พอพูดถึงนาโนเทคโนโลยีแล้ว คนเรามักคิดถึงอะไรที่เล็กมากๆ ใช่หรือไม่ ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักกันก่อนเลยว่ามันคืออะไร
นาโนเทคโนโลยี คือ การประยุกต์ที่เกี่ยวข้องกับการจัดการ การสร้าง การสังเคราะห์วัสดุ หรืออุปกรณ์ในระดับอะตอม โมเลกุลหรือชิ้นส่วนที่มีขนาดเล็กในช่วง ประมาณ 1 - 100 นาโนเมตร ซึ่งส่งผลให้วัสดุหรืออุปกรณ์ต่างๆ มีหน้าที่ใหม่ๆ และมีคุณสมบัติที่พิเศษขึ้นทั้งทางด้านกายภาพ เคมี และชีวภาพ ทำให้มีประโยชน์ต่อผู้ใช้สอยและเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจได้
นาโน (Nano) มีขนาดเศษหนึ่งส่วนพันล้านส่วนของหน่วยวัด ดังนั้น หนึ่งนาโนเมตร จึงเท่ากับ เศษหนึ่งส่วนพันล้านของหนึ่งเมตร หรือ 1 ใน พันล้านของ 1 เมตร
1 nm = 1 / 1,000,000,000 = 0.000 000 001 เมตร หรือ = 10
-9
แล้วตามนุษย์สามารถมองเห็นวัตถุขนาด 1 นาโนเมตรได้หรือไม่
1 นาโนเมตรนั้นเล็กกว่าเส้นผมประมาณ 1 แสนเท่า จึงเป็นไปไม่ได้ว่าจะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เพราะตาคนเรามองเห็นวัตถุขนานเล็กสุดได้แค่ 10,000 นาโนเมตร นอกจากจะใช้กล้องจุลทรรศน์ชนิดที่มีกำลังขยายสูงที่สร้างขึ้นมาเพื่อใช้ทางด้านนาโนเทคโนโลยีโดยเฉพาะ
แน่นอนว่า นาโนเทคโนโลยีนั้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับเครื่องมือ อุปกรณ์ต่างๆในการกำจัด ป้องกัน หรือ สร้างประโยชน์ให้แก่มนุษยชาติ ดังนี้
การสร้างนวัฒกรรมด้วยนาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ คือจุดเริ่มต้นของนาโนเทคโนโลยี โดยการลอกเลียนแบบคุณสมบัติพิเศษที่พบเจอใน พืชและสัตว์ ต่างๆ เช่น
- การเลียนแบบโครงสร้างระดับนาโนเมตรของตีนตุ๊กแก
เพราะตีนตุ๊กแกมีขนจำนวนมากที่มีขนาดเล็ก เรียกว่า ซีเต้ (Setae) จำนวนนับล้านเส้นเรียงตัวอัดแน่นอยู่ที่เท้าของมัน และที่ปลายขนซีเต้แต่ละเส้นยังมีเส้นขนขนาดเล็กกว่าอีกที่เรียกว่า สปาตูเล่ (Spatulae) ประกอบอยู่อีกหลายร้อยเส้น แต่ละเส้นมีขนาดเล็กประมาณ 200 นาโนเมตร ซึ่งที่ปลายเส้นขนของสปาตูเล่แต่ละเส้นสามารถสร้างแรงดึงดูดที่เรียกว่า "แรงแวนเดอร์วาลส์" (Van der Waals force) คือแรงยึดติดระหว่างโมเลกุลของสสารที่เป็นส่วนประกอบของผนังหรือเพดานกับตีนมันได้ ด้วยความรู้นี้จึงนำไปสู่การสร้างนาโนเทคโนโลยีแทบยึดตุ๊กแก (Gecko Tape) ด้วยวัสดุสังเคราะห์ชนิดใหม่ที่มีลักษณะเป็นขนขนาดนาโน (Nanoscopic hairs) เลียนแบบขนสปาตูเล่
เราจึงได้แถบยึดที่ปราศจากการใช้กาว ติดแล้วลอกออกนำไปติดใหม่ได้อีกเรื่อยๆ ไม่ต้องใช้แล้วทิ้งไปแบบเทปกาว หรือ ใช้กับผ้าพันแผลที่สามารถแปะติดได้แนบแน่นขึ้น ตลอดจนพัฒนาไปถึงเทคโนโลยีที่สามารถทำให้ไต่ผนังในแนวดิ่ง ในอนาคตได้อีกด้วย
- การเลียนแบบโครงสร้างระดับนาโมเมตรบนผิวใบบัว
ที่ใบบัวมีหนามขนาดเล็กจำนวนมหาศาลเรียงตัวกระจายอยู่อย่างเป็นระเบียบโดยที่หนามขนาดเล็กเหล่านี้ก็ยังจะมีปุ่มเล็กๆ ที่มีขนาดในระดับนาโนเมตรและมีสารที่มีคุณสมบัติกันน้ำเคลือบเอาไว้ ทำให้น้ำไม่สามารถซึมผ่านหรือแผ่ขยายตัวเป็นวงกว้างบนใบบัวได้ น้ำจึงม่วนตัวเป็นหยดกลิ้งตกจากใบบัวไป รวมทั้งสิ่งสกปรกเชื้อโรคและแบคทีเรียต่างๆ ก็ไม่สามารถที่จะเกาะติดอยู่บนใบบัวได้ และพวกมันก็จะถูกชำระล้างไปพร้อมๆกันกับหยดน้ำเหล่านั้น
นักวิทยาศาสตร์จึงได้นำเอาหลักการน้ำกลิ้งบนใบบัว (Lotus effect) มาใช้ในการสังเคราะห์วัสดุ ชนิดใหม่เลียนแบบคุณลักษณะของใบบัว หรือการนำไปประยุกต์ใช้เป็นสีทาบ้านที่ไม่เปียกน้ำและสกปรกได้ยาก รวมไปถึงการพัฒนาเป็นเสื้อผ้ากันน้ำไร้รอยคราบสกปรก
- การเลียนแบบใครงสร้างระดับนาโนเมตรของปีกผีเสื้อ
ผีเสื้อบางชนิดสามารถเปลี่ยนสีปีกเพื่อหลบหนีศัตรูได้ โดยอาศัยหลักการหักเหและการสะท้อนของแสงแดดที่มาตกระทบลงบนปีก โดยถ้ามุมที่แสงตกกระทบมีความแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย สีที่ปรากฎบนปีกผีเสื้อก็จะแตกต่างกัน นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้กล้องขยายกำลังสูงส่องดูที่ปีกผีเสื้อ ก็พบว่ามีรูพรุนที่มีขนาดในช่วงนาโนเมตรจำนวนมหาศาลเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบซึ่งทำหน้าที่เป็นเสมือนผลึกโฟโตนิกส์ (Photonic crystal) ในธรรมชาติ นักวิทยาศาสตร์ยังได้ตั้งสมมติฐานว่าการเปลี่ยนสีของปีกผีเสื้อชนิดนี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิได้อีกด้วย จึงนำไปประยุกต์ใช้ในการสร้างผลึกโฟโตนิกส์สังเคราะห์ยืดหยุ่นได้ดีและเปลี่ยนคุณสมบัติไปตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนไป ซึ่งสามารถนำไปใช้ผลิตเสื้อผ้าป้องกันความร้อนที่ใช้ในทะเลทรายหรือห้วงอวกาศ
การสร้างวัสดุนาโน เช่น
- การผลิตนาโนคาร์บอน
ซึ่งจะทำให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติแข็งเหมือนเพชร หรือแข็งกว่าเหล็ก 100 เท่า และเบา นำไปใช้ประโยชน์ในการสร้างยานอวกาศ และมีประโยชน์ในเชิงพาณิชย์ของธุรกิจการบินสามารถปรับตัวดีขึ้น
นาโนอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์
อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์เป็นเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องและสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด เพราะคอมพิวเตอร์ทำงาน ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งแต่ก่อนคอมพิวเตอร์เครื่องแรกมีขนาดใหญ่มากมีขนาดเท่าห้องเรียนเลยทีเดียว แต่ปัจจุบันกลับมีขนาดเล็กเท่าฝ่ามือ โดยสิ่งที่บ่งชี้ถึงศักภาพหรือความก้าวหน้าของคอมพิวเตอร์คือ จำนวนทรานซิสเตอร์ที่ถูกเชื่อมต่อประสานกันเข้า เป็นระบบวงจรรวม หรือที่เรียกว่าชิป และจำนวนทรานซิสเตอร์ต่อแผ่นชิปจะมีจำนวนเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าทุกๆ หนึ่งปีครึ่งปี ตามกฎของมัวร์ ซึ่งก็เป็นเช่นนั้นมาตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน แต่ยังคงจะเป็นแบบนี้ไปได้อีกเพียง 10 ปี ข้างหน้าเพราะปัญหาทางด้านการผลิตในระดับไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขีดจำกัด และทำให้กฎของมัวร์ไม่เป็นจริงตลอดไป ถ้าไม่มีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เข้ามา เพื่อที่จะย่อขนาดทรานซิสเตอร์ให้เล็กลงมากที่สุด และอัดให้ชิดกันมากที่สุด และต้องให้ทำงานอย่างถูกต้องแม่นยำมาก
ซึ่งอนาคตจึงจำเป็นต้องใช้ นาโนอิเล็กทรอนิกส์หรือนาโนคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยนาโนเทคโนโลยีในการผลิต คือ การจัดเรียงโมเลกุล อย่างแม่นยำ และจำกัดจำนวนอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ ของทรานซิสเตอร์ให้น้อยที่สุด ผลของการปฎิวัติทางด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์ และนาโนคอมพิวเตอร์ อาจก่อให้เกิดเทคโลยีที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณ และการประมวลผลแบบใหม่ ซึ่งอาจมีศักภาพที่จะเป็นระบบทางเลือกใหม่ในอนาคตได้ เช่น นาโนคอมพิวเตอร์เชิงกล นาโนคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ นาโนคอมพิวเตอร์เชิงควอนตัม ซี่งในอนาคตจะเป็นไปในรูปแบบใด ยังไม่อาจจะระบุได้ชัดเจน
การนำไปใช้ในระบบเตือนภัยพิบัติธรรมชาติ การคาดการณ์ล่วงหน้าเกี่ยวกับภัยพิบัติ โดยผ่านระบบเซนเซอร์ที่พัฒนาในระดับนาโนเทคโนโลยี เพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผล ได้รวดเร็วยิ่งขึ้นและแม่นยำ ทำให้ช่วยผู้ประสบภัยได้ทันท่วงที รวมถึงการประยุกต์ใช้กับหุ้นยนต์ขนาดเล็กเพื่อช่วยผู้ประสบภัยในที่ที่เจ้าหน้าที่ไม่อาจเข้าไปได้
การผลิตเวชภัณฑ์ทางการแพทย์
เวชภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูงในการปฐมพยาบาลเบื้องต้น เช่น การห้ามเลือดอย่างรวดเร็ว พลาสเตอร์ปิดแผลที่มีประสิทธิภาพสูง รวมถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีขนาดเล็กสามารถพกพาได้ง่ายและมีความปลอดภัยสูง และที่จะเป็นหุ้นยนต์ในระดับนาโน หรือที่เรียกว่า medical nanorobot แม้ตอนนี้ยังเป็นเพียงทฤษฎี แต่ได้เริ่มมีการพัฒนากันแล้ว
โดย medical nanorobot จะทำหน้าที่เสมือนเป็นเซลล์เม็ดเลือดขาวเทียม ซึ่งทำหน้าที่ ค่อยกำจังเชื้อโรค แบคทีเรีย ไวรัส หรือเชื้อราในกระแสเลือด และย่อยให้กลายเป็นกรดอะมิโน กรดไขมัน และน้ำตาล ให้ร่างกายนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป ช่วยลดการใช้ยาซึ่งจะทำให้เกิดผลข้างเคียง และสามารถรายงานการตรวจให้แพทย์ ทราบเป็นตัวเลขได้อย่างแม่นยำอีกด้วย
สุดท้ายเราก็ได้รู้ว่า การพัฒนานาโนเทคโนโลยีนั้นนอกจากจะมีความสำคัญแล้วยังนำพาให้มนุษย์ค้นพบแนวคิดใหม่ๆและไขปริศนาในธรรมชาติได้อีกมากมายเพื่อใช้เป็นเครื่องมือที่ทันสมัยในอนาคตข้างหน้าอีกด้วย
อ้างอิง
1. unknow ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ(23/6/2559). นาโนเทคโนโลยีคืออะไร. http://www.nanotec.or.th/th/?p=1137
2. unknow สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาต (23/6/2559). สร้างนวัตกรรมด้วย...นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ. http://www.nstda.or.th/news/13024-nanotech
3. unknow สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน เล่มที่ 32 (23/6/2559). นาโนเทคโนโลยี. http://kanchanapisek.or.th/kp6/sub/book/book.php?book=32&chap=8&page=chap8.htm
4. unknow สถาบันพัฒนาการเรียนรู้มหาวิทยาลัยมหิดล (24/6/2559). นาโนเทคโนโลยี. http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/nano/Page/Unit1-1.html
5. unknow กรมส่งเสริมอุตสาหกรรม (24/6/2559). นาโนเทคโนโลยีคืออะไร. http://library.dip.go.th/Industrial%20Innovation/www/inno2-01.html
