمی فعالیتها اشاره نمود. او در سال 1965 میلادی جایزه نوبل در فیزیک را ازآن خود نمود.
در فناوری نانو تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نیست بلکه زمانی که اندازه مواد در این مقیاس قرار می گیرد، خصوصیات ذاتی آنها از جمله رنگ ، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی و ... تغییر می یابد .
در واقع اگر بخواهیم تفاوت این فناوری را با فناوری های دیگر بیان نماییم ، می توانیم وجود " عناصر پایه " را به عنوان یک معیار ذکر کنیم .
عناصر پایه در حقیقت همان عناصر نانو مقیاسی هستند که خواص آنها در حالت نانو مقیاس با خواص شان در مقیاس بزرگتر فرق می کند .
مشخصات مواد یا محصولات نانو :
اصولا مواد در مقیاس نانو باید واجد حداقل 3 خاصیت زیر باشند تا بتوان آنها را در گروه مواد نانو به حساب آورد :
-
سایز آنها باید بین 100-1 نانومتر باشد. (مواد نانو ابعادی کمتر از 100 نانومتر (9-10×100 متر) در هر سه بعد دارند.)
-
واجد خواص جدید شده باشند که مواد غیر نانویی فاقد آن باشند. (نسبت سطح به حجم بسیار زیادتر، ذخیره انرژی زیادتر به شکل شیمیایی، چگالی بسیار بیشتر، هدایت الکتریکی بهتر، کارائی بهتر و پیشرفته تر مانند رسانش هدفمند و ... )
-
طراحی و ساخت این مواد باید کاملاً هدفمند و مهندسی ساز باشد و قابلیت اضافه شدن و کم شدن عوامل مختلف (عناصر یا کمپلکس های دیگر) را داشته باشند.
به‌كارگيري فناوري نانو در صنعت كشاورزی
تحقيقات دانشگاه Lehigh آمريكا نشان مي‌دهد كه نانو پودرها مي‌توانند به عنوان ابزاري مناسب براي پاكسازي خاك‌هاي آلوده و آبهاي زيرزميني مورد استفاده واقع شوند. شايد مشكل هزار ميليارد دلاري آبهاي زيرزميني آمريكا كه داراي 150 هزار مخزن زيرزميني (اين منابع در منطقه ممنوعه‌اي واقع شده‌اند كه داراي ضايعات خطرناك است) و تعداد زياد گورستان‌هاي زباله، معدن‌هاي ممنوعه و مناطق صنعتي است، با كمك اين نانوذرات حل شود. نانوذرات آهن موجب اكسيده و درهم شكستگي تركيبات آلوده كننده - مانند تري‌كلرواتن، تتراكلريد كربن، ديوكسين‌ها و PCBها شده و آنها رابه تركيبات كربني با درجه سميت بسيار پايين‌تر تبديل مي‌كند. تحقيقات ديگري در مركز فناوري نانوبيولوژيكي و زيست محيطي (CBEN) نشان داده است كه ذرات نانومقياس اكسيد آهن در پاكسازي آبهاي زيرزميني از آرسنيك (چيزي كه بر آب مصرفي بسياري از كشورهاي در حال توسعه تأثير دارد و براي آن راه حلي كاراتر از اين وجود ندارد) مؤثر هستند. (Peterson, 2002).
حسگرهاي هوشمند و سيستم‌هاي حمل هوشمند كه توسط فناوري نانو بدست‌آمده‌اند، ابزارهاي توانمندي براي رديابي و مبارزه با عوامل بيمارگر دامي و گياهي مي‌باشند (Scott and Chen, 2003). كريستال‌هاي ساخته‌شده به ابعاد نانو، از ديگر دستاوردهاي فناوري نانو محسوب مي‌شوند كه كارايي آفت‌كش‌ها را افزايش داده و منجر به كاربرد مقادير (دزهاي) كمتر اين تركيبات خطرناك براي محيط زيست و كاهش مصرف آفتكش ها مي‌گردند.
اخيرا حسگرهايي طراحي و ساخته شده‌اند كه در نواحي مختلف ماشين‌آلات كشاورزي مستقر شده و اطلاعات مربوط به نحوة كاركرد قطعات مختلف ماشين را به يك سامانة مركزي در داخل ماشين ارسال مي‌نمايند. بدين ترتيب قبل از بروز و پيشرفت تخريب، مي‌توان از آن پيش‌گيري نموده و با هزينه‌هاي كم، تنظيم‌ها و تعميرات لازم را انجام داد. در ماشين‌آلات و ادوات كشاورزي هوشمند نسل جديد، انجام عمليات سم‌پاشي و كنترل رديف‌هاي تيمار شده و نشده، تعيين دقيق مسير حركت ماشين‌آلات سم‌پاش، هدايت و تنظيم ماشين‌آلات مربوط به تهيه و آماده‌سازي بستر كشت، تنظيم صحيح دستگاه‌هاي سم‌پاش، كود‌پاش، بذركار و نشاكار و نيز هدايت و تنظيم دقيق ادوات برداشت محصول، همگي بكمك حسگرهايي كه محصول فناوري نانو و مهندسي دقيق (precision engineering) مي‌باشند، انجام مي‌گردد. در علوم پرورش دام، طيور و آبزيان نيز پيشرفت‌هاي چشمگيري حاصل شده‌است. بخش اعظم اين كاربردها، مربوط به واكسن‌ها و داروهاي نسل جديد براي پيش‌گيري و درمان بيماري‌هاي دامي مي‌باشد. بكمك نانوذرات هوشمند مي‌توان داروها و نيز مواد غذايي يا تنظيمي مورد نياز دام را با دقت بالايي، فقط به بافت‌ها و اندام‌هاي مورد نظر هدايت نموده و بدون اينكه سلول‌ها و بافت‌هاي ديگر از اثرات سوء آنها متاثر شوند، فقط بافت‌هاي هدف را در معرض اين مواد قرار مي‌دهند (انتقال هوشمند).
اين فرآورده‌ها تحول زيادي را در افزايش كارايي و نوع بهره‌برداري از اكوسيستم‌ها و واحدهاي كشاورزي ايجاد نموده و باعث تعديل در هزينه‌هاي تمام شدة محصولات كشاورزي خواهند شد. در چنين بازاري، تنها كشورهايي قادر به رقابت و ارائة محصول خواهند بود كه بتوانند محصولات فناوري نانو را براي بكارگيري در سيستم توليدات كشاورزي خود، به قيمت مناسب فراهم نمايند. در غير اينصورت بدلايل ناشي از بازار رقابتي، امكان صادرات محصولات كشاورزي فراهم نبوده و حتي توليدات داخلي نيز تحت الشعاع قيمت‌هاي جهاني قرار خواهند گرفت(kuzma, 2006)
در سالهاي اخير، فناوري زيستي و فناوري اطلاعات در حال همگرايي به سمت فناوري نانو بوده و در نهايت با همگرايي اين سه فناوري، مرحلة توسعة سريع نوآوري‌هاي مهم و تاثيرگذار از جمله در بخش كشاورزي شروع خواهد شد. در اين مرحله شاهد حضور محصولات دستورزي شدة اتمي خواهيم بود. در سال 1380، اولين حركت منسجم در زمينة توسعة فناوري نانو در شاخه‌هاي علوم كشاورزي، توسط وزارت جهاد كشاورزي و با تشكيل كميتة فناوري نانو در سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي اين وزارتخانه شروع گرديد. با تشكيل اين كميته، تمام فعاليت‌هاي پژوهشي مرتبط با توسعة فناوري نانو در كشاورزي از تمام موسسات تحقيقاتي سازمان و نيز معاونت‌هاي اجرايي وزارت جهاد كشاورزي در اين كميته متمركز گرديد و تمام تلاش‌ها در جهت تعيين "اولويت‌هاي راهبردي اين فناوري" در رستة كشاورزي بكار گرفته شد. به همين منظور، تدوين و اجراي برنامه‌هاي ترويجي و نيز آموزش نيروي انساني، انجام پروژه‌هاي تحقيقاتي، بسترسازي آزمايشگاه‌ها و تجهيزات لازم براي گسترش فناوري نانو در كشاورزي در دستور كار قرار گرفت. در تمام برنامه‌هاي مرتبط با توسعة فناوري نانو در كشاورزي، تلاش بعمل آمده است تا اعتبارات مالي تخصيص يافته به اين برنامه‌ها، فقط در راستاي اهداف فوق الذكر صرف شود.
كشور آمريكا بيشترين سرمايه‌گذاري را در تحقيق و توسعة فناوري نانو انجام مي‌دهد. در سال 2006 ميلادي، موسسة ملي فناوري نانو (National Nanotechnology Initiative-NNI) در آمريكا، حدود 7/3 ميليارد دلار در اين زمينه سرمايه‌گذاري كرده است. در سال 2006 ميلادي از كل پروژه‌هاي تحقيقاتي مرتبط با فناوري نانو در زمينة غذا و كشاورزي در آمريكا، 55 درصد مربوط به پروژه‌هاي كاربردي، 28 درصد توسعه‌اي و 17 درصد پايه‌اي بوده‌اند (Kuzma and VerHage, 2006). اتحادية اروپا و ژاپن بترتيب با 2/1 و 75/0 ميليارد دلار سرمايه‌گذاري، در مقام‌هاي بعدي قرار دارند
در سال 2005 ميلادي بازار جهاني فروش محصولات حاصل از فناوري نانو، معادل 30 ميليارد دلار بوده‌است. بر اسـاس پيش‌بيني‌هاي انجام‌شده، بازار جهاني نانوغذا از 6/2 ميليارد دلار در سال 2004، به 4/20 ميليارد دلار در سال 2010 ميلادي رسيد (Kaiser, 2006). قارة آسيا بدليل انباشت بيش از 50 درصد جمعيت جهان، تا سال 2010 ميلادي بيشترين بازار مصرف نانوغذا را بخود اختصاص داده و كشور چين نيز بيشترين سهم از بازار فروش نانوغذا را در اختيار خواهدگرفت. كشور استراليا نيز با سرمايه گذاري حدود 53 ميليون دلاري در سالهاي 2002 و 2003 در فناوري نانو، سعي دارد تا سهم مناسبـي از بـازار جهاني فروش محصولات فناوري نانو بويژه در بازار آسيا را در اختيار بگيرد (Warris, 2004).
در حال حاضر بيش از 400 شركت در زمينة تحقيق و توسعة فناوري نانو در سطح جهان فعاليت مي‌نمايند كه پيش‌بيني مي‌شود تعداد آنها تا 10 سال آينده، به بيش از 1000 عدد برسد. بر همين اساس پيش‌بيني مي‌گردد كه بازار محصولات فناوري نانو از 6/7 ميليارد دلار در سال 2003، به يك تريليارد دلار در سالهاي 2011 تا 2015 با حدود هشت ميليون نفر فرصت شغلي برسد
نتيجه گيري و بحث
بطور كلي كشاورزي دقيق يك نوع نگرش جديد در مديريت مزرعه است، امروزه با استفاده از نانوسنسورها مشخص مي شود كه هر قسمت كوچك از مزرعه به چه ميزان عناصر غذائي و سم نيازدارد و بدين وسيله از آلودگي محيط زيست جلوگيري‌كرده، سلامت محصولات و افزايش بازده اقتصادي راممكن مي سازد. نانو سنسور ها مي توانند با كنترل دقيق وگزارشدهي به موقع نياز هاي گياهان به مركز پردازش اطلاعات سيستم را در نگهداري محصولات ياري نمايد.
ايجاد گلخانه‌هاي كم‌هزينه‌تر با هدف صرفه‌جويي در مصرف انرژي ودوام بيشتر در برابر رطوبت ساختارهاي نانويي مي توانند گلخانه هايي در حجم كم اما انبوه پديد آورند كه تقريباً با اندازه اي برابر 10 درصد كل مزارع زير كشت درحال حاضر، مي توانند جمعيت كنوني جهان را تغذيه نمايند، در اين صورت ميليون ها هكتار از زمين هاي كشاورزي به محيط هاي طبيعي براي سكونت حيوانات در سراسر جهان بازگردانده مي شوند.
سيستم هاي كشاورزي دقيق با وجود اينكه محدود به كشورهاي توسعه يافته شده است اما در كشورهاي در حال توسعه مانند ايران، نيز در سالهاي اخير مورد بحث و بررسي قرار گرفته است و حتي تحقيقات جامعي نيز در حال اجراست. هدف اساس اين فن‌آوري، تحقق كشاورزي پايدار است كه در قالب كاهش استفاده، از نهادهايي چون كودهاي شيميايي و در نتيجه كاهش آلودگي هاي زيست محيطي به ويژه آلودگي هاي آبهاي زير زميني قابل دستيابي است. از طرفي غير يك نواختي پارامترهاي مهم خاك و گياه در داخل يك مزرعه نيز اين فن‌آوري را بيش از بيش مورد توجه قرار داده است. سيستم هاي سنجش از راه دور، GIS،DGPS، VRT به كمك اين فن‌آوري آمده اند تا بتوان با حداقل خطا، مطابق نياز در مناسب ترين زمان و مكان، نهادها را به درستي اعمال كرد. اما موانع و مشكلاتي هم پيش رو بوده است كه هزينه هاي بالا، انتقال فن‌آوري و دانش فني مورد نياز به كشاورزان، توجيه اقتصادي و سودآوري، امكانات و تجهيزات ماهواره اي از جمله اين موانع بوده اند. با تركيبي مناسب از سيستم هاي سنجش از راه دور و سيستم مكان يابي جهاني و نيز كاربرد حسگرهايي كه بتوانند با حداكثر دقت پارامترهاي خاك را اندازه‌گيري نمايند مي توان عوامل محدود كننده اين فن‌آوري را به حداقل رسانده و در كشورهاي در حال توسعه اي چون ايران شاهد تحقق اين فن‌آوري بود. از طرفي تجربه كشورهاي مختلف نشان داده است كه رسيدن به اين فن‌آوري يك فرايند وقت گير و گام به گام است كه با مطالعات و آزمايشها و انجام پروژه هاي كاربردي و مفصل قابل حصول است. بنابراين اولين قدم در بحث كشاورزي دقيق براي كشورمان، شناسايي توانايي ها و قابليت هاي بالقوه اي است كه مي تواند بسياري از محدوديت ها را از سر راه برداشته و در نتيجه باعث محلي شدن اين فن‌آوري گردد. از طرفي بررسي و مطالعه دقيق تغيير پذيري مكاني و زماني ويژگيهاي مهم خاك و گياه از جمله عناصر غذايي، بافت خاك، رطوبت، عملكرد محصول، فشردگي و ساير عوامل نيز در مرحله اول به عنوان تجربه كشورهاي صاحب اين فن‌آوري ضروري به نظر مي رسد.
در نتيجه مي توان طي مراحل شناسايي و تشخيص سطح تغيير پذيري مزارع ايران، مديريت تغييرات و ارزيابي عملي فن‌آوري مذكور را براي محصولات محوري كشاورزي در ايران متصور بود. علي رغم اينكه در نگاه اول كاربرد كشاورزي دقيق مديريت پيچيده اي را مي طلبد و از طرفي توجيه اقتصادي چنين سيستمي با ترديد هايي مواجه است امّا بنظر مي رسد با چالشهاي موجود در جهان امروز، نسلهاي آينده ناگزير به روي آوردن، به چنين شيوه هايي خواهندبود. هرچند كه در حال حاضر نيز اين نوع سيستم مديريت مزرعه دركشورهاي پيشرفته بويژه امريكا در حال تبديل به سيستم رايج كشاورزي مي باشد، سهولت دسترسي به ابزارها و تكنولوژي پيشرفته در اين كشورها و همچنين سطح وسيع اغلب مزارع، از ديگر عوامل روي آوردن اين كشورها به اين نوع سيستم كشاورزي است