ما هي تقنية النانو وما هو نمط الحياة الذي تهيٍئه للانسان الان وفي المستقبل القريب؟ الجزء الثالث

ما هي تقنية النانو وما هو نمط الحياة الذي تهيٍئه للانسان الان وفي المستقبل القريب؟

5-الامكانات المتاحة في البيانات الضخمة:

في عصر تكنولوجيا المعلومات، هناك زيادة كبيرة في البيانات الإلكترونية، مما أدى إلى الحاجة الملحة لإدارة هذه البيانات بشكل فعال، وتحديد الأنماط وتنبيهنا إلى المشاكل دون فقدان المعلومات الحساسة المهمة  . على سبيل المثال لا الحصر ، البيانات الضخمة الصادرة من أجهزة استشعار حركة المرور للمساعدة في إدارة الاختناقات المرورية وتجنب الحوادث، ومنع الجريمة باستخدام الإحصائيات لتخصيص بشكل أكثر كفاءة  اعداد الشرطة المناسب.

تلعب تقنية النانو دورًا مهمًا هنا من خلال تمكين إنشاء ذاكرة فائقة الكثافة قادرة على تخزين كميات هائلة من هذه البيانات. وفي الوقت ذاته، يحفزهم هذا الامر لإنشاء خوارزميات فائقة الكفاءة لإدارة المعلومات وتدافعها ونقلها دون المساس بموثوقيتها.

6- محاربة تغير المناخ

تتمثل إحدى الطرق الرئيسية لمكافحة تغير المناخ في تطوير طرق أحدث وأكثر كفاءة لتوليد الكهرباء. و بفضل التقدم في علم النانو، نرى بالفعل بطاريات يمكنها تخزين المزيد من الطاقة للدراجات الناري للسيارات الكهربائية والألواح الشمسية التي يمكنها تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بشكل أكثر كفاءة.

يستخدم كل من هذين التطبيقين النسيج النانوي لتحويل السطح المستو إلى سطح ثلاثي الأبعاد بسطح مساحته أكبر بكثير. يتيح ذلك مساحة أكبر للتفاعلات، مما يسمح بتخزين أو إنتاج طاقة عال جدا.

قد يُظهر لنا المستقبل ايضا جسيمات نانوية قادرة على جلب الطاقة من بيئتها بكفاءة تحويل عالية. على سبيل المثال، يمكن الحصول على الطاقة من الحركة والضوء وتغيرات درجة الحرارة و سكر الجلوكوز والعديد من المصادر الأخرى.

التطبيقات العسكرية

تشهد التطبيقات العسكرية  إمكانات هائلة في تكنولوجيا النانو. لذلك ليس من المستغرب أن تتم رعاية غالبية أبحاث العلوم النانوية من قبل الجيش وبالتالي تركز على التطبيقات العسكرية التي يمكن أن تغطي مجموعة واسعة من التطورات، مثل:

ا-تحسين الرعاية الطبية للجنود ورعاية المصابين  منهم. يمكن على سبيل المثال، للضمادات المغطاة بمواد نانوية معينة التحكم في إطلاق الأدوية والبروتينات لفترة زمنية محددة، مما قد يؤدي في النهاية إلى تسريع التئام الجروح.

ب-إنتاج مواد خفيفة وقوية ومتعددة الوظائف لاستخدامها في الملابس العسكرية، مما يوفر حماية أفضل بالإضافة إلى تحسين الاتصال و التحركات. لقد أتاحت الأبحاث الحالية في مجال تكنولوجيا النانو أيضًا تطوير أقمشة غير منسوجة متينة يمكنها توفير امتصاص الماء أو صده، ومقاومة الحريق والحرارة، ومعالجة ضد الميكروبات، على سبيل المثال لا الحصر.

ج-تحسين الذكاء العسكري باستخدام تقنيات الاستشعار الذكية التي تتكامل فيها المستشعرات النانوية مع الشبكات العصبية. يمكن استخدام مستشعرات النانو للكشف عن المواد الكيميائية الضارة والأسلحة البيولوجية، والأضرار التي تلحق بالمعدات العسكرية، وطبيعة ومدى المخاطر المحتملة عند اكتشاف المتفجرات.

د-استخدام الجسيمات النانوية النشطة في تطبيقات الدفع نظرًا لخصائصها الفريدة التي تهم الاحتراق مثل الاشتعال السريع وأوقات الاحتراق القصيرة. على سبيل المثال، يمكن تضمينها في الوقود الصلب، والدفع الصلب، والطاقة الشمسية في الأنظمة السائلة، إلخ.

يجرى الان ايضا بحوث ضخمة على المركبات النانوية تهم فضاءات الاستعمال المجتملة  الأخرى. و تركز التطورات الحالية على استخدامها في تغليف المواد الغذائية العسكرية، والحماية الباليستية والدروع الواقية للبدن، ومواد التشحيم الصلبة، ومواد امتصاص الصدمات، وتبديد الشحنة الكهروستاتيكية ،  التدريع (le blindage) الكهرومغناطيسي ومقاومة الحريق والحماية من التآكل.

ر-تطويرات للطائرات بدون طيار بحجم النانو التي يمكن استخدامها في المراقبة والتفجيرات عن بعد والاتصالات مثلا. يمكن لهذه الطائرات بدون طيار أن تتمتع بعمر بطارية طويل مع مستشعرات النانو التي تتيح اكتشاف الوجه والأشياء.

ز-استخدامات تكنولوجيا النانو للأقمار الصناعية الأصغر حجمت وكذلك مركبات اصغر للإطلاق، مما يجعل هذه الأقمار الصناعية فعالة من حيث التكلفة. علاوة على ذلك، يمكن استخدام هذه الأقمار الصناعية النانوية في أسراب للرادار والاتصالات والذكاء.

التكنولوجيا الحيوية النانوية في إنتاج الأغذية

تشمل فرص التكنولوجيا الحيوية النانوية تطبيقات الغذاء والزراعة والطاقة. ففي صناعات معالجة الأغذية، تتمثل الاستخدامات الأكثر شيوعًا للتكنولوجيا الحيوية النانوية في مجال مراقبة جودة المنتجات الغذائية في توفير مستشعرات نانوية للكشف عن البكتيريا. وتتمتع مستشعرات النانو عند استخدامها بدقة عالية في الكشف عن وجود الحشرات أو الفطريات داخل كتلة الحبوب المخزنة في غرف التخزين.

يمكن الاستفادة من التقانة النانوية في احداث طفرات وراثية تؤدي الى تحسين العديد من الصفات الوراثية للنبات اذ تقدم هذه التقانة ابعاد جديدة في ابحاث الطفرات اذ تم في جامعة تايلند انتاج نوع جديد من الرز يدعى Khao-Kamعن طريق طفرات بأستعمال التقانة النانوية اذ تم الحصول على نبات رز ذو حبوب بيضاء وساق واوراق خضراء من صنف ذو حبوب واوراق وسيقان ارجوانية، ويؤدي استعمال انابيب الكاربون النانوية tubes nano carbon (انابيب طولية مجوفة ذات اقطار متناهية في الصغر يصل اقل قطر لها الى نحو 1.4 نانومتر ترتبط فيها ذرات الكاربون مع بعضها البعض بواسطة اواصر تساهمية) في مزارع النخيل الى ازدياد في النمو وعدد وقوة الجذور فضلا عن تميز الثمار الناتجة .كما احدثت جسيمات النحاس النانوية المغلفة بالكيتوسان Cu-nanochitosan وجسمات التيتانيوم النانوية TIO2 تأثيرات مماثلة من حيث تحسين النمو والانتاج .

الاستعمال الامثل للمياه من اجل ادامة الانتاج الزراعي

استعمل الجل النانوي القابل للاحتفاظ بالماء nanohydrogel في التربة بسبب قابليته العالية على امتصاص واطلاق الماء والعناصر الغذائية وبالتالي الكفاءة العالية في استعمال مياه المزروعات. اظهرت التربة المعاملة بالفضة المغلفة بالهايرروجل ان الماء يبقى بنسبة 7.5 % اكثر من التربة غير المعاملة، اكثر من ذلك فأن الهايدروجل يقدر على تخزين مابين 130 -190 مرة من وزنها من مياه الامطار او الري . يعتبر الهايدروجل القابل للتحلل طريقة واعدة في الحد من التلوث لذلك يعد النانو تكنولوجي تقانة ناجحة خصوصا في المناطق الجافة خصوصا وان الجفاف يعد من اهم المخاطر البيئية التي تعوق انتاج المحاصيل.

مستشعرات النانو في الإنتاج الزراعي

تستخدم المستشعرات النانوية بشكل فعال لاستشعار مجموعة واسعة من الأسمدة ومبيدات الأعشاب ومبيدات الآفات والحشرات ومسببات الأمراض والرطوبة ودرجة حموضة التربة واستخدامها الخاضع للرقابة يمكن أن يدعّم الزراعة المستدامة لتعزيز إنتاجية المحاصيل. وبفضل أجهزة الاستشعار الذكية، يمكن للزراعة الدقيقة زيادة الإنتاجية في الزراعة، حيث توفر هذه التكنولوجيا للمزارعين إدارة أفضل للتخصيب، وتقليل المدخلات، وإدارة أفضل للوقت والبيئة. كما يمكن أن تساعد مستشعرات النانو وأنظمة التوصيل الذكية القائمة على النانو في الاستخدام الفعال للموارد الطبيعية الزراعية مثل المياه والمغذيات والمواد الكيميائية من خلال الزراعة الدقيقة. وتشمل التقنيات الجديدة للزراعة الدقيقة أنظمة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية وأنظمة المعلومات الجغرافية وأجهزة الاستشعار عن بعد التي يمكنها الكشف عن آفات المحاصيل أو أدلة الإجهاد مثل الجفاف. ويمكن لمستشعرات النانو المنتشرة في الحقل أيضا اكتشاف وجود فيروسات نباتية ومسببات أمراض المحاصيل الأخرى، ومستوى مغذيات التربة وتقييم مستويات التلوث البيئي بسرعة إضافة مراقبة جودة المنتجات الزراعية.

يتبع في الجزء الرابع

تحمل الإجهاد اللااحيائي
تشير العديد من الدراسات إلى أن السيليكون المصنع والسيليكات لهما دور إيجابي في تخفيف الإجهاد الملحي والجفاف. جسيمات السليكا النانوية تزيد من تحمل الجفاف وذلك بتشجيع معدلات التمثيل الضوئي والتوصيل الثغري تحت إجهاد الجفاف المعتدل والشديد. أظهرت هذه الدراسة أيضًا أن بادرات نبات الهوثورن (Cretaus sp.) المعاملة مسبقًا ﺑجسيمات السليكا النانوية اظهرت زيادة في معدلات التمثيل الضوئي والتوصيل الثغري، بالإضافة إلى زيادة قدرة الماء في خلايا الخشب تحت ظروف شد الجفاف. تتوافق هذه النتائج مع مجموعة متنامية من الأدلة التي تشير إلى أن مختلف تطبيقات السيليكون/ السيليكا والتي يمكن أن تحسن من تحمل الإجهاد اللاحيوي في العديد من أنواع المحاصيل . تتراوح معدلات الاستخدام في منتجات الكيميائيات الزراعية الحاوية على السيليكا من 10 ملغ لتر-1 إلى 100 ملغ لتر-1 ، في حين وجد Shkavand واخرون ان معدلات منخفضة من العنصر النشط تصل إلى 10ملغم لتر-1 يمكن ان تعطي فوائد جوهرية لتحسين تحمل الإجهاد لنبات هوثورن. من المعقول أن نعزو الأداء المُحسَّن لمنتجات السليكا النانوية الى تحسن الإمتصاص و/ أو نفاذية الأنسجة النباتية، ولكن يبقى هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لتوضيح الدور المحدد لتطبيقات النانو.

الترشيح النانوي

تستغل تقنية “تنقية المياه باستخدام تكنولوجيا النانو” المواد النانوية مثل الأنابيب النانوية الكربونية وألياف الألومينا للترشيح النانوي، وهي عملية حديثة نسبيا تستعمل في الغالب لإزالة المواد الصلبة، بما في ذلك البكتيريا والطفيليات من المياه الجوفية والسطحية والعذبة. كما يستخدم النظام الذي يعمل بالطاقة الشمسية أغشية الترشيح النانوي لمعالجة المياه قليلة الملوحة، مما ينتج عنه مياه ري محلاة عالية الجودة. وقد أشارت نتائج دراسات سابقة إلى أن المحاصيل المزروعة بالمياه المحلّاة تتطلب 25% أقل من مياه الري والأسمدة مقارنة بالري بالمياه قليلة الملوحة.

الجرافين (graphène)  لتحلية المياه المالحة

تكنولوجيا النانو والغذاء

تستثمر الصناعات الغذائية أموالا طائلة في أبحاث تكنولوجيا النانو. ويرى الباحثون أن تقنية النانو قد تكون هي المفتاح لحل العديد من المشكلات الحرجة التي تواجه الإمدادات الغذائية في العالم اليوم بما توفره من مواد كالبوليمرات الغذائية المعالجة بتقنية النانو لتحسين جودة الأغذية وسلامتها.

وتعتبر تقنية النانو هي أساس العديد من الأطعمة الجديدة من خلال التلاعب بالألوان والنكهات وتغييرها على المستوى النانوي.

وتعمل العبوة الذكية (أو التغليف الذكي للمواد الغذائية) على مراقبة جودة الطعام داخل العبوة من خلال أجهزة مدمجة في العبوة أو ملحقة لها. ويمكن أن تسجل مستشعرات النانو المتوفرة فيها درجة الحرارة، ونضارة الغذاء ونضجه وقياس الملوثات التي قد توجد فيها.

تقنية النانو في الإنتاج الحيواني والأحياء المائية

تشمل تطبيقات تكنولوجيا النانو في تربية الحيوانات عدة جوانب كتحسين كفاءة التغذية والتغذية للحيوانات الزراعية، وتقليل الخسائر من الأمراض الحيوانية، وتحويل المنتجات الثانوية الحيوانية والنفايات والمخاوف البيئية إلى منتجات ذات قيمة مضافة.

يمكن للمواد النانوية التي تعمل على السطح والإضافات النانوية أن تزيل السموم أو مسببات الأمراض.

كما تشمل تطبيقات تكنولوجيا النانو في مجال تربية الأحياء البحرية الأسطح المضادة للبكتيريا، والتوصيل النانوي للمنتجات البيطرية في أغذية الأسماك باستخدام الهياكل النانوية المسامية، وأجهزة الاستشعار النانوية لاكتشاف مسببات الأمراض في الماء. كما يمكن استخدام المياه النانوية للري وتربية الأسماك.