کانال تلگرام تحقیقستان

فناوری نانو و نانومواد در معماری پایدار

فناوری نانو و نانومواد در معماری پایدار

خــلـاصــــــــــــــه :

با توجه به افزایش روزافزون تولید گازهای گلخانه‌ای و گرم شدن کره زمین و به خطر افتادن محیط زیست و اهمیت پایداری انرژی و تولید انرژی‌های پاک، حضور معماری در این عرصه بسیار مهم و قابل توجه می‌باشد. امروزه، معماری پایدار در تمام زمینه‌های مربوطه از مسائل روز دنیای معماری می‌باشد، که فناوری نانو در این زمینه نقش پررنگی را بخصوص از طریق مواد و مصالح مصرفی ساختمان می‌تواند ایفا کند.

این نقش بطور مثال در چگونگی پرداختن به این موارد که چطور می‌توان به کمک فناوری نانو، مواد و مصالحی با استحکام بیشتر، سبکتر و ارزانتر را نسبت به مواد فعلی در اختیار داشت؛ چگونگی مقاوم کردن بیشتر مواد و مصالح در برابر تغییرات جوی و باران‌های اسیدی و خوردگی‌های ناشی از واکنش‌های شیمیایی در حین اجرا و ساخت؛ عایق‌تر کردن مواد و مصالح در برابر گرما و سرما و صوت در جهت کاهش مصرف انرژی و اینکه فناوری نانو در این زمینه‌ها به چه دستاوردهایی رسیده و یا خواهد رسید، مورد بررسی قرار می‌گیرد. همچنین استفاده از مواد و مصالح هوشمند و حتی خودترمیم به کمک این فناوری؛ بررسی نانوتیوب‌ها و نانووایرها و نقش آنها در جهت بهبود مسائل فوق و همچنین استفاده از حسگرهای زیستی برای درک محیط اطراف و دستاوردهای این فناوری روز دنیا در جهت تولید انرژی و نور که در ساختمان‌ها و فضاهای معماری بسیار دارای اهمیت می‌باشد، نیز از نکات تاکیدی این مقاله می‌باشد.

آیا تحول در نمودهای انسانی ، از ابزار و مصنوعات گرفته تا روحیات ، شیوه‌های زندگی و اخلاق و روابط اجتماعی ، در بازه‌های زمانی بزرگ قابل پیش بینی است ؟

جواب دنیای امروز به این سوال بنا به اسناد و مدارک قرن بیست و یکمی، (که به راحتی می‌توان واژه ” بیست” را از کنار “یک” آن حذف کرد، بی آنکه لطمه‌ای به فرهنگ جهانی امروز وارد شود، گویا در آن بیست قرن مکتوب و چندین قرن نامکتوب یکسره خواب بوده‌ایم، و تنها، هشت – ده سال است که بیدار شده‌ایم.) کاملا روشن است: “خیر؛ آینده رفتار، روابط و مصنوعات انسان، کاملا غیر قابل پیش‌بینی و به سرعت زیادی در حال تغییر است. “

علت این امر را می‌توان در سرعت پیشرفت علم، تغیرات آب و هوایی و زیست محیطی، رشد جمعیت، جهانی شدن و از بین رفتن مرزهای فرهنگی به علت توسعه ارتباطات به کمک مدیا[i]، دانست. در این دنیای پرش کیهانی[ii] (به قول چارلز جنکس)، ابزار بیان و واژه‌ها در حال تغییرند.

فناوری نانو در کنار دو تحول عظیم دیگر یعنی ژنتیک و فناوری اطلاعات، موج چهارم انقلاب صنعتی را رقم خواهند زد. فناوری نانو پدیده‌ای ست عظیم که در تمامی گرایشات علمی راه پیدا کرده، تا جایی که تا یک دهه آینده برتری فرآیندها به این تحول وابسته است.

نانوتکنولوژی گامی‌ست دیگر در راستای توسعه ابزارهایی قوی، جهت همگام ماندن با اکوسیستم، استفاده از انرژی‌های پاک، ساختن کلان شهرها، ایجاد فضاهای مجازی[iii]، سالن‌های ضد جاذبه، عینیت بخشیدن به تله پورتیشن[iv] و تئوری‌های مختلفی که ناتصورند. در این پدیده ما به سمت مصالح ساده‌ای خواهیم رفت که این بار در مقیاس نانو طراحی شده است تا ابزاری ساخته شود که کارهای سحرآمیزی انجام دهد. ساختمان‌های آینده بی‌نیاز از انرژی در طبیعت کربنی، ساختمان‌هایی خواهند بود که از شبکه‌های انرژی خارجی استفاده نمی‌کنند.

اگر قرار بود توپ تنیس را به طرف دیوار پرتاب کنیم و توپ از آن بگذرد و به سوی دیگر دیوار برود، حتماً تعجب می‌کردیم. اما این دقیقاً همان اتفاقی است که در مقیاس کوانتوم[v] رخ می‌دهد. در مقیاس بسیار کوچک، خواص ماده مانند رنگ، مغناطیس و توانایی انتقال برق نیز به شکل غیرمنتظره تغییر می‌کند.

خلق پوشش‌هایی به ضخامت یک اتم متشکل از ابرمتریال‌های انرژی‌زا که هم چون لباسی، ساختمان را در بر خواهند گرفت، معماران را قادر می‌سازد ساختمان‌هایی پیچیده با قوس‌هایی ظریف طراحی کنند که حمل کننده باتری‌های خورشیدی هستند؛ استودیوهای شخصی و تلفن‌های خورشیدی می‌توانند انرژی «لباس ساختمان»[vi] را برای شارژ باتری‌های خود در اختیار بگیرند. نانوکامپوزیت‌ها که از متریال‌های رایج مانند استیل، بتن، شیشه و پلاستیک به دست می‌آیند، کارایی،پایداری، و نسبت طول به وزن مصالح را بهبود می‌بخشند. نانولوله‌های کربنی، نورپردازی کوانتوم‌دات‌ها[vii] و نانوسنسورها در تعامل با یکدیگر محیط را حس می‌کنند، برنامه‌ریزی می‌شوند، انرژی را به هم تبدیل می‌کنند و در نهایت با هم ساختمانی قوی‌تر، باهوش‌تر و با حساسیت محیطی بیشتر تولید خواهند کرد.

این چشم‌انداز بی‌نظیر دست یافتنی است؛ زیرا ذرات رفتارهای متفاوتی در مقیاس نانو دارند، فضایی که قوانین فیزیک کوانتوم بر آن حاکم است. در دنیای کوانتوم می‌توان رنگ، فرم و ظاهر اشیا را بسیار ساده‌تر از مقیاس ماکرو تغییر داد. خواص بنیادین مواد نظیر استحکام، نسبت سطح به جرم، رسانایی و الاستیسیته می‌توانند طوری طراحی شوند که مصالح متفاوت و مهیجی را خلق کرد.

دیدن جهان اتم به معنای عادی کلمه میسر نیست، چون خواص آن کوچکتر از طول موج نور قابل دیدن است. اما با ساخت میکروسکوپ STM در سال ۱۹۸۱ توسط پژوهشگران شرکت آی‌بی‌ام[viii]، این امکان به دانشمندان داده شد که برای اولین بار اتم‌ها ، مولکول‌ها و پستی و بلندی‌ها‌ در مقایس جهان نانو را ببینند.

نانو

نانو، که برای تعیین یک میلیاردم یا   ۱۰ یک کمیت استفاده می‌شود برابر است با یک میلیاردم متر که این اندازه تقریباً معادل نصف ضخامت یک مولکول DNA می‌باشد. مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضخامت) زیر nm100 باشد تعریف شده‌اند.

۲-۱- نانوتکنولوژی

نانوذرات از زمان‌های بسیار دور مورد استفاده قرار می‌گرفتند. شاید اولین استفاده آنها در لعاب‌های چینی سلسله‌های ابتدایی چین بوده است. در یک جام رومی موسوم به جام لیکرگوس از نانوذرات طلا استفاد شده است تا رنگ‌های متفاوتی از جام برحسب نحوه تابش نور (از جلو یا عقب) پدید آید. البته علت چنین اثراتی برای سازندگان آنها ناشناخته بوده است. اولین جرقه نانو در سال ۱۹۵۹ توسط ریچارد فاینمن[ix] زده شد که متخصصانی چون پیتر ایدون این فناوری برتر را در معماری مطرح کردند.

نانوتکنولوژی مجموعه‌ای است از فناوری‌هایی که به صورت انفرادی یا باهم در جهت بکارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرار می‌گیرند. ماهیت فرارشته‌ای علوم و فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با دقت اتم و مولکول، موجب کاربردهای بسیار زیادی در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی شده است.

تکنولوژی در قرن گذشته در هرچه ریزتر کردن دانه‌های بزرگتر پیشرفت چشمگیری داشت، اما تکنولوژی نو در قرن حاضر مسیر عکس را طی می‌کند یعنی مواد فوق ریز را باید ترکیب کرد تا دانه‌های بزرگتر و کارآمد بوجود آورد؛ درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است. مجموعه‌های طبیعی ، ترکیبی از دانه‌های فوق ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه‌هایی در حدود نانو است. هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می‌باشد، که آن‌ها را می‌توان به عنوان موادی چند منظوره به شمار آورد، خاصیتی که پدیده‌ها در عصر حاضر ناچار به تمایل به آن برای بقا می‌باشند.

در بیانی کوتاه نانوتکنولوژی یک فرایند تولید مولکولی است. همانطور که در طبیعت، فرآیند تولید مجموعه‌ها مولکول به مولکول است، ما هم باید برای تولید محصولات جدید، با این اعتقاد که هرچه در طبیعت تولید شده قابل تولید در آزمایشگاه نیز هست، نظیر طبیعت راهی پیدا کنیم؛ چرا که طبیعت پیش از معماری و به مثابه الگویی ازلی نماد پایداری است و تمام تلاش جامعه آکادمیک و حرفه‌ای معماری سوق به آن سمت است.

در کل، این فناوری شامل سه مرحله می‌باشد:

طراحی مهندسی ساختارها در سطح اتم

سرهم کردن اینگونه ساختارها وتبدیل آن‌ها به مواد جدید با ساختار نانو[x] با خصوصیات ویژه

سرهم کردن اینگونه مواد و تبدیل آنها به ابزارهای مفید.

محصولات نانومواد را هم می‌توان به صورت‌های زیر بیان کرد:

فیلم‌های نانو لایه[xi] برای کاربردهای عمدتا الکترونیکی

نانو پوشش‌های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی

نانو ذرات به عنوان پیش سازنده[xii] یا اصلاح ساز[xiii] پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی.

منظور از نانومواد یک بدنه نانوساختار جامد[xiv]ی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد. هرچند پژوهشگران هم اکنون قادر به ساخت ساختارهای تک مولکولی در آزمایشگاه هستند، اما هنوز نتوانستند شیوه‌ای ارزان (که از نظر تجاری مناسب باشد) برای تولید انبوه آنها بیابند. شاید رویه‌ای تحت عنوان «Self-assembly» پاسخی مناسب به این مشکل باشد. نانوتکنولوژی ، مراقبتهای بهداشتی ، طول عمر ، کیفیت و توانایی‌های جسمی بشر را افزایش خواهد داد .

تولید نانوتیوب‌های کربنی و متعاقب آن نانوکامپوزیت‌ها ماده‌ای در اختیار بشر قرار داد که رساناتر از مس، مقاوم‌تر از فولاد و سبک‌تر از آلومینیوم است. همچنین با استفاده از نانوذرات می‌توان سطوح خود تمیزشونده ساخت و ربایش مغناطیسی را چندین برابر کرد.

مهمترین تأثیر نانوکامپوزیت‌ها در آینده از طریق کاهش وزن خواهد بود. اخیراً کامپوزیت‌های نانوذره سیلیکاتی به بازار خودروها وارد شده‌اند. در سال ۲۰۰۱ هم جنرال موتور و هم تویوتا شروع تولید محصول با این مواد را اعلام کردند. مزیت این مواد استحکام و کاهش وزن است که مورد آخر صرفه‌جویی در سوخت را نیز به همراه خواهد داشت. خواص تعویق آتش‌گیری نانوکامپوزیت‌های حاوی نانوذرات سیلیکا، می‌تواند به خوبی مصارفی در سرویس خواب، پرده‌ها و محصولاتی از این دست پیدا کند. لاستیک‌های با عمر بالای ۱۰ سال و دارو رسانی به تک سلول‌های آسیب‌دیده در بدن از توانایی‌هایی است که بشر به مدد نانوتک به آن دست یافته است. نانوتکنولوژی موجب توسعه محصولات کشاورزی برای یک جمعیت عظیم خواهد شد و راه‌های اقتصادی‌تری را برای تصفیه و نمک‌زدایی آب و بهینه‌سازی راه‌های استفاده از منابع و انرژی‌های تجدیدپذیر همچون انرژی خورشیدی ارائه خواهد کرد.

انتظار می‌رود که نانوتکنولوژی نیاز بشر را به مواد کمیاب کمتر کرده و با کاستن آلاینده‌ها ، محیط زیستی سالم‌تر را فراهم کند . برای مثال مطالعات نشان می‌دهد در طی ۱۰ تا ۱۵ سال آینده ، روشنایی حاصل از پیشرفت نانوتکنولوژی ، مصرف جهانی انرژی را تا ۱۰ درصد کاهش داده، باعث صرفه جویی سالانه ۱۰۰ میلیارد دلار و همچنین کاهش آلودگی هوا به میزان ۲۰۰ میلیون تن کربن شود. همچنین با وجود آنکه بیش از ٧۰ درصد از سطح زمین با آب پوشیده شده است، تنها کمتر از ٣ درصد از آن آب شیرین است. از این مقدار ٧۹ درصد به قله‌های یخی و ٢۰ درصد به آب‌های زیرزمینی تعلق دارد و تنها ۱ درصد آن شامل دریاچه‌ها و چاه‌ها می‌باشد که به راحتی به دست می‌آید که فناوری نانو تحول بخش‌های مختلف صنعت آب نظیر ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله آب، تصفیه آب، پساب و شیرین سازی آب را در بر می‌گیرد.

امروز بشر درست در ابتدای مسیر قرار دارد و فقط چندین محصول تجاری از نانو ساختارهای تک‌بعدی[xv] بهره می‌گیرند ( نانوذرات، نانولوله‌ها، نانولایه‌ها و سوپرلاستیک‌ها). نظریات جدید و روش‌های مقرون به صرفه تولید نانوساختارهای دو و سه بعدی از موضوعات مورد بررسی آینده می‌باشند.

در خصوص نانوتکنولوژی یک نکته را می‌توان به روشنی و بدون ابهام مورد تاکید قرار داد: این فناوری اگرچه در گستره وسیعی مورد بحث و پژوهش قرار گرفته و امروزه در تمامی شاخه‌های علمی فراگیر شده است؛ اما هنوز، حتی برای متخصصان، کاملا شناخته شده نیست و همین امر هاله ابهامی را که آن را در بر گرفته ضخیم‌تر می‌کند و راه را برای گمانه‌زنی‌های متنوع هموار می‌سازد.

کسانی بر این باورند که این فناوری نظیر هیولای فرانکشتاین در داستان مری شلی و یا همانند جعبه پاندورا در اسطوره‌های یونان باستان، مرگ و نابودی برای ابنای بشر درپی دارد. در مقابل گروهی نیز معتقدند که به مدد توانایی‌های حاصل از این فناوری می‌توان عالم را گلستان کرد. منتقدین معتقدند نانوتکنولوژی باعث ایجاد نوعی نظام شناسایی بین المللی و آسیب به فقرا، محیط زیست و سلامت انسان خواهد شد؛ اما آنچه که مسلم است این است که دانش و فناوری همواره دو لبه داشته است و این اختیار با خود بشر بوده که در بازه‌های زمانی مختلف مسیر حرکتی خود را بر روی آن مشخص کند؛ اما صرف تکنولوژی و دانش هیچ‌گاه در تضاد با طبیعت و انسان نبوده است. شاید مهمترین وظیفه نسل امروز به عنوان کاشفان این تکنولوژی اسرار آمیز این باشد که تمام توان خود را بکار گیرد تا با کنکاش‌های موشکافانه و درس قرار دادن تجربیات تلخ گذشته – نظیر مشکلات عدیده زیست محیطی که امروز گریبان جامعه انسانی را به شدت می‌فشارد – سنگ بنای این عظمت طبیعت را در مسیر انسانی آن قرار دهد.

پایداری[xvi] به مثابه ضریب هوشی

یک ساختمان هوشمند[xvii]، ساختمانی‌ست که خود فکر می‌کند و با سنجیدن نیازهایش، در جهت رفع آن گام برمی‌دارد؛ همچنین ضمن بررسی و درک وضعیت خود و برآورد میزان سالم بودن، در صورت نیاز، تعمیرات لازم را به‌عمل می‌آورد. نانوساختارها تلاش بی‌وقفه طراحان و معماران برای رسیدن به فرم‌های جدید، سازگار با محیط و عملکردگرا را به نتیجه می‌رسانند. این یک رؤیای علمی- تخیلی نیست، زیرا علم نانو خیلی سریع‌تر از یک واقعیت رخ خواهد داد…

معماری سنتی، وابسته و محدود به چند عامل مهم است :

نیروهای طبیعی، فرهنگ بشری و نیازهای طبیعی وی. اما این مباحث در معماری مدرن، و با استفاده از فناوری نانو قابل رفع خواهند بود. بدین ترتیب که :

نیروهای طبیعی که روزگاری مایه وحشت انسان بودند، عاملی هستند که وی انرژی مورد نیاز زندگی خود را از آن‌ها تامین خواهد کرد. زلزله و نیروهای مکانیکی و مخرب، می‌تواند در ساختمان ذخیره شود؛ همانطور که انرژی جنبشی، در یک فنر بصورت پتانسیل آن درمی‌آید، زلزله یا حرکت جانبی ساختمان، بطور نمونه در پیزوالکتریک‌ها ذخیره گشته و در ساختمان استفاده می‌شود. هم چنین مصالح جدید، دیگر در مقابل زلزله پایداری نخواهند کرد، بلکه با آن هماهنگ می‌شوند. مواد نورتاب لومینسانس[xviii] انرژی وارده را در طول موج‌های قابل رویت بازتاب می‌دهند و انرژی باد در ساختمان‌های بلند، نه تنها نگرانی در پی ندارد بلکه انجام تهویه‌ی هوا را به عهده خواهد داشت.

آئروژل‌های متخلخلی که امروزه به عنوان عایق در ساختمان‌ها استفاده می‌شود تنها نمونه‌ای آغازین از توانایی نانوکریستال‌های سنتز شده از طریق تکنیک سل-ژل[xix] محسوب می‌شوند که نقشی فراگیر در جهت مباحث پایداری و زیست محیطی برعهده خواهند گرفت؛ همچنین نقشی دیگر از آنها در شیشه‌های هوشمند است که در هنگام تابش شدید نور آفتاب تیره و مات می‌شوند و هنگام تابش ضعیف‌تر شیشه‌ها روشن‌تر می‌شوند. بدیهی است این مکانیزم ساده تحولی عظیم در بهینه سازی و پایداری شرایط آسایش ایجاد کرده و همچنان خواهد کرد. نور خورشید، این منبع گرما و روشنائی، دیگر طراح را به فکر نخواهد داشت که بر اساس نورگیری ساختمان، فضاها را چیدمان کند؛ بلکه وی را آزاد خواهد گذاشت تا علاوه بر طرح آزاد، نیازی به سیستم برق رسانی نداشته باشد.

یکی از جالب‌ترین دسته‌های مواد هوشمند که بسیار هم مورد توجه قرار می‌گیرد مواد با قابلیت تغییر رنگ (کرومیک)[xx] نام دارد. این مواد را می‌توان در دسته‌های زیر تقسیم بندی کرد: 

        نام ماده        عامل تغییر رنگ
     فوتوکرومیک            تغییر نور
     ترموکرومیک             تغییر دما
    مکانوکرومیک      فشار یا تغییر شکل
      کموکرومیک     شرایط شیمیایی خاص
    الکتروکرومیک           تغییر ولتاژ

نکته‌ای که باید در این زمینه دقت کنیم این است که در واقع تغییر رنگی که از آن نام می‌بریم در واقع تغییر خصوصیات نوری این مواد مانند ضریب جذب، قابلیت بازتاب و یا شکست است. در واقع چیزی که ما از رنگ می‌دانیم به منبع نور و طبیعت چشممان مربوط است و این تغییر رنگ در اثر یک تغییر ساختار در این مواد است.

فناوری نانو از طریق نانوتیوب‌های نیمه هادی، نانووایرها، یا نانوذرات قرار داده شده در یک پلاستیک رسانا، سلول‌های خورشیدی برایمان می‌سازد که ما را به بیشترین مرز پایداری اقتصادی (از طریق کاهش وزن، ضخامت و در نهایت هزینه تولید) و زیست اقلیمی (استفاده از منابع انرژی پاک و غیرآلاینده) سوق می‌دهد.

شرکت Nanosolar Inc. سلول‌های خورشیدیی ساخته است که در آنها لایه‌های سلول‌های خورشیدی به راحتی روی سطوح مختلف اسپری یا چاپ[xxi] می‌شوند. شرکت Konarka همچنین فرآیندی برای ساخت پارچه‌هایی که بصورت سلول‌های خورشیدی کار می‌کنند ارائه داده است؛ و رویکرد دیگری که قادر خواهد بود شیشه‌های شفاف چند منظوره‌ای ارائه دهد که حامل سلول‌های خورشیدی نیز می‌باشند.

بازسازی، بازیافت، باز پایداری

نانو تکنولوژی تنها، فناوری خلق فضاهای جدید و خارق‌العاده نیست، بلکه تفکر پیشین بشر را نیز ترمیم و دوباره عرضه خواهد کرد. هر ساختمان باید به گونه‌ای طراحی شود که استفاده از منابع جدید را به حداقل برساند و در پایان عمر مفید خود، منبعی برای ایجاد سازه‌های دیگر بوجود بیاورد. اغلب منابع موجود در جهان در محیط مصنوع فعلی به کار گرفته شده‌اند و ترمیم و ارتقاء وضعیت ساختمان‌های فعلی برای کاهش اثرات زیست محیطی، امری‌ست که از اهمیتی برابر با خلق سازه‌های جدید برخوردار است. این استفاده مجدد می‌تواند در مسیر استفاده از مصالح بازیافت شده شکل بگیرد، بازیافت ساختمان‌ها و عناصر درون آن بخشی از تاریخ معماری است. فرض کنید دوباره بتوانید در اکروپلیس، کلوسئوم یا تخت جمشید قدم بزنید و فضاها را به همان صورتی که ساخته شده و قابل استفاده بودند، لمس کنید.

در اغلب مواردی که دسترسی به منابع جدید به حداقل می‌رسد، روش‌هایی کشف می‌شوند که با آن‌ها می‌توان ساختمان‌هایی که برای یک منظور ساخته شده‌اند را برای مقاصد دیگر نیز بکار برد؛ با این حال بعضی تغییرات ضروری می‌توانند باعث تغییر شکل اصلی سازه یا ساختمان شوند. نانوتک می‌تواند با تغییر مصالح، تغییر کاربری و در نتیجه تغییر فضا را شامل شود. می‌توان با فناوری نانو عمر کلیسای جامع میلان و گنبد برونلسکی را تضمین نمود و برج کج پیزا را صاف کرد. پوشش‌های نانویی و نانو روبات‌ها از ساده‌ترین نتیجه‌های نانو هستند که می‌توانند درک کنند یا به محیط اطرافشان واکنش نشان دهند. متریال‌هایی که در برابر حرکت، تغییراتی در آنها رخ می‌دهد؛ حسگرهایی که روز به روز کوچکتر می‌شوند و نانو کامپوزیت‌هایی که خودشان را ترمیم می‌کنند.

بازسازی، اصلاحات و تعمیرات مواد و مصالح در سطح اتمی به طور موضعی و محلی دغدغه‌ همیشگی جامعه مهندسی بوده است. پیشرفت‌های لیزری و نانوتیوب‌های نیروی اتمی[xxii] می‌توانند برای عرضه و فراهم سازی انرژی به طور مکانی و موضعی مورد استفاده قرار گیرند تا اتم‌ها را قادر سازند که به عقب برگردند و در جاهای درست خود و با انرژی کمتر در موقعیت‌های خود قرار بگیرند. این امکان وجود دارد تا نانو وصله‌ها (نانو تکه‌ها)[xxiii] یا نانوذرات مورد استفاده قرار گیرند تا داخل آنها پر شود و یا به آنها بخیه زده شوند.

با ورود مصالح جدید به تکنولوژی ساختمان، سازه‌هایی خواهیم داشت که تحت تاثیر تغییر آرایش (خودآرایی) اتم‌ها در مقیاس نانو، معایبی چون خورندگی‌های شیمیایی در آنها مفهومی نخواهد داشت؛ بنابراین پدیده‌هایی نظیر باران‌های اسیدی، مکانیزم‌های شیمیایی حین اجرا و ساخت و دمای هوا دیگر به عنوان عوامل مخرب و محدود کننده مطرح نخواهند بود.

نتیجه

نانو تکنولوژی یا کاربرد فناوری در مقیاس یک میلیونیم متر، جهان حیرت انگیزی را پیش روی دانشمندان قرار داده است که در تاریخ بشریت نظیری برای آن نمی‌توان یافت. پیشرفت‌های پرشتابی که در این عرصه به وقوع می‌پیوندد، پیام مهمی را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستیابی به توانایی‌های بی‌بدیلی برای تغییر محیط پیرامون خویش قرار گرفته است و جهان و جامعه‌ای که در آینده‌ای نه چندان دور به مدد این فناوری جدید پدیدار خواهد شد، تفاوت‌هایی بنیادین با جهان مالوف آدمی در گذشته خواهد داشت.

در عصر پسامدرن و دنیای در حال توسعه مبتنی بر فناوری، انرژی و دست‌یابی به منابع نامحدود و پاک در جهت حفظ و پایداری این گهواره خاکی از بزرگ‌ترین چالش‌های بر سر راه جوامع بشری، سازمان‌های محافظ محیط زیست و دولت‌ها می‌باشد. این امر نشانگر این است که تمام گروه‌های علمی، صنعتی، اجتماعی و فرهنگی موظف هستند تا با آگاه‌سازی، تبیین و تعیین راهکارها و روش‌های جوابگو برای اصلاح رویکردهای مصرف انرژی و در نهایت رسیدن به خواسته و هدف فعلی بشر یعنی پایداری محیط زیست این کره خاکی گام بردارند.

فناوری نانو می‌تواند پاسخ مناسبی برای این امر خطیر باشد. با استفاده از این فناوری می‌توانیم منابع مختلفی، از نانو سلول‌های خورشیدی گرفته تا سلول‌های سوخت هیدروژنی و باتری‌های نانویی – که می‌توانند تا پنج برابر قوی‌تر، ده برابر مؤثرتر و میلیون‌ها بار فشرده‌تر و بهتر عمل کنند – را در اختیار داشته باشیم. فرآورده‌ها و محصولات نانو تکنولوژی می‌توانند در عرض چند روز طراحی و در عرض چند ساعت به نقاط مختلف دنیا توزیع شوند و این قابلیت وجود دارد که این محصولات را از پیش طراحی کرد.

نانوسرامیک‌های ضد باکتری و خود تمیز شونده که در پوشش‌های نهایی به صورت لعاب مورد استفاده قرار می‌گیرند و در استحکام بخشیدن نیز بسیار مؤثر هستند؛ چوب‌های کاملا نسوز که از نظر عایق صدا (آکوستیک) و حرارتی بسیار قوی‌تر از چوب‌های فعلی می‌باشند و در عین حال از نظر ظاهری هیچ تفاوتی نمی‌کنند؛ شیشه‌های نازک، عایق، با مقاومت و سختی بسیار بالا و هوشمند در مقابل تغییرات جوی؛ بتن‌های با انعطاف‌پذیری بالا، سبک‌تر و محکم‌تر و در عین حال عایق در برابر آب و رطوبت و عبور دهنده نور طبیعی؛ و فولادهای مقاوم در برابر پوسیدگی و خوردگی و … ؛ که تمامی این پدیده‌ها تنها چشم‌اندازهایی نزدیک و در دسترس از این فناوری را نمایان می‌کنند.

نانو الیاف‌های کربنی، لیفچه‌ها و دیگر نانومتریال‌ها، دیوارها و بام‌هایی را برای ما می‌سازند که از کاغذهای نازک نامرئی پوشیده شده است و با خواص الکتریکی متنوع خود درتعامل با نانوسنسورها و کوانتوم دات‌ها بر جاذبه غلبه خواهند کرد؛ نانو تراشه‌هایی که مانند یک ابررسانای کوچک، همه اطلاعات را از خود عبور می‌دهند یا در خود ذخیره می‌کنند. فناوری نانو به ما این قدرت را می‌دهد تا بتوانیم دیوارهای ضد سایش، ضد حریق

و سطوح ضد انعکاس و هم چنین کف ضد لغزش اجرا کنیم. مصالحی با سختی الماس و شکل‌پذیری پلاستیک و نازکتر از یک صفحه کاغذ که مسلماٌ با قابلیت‌های نوین خود، معماران دیگر محدود نخواهند بود و فکر اجرای طرح، ایده آنها را محدود نخواهد کرد.

بوسیله روش رسوب‌گذاری الکتریکی و در نتیجه داشتن پنجره‌های الکتروکرمیک حاوی نوار جذبی نوری می‌توان گرما را پراکنده کرده و خواص را بسته به محیط تغییر دهیم. با مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی، شکل، رنگ، حجم و حالت را با محیط دارند، زمان و مکانی که بر شئ معماری مرتبط است – یعنی تاریخ و اصالت معماری – ثابت نخواهد ماند و با تغییر محیط اطراف در هر زمان و مکانی متحول خواهند شد. در نتیجه فناوری نانو در عصر تله پورتیشن منجر به پیدایش مگاپولیس‌ها و فضاهای مجازی خواهد شد که در آن‌ها جوامع بشری تبدیل به محیط‌هایی کاملاُ برنامه‌ریزی شده خواهند شد. شهرهایی که دیگر نیازی به کابل‌های برق و لوله‌های توزیع گاز نخواهند داشت و هر بنا خود یک منبع انرژی خواهد بود در چنین جامعه‌ای تمامی مجموعه‌های روباتیک به گونه‌ای برنامه‌ریزی و طراحی می‌شوند که از هر نظر اعم از فرم، رنگ، بافت، چگالی و غلظت قابل تغییر و برنامه ریزی بوده، با یکدیگر و با انسان‌ها در ارتباط و کنش متقابل قرار می‌گیرند.

رفتار سازه‌ها و ساختمان‌ها کاملا عملکردگرا و زمینه گرا می‌شوند. آن‌ها قادر خواهند بود که با انواع دما، جریان‌های هوا، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی، زمین شناسی و … هوشمندانه وفق داده شوند. تمام این شرایط نیز توسط برنامه‌ریزان طراحی به صورت داده‌های خام به ساختمان و سازه‌های آن داده می‌شود تا در صورت مواجهه با تغییر هر عامل مؤثر بر شرایط زندگی انسان، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او، با محیط سازگار شود.

اما این جا یک سؤال مطرح می‌شود که “نانو ساختارها چه می‌خواهد باشد؟” معماران معتقدند که ساختمان‌ها با آن‌ها صحبت می‌کنند و نیازها و نقاط ضعف خود را به آن‌ها می‌گویند. ولی اگر ساختمان‌ها دارای هوش مصنوعی باشند، معمار چه وظیفه‌ای در قبال این ساختمان‌های هوشمند خواهند داشت؟

فضاهای آینده ممکن است هیچ شباهتی به ابنیه قرن حاضر نداشته باشند و مصالح آنها گامی فراتر از مصالح کنونی می‌باشند، زیرا که معیارهای محدودکننده آن نقشی در ساختمان‌های آینده نخواهد داشت. زمان ساخت و ساز در حال حاضر طولانی بوده که به مرور زمان کاهش خواهد یافت. واضح است که دستاوردهای فناوری نانو صنایع آینده را رقم خواهد زد. تغییر و تحولات در عرصه معماری ، نقش پررنگ این فناوری را نشان می‌دهد. فناوری نانو نویدبخش فرم‌های جدید، عملکردهای تازه و ارتباط نوین بین مردم، ساختمان و محیط است.

نقش و عملکرد معماران در این شرایط، از بخش طراحی فراتر رفته و به شناسایی و چگونگی عملکرد سیستم ها –تحت اختیار کاربران آنها- سوق داده خواهد شد. زمانی که جوامع بشری به نقطه‌ای برسند که محیط پیرامون آن کاملا تحت فرمان انسان قرار گرفته، در این صورت فعالیت یک معمار شکل کاملا متفاوت از آن چه امروزه شاهد آن می‌باشیم به خود خواهد گرفت.

آرشیتکت‌ها به اقتضای حرفه‌شان، مشاوران بسیار خوبی می‌باشند و در کار گروهی عملکردی عالی دارند؛ و به همان صورتی که از گذشته تا کنون با صنعت‌گران و تولیدکنندگان همکاری و مشارکت داشته‌اند، این همکاری در آینده نیز به همین صورت تداوم خواهد یافت. با این تفاوت که اساس این تولیدات در آینده تولیدات مولکولی خواهد بود.

وجود محصولات نیمه رسانایی نظیر کوانتوم‌‌دات‌ها و چشمه‌های کوانتومی، پیش برنده مسایل زیست محیطی و اکو سیستم‌ها خواهند بود. منابع انرژی پایدار و تجدید شدنی گسترش خواهند یافت. فقدان شبکه‌های انرژی با مطرح شدن انرژی‌های برتر و انرژی پاک برطرف خواهد شد. فناوری نانو در حال حاضر پیشرفته‌ترین فناوری بشر است و اهمیت آن از نیروهای برتر هم به مراتب بیشتر می باشد.

دانشجویان دانشگاه ایالتی بال با همکاری موسسه فناوری ایلینویز ساختمان‌هایی را طراحی می‌کنند که در آن‌ها از نانومواد استفاده می‌شود. انتظار می‌رود این ساختمان‌ها طی ۲۰ سال آینده به طور انبوه ساخته شوند. این ساختمان‌ها در برگیرنده قطعات مبتنی بر ساختار نانولوله‌های کربنی، روشنایی مبتنی بر نقاط کوانتومی و نانوسنسورهایی است که به همراه هم ساختمان‌هایی مستحکم‌تر، هوشمندتر و حساس تر نسبت به محیط را ایجاد خواهند کرد. در پروژه این دانشجویان قطعات مبتنی بر نانولوله‌ها، ساخت دیوارهای شفاف و مقاوم در برابر فشار، بدون نیاز به ستون و حایل را ممکن می‌کنند. به گزارش ایسنا با استفاده از نقاط کوانتومی می‌توان دیوارها و سقف‌های روشن یا با رنگ متغیر از طریق زدن یک کلید، ساخت. نانوسنسورها در عناصر ساختمان محیط هوشمندی را ایجاد می‌کنند که درآن ساختمان‌ها دائما با محیط خود منطبق می‌شوند.

مراجع

ویلسون، مایکل، نانوتکنولوژی، علم پایه و تکنولوژی نوظهور، ترجمه وطنخواه دولت سرا، جعفر، ویرایش سوم، تهران، نشر طراح، ۱۳۸۶

بوکر، بویسن، فناوری نانو در علوم پزشکی و مهندسی، ترجمه سرکار، مهدی‌خانی، صحبا یغمایی، سعید، محبوبه، مرضیه، ویرایش اول، تهران، انتشارات خواجه رشید، ۱۳۸۵

http://www.irannano.org

http://www.physorg.com

http://www.nano.gov

http://www.nanotechbuzz.com

http://www.azonano.com

منبع: تحقیقستان

درباره نویسنده: حسین شریفی

راه موفقیت، همیشه در حال ساخت است؛ موفقیت پیش رفتن است، نه به نقطه پایان رسیدن . ما در تحقیقستان تلاش میکنیم تا بهترین ها را برای شما به ارمغان آوریم.

مطالب زیر را حتما بخوانید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *