پیش‌بینی پیشرفت نانوتكنولوژی با كمك شاخصهای علم و فناوری
پیش‌بینی;پیشرفت;نانوتكنولوژی;شاخص;علم و فناوری;پروژه;تحقیق;مقاله;پژوهش;پایان نامه;دانلود پروژه;دانلود تحقیق;دانلود مقاله;دانلود پژوهش;دانلود پایان نامه
پیش‌بینی پیشرفت نانوتكنولوژی با كمك شاخصهای علم و فناوری
چكیده
قرار است نانوتكنولوژی یكی از فناوریهای كلیدی و كارآمد قرن 21 شود. قابلیت اقتصادی آن، حاكی از وجود بازاری بالغ بر چندصد میلیارد یورو برای این فناوری در دهة بعد است. بنابراین نانوتكنولوژی موجب جهت‌دهی فعالیتهای بسیاری از بخشهای صنعتی و تعداد زیادی از شركتها در جهت آماده‌سازی آنها برای این رقابت جدید شده است. در همین زمان دولتمردان در بخشهای تحقیق و توسعه در سراسر دنیا نیز در حال اجرای برنامه‌های تحقیقاتی خاص در زمینة نانوتكنولوژی هستند تا آیندة كشورهای خود را به وضعیتی مطلوب برسانند. هدف این مقاله، استفاده از شاخصهای تكنولوژیكی و علمی برای پیش‌بینی پیشرفت اقتصادی و مقایسة وضعیت كشورهای مختلف است.
1- مقدمه
علوم نانو در دو دهه گذشته، پیشرفت بزرگی حاصل كرده است. ما شاهد كشفیات علمی و پیشرفتهای تكنولوژیكی مهمی بوده‌ایم. به عنوان مثال، این پیشرفتها شامل اختراع میكروسكوپ تونل‌زنی پیمایشگر (STM) در سال 1982 ]1[ یا كشف فولرینها در سال 1985 می‌باشد]2[. در حال حاضر تعداد اندكی از محصولات مبتنی بر نانوتكنولوژی به استفادة تجاری رسیده‌اند. با این وجود، آیا دانش واقعی علمی، جوابگوی اشتیاق جهانی نسبت به این فناوری هست ؟ تا چه حد احتمال دارد كه بازار جهانی در طی 10 تا 15 سال آینده به هزار میلیارد دلار در سال برسد]3[؟
ارزیابی قابلیت فناوریهای تكامل یافته كار آسانی نیست و برای یك فناوری جدید مثل نانوتكنولوژی، این كار دشوارتر است. البته در پیش‌بینی سعی میشود از شاخصهایی استفاده شود كه توانشان در پیش‌بینی قابلیت دیگر فناوریهای جدید به اثبات رسیده باشد. دو تا از واضح‌ترین شاخصهای پیش‌بینی، تعداد مقاله‌های علمی و تعداد اختراعات ثبت شده هستند. اولی معمولاً شاخص خوبی برای فعالیتهای علمی و دومی برای قابلیت انتقال نتایج علمی به كاربردهای عملی است. شكل 1 تكامل تدریجی انتشارات و اختراعات نانوتكنولوژی از شروع دهة 1980 تا 1998 را نشان میدهد. اطلاعات انتشارات جهانی نانوتكنولوژی از داده‌های Science Citation Index (SCI) اقتباس شده است. اختراعات نانو، آنهایی هستند كه در European Patent Office (EPO) در مونیخ ثبت شده‌اند. اختراعاتEPO داده‌های بسیاری از كشورها را در بر می‌گیرد. از نظر گسترة كار و هزینة بالا، منطقی به نظر می‌رسد كه مخترعین از اختراعات به صورت تجاری بهره‌برداری كنند. لیستی از كلمات كلیدی علوم و فناوری نانو جهت دستیابی به انتشارات، اختراعات و روشها منتشر شده‌است]4[.
تعداد انتشارات در سالهای 1980 و 1985 نسبتاً اندك است، اما در سالهای بعد سیر صعودی می‌یابد و از سال 1986 به بعد سرعت افزایش آنها محسوس می‌باشد. این تغییر ناگهانی را می‌توان به اختراع میكروسكوپ تونل‌زنی پیمایشگر در چند سال قبل از آن]1[، آغاز حضور وسایل تحقیقاتی مفید در آزمایشگاههای تحقیقاتی، دانشگاهی و صنعتی و نیز توجه تحقیقات به سوی مقیاس نانو نسبت داد. افزایش سرعت انتشار مقالات همچنان ادامه پیدا كرده و سیر صعودی آنرا می‌توان ناشی از دسترسی به میكروسكوپ نیروی اتمی كه گسترة كاربرد وسیعتری نسبت به STM در مواد غیرهادی دارد (اختراع در سال 1986 ]5[) و نیز كشف مولكول C60 در سال 1985 ]2[ و یا نانولوله‌های كربنی در سال 1991 ]6[ دانست. افزایش تعداد انتشارات در بازة زمانی 1989 تا 1998 بسیار چشمگیر است؛ جهش از 1000 مقاله تا بیش از 12000 مقاله در سال 1998.
میانگین رشد سالانه معادل 27 درصد بوده و رشد سالیانه از 10 تا 80 درصد در نوسان است. اطلاعات بدست آمده از دفتر ثبت اختراعات ایالات متحده]7[ نیز رشدی مشابه با اطلاعات اروپا نشان میدهد.
تعداد اختراعات ثبت شده، شاخص مناسبی برای اندازه‌گیری ظرفیت آزمایشگاهها جهت انتقال نتایج تحقیقات به مصارف صنعتی می‌باشد. شكل (1) بیانگر گسترش تعداد اختراعات نانوتكنولوژی در EPO و انتشارات علمی در یك دوره یكسان می‌باشد. به طور معمول، تعداد اختراعات پیرو الگوی انتشارات علمی، البته با تأخیر زمانی محسوسی می‌باشد. منحنی فوق در تمام سالهای 1981 تا 1998 رشد مشخص 28 تا 180 عددی اختراعات را با ضریب رشد %7 در دهة 90 نشان میدهد. منحنی اختراعات نوسانات بیشتری را نسبت به منحنی انتشارات نشان میدهد. این امر به این علت است كه هرگاه تعداد داده‌ها كمتر باشد، نوسانات آماری تاثیرات بیشتری بر روی آنها می‌گذارد. به علاوه پیشرفتهای صنعتی در هر سال تأثیر بیشتری بر روی اختراعات دارد.
تكامل فعالیتهای تكنولوژیكی و علمی نانوتكنولوژی را می‌توان با فناوریهای قبلی مقایسه كرد. در وهلة اول می‌توان از مدل توسعه تكنولوژیكی عمودی (Lineal) استفاده كرد. گراپ]8[، برای چنین مدلی كه در شكل (2) به آن اشاره شده است، هشت مرحله را ارائه داده و تكامل از تحقیقات بنیادی تا ورود آن به تولیدات را تشریح نموده است. مرحلة (1) زمان شروع كار تحقیقاتی علمی را نشان میدهد. هنگامی كه فناوری شروع به ظاهر شدن می‌كند، پیشرفت بیشتری در علوم مشاهده میشود (مرحله 2). در مرحلة (3) درك اصول علمی بیشتر شده و اولین نمونه‌های تكنولوژیكی ظاهر می‌گردند.
در مرحلة 4 مشكلات انتقال فناوری به كاربردهای تجاری نمایان میشود و در مرحلة 5 پیشرفت در علوم و فناوری راكد می‌ماند. با جهت‌دهی مجدد تحقیقات صنعتی، فرصتهای جدیدی ظاهر میشود (مرحله 6) و استفاده‌های تجاری كه باعث شروع تحقیقات هزینه‌بر صنعتی میشود آشكار می‌گردد (مرحله 7). نهایتاً ورود به تمام بازارها انجام شده و با تولید محصولات حاصل از اختراعات، میزان تحقیقات انك اندك كاهش می‌یابد (مرحلة 8).
|
جدول 1: انتشارات و اختراعات 15 كشور فعال در این زمینه. داده‌ها به صورت درصد نسبت به كل رقم جهانی داده شده‌اند. دورة انتشارات نانوتكنولوژی بین سالهای 1997 تا 1999 با هم مقایسه شده‌اند. در مورد اخترعات ثبت شده در EPO و PCT این دوره از سالهای 1991 تا 1999 را نیز در بر می‌گیرد. دلیل انتخاب این مدت زمان این است كه تعداد مطلق اختراعات سالیانه اندك است و در صورت انتخاب زمانهای كوتاهتر، بررسیها دچار اشكال میشود. منابع: داده‌های PCTPAT PCT EPAT SCI و محاسبات شخصی. |
||||||||
|
انتشارات (1997 – 1999) (%) |
اختراعات EPO & PCT (1991- 1999) (%) |
|||||||
|
1 |
آمریكا |
7/23 |
آمریكا |
0/42 |
||||
|
2 |
ژاپن |
5/12 |
آلمان |
3/15 |
||||
|
3 |
آلمان |
7/10 |
ژاپن |
6/12 |
||||
|
4 |
چین |
3/6 |
فرانسه |
1/9 |
||||
|
5 |
فرانسه |
3/6 |
انگلیس |
7/4 |
||||
|
6 |
انگلیس |
4/5 |
سوئیس |
7/3 |
||||
|
7 |
روسیه |
6/4 |
كانادا |
0/2 |
||||
|
8 |
ایتالیا |
6/2 |
بلژیك |
7/1 |
||||
|
9 |
سوئیس |
3/2 |
هلند |
7/1 |
||||
|
10 |
اسپانیا |
1/2 |
ایتالیا |
7/1 |
||||
|
11 |
كانادا |
8/1 |
استرالیا |
4/1 |
||||
|
12 |
كرة جنوبی |
8/1 |
اسرائیل |
1/1 |
||||
|
13 |
هلند |
6/1 |
روسیه |
1/1 |
||||
|
14 |
هند |
4/1 |
سوئد |
9/0 |
||||
|
15 |
سوئد |
4/1 |
اسپانیا |
5/0 |
||||
چنین مدلی كه براساس شاخصهای اختراعات و انتشارات می‌باشد و زمانی كه از آن برای بررسی فناوریهای رایج امروزی مانند بیوتكنولوژی یا فناوری میكروسیستمها استفاده شود، نتایج خوبی در برخواهد داشت]9[.
با مقایسة اطلاعات مربوط به اختراعات و انتشارات نانوتكنولوژی (شكل 1) با مدل (شكل2) مشخص میشود كه نانوتكنولوژی به طوركلی فعلاً در انتهای مرحلة (2) یا ابتدای مرحلة (3) می‌باشد. با فرض اینكه این مدل، اطلاعات را به درستی تشریح نماید، حداكثر فعالیت علمی در علوم نانو در 3 تا 5 سال آینده خواهد بود؛ بهره‌برداری عظیم از نتایج آن ممكن است تا 10 سال دیگر به طول انجامد. در یك تخمین اولیه، منحنی نانوتكنولوژی (به عنوان مجموع تمام فناوریهای مقیاس نانو) می‌تواند به عنوان حلقة ارتباط تعدادی از فناوریهای نانو با اهداف و زمان رشد مختلف در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، بازاری بزرگ برای وسایل الكترونیكی نانومتری پیش‌بینی میشود، ولی ممكن است 1 تا 15 سال تا ورود آنها به بازار، زمان نیاز باشد، هرچند هم‌اكنون نانوذرات TiO2 به صورت مواد جاذب اشعة UV-B در كرمهای ضد آفتاب یا نانومواد كربنی برای افزایش مقاومت لاستیكها، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
هم اكنون حدوداً بیش از یك چهارم تمام اختراعات بر روی وسایل و ابزارآلات متمركز شده است]7[. این امر نشان‌دهندة این دیدگاه است كه نانوتكنولوژی در ابتدای مرحله توسعه فناوری قرار دارد كه اولین هدف آن توسعه ابزار مناسب برای نانوساختارسازی سطوح، تولید نانومواد، آنالیز نانواشیاء و غیره می‌باشد. از نظر بخش صنعتی، مهمترین فناوریها، فناوری اطلاعات(IT)، فناوری دارویی و شیمیایی است. برای بخش اول ابزار ذخیره‌سازی اطلاعات، صفحه‌های نمایش تخت یا كاغذهای الكترونیكی جزء اختراعات مهم محسوب می‌شوند. به علاوه، CMOS گسترش یافته، پردازش اطلاعات در مقیاس نانو و وسایل نمایش یا ذخیره‌سازی اطلاعات نیز جزء این زمینه محسوب می‌شوند. زیرا طبق اطلاعات انجمنهای مواد نیمه‌هادی و سایر پیش‌بینیها ]11و10[ پیچیدگی مداوم مراحل فناوری CMOS به زودی به محدوده نانومتری خواهد رسید. (پیش‌بینی میشود كه ابعاد پردازشگرها در سال 2011 به 22 نانومتر برسد.) صنایع نیمه‌هادی با آگاهی از مشكلات آینده، تاكنون به تحقیق برای یافتن راه‌حلهایی جهت گسترش CMOS به مقیاس نانو و ساخت وسایل جدید در این مقیاس دست زده‌اند.
در مورد صنایع شیمیایی و دارویی، تعداد زیادی از اختراعات برای یافتن روشهای دارورسانی، تشخیصهای پزشكی، درمان سرطان و غیره به ثبت رسیده‌اند، كه این اختراعات قسمت عظیمی از بازار آینده را در بر خواهند گرفت. اختراعات نانوتكنولوژی در بخشهای دیگر نظیر صنایع هوایی، صنایع ساخت، فرآوری مواد غذایی، اتومبیل‌سازی، پالایش نفت، بازرسی محیط زیست و غیره هرساله با رشد همراه است. اما تعداد مطلق آنها با توجه به عرصه‌های مورد بحث (ابزارسازی، فناوری اطلاعات، داروسازی و پزشكی) اندك است.
2- فعالان جهانی
بسیاری از كشورها در علوم و فناوری نانو فعالند. 15 كشوری كه در زمینه انتشار و اختراع بسیار فعال هستند در جدول (1) ذكر شده‌اند. انتشارات ثبت شده طی سالهای 1999-1997 بر حسب كشورهای منتشر كننده تفكیك شده است. داده‌های اختراعات، دورة طولانی را از سال 1991 تا 1999 در بر گرفته و شامل اختراعات ثبت شده در EPO و PCT می‌باشد. اختراعات PCT در WIPO در ژنو جمع‌آوری شده و سپس می‌تواند به هر دفتر ثبت اختراعی در دنیا یا EPO ارسال گردد. اطلاعات متفاوت بین PCT و EPO در این جدول نیامده است. تجزیه و تحلیل مضاعف اختراعات بین‌المللیPCT، انحرافهای آن با تعداد اختراعات EPO اروپا را كاهش میدهد. به علاوه تعداد بیشتر اختراعات مورد بررسی، ضریب اطمینان آماری در مقایسه كشورها را بالاتر می‌برد.
ایالات متحده، فعالترین كشور در تحقیقات نانو می‌باشد و حدوداً یك چهارم تمامی انتشارات را از آن خود كرده است. پس از آن ژاپن، آلمان، چین، فرانسه، انگلستان و روسیه قرار دارند. این هفت كشور دارای 70 درصد كل انتشارات علمی مربوط به نانوتكنولوژی در جهان می‌باشند. تمامی كشورهای عضو اتحادیه اروپا و برخی دیگر از كشورهای منتخب اتحادیه اروپا (غیر از لوكزامبورگ كه هیچ دانشگاهی در آن وجود ندارد) جزو 50 كشور اول هستند. (كه در این جدول نشان داده نشده‌اند.)
سهم چین و روسیه با توجه به حضور آنها در بانك اطلاعاتی SCI بسیار چشمگیر بوده و حاكی از حضور مشخص علوم نانو در تحقیقات آنها می‌باشد. جدول مشابهی نشانگر تعداد اختراعات در EPO بر حسب كشورها می‌باشد. مقایسه كشورهای فعال در امر انتشار با كشورهای فعال در امر اختراع، نشان دهنده این است كه 15 كشور اول در هر دو مورد مشتركند. به هر حال دامنه اختلاف بین این كشورها مشخصاً وسیعتر می‌باشد، مثلاً انتشارات ایالات متحده 1619 برابر كشور پانزدهم یعنی سوئد می‌باشد، اما اختراعات ثبت شده‌اش 84 برابر این كشور است.
فهرست
مقالة ویژه: پیش‌بینی پیشرفت نانوتكنولوژی با كمك شاخصهای علم و فناوری.. 1
مركز جدید نانوتكنولوژی ارتش آمریكا 11
همكاری تایوان با كانادا در زمینة نانوتكنولوژی.. 14
گزارشی از شركتهای نانوتكنولوژی ژاپن.. 16
تلاش برای توسعة نانوتكنولوژی در اروپا 18
سرمایه‌گذاری در نانوتكنولوژی.. 18
امتیازی برای ساخت حسگرهای زیستی.. 20
اولین نمایشگاه بین‌المللی نانوتكنولوژی در سوئیس…. 21
اندازه‌گیری؛ چالشی در نانوتكنولوژی.. 23
ذخیرة 250 ترابیت در یك اینچ مربع. 25
حسگرهای هیدروژنی جدید. 27
تولید هزاران كیلو نانوذرات در یك شركت نانومواد. 28
دو موفقیت بزرگ در ترانزیستور تك سلولی.. 30
تهیة زیروژلهای كروموفوریك…. 32
توسعة كریستال فوتونیك…. 34
انستیتو نانوتكنولوژی نظامی.. 35
اختراع ابزار آشكارسازی DNA با درجة تفكیك بالا.. 42
لینک دانلود و توضیحات فایل”پیش‌بینی پیشرفت نانوتكنولوژی با كمك شاخصهای علم و فناوری”