Νανοτεχνολογία

Ορίζοντας τη νανοτεχνολογία


Η νανοτεχνολογία ως κλάδος στηρίζεται στην ιδέα ότι ο άνθρωπος μπορεί να επέμβει στο τελευταίο, στο χαμηλότερο επίπεδο ύλης, το άτομο, και εκεί να δημιουργήσει τα επιθυμητά αντικείμενα. Πρόκειται λοιπόν για την τεχνολογία που μπορεί να δημιουργεί συσκευές στο επίπεδο του μορίου, του ατόμου ή ακόμα και του νανόμετρου, που ισούται με ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Τεχνικά, η νανοτεχνολογία θα είναι ακριβής σε επίπεδο ατόμων, δηλαδή τα παραγόμενα προϊόντα θα έχουν κάθε άτομο στη σωστή (επιθυμητή) θέση, θα μπορεί να δημιουργεί δομές συνεπείς προς τους νόμους της φυσικής, και όλα αυτά με μικρό κατασκευαστικό κόστος.

Επί του παρόντος βρίσκεται σε αρχικό στάδιο και θυμίζει περισσότερο σενάριο επιστημονικής φαντασίας παρά κάτι υλοποιήσιμο. Ωστόσο, το πιθανότερο είναι ότι τα επόμενα χρόνια η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας θα πάρει τη μορφή έκρηξης και θα αποτελέσει απτή πραγματικότητα. Η εκτίμηση αυτή βασίζεται σε 4 ειδικούς παράγοντες:

  • Πρώτον, τα φυσικά όρια των υλικών και των τεχνολογιών που εφαρμόζονται στον "ψηφιακό κόσμο" έχουν αρχίσει να γίνονται εμφανή και να υπαγορεύουν την ανάγκη εξεύρεσης νέων τεχνολογιών (π.χ. στην πληροφορική). Διαφορετικά, θα κυριαρχήσει η στασιμότητα, κάτι που ασφαλώς είναι απευκταίο.
  • Δεύτερον, η νανοτεχνολογία υπόσχεται την επίλυση προβλημάτων που σήμερα φαντάζουν αξεπέραστα (π.χ. στην ιατρική). Αυτό έχει ενεργοποιήσει τον επιστημονικό κόσμο που εργάζεται εντατικά προς αυτή την κατεύθυνση.
  • Τρίτον, η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη της παγκόσμιας οικονομίας. Εκτιμάται ότι η νανοτεχνολογία θα δημιουργήσει τεράστιες οικονομικές ευκαιρίες στις χώρες και τις εταιρίες που θα την προμηθεύουν.
  • Τέταρτον, όλες οι ανεπτυγμένες χώρες χρηματοδοτούν αδρά την ανάπτυξή της και τη θέτουν ως στρατηγική προτεραιότητα (όπως οι ΗΠΑ, Ιαπωνία και ΕΕ). Ενδεικτικό της κατάστασης είναι ότι, μέχρι στιγμής, Ηνωμένες Πολιτείες, Ιαπωνία και Ευρωπαϊκή Ένωση έχουν επενδύσει συνολικά δεκάδες δισεκατομμύρια δολάρια.

Στις επόμενες ενότητες περιγράφονται οι σημαντικότερες επιδράσεις της νανοτεχνολογίας. Εύλογα, κατά πόσον και πόσα από τα παρακάτω είναι πραγματοποιήσιμα είναι κάτι που θα αποδειχθεί στο μέλλον, καθώς κάποια απρόσμενη εξέλιξη μπορεί να αποτελέσει τροχοπέδη. Ωστόσο, αν λάβουμε υπόψη τα πρώτα σχετικά δείγματα, η ανάδυση της νανοτεχνολογίας στο επίπεδο της καθημερινότητας δεν θα υπερβεί τον ορίζοντα της δεκαπενταετίας.

Εμφάνιση της νανοηλεκτρονικής



   

Το 1965 ο Γκόρντον Μουρ, συνιδρυτής της Intel, διατύπωσε δύο προβλέψεις για την εξέλιξη της επεξεργαστικής ισχύος των υπολογιστών. Η πρώτη πρόβλεψη, που έμεινε στην ιστορία ως "Νόμος του Μουρ", εκτιμούσε ότι ο αριθμός των τρανζίστορ που θα περιέχονται σ' έναν επεξεργαστή θα διπλασιάζεται κάθε 12 μήνες. Όπως αποδείχθηκε, η πρόβλεψη αυτή δεν ήταν σωστή. Ο ίδιος ο Μουρ αναγκάστηκε να αναθεωρήσει αρκετές φορές το χρονικό διάστημα διπλασιασμού, με τελευταία αυτή στις αρχές της δεκαετίας του '90, όπου και κατέληξε ότι αριθμός των τρανζίστορ που θα μπορούν να ενσωματωθούν σ' ένα κύκλωμα (chip) -και όχι σ' έναν επεξεργαστή, αυτή τη φορά- θα διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες.

Ο Νόμος του Μουρ, αν και θα μπορούσε κανείς να του προσάψει αστοχίες, είναι σημαντικός γιατί απέδωσε και αποδίδει τη γενικότερη τάση που επικρατεί εδώ και πολλές δεκαετίες στο χώρο των υπολογιστών.

 

chip3

Έτσι, ο πρώτος επεξεργαστής της Intel (1971) είχε μόλις 2.250 τρανζίστορ, ένας σύγχρονος υπολογιστής (2005) διαθέτει μερικές δεκάδες εκατομμύρια, ενώ εκείνοι που θα κυκλοφορήσουν σε λίγα χρόνια αναμένεται να περιέχουν περίπου ένα δισεκατομμύριο τρανζίστορ. Ο Νόμος του Μουρ γενικευμένος, υπό την έννοια και τη μορφή αυξητικής τάσης, δεν περιορίστηκε στα τρανζίστορ και τους επεξεργαστές, αλλά επεκτάθηκε στη μνήμη RAM, στους σκληρούς δίσκους κ.α., όπου πράγματι οι δυνατότητες αυξάνονται διαρκώς.

Ο δεύτερος νόμος έκανε λόγο για συρρίκνωση (σμίκρυνση) των κυκλωμάτων και προέβλεπε ότι αυτά, με την πάροδο του χρόνου, θα μικραίνουν όλο και περισσότερο, στο μέγεθος. Η πρόβλεψη αυτή επιβεβαιώθηκε από τις εξελίξεις σε μεγαλύτερο βαθμό από την πρώτη. Το μέγεθος τόσο των κυκλωμάτων όσο και των τρανζίστορ υποτετραπλασιάζεται κάθε 3 περίπου χρόνια. Αν ο ρυθμός αυτός συνεχιστεί, που είναι και το πιθανότερο, σε μερικά χρόνια (10 - 20) τα κυκλώματα θα έχουν το πάχος ελάχιστων χιλιοστών. Όμως η συρρίκνωση αυτή, όπως επίσης και αύξηση των τρανζίστορ, δεν μπορούν να συνεχιστούν έπ' άπειρον, για μια σειρά από λόγους: φυσικής, λειτουργικότητας, παραγωγικότητας, οικονομικούς και άλλους, που θέτουν το όριο πέραν του οποίου η εξέλιξη στο πλαίσιο της "νομολογίας" Μουρ δεν μπορεί να συνεχιστεί.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα το πυρίτιο, το φυσικό υλικό από το οποίο κατασκευάζονται τα τρανζίστορ. Έχει φυσικά όρια (αντοχής, συρρίκνωσης, καλής λειτουργίας κ.λπ.) τα οποία, είναι πολύ δύσκολο να ξεπεραστούν. Στην ίδια κατάσταση βρίσκονται και οι λοιπές ηλεκτρονικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούν οι υπολογιστές. Όλα συντείνουν στο ότι η ηλεκτρονική τεχνολογία έχει ημερομηνία λήξεως, με την έννοια ότι από ένα σημείο και πέρα οι εξελίξεις στον τομέα της ηλεκτρονικής θα είναι ανύπαρκτες, αν δεν βρεθεί "κάτι άλλο". Στο σημείο αυτό η νανοτεχνολογία προβάλλει ως μία πολύ πιθανή λύση για να ξεπεραστούν τα προβλήματα, και οι εκτιμήσεις του Μουρ να συνεχίζουν να υφίστανται, με τη μορφή της αέναης εξέλιξης.

Από τις μέχρι σήμερα επιστημονικές αναφορές και τα εργαστηριακά επιτεύγματα που έχουν προκύψει, οι σημαντικότερες αλλαγές που θα επιφέρει η νανοτεχνολογία στην πληροφορική είναι οι ακόλουθες:

  • Το πυρίτιο στα τρανζίστορς θα αντικατασταθεί από νανοσωλήνες άνθρακα, ενώ κάθε τρανζίστορ θα περιέχει ένα και μόνο ένα ηλεκτρόνιο.
  • Η μαγνητική μνήμη MRAM (Magnetic Random Access Memory) θα κάνει την εμφάνισή της και θα μπορεί να αποθηκεύει και να διατηρεί μαγνητικά τα δεδομένα.
  • Μία νέα τεχνολογία, τα spintronics (σπειροειδής - στροφονική ηλεκτρονική), θα αναδυθεί και θα αντικαταστήσει την ηλεκτρονική.
  • Θα αναπτυχθούν κβαντικοί και μοριακοί υπολογιστές που θα επεξεργάζονται δεδομένα στο επίπεδο των κβάντων και των μορίων, αντίστοιχα.

Όλα αυτά περιγράφουν τον όρο νανοηλεκτρονική.

Τι θα σημάνει η νανοηλεκτρονική για την εξέλιξη των υπολογιστών και της πληροφορικής;



   

Κατ' αρχάς, θα δημιουργήσει ασύγκριτα μικρότερους υπολογιστές, ταχύτατους, με τεράστιες αποθηκευτικές δυνατότητες και με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας. Επιπλέον, ο τρόπος αποθήκευσης και μεταφοράς δεδομένων θα αλλάξει ριζικά. Η μνήμη θα αποκτήσει μεγαλύτερη πυκνότητα, τα αποθηκευτικά μέσα θα διαθέτουν αποθηκευτικές δυνατότητες που θα μετριούνται σε Terabytes, η ταχύτητα πρόσβασης σε αυτά θα είναι ασύλληπτη, ενώ η διατήρηση δεδομένων δεν θα εξαρτάται αναγκαστικά από το ηλεκτρικό ρεύμα.

Παράλληλα, η μείωση του όγκου των συσκευών θα είναι κατακόρυφη. Οι οθόνες θα γίνουν τόσο λεπτές, που θα μετριούνται σε χιλιοστά, ενώ ταυτόχρονα θα μπορούν να είναι και διάφανες. Οι υπολογιστές θα ξεκινούν αμέσως, χωρίς να χρειάζεται να περάσουν από τη διαδικασία της εκκίνησης του λειτουργικού συστήματος (boot), θα εκκινούν δηλαδή όπως εκκινούν και οι τηλεοπτικές συσκευές. Το πληκτρολόγιο, με τη σημερινή μορφή, θα αντικατασταθεί από ένα εικονικό πληκτρολόγιο που θα εμφανίζεται στην επιφάνεια του γραφείου ή κάποιας άλλης επιφάνειας και θα εξαφανίζεται όταν θα κλείνει ο υπολογιστής.

Παρόμοια επιτεύγματα θα καταγραφούν και στους συναφείς με την πληροφορική κλάδους: τις τηλεπικοινωνίες και την τηλεματική. Τα κινητά τηλέφωνα θα μικρύνουν περισσότερο και θα φθάσουν το μέγεθος ενός κουμπιού, που θα μπορεί κάλλιστα να φορεθεί στο αυτί. Οι υπολογιστές παλάμης θα αποτελούν ιδιαίτερα κομψά δημιουργήματα και το μέγεθός τους δεν θα είναι μεγαλύτερο από μία πιστωτική κάρτα. Θα ενσωματώνουν δε σχεδόν τα πάντα. Θα είναι τηλέφωνο, υπολογιστής, τηλεόραση, φωτογραφική μηχανή, βιντεοκάμερα, σύστημα πλοήγησης, συσκευή εγγραφής και αναπαραγωγής ήχου κ.ά.. Ασφαλώς, οι συσκευές θα μπορούν να μικρύνουν ακόμη περισσότερο, κάτι τέτοιο όμως θα αποτελούσε πρόβλημα για τους χρήστες, που θα δυσκολεύονταν να τις χειριστούν, λόγω "αντικειμενικών" δυνατοτήτων.

Επιδράσεις σε υγεία, οικονομία και καθημερινή ζωή



Οι επιδράσεις της νανοτεχνολογίας δεν θα περιοριστούν στον τομέα της μικροηλεκτρονικής, αλλά θα επεκταθούν σε πολλές πτυχές της ανθρώπινης ζωής.

Στον τομέα της υγείας, η νανοτεχνολογία υπόσχεται να θεραπεύσει τις ανίατες ασθένειες και να κάνει το ιατρικό έργο ευκολότερο. Αόρατα στο ανθρώπινο μάτι νανορομπότ θα εισέρχονται στον ανθρώπινο οργανισμό (μέσω ενός χαπιού λ.χ.) και θα δίνουν αναλυτική διάγνωση για την κατάσταση του οργανισμού. Κατόπιν, άλλα νανορομπότ θα αναλαμβάνουν τη θεραπεία. Μία λεπτή ανάλυση στο ακροδάχτυλο θα αρκεί για να έχουμε αναλύσεις αίματος για πάντα (από το ίδιο άτομο). Η θεραπεία θα είναι στοχευμένη στα ασθενή κύτταρα και δεν θα προκαλεί παρενέργειες. Ασθένειες όπως η τύφλωση θα μπορούν να θεραπευθούν, και ο κατάλογος δεν τελειώνει εδώ…

Στον τομέα της οικονομίας, η νανοτεχνολογία θα παράσχει τα μέσα για τη δημιουργία υλικών με τη χρήση ελάχιστων πόρων και την προοδευτική αντικατάσταση των συμβατικών τεχνολογιών, με καινούργιες, που θα εξοικονομούν πόρους. Για παράδειγμα, μία τηλεόραση καθοδικού σωλήνα καταναλώνει πολύ περισσότερη ενέργεια από μία τηλεόραση υγρών κρυστάλλων ή plasma. Κάτι αντίστοιχο θα συμβεί και με τις συσκευές που θα ενσωματώνουν τη νανοτεχνολογία, καθώς θα μπορούν να λειτουργήσουν με ελάχιστους ενεργειακούς πόρους. Στο ίδιο πλαίσιο, η ηλιακή ενέργεια από περιθωριακή/πειραματική μορφή ενέργειας που είναι σήμερα, θα γίνει και βιώσιμη και επικερδής και θα χρησιμοποιείται ακόμα και για την κίνηση αεροσκαφών και πλοίων.

Στον τομέα της ανάπτυξης και της ανακάλυψης νέων τεχνικών, οι νανοσωλήνες του άνθρακα αποτελούν ένα πρώτης τάξεως υλικό για τη δημιουργία συμπαγών κατασκευών. Προοδευτικά, η πλειονότητα των δομικών υλικών θα βασίζεται στους νανοσωλήνες του άνθρακα και αυτό θα δώσει την ευκαιρία για τη δημιουργία πανύψηλων κτιρίων, γεφυρών κ.λπ. Την περίοδο αυτή, η NASA μελετά τον τρόπο για να ανεβάζει στο διάστημα δορυφόρους και πυραύλους, μέσω ειδικών σκοινιών που θα συγκροτούν ένα είδος ανελκυστήρα.

Στον τομέα της αυτοκίνησης, μολονότι η σχεδίαση των οχημάτων θα διατηρήσει τις σημερινές της γραμμές, εντούτοις πολλά θα αλλάξουν. Τα αυτοκίνητα θα γίνουν πιο λεπτά, πιο φιλικά προς το περιβάλλον, πιο "έξυπνα" και, κατά συνέπεια, ασφαλέστερα. Χάρη στη νανοτεχνολογία, νέα καύσιμα θα αντικαταστήσουν το πετρέλαιο και τη βενζίνη, και τα αυτοκίνητα θα μπορούν να αποφεύγουν τους κινδύνους, χωρίς την παρέμβαση του οδηγού.

Στον τομέα της ένδυσης, τα καθημερινά ρούχα θα είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε ούτε να τσαλακώνονται ούτε να ξεθωριάζουν. Πέραν αυτών, ρούχα που προορίζονται για ειδικές χρήσεις (λ.χ. στολές) θα είναι -κατά μία έννοια- άφθαρτα και δεν θα σχίζονται ούτε θα καταστρέφονται.

Στον τομέα της καθημερινής υγιεινής, απλά σπρέι θα διαποτίζουν το χώρο με καθαρό οξυγόνο ή με άρωμα λουλουδιών, εξαφανίζοντας ταυτόχρονα τα βακτήρια. Αυτό θα γίνεται αυτόματα, μέσω των συστημάτων κλιματισμού, για έναν κόσμο χωρίς δυσάρεστες μυρωδιές. Με παρόμοιο τρόπο θα λειτουργούν και οι τουαλέτες, που θα πάψουν να ταυτίζονται με εστίες μόλυνσης και ακαθαρσίας. Η οδοντόκρεμα θα περιέχει νανοσωματίδια που θα φροντίζουν την υγιεινή των δοντιών. Η κρέμα νυκτός, αντίστοιχα, θα επαναφέρει τα κύτταρα στην αρχική τους κατάσταση.

Νανοτεχνολογία και ΜΜΕ



Η νανοτεχνολογία προβάλλει ως πρόκληση τόσο για την ευρωπαϊκή οικονομία, που είναι στρατηγικά προσανατολισμένη προς τις νέες τεχνολογίες, όσο και για τις ευρωπαϊκές ΜΜΕ, που αφενός καλούνται να συμμετάσχουν στην έρευνα και την ανάπτυξη, αφετέρου να αποκομίσουν οφέλη από τη χρήση, σε κάποιο μεταγενέστερο επίπεδο ασφαλώς.

Το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς της νανοτεχνολογίας υπολογίζεται επί του παρόντος, σε 2.5 δισ. ευρώ. Σε μερικά χρόνια, όμως, αναμένεται να φθάσει σε επίπεδα της τάξης τρισεκατομμυρίων ευρώ, καθώς την επόμενη δεκαετία υπολογίζεται ότι θα παρατηρηθούν αλματώδης ανάπτυξη και εμπορική εκμετάλλευση. Με αυτή την προοπτική, η ΕΕ έχει αφιερώσει (2002 - 2006) 1,3 δισ. ευρώ για έρευνα και ανάπτυξη στο συγκεκριμένο τομέα, ενώ υπάρχει η στρατηγική τα κεφάλαια που θα κατευθύνονται προς τη νανοτεχνολογία να αυξάνονται διαρκώς. Σε παγκόσμιο επίπεδο, το μεγαλύτερο μέρος των κλάδων της νανοτεχνολογίας υπηρετείται από μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις που εξειδικεύονται στην ανάπτυξη κάποιας μεμονωμένης συσκευής ή εφαρμογής.

Την ίδια στιγμή, οι μεγάλες εταιρίες στο χώρο είναι ελάχιστες, καθώς δύσκολα αποφασίζουν να επωμιστούν το σχετικό επιχειρηματικό κίνδυνο. Επομένως, η νανοτεχνολογία, τουλάχιστον βραχυπρόθεσμα, προσφέρεται ως πεδίο δραστηριοποίησης για ΜΜΕ, που μπορούν να συνεργαστούν με άλλες μικρές επιχειρήσεις, ερευνητικούς φορείς, ιδρύματα κ.λπ. και να "μοιραστούν" τρόπον τινά τον επιχειρηματικό κίνδυνο. Βέβαια, το κόστος για τη δημιουργία μίας τέτοιας επιχείρησης μόνο μικρό δεν είναι, καθώς υπολογίζεται σε 5-10 εκατ. ευρώ τουλάχιστον. Αυτό λειτουργεί ασφαλώς απαγορευτικά για την πλειονότητα όσων επιθυμούν να ασχοληθούν επιχειρηματικά. Ωστόσο, υπάρχουν και τα κεφάλαια επιχειρηματικών συμμετοχών (venture capitals) που μπορούν να αποτελέσουν το "καύσιμο" (και το "όχημα") για τέτοιου είδους εγχειρήματα.

Την περίοδο αυτή, μεγάλος αριθμός αμερικανικών επιχειρήσεων που ασχολούνται με τη νανοτεχνολογία, υποστηρίζονται οικονομικά από venture capitals. Και στην Ελλάδα, όμως, υπάρχει ένας μικρός αριθμός ερευνητικών κέντρων, πανεπιστημίων και επιχειρήσεων που ασχολούνται με τη νανοτεχνολογία, ορισμένες εκ των οποίων έχουν λάβει χρηματοδότηση από την ΕΕ. Εν ολίγοις, η ανάπτυξη της νανοτεχνολογίας επί του παρόντος προέρχεται από μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις, οργανισμούς και ερευνητικά ιδρύματα που λαμβάνουν χρηματοδότηση από κυβερνητικούς ή/και διακρατικούς φορείς, venture capitals και -κατά ένα μικρό μέρος- από επενδύσεις ίδιων κεφαλαίων.

Σχετικά Αφιερώματα και Σύνδεσμοι



Σχετικά Αφιερώματα

Σχετικοί Σύνδεσμοι

  • www.nanorevolution.com - Ηλεκτρονικό περιοδικό νανοτεχνολογίας (στα Αγγλικά)
  • www.nanozine.com - Ηλεκτρονικό περιοδικό νανοτεχνολογίας (στα Αγγλικά)
  • www.cordis.lu/nanotechnology - Το νανοτεχνολογικό portal της ΕΕ (στα Αγγλικά)

Τρία αξιόλογα εισαγωγικά άρθρα (στα Ελληνικά):

ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ:
H υπόσχεση του μέλλοντος

Νανοτεχνολογία: η δημιουργία συσκευών σε κλίμακα μορίων ή ατόμων με ελάχιστο μέγεθος μικρότερο των 100 νανόμετρων (nm). [Ένα νανόμετρο είναι το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου, 10-9]. Η «νανοκλίμακα» σηματοδοτεί το νεφελώδες «σύνορο» ανάμεσα στον κλασικό και τον κβαντικό κόσμο, συνεπώς η επιτυχής κατασκευή νανομηχανών θα αποτελέσει πραγματική επανάσταση και θα ανοίξει νέα σύνορα σε πλειάδα επιστημών, μεταξύ των οποίων την ηλεκτρονική, την πληροφορική, την τεχνολογία υλικών, την ιατρική, τη βιοτεχνολογία κ.ά.

Η νανοτεχνολογία βρίσκεται σήμερα σε εμβρυακό στάδιο, παρ’ ότι προβλέφθηκε θεωρητικά για πρώτη φορά από τον Richard P. Feynman πριν από 41 χρόνια στο πρωτοποριακό του άρθρο «Υπάρχει Πολύς Χώρος στον Πάτο» (“There’s Plenty of Room at the Bottom”, 29 Δεκεμβρίου 1959) όπου γράφει προφητικά: «Το έτος 2000, όταν θα θυμούνται ετούτη την εποχή, θα αναρωτιώνται γιατί κανείς πριν από το έτος 1960 δεν άρχισε να κινείται προς αυτή την κατεύθυνση. Γιατί να μην μπορούμε να καταγράψουμε το σύνολο των 24 τόμων της Encyclopedia Brittanica στην κεφαλή μιας καρφίτσας;» (βλ. το πλήρες κείμενο στο http://www.nanotech. about.com/science/nanotech/library/blfeynbot.htm).

Αυτό που πρότεινε στο προφητικό του εκείνο άρθρο ο Feynman, ήταν η προσέγγιση «εκ των κάτω προς τα άνω» (bottom-up), αντί της κλασικής «εκ των άνω προς τα κάτω» (top-down), που περιλαμβάνει όλες τις τεχνικές κατασκευής εξαρτημάτων, με χρήση κοπτικών εργαλείων, τόρνων και καλουπιών, που έχουμε ως σήμερα χρησιμοποιήσει. Η τεχνική bottom-up θα προμηθεύσει εξαρτήματα και στοιχεία που θα παρασκευάζονται από μόρια τα οποία θα συγκρατώνται μεταξύ τους χάρη σε ομοιοπολικές δυνάμεις που είναι κατά πολύ ισχυρότερες αυτών που συνδέουν τα στοιχεία ή εξαρτήματα μηχανημάτων σε επίπεδο μακρο-κλίμακας.

Η έλευση της νανοτεχνολογίας θα επηρεάσει όλες τις ανθρώπινες δραστηριότητες, αλλά αναμένεται να κάνει πρώτα αισθητή την εμφάνισή της σε δύο κυρίως: την πληροφορική και την ιατρική.

Τα τσιπ των υπολογιστών (καθώς και τα τρανζίστορ με βάση το πυρίτιο) συρρικνώνονται ταχύτατα – και μάλιστα με προβλεπτό ρυθμό (σύμφωνα με τον «Νόμο του Moore», το μέγεθός τους υποτετραπλασιάζεται κάθε 3 χρόνια). Σύμφωνα με τις προβλέψεις της αμερικανικής Ένωσης Βιομηχανιών Ημιαγωγών (SIA, Semiconductor Industry Association), με τον ρυθμό αυτό, το μέγεθος των κυκλωμάτων στα μικροτσίπ θα φθάσει, σε 20 περίπου χρόνια, το πάχος λίγων ατόμων. (Σύμφωνα με τον «χάρτη διαδρομής» της SIA, το μέγεθος, από 0,18 μικρόμετρα [μm ή microns, 10-6 ή ένα εκατομμυριοστό του μέτρου] θα μειωθεί στα 0,13 το 2002, στα 0,10 το 2005, στα 0,07 το 2008, στα 0,05 το 2011 και στα 0,035 το 2014. Ας σημειωθεί ότι αυτός ο «χάρτης διαδρομής» είναι ο τέταρτος που εκδίδει η SIA από το 1992 – οι επόμενοι βγήκαν το 1994, το 1997 και το 1999. Η ταχύτητα των εξελίξεων αναγκάζει τους ειδικούς να αναθεωρούν συνεχώς τις προβλέψεις τους.)

Η συνεχής αυτή συρρίκνωση θα δημιουργήσει, όμως, προβλήματα στο μέλλον, καθώς όσο πλησιάζουμε στο σύνορο κλασικού-κβαντικού κόσμου εμφανίζονται φαινόμενα που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα των μηχανών. Άπαξ και ένα κύκλωμα φθάσει στο μέγεθος μερικών νανομέτρων, π.χ., εμφανίζεται το λεγόμενο «φαινόμενο σήραγγος» που επηρεάζει σημαντικά τη δυνατότητα του υπολογιστή να λειτουργήσει ομαλά. [Φαινόμενο σήραγγος καλείται η «υπερπήδηση» ενός φράγματος δυναμικού από ηλεκτρόνια των οποίων η ενέργεια (σύμφωνα με την κλασική θεώρηση) δεν επαρκεί ώστε να υπερπηδήσουν το ύψος του φράγματος. Το φαινόμενο ονομάζεται και «διείσδυση σήραγγος»]. Έτσι, αν πρόκειται να συνεχιστεί η συρρίκνωση του μεγέθους των υπολογιστών, όπως προβλέπει ο Νόμος του Moore, νέες τεχνολογίες πρέπει να εφαρμοστούν. Τη λύση δίνει η νανοτεχνολογία.

Πέρα από τρανζίστορ που θα αποτελούνται από ένα μόνον ηλεκτρόνιο, η νανοτεχνολογία ενδέχεται να προσφέρει και δύο ακόμη πολλά υποσχόμενες καινοτομίες: τους κβαντικούς και τους μοριακούς υπολογιστές.

Οι Κβαντικοί Υπολογιστές (Κ/Υ) ελπίζεται ότι θα επεξεργάζονται πληροφορίες στο κβαντικό επίπεδο. Στη νανοκλίμακα, τα κβαντικά φαινόμενα (όπως ο δυϊσμός κυμάτων-σωματιδίων) αρχίζουν να γίνονται αισθητά. Χάρη σε φυσικές αρχές όπως η επαλληλία (ή υπέρθεση, superposition), ένας Κ/Υ θα μπορεί να παραβιάζει τους κανόνες που περιορίζουν τους κλασικούς Η/Υ: για παράδειγμα, μια «μονάδα πληροφορίας» (bit, σύντμηση του binary digit = δυαδικού ψηφίου) θα μπορεί είτε να έχει ταυτόχρονα δύο τιμές (και «0» και «1»), είτε να χρησιμοποιείται σε πολλαπλούς υπολογισμούς ταυτόχρονα. Μια τέτοια (θεωρητική, ακόμη) μονάδα πληροφορίας ονομάζεται qubit.

Οι Μοριακοί Υπολογιστές (Μ/Υ) ελπίζεται ότι θα επεξεργάζονται πληροφορίες χρησιμοποιώντας μόρια. Ένα τέτοιο μόριο που πιστεύεται ότι θα είναι κατάλληλο για χρήση από Μ/Υ είναι το DNA (δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ: αποτελείται από τέσσερα διαφορετικά νουκλεοτίδια [αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη], η διάταξη των οποίων παρέχει τις κατάλληλες πληροφορίες για την παραγωγή πρωτεϊνών που αποτελούν τα βασικά στοιχεία των μηχανισμών σε μοριακή κλίμακα τους οποίους χρησιμοποιούν οι ζωντανοί οργανισμοί προκειμένου να εκπληρώσουν τις λειτουργίες που τους κρατούν στη ζωή).

Εξίσου μεγάλη (αν όχι μεγαλύτερη) σημασία έχουν οι λειτουργίες αυτές και για την ιατρική: η κατανόηση των διαδικασιών αλληλεπίδρασης των πρωτεϊνών με το DNA, τα φωσφολιπίδια και άλλα βιολογικά μόρια μάς έχουν επιτρέψει να προχωρήσουμε πολύ μακριά, ήδη, στην ίαση ασθενειών με τη χρήση μικρών μορίων (που αποκαλούμε «φάρμακα»). Η πρόκληση είναι να μπορέσουμε να αντιγράψουμε, να «δανειστούμε» και να μιμηθούμε τα μυστικά της φύσης ώστε να μπορέσουμε να πετύχουμε ακόμη πιο εστιασμένες και εξειδικευμένες αλληλεπιδράσεις των διαφόρων μορίων. Ο τομέας της νανοτεχνολογίας που ασχολείται με το ζήτημα αυτό ονομάζεται, εύστοχα, «βιομιμητική». Άλλη μια πρόκληση είναι ο σχεδιασμός συνθετικών, ημισυνθετικών και φυσικών μοριακών «μηχανών» που θα μας παράσχουν τεράστιες δυνατότητες για την ίαση και πρόληψη ασθενειών που σήμερα είναι ανίατες. Αυτό είναι το πεδίο της «νανοϊατρικής».

Τα βιολογικά συστήματα (οι ζώντες οργανισμοί) «συναρμολογούν» μόρια (φυσικές μοριακές «μηχανές») με μια τεχνική που ονομάζεται «αυτο-συναρμολόγηση» (self-assembly). Τα μόρια καταλαμβάνουν τις κατάλληλες σχετικές μεταξύ τους θέσεις προκειμένου να αυτο-συναρμολογηθούν με βάση τη δομή και τις χημικές τους ιδιότητες. Η μίμηση αυτής της τεχνικής αφορά τη «βιομοριακή νανοτεχνολογία».

Ο όρος «μοριακή νανοτεχνολογία» προτάθηκε για πρώτη φορά το 1991, από τους K. Eric Drexler, Chris Peterson και Gayle Pergament στο βιβλίο τους «Απελευθερώνοντας το Μέλλον: Η Νανοτεχνολογική Επανάσταση» (“Unbounding the Future: the Nanotechnology Revolution”). Σύμφωνα με τον ορισμό τους (βλ. πλήρες κείμενο του βιβλίου στο http://www.foresight.org/UTF/Unbound_LBW/index.html), «μοριακή νανοτεχνολογία είναι ο διεξοδικός και ολιγοδάπανος έλεγχος της δομής της ύλης βάσει του μόριο-με-μόριο ελέγχου των προϊόντων και υποπροϊόντων, [καθώς και] τα προϊόντα και οι διαδικασίες της μοριακής μεταποίησης, συμπεριλαμβανομένων και των μοριακών μηχανών.».

Το άλλο, το απώτατο, άκρο της «Νανοτεχνολογικής Επανάστασης», που ξεπερνάει (σήμερα) τα όρια της επιστημονικής φαντασίας είναι η αυτο-αντιγραφόμενη μηχανή, που, χρησιμοποιώντας τις -όποιες- πρώτες ύλες του περιβάλλοντος, θα μπορεί να «αναπαραχθεί» (βάσει του λογισμικού με το οποίο θα την έχει «προικίσει» ο Άνθρωπος) και θα έχει τη δυνατότητα να κατασκευάσει ό,τι της ζητηθεί (εφόσον έχει τη δυνατότητα να το παράγει, βάσει του λογισμικού που της έχει «φορτωθεί»). Πολλοί οραματιστές διατείνονται πως μια τέτοια συσκευή (εννοείται πως αρκεί μία, αφού θα μπορεί να «αναπαραχθεί» όσες φορές θέλουμε) θα κατασκευαστεί μέσα στα επόμενα εκατό χρόνια. Συχνά, βέβαια, τέτοιου τύπου προβλέψεις έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα αισιόδοξες, και έχουν υλοποιηθεί πολύ αργότερα. Και, εννοείται, απομένει να αποδειχθεί ότι κάτι τέτοιο είναι εφικτό και δυνατό. Αλλά, από την άλλη, ο Feynman, πριν από 41 χρόνια απευθυνόταν σε ένα κοινό που γνώριζε πως, τότε, δεν ήταν ακόμη δυνατός ο χειρισμός μορίων διότι τα εργαλεία που διαθέταμε δεν ήταν αρκετά μικρά. Σήμερα, ο χειρισμός ατόμων (πολλώ μάλλον μορίων) αποτελεί καθιερωμένη πρακτική.

Αν λάβει κανείς υπόψη του ότι (παρά την -απίστευτη πριν λίγα χρόνια- εξέλιξη των Η/Υ, σε μέγεθος, ταχύτητα και υπολογιστική ικανότητα) δεν έχει υπάρξει κάποια επαναστατική τεχνολογική καινοτομία μετά την εφεύρεση του τρανζίστορ, είναι δικαιολογημένος αν υποθέσει ότι ήρθε η ώρα για ένα νέο άλμα. Στον τομέα, δε, των βιολογικών επιστημών, η ολοκλήρωση της χαρτογράφησης του ανθρώπινου γονιδιώματος διευρύνει, απότομα, σε απίστευτο βαθμό τα όρια του παιχνιδιού.


Ένα από τα πεδία εφαρμογής της νανοτεχνολογίας είναι η κατασκευή νανοσωλήνων. Το 1985, οι Richard Smalley και Robert Curl (που μοιράστηκαν με τον Harold Kroto το βραβείο Νόμπελ Χημείας 1996 για την ανακάλυψή τους) κατασκεύασαν το πρώτο φουλερένιο. Τα φουλερένια (fullerenes) είναι κλειστές, κοίλες αρωματικές ενώσεις άνθρακα που αποτελούνται από άρτιο αριθμό ατόμων άνθρακα (από 32 ως 600) κατανεμημένων έτσι ώστε να σχηματίζουν πενταγωνικές και εξαγωνικές έδρες. [Τα φουλερένια είναι η τρίτη γνωστή μορφή καθαρού άνθρακα, μετά τον γραφίτη και το διαμάντι]. Το πρώτο φουλερένιο που κατασκευάστηκε ήταν το C60, που μοιάζει με τον γεωδεσικό θόλο που πρωτοσχεδίασε ο αμερικανός αρχιτέκτονας Buckminster Fuller (εξ ου και το όνομά τους) και αποκλήθηκε backminsterfullerene ή buckyball. Πολύ λεπτά ελάσματα από άνθρακα μπορούν να «διπλωθούν» σε κυλίνδρους, τους λεγόμενους buckytubes. Οι σωλήνες αυτοί είναι ισχυρότεροι από αδαμαντονήματα (που είναι το ισχυρότερο υλικό που γνωρίζουμε). Οι νανοσωλήνες (που μπορεί να κατασκευαστούν, επίσης, από τουνγκστένιο και θείο, καθώς και νιτρίδιο του βορίου) είναι το νέο μεγάλο τεχνολογικό επίτευγμα. Οι buckytubes είναι εξαιρετικοί αγωγοί. Μπορούν να κατασκευαστούν σε διάφορες διαμέτρους και οι μεγαλύτεροι από αυτούς μπορούν να χωρέσουν ολόκληρα buckyballs (το λευκό πολυγωνικό σχήμα στην εικόνα, που ακολουθείται από, πράσινα στην εικόνα, άτομα ηλίου, τα οποία χρησιμοποιούνται ως «φορείς ρευστών»). [Αν ένα άτομο ηλίου εισέλθει σε ένα buckytube, είναι δυνατόν να εγκλωβιστεί μέσα του. Δεδομένου ότι αυτό το άτομο δεν αντιδρά με το buckytube που το περιέχει, ανέκυψε η ανάγκη να βρεθεί ένας νέος χημικός τύπος που θα περιγράφει αυτή τη «συνύπαρξη»: He@C]. Τα φουλερένια, μια από τις πρώτες εφαρμογές της νανοτεχνολογίας, πιστεύεται ότι θα έχουν άμεσες χρήσεις ως ημιαγωγοί, λιπαντικά, βιομηχανικοί καταλύτες και συστήματα παροχής φαρμάκων (π.χ. στη στοχευμένη αντικαρκινική θεραπεία). Επιπλέον, θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως αγωγοί μέσα από τους οποίους θα διοχετεύονται άτομα και μόρια σε ένα νανομηχανικό εργοτάξιο.

Οι αόρατες συσκευές του μέλλοντος

 

«Για δεκαετίες, ο νόμος του Μουρ έχει σωστά προβλέψει τον εκθετικό ρυθμό βελτίωσης της τεχνολογίας των ημιαγωγών. Έως πέρυσι, πίστευα ότι ο ρυθμός της ανάπτυξης που προβλέπει ο νόμος του Μουρ θα μπορούσε να συνεχιστεί μέχρι το 2010, όταν θα προσεγγίζαμε κάποια φυσικά όρια. Δεν είχα προβλέψει ότι μια νέα τεχνολογία θα εξασφάλιζε τη συνέχεια του ρυθμού ανάπτυξης. Αλλά, εξαιτίας της πρόσφατης ραγδαίας και ριζοσπαστικής προόδου στη μοριακή ηλεκτρονική - όπου τα άτομα αντικαθιστούν τα λιθογραφικά σχεδιασμένα τρανζίστορ - και στις σχετικές τεχνολογίες της νανοκλίμακας, θα μπορέσουμε να διατηρήσουμε ή να ξεπεράσουμε τον ρυθμό προόδου που προβλέπει ο νόμος του Μουρ για άλλα 30 χρόνια».

Bill Joy, VP Research and Development, Sun Miosystems

Οι πιο ισχυρές τεχνολογίες του 21ου αιώνα είναι, αδιαμφισβήτητα, η Ρομποτική, η Γενετική Μηχανική και η Νανοτεχνολογία. Η μικροηλεκτρονική τεχνολογία έχει καταφέρει να συμπυκνώσει μηχανήματα ισχυρά όσο οι Η/Υ σε μέγεθος δωματίου της δεκαετίας του 1950, σε τσιπ σιλικόνης, μέσα σε ένα κομπιουτεράκι τσέπης. Οι μηχανικοί τώρα κατασκευάζουν ακόμη μικρότερες συσκευές, δημιουργώντας καλώδια και εξαρτήματα στο μέγεθος 1/10 του πλάτους μίας τρίχας. Στην Ελλάδα έχουν γίνει σημαντικά βήματα στον τομέα του σχεδιασμού και της έρευνας. Η παραγωγική όμως δραστηριότητα παραμένει ανύπαρκτη, κυρίως λόγω του υψηλού κόστους.


ΜΟΡΙΑΚΗ ΝΑΝΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ

Η Νανοτεχνολογία ξεκίνησε ως ιδέα το 1959, σε ομιλία του επιστήμονα Richard Feynman, ο οποίος διατύπωσε την άποψη ότι κάποτε τα διάφορα υλικά και οι συσκευές θα μπορούσαν να κατασκευαστούν βασισμένα σε προδιαγραφές επιπέδου μορίων.

Μία από τις σημερινές κατευθύνσεις της νανοτεχνολογίας είναι και η αυτοσυναρμολόγηση, δηλαδή η δυνατότητα κατασκευής υλικών και αντικειμένων με τις μεθόδους και τις διαδικασίες που χρησιμοποιεί η ίδια η φύση. Πιο συγκεκριμένα, η αυτοσυναρμολόγηση αφορά τη συγκέντρωση των κατάλληλων υλικών και την τοποθέτησή τους σε μία γενικής χρήσης προγραμματιζόμενη συσκευή, η οποία θα μπορεί να συνθέτει τα υλικά, δίνοντάς τους την επιθυμητή μορφή και δημιουργώντας - σε τελική ανάλυση - μία νανοσυσκευή.

Οι προοπτικές που παρουσιάζονται από τη νέα αυτή τεχνολογία περιλαμβάνουν:

α) την ανάπτυξη φθηνών και άφθονων αδαμαντοειδών δομικών υλικών, με αντοχή 50 φορές μεγαλύτερη του τιτανίου,
β) τη δυνατότητα πληθώρας διαδεδομένων υλικών για όλους τους κατοίκους του πλανήτη,
γ) την ανάπτυξη νέων, επαναστατικών τεχνικών στην ιατρική επιστήμη και
δ) το «άνοιγμα» των συνόρων για την εξερεύνηση του διαστήματος.

Όλες οι παραπάνω δυνατότητες της Μοριακής Νανοτεχνολογίας φέρουν και ανάλογους κινδύνους και ευθύνες, δυνατότητες οι οποίες αφορούν στρατιωτικά, αλλά και περιβαλλοντικά θέματα.

Ο όρος «Μοριακή Νανοτεχνολογία» (Molecular Nanotechnology - MNT) αναφέρεται στην «ικανότητα προγραμματισμού της ύλης με μοριακή ακρίβεια και διαβάθμισής της σε τρισδιάστατα προϊόντα αυθαίρετου μεγέθους» (Eric Drexler, «Engines of Creation»). Τα μεγέθη που αναφέρονται στις εφαρμογές της Μοριακής Νανοτεχνολογίας είναι τα μικρόμετρα (micrometers - 1 μίκρο = 1/1.000.000 του μέτρου) και τα νανόμετρα (nanometers - 1 νάνο = 1/1.000.000. 000 του μέτρου).


Η μικροηλεκτρονική στην Ελλάδα

Στη χώρα μας, ο τομέας της Μικροηλεκτρονικής παρουσιάζει μία ελπιδοφόρα ανάπτυξη, τουλάχιστον σε επίπεδο σχεδιασμού, καθώς δεν υπάρχει σήμερα ούτε υποδομή, αλλά ούτε και τα ανάλογα κεφάλαια για τη διενέργεια επενδύσεων στην κατασκευή, δεδομένου ότι ένα εργοστάσιο κατασκευής μικροκυκλωμάτων κοστίζει περίπου 1 δισ. δολ. Και βέβαια, για εφαρμογές Νανοτεχνολογίας, δεν γίνεται (ακόμη) ούτε καν συζήτηση...

H έρευνα στον τομέα της Μικροηλεκτρονικής άρχισε στην Ελλάδα στα μέσα της δεκαετίας του ΄80. Αναπτύχθηκαν παράλληλα τόσο ο σχεδιασμός ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, όσο και η τεχνολογία κατασκευής τους. Ο σχεδιασμός στη χώρα μας έχει ήδη περάσει σε επίπεδο επιχειρήσεων, καθόσον μικρός αριθμός εταιρειών με σημαντική δυναμική ανάπτυξης εμπλέκεται στον χώρο.

Το Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής του ΕΚΕΦΕ «Δημόκριτος» πρωτοπορεί σε ό,τι αφορά τις δυνατότητες που παρέχονται από τις χρήσεις των νέων αυτών τεχνολογιών. «Το Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής του Δημόκριτου διαθέτει πλήρες εργαστήριο για Μικρο- και Νανοτεχνολογία, καθώς και τεχνογνωσία και καινοτόμα προϊόντα με δυνατότητες βιομηχανικής εκμετάλλευσης», εξηγεί η δρ. Ανδρούλα Νασιοπούλου, διευθύντρια του Ινστιτούτου Μικροηλεκτρονικής του ιδρύματος. «Τέτοιου είδους προϊόντα αφορούν κυρίως αισθητήρες και ανιχνευτές πυριτίου, καθώς και ηλεκτρονικά συστήματα ανάγνωσης και ελέγχου (αισθητήρες ροής και φύσης αερίων, αισθητήρες πίεσης, βιοαισθητήρες). Στον τομέα αυτό υπάρχουν ήδη τα δύο τελευταία χρόνια οκτώ πατέντες του Ινστιτούτου». Ο τομέας των αισθητήρων και μικροσυστημάτων (ή, όπως αλλιώς λέγονται, ΜΕΜs: microelectromechanical structures) αποτελεί ένα από τα αναδυόμενα πεδία της τεχνολογίας, παρακλάδι της Μικροηλεκτρονικής, με εφαρμογές σε όλους τους τομείς της ζωής (οικιακές συσκευές, τηλεπικοινωνίες, περιβάλλον, συστήματα βιομηχανικού ελέγχου και πολλά άλλα). Η τεχνολογία των ΜΕΜs, όντας καινούργια, δεν έχει ακόμα καταληφθεί από εταιρείες κολοσσούς και ως εκ τούτου μπορούν ακόμα μικρές εταιρείες και μικρές χώρες, όπως η Ελλάδα, να εμπλακούν αποτελεσματικά. Το αρχικό κόστος επένδυσης για μια τέτοια εταιρεία θα ήταν της τάξης του 1,5-2 δισ. δρχ. Οι προοπτικές όμως για το μέλλον είναι πολύ μεγάλες, καθώς ο συνολικός τζίρος των ΜΕΜs διεθνώς, από 12 δισ. δολ. το 1998, έφτασε τα 27 δισ. δολ. το 2000.

Το Δίκτυο Μικροηλεκτρονικής που έχει δημιουργηθεί από τον «Δημόκριτο» έχει ως στόχο να λειτουργήσει ως δίαυλος επικοινωνίας μεταξύ όλων των φορέων που δραστηριοποιούνται στη Μικροηλεκτρονική στην Ελλάδα, αλλά και να ενισχύσει τη διάχυση της τεχνογνωσίας προς τα στελέχη των ελληνικών παραγωγικών μονάδων. Ήδη πραγματοποίησε το 1ο Πανελλήνιο Συνέδριο Μικροηλεκτρονικής τον περασμένο Νοέμβριο. Εξάλλου, στους στόχους του περιλαμβάνεται η ίδρυση Ελληνικής Εταιρείας Μικροηλεκτρονικής, μη κερδοσκοπικού χαρακτήρα, η οποία και θα εκδίδει τριμηνιαίο επιστημονικό έντυπο. Το μεγαλύτερο μέρος των εσόδων του Ινστιτούτου προέρχεται από ευρωπαϊκά ή εθνικά προγράμματα.

Σύμφωνα με την δρ. Νασιοπούλου, «το δίκτυο έχει καταγραφεί στις ευρωπαϊκές βάσεις δεδομένων ως ένα εθνικό δίκτυο, το οποίο έχει αρχίσει να δημιουργεί διασυνδέσεις με τα άλλα αντίστοιχα ευρωπαϊκά. Οι δραστηριότητές μας θα βοηθήσουν όχι μόνο στη σύνδεση των επιστημόνων μεταξύ τους, αλλά και στη σύνδεση με τον παραγωγικό τομέα και τις εφαρμογές».


Οι χρηματοδοτήσεις από την ΕΕ

Είναι γεγονός ότι οι περισσότερες τεχνολογίες του 21ου αιώνα αναπτύχθηκαν στην αρχή κυρίως από μεγάλες επιχειρήσεις. Βέβαια, στην Ευρώπη, οι επιχειρήσεις χρηματοδοτήθηκαν από κοινοτικά κονδύλια (πρόγραμμα ΕUREKA, Jessi, Medea κ.ά.) για τον σκοπό αυτό, ενώ τα τελευταία χρόνια, ακόμη και οι εταιρείες της Αμερικής, μην επιθυμώντας να σηκώσουν μόνες τους το βάρος της έρευνας, το οποίο στην περίπτωση της Μικροηλεκτρονικής είναι πολύ μεγάλο, προσφεύγουν στη συνδρομή των Ερευνητικών Κέντρων και Πανεπιστημίων μέσω κρατικής χρηματοδότησης. «Η κρατική χρηματοδότηση της έρευνας της Μικροηλεκτρονικής στην Ελλάδα είναι τελείως πενιχρή», επισημαίνει η δρ. Νασιοπούλου. «Το Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής του Δημόκριτου έχει ως κύρια πηγή χρηματοδότησής του τα ευρωπαϊκά και τα εθνικά ανταγωνιστικά προγράμματα. Η απευθείας χρηματοδότηση από το κράτος είναι μόλις 30% του προϋπολογισμού του, γεγονός που δημιουργεί ανασφάλεια ως προς τα ανελαστικά έξοδα του εργαστηρίου».

Σε ό,τι αφορά τα ευρωπαϊκά ερευνητικά προγράμματα, ο δρ. Δημοσθένης Τσαμτσάκης, μηχανολόγος μηχανικός και σύμβουλος Τεχνολογίας στο Δίκτυο ΠΡΑΞΗ («προϊόν» συνεργασίας του ΣΕΒ και του Ιδρύματος Τεχνολογίας & Έρευνας), τονίζει: «Στον τομέα αυτό θα έλεγα ότι βρισκόμαστε σε ιδιαίτερα υψηλό επίπεδο από άποψη συμμετοχής ερευνητικών φορέων (ερευνητικά κέντρα και πανεπιστήμια) σε ευρωπαϊκά ανταγωνιστικά προγράμματα χρηματοδότησης της έρευνας και τεχνολογικής ανάπτυξης. Στην Ελλάδα έχει αναπτυχθεί σημαντική τεχνογνωσία τα τελευταία χρόνια, ενώ ανοδική είναι και η τάση για την ανάπτυξη προϊόντων σε τεχνολογίες αιχμής, που να μπορούν να είναι ανταγωνιστικά στον ευρωπαϊκό και διεθνή χώρο με ιδιαίτερη έμφαση σε προϊόντα σχεδιασμού, ολοκληρωμένα κυκλώματα, αισθητήρες, ανιχνευτές και μικροσυστήματα. Σε εθνικό επίπεδο τώρα, χωρίς να υπάρχει κάποιο εξειδικευμένο πρόγραμμα χρηματοδότησης του τομέα της Μικροηλεκτρονικής και Νανοτεχνολογίας, είναι δυνατή η χρηματοδότηση μέσα από δράσεις του επιχειρησιακού προγράμματος ανταγωνιστικότητας».


Απαγορευτικό το κόστος εξοπλισμού/εγκαταστάσεων

«Ο χώρος της Μικροηλεκτρονικής και Νανοτεχνολογίας απαιτεί καλή υποδομή σε εξοπλισμό και εγκαταστάσεις υψηλών προδιαγραφών, προϋποθέσεις που σίγουρα αυξάνουν το κόστος των επενδύσεων», επισημαίνει ο δρ. Τσαμτσάκης. «Αν υποθέσουμε ότι ένας από τους λόγους που ωθούν μια εταιρεία να εισέλθει στον χώρο αυτό είναι οι ανάγκες και το επίπεδο της εγχώριας βιομηχανίας, τότε ίσως να έχουμε μια εξήγηση για την ισχνή μέχρι σήμερα παρουσία τέτοιων εταιρειών στη χώρα μας. Ωστόσο, σήμερα στη χώρα μας έχει αναπτυχθεί αξιόλογο ανθρώπινο δυναμικό στον τομέα της μικροηλεκτρονικής που έχει τη δυνατότητα να στηρίξει την περαιτέρω βιομηχανική ανάπτυξη. Ιδιαίτερα στον τομέα των αισθητήρων και μικροσυστημάτων φαίνεται να ανοίγουν νέοι ορίζοντες για τις μικρομεσαίες επιχειρήσεις».

Την ίδια άποψη συμμερίζεται και ο Δημήτρης Κριθαρίδης, υπεύθυνος Κέντρου Σχεδίασης Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων της Intracom, το οποίο απασχολεί σήμερα 30 μηχανικούς, με παραρτήματα στην Πάτρα και την Ξάνθη. «Για μία εταιρεία ηλεκτρονικών, η υιοθέτηση της μικροηλεκτρονικής τεχνολογίας είναι ζήτημα κυρίως κόστους και εξειδικευμένου ανθρώπινου δυναμικού. Το μέσο κόστος ανά θέση εργασίας ξεπερνά τα 20 εκατ. δρχ. για ένα περιβάλλον πολλών θέσεων, όπου σημαντικό μέρος του λογισμικού «μοιράζεται» από τους χρήστες. Αν περιοριστεί κανείς βέβαια σε τεχνολογίες FPGAs (επαναπρογραμματιζόμενα έτοιμα ολοκληρωμένα κυκλώματα) - που ταιριάζουν και περισσότερο σε αγορές μικρών ή μεσαίων ποσοτήτων στις οποίες απευθύνονται οι περισσότερες ελληνικές εταιρείες - το κόστος μειώνεται σημαντικά, ίσως και κάτω από τα 5 εκατ. δρχ.».

Ένα άλλο πρόβλημα που καλείται μια ελληνική επιχείρηση να λύσει είναι η έλλειψη μηχανικών. Η ανεργία, που έπληττε τον κλάδο πριν από αρκετά χρόνια, έχει δώσει σήμερα τη θέση της σε μία άνευ προηγουμένου ζήτηση σε όλους τους τομείς ειδίκευσης των ηλεκτρολόγων μηχανικών και μηχανικών υπολογιστών, και ειδικότερα σε εξειδικευμένα αντικείμενα, όπως η Μικροηλεκτρονική. «Η πολυπλοκότητα των κυκλωμάτων που σχεδιάζουμε σήμερα», επισημαίνει ο κ. Κριθαρίδης, «είναι της τάξης των 200.000 ‘πυλών’ (ενδεικτικά, μία ‘πύλη’ είναι το βασικό δομικό στοιχείο ενός ψηφιακού κυκλώματος και αποτελείται από τέσσερα transistors). Όταν ήρθα στην εταιρεία το 1991, το τμήμα απασχολούσε 3 άτομα και τα πρώτα ολοκληρωμένα κυκλώματα που σχεδιάζαμε ήταν της τάξης των 1.000 πυλών. Οι προβλέψεις για το 2001 είναι στην περιοχή των 500.000 πυλών, με ολοκληρωμένα κυκλώματα που απευθύνονται στην αγορά των προϊόντων ασύρματης πρόσβασης. Η τεχνολογία που εμείς χρησιμοποιούμε σήμερα είναι πυρίτιο σε γεωμετρίες 0,35 micros. Η τεχνολογία ημιαγωγών έχει το χαρακτηριστικό ότι μεταβάλλεται με φρενήρεις ρυθμούς - ο περίφημος νόμος του Moore δηλώνει ότι το ποσό της πληροφορίας που ολοκληρώνεται σε δεδομένο μέγεθος πυριτίου, διπλασιάζεται κάθε 18 μήνες. Αυτό είναι μια τεράστια πρόκληση που καλούμαστε να αξιοποιήσουμε. Εταιρείες εκτός Intracom που υπάρχουν στην Ελλάδα και δραστηριοποιούνται στη Μικροηλεκτρονική, είναι συνήθως θυγατρικές ξένων πολυεθνικών επιχειρήσεων, που αναλαμβάνουν έργα και υποστηρίζονται από πλευράς υποδομής από τις μητρικές εταιρείες. Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι η σχεδίαση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων στην Ελλάδα είναι μία δραστηριότητα εφικτή, αλλά ιδιαίτερα εξειδικευμένη, που απαιτεί σημαντικές επενδύσεις τόσο σε εξοπλισμό, όσο και σε έμψυχο υλικό».

Τέλος, ζητήσαμε από τον κ. Κριθαρίδη να μας περιγράψει, εν συντομία, τη διαδικασία σχεδιασμού ενός μικροτσίπ: «Ξεκινάμε από τις προδιαγραφές του κυκλώματος, που προκύπτουν από τις προδιαγραφές του συστήματος στο οποίο θα ενταχθεί. Ανάλογα με την εκτιμώμενη πολυπλοκότητα, σε συνάρτηση και με τον χρόνο που είναι διαθέσιμος για τη συγκεκριμένη σχεδίαση - που και αυτός ορίζεται προφανώς από το γενικότερο χρονοδιάγραμμα του προϊόντος - συστήνουμε μια κατάλληλη σε μέγεθος ομάδα μηχανικών που αναλαμβάνει την ανάπτυξη. Η αμέσως επόμενη διαδικασία είναι ο επιμερισμός της σχεδίασης σε μικρότερα κομμάτια. Το καθένα απ’ αυτά αναπτύσσεται με χρήση της γλώσσας περιγραφής H/W, VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language). Κατόπιν κάθε block προσομοιώνεται για την επαλήθευση της σωστής λειτουργίας του και όταν αυτό επιτευχθεί, τα επιμέρους blocks συνδέονται, εισάγεται η απαιτούμενη λογική ελέγχου κατά την παραγωγική διαδικασία, και η συνολική σχεδίαση πλέον προσομοιώνεται και συντίθεται σε κύκλωμα (πύλες). Ακολουθεί τοποθέτηση και διασύνδεση (layout) του κυκλώματος και προσομοίωση για άλλη μια φορά, για την τελική επαλήθευση, λαμβάνοντας υπόψη και τις επιπτώσεις των φυσικών διασυνδέσεων. Το τελικό αποτέλεσμα σε μορφή ενός αρχείου παραδίδεται στην εταιρεία που θα κάνει την τελική παραγωγή. Τέτοιες είναι οι μεγάλες εταιρείες σε Δυτ. Ευρώπη, Αμερική και Ιαπωνία, οι οποίες παράγουν ολοκληρωμένα κυκλώματα. Σημειώνω ότι για να είναι κανείς σε θέση να σχεδιάσει ένα ολόκληρο σύστημα και μάλιστα μέσα σε ένα chip, χρειάζεται να έχει άριστες γνώσεις ψηφιακής σχεδίασης των εξειδικευμένων εργαλείων που θα χρησιμοποιήσει, αλλά και του τηλεπικοινωνιακού συστήματος που αναπτύσσεται. Έτσι οι μηχανικοί μας ξεχωρίζουν για το ευρύ πεδίο γνώσεών τους, από το επίπεδο του chip μέχρι του συστήματος. Όσον αφορά τον χρόνο σχεδίασης, για ένα τυπικό κύκλωμα των 50.000 πυλών, χρειάζονται περίπου 6-8 εβδομάδες. Σε περιπτώσεις στις οποίες τα πράγματα είναι πιο σύνθετα, οι χρόνοι μπορεί να είναι αρκετά μεγαλύτεροι».


Πρόγραμμα CRAFT :

Το πρόγραμμα CRAFT (πρόγραμμα συνεργατικής έρευνας στα πλαίσια του προγράμματος ειδικών μέτρων για ΜΜΕ) είναι ένα πρόγραμμα της ΕΕ που έχει σχεδιαστεί όχι μόνο για τις ΜΜΕ υψηλής τεχνολογίας, αλλά και για εκείνες που διαθέτουν μικρή σχετικά ικανότητα να κάνουν οι ίδιες έρευνα. Ενώ στα συνήθη προγράμματα Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης του 5ου Προγράμματος Πλαισίου της ΕΕ οι συμμετέχουσες επιχειρήσεις (συνήθως μεγάλες) διεξάγουν οι ίδιες την έρευνα και χρηματοδοτούνται γι’ αυτήν, στο CRAFT, το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας ανατίθεται σε τρίτους φορείς, όπως είναι τα Ερευνητικά Κέντρα, τα Πανεπιστήμια, τα Τεχνολογικά Ινστιτούτα κ.λπ.

Οι παραπάνω φορείς αναλαμβάνουν την επίλυση μέσω της έρευνας των κοινών τεχνολογικών προβλημάτων των ΜΜΕ που συνεργάζονται στο πρόγραμμα. Οι ΜΜΕ υψηλής τεχνολογίας (όσες διαθέτουν μεγάλες δυνατότητες έρευνας) είναι ιδιαίτερα ενεργοποιημένες, παρότι η πλειονότητα των ΜΜΕ (το 62%) είναι χρήστες κορυφαίας τεχνολογίας με ανάγκη για έρευνα, αλλά όχι μεγάλες δυνατότητες για να την πραγματοποιήσουν. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, το 62% όλων των ΜΜΕ που συμμετείχαν στο προηγούμενο Πρόγραμμα-Πλαίσιο ήταν νέες επιχειρήσεις, το 42% του συνόλου των βιομηχανικών συνεργασιών απασχολούσαν προσωπικό κάτω των 50 ατόμων, ενώ για το 63% εξ αυτών, ήταν η πρώτη τους εμπειρία επιστημονικής συνεργασίας.

Τα ερευνητικά προγράμματα μέσω συνεργασιών δεν είναι ολοκληρωτικά χρηματοδοτούμενα από την ΕΕ. Χρηματοδοτούνται βάσει μοιρασμένου κόστους, κατά 50% για ερευνητικά προγράμματα και κατά 35% για επίδειξη προγραμμάτων. Η χρηματοδότηση για τα «Exploratory Awards» (βοηθητικά προγράμματα στη φάση προετοιμασίας για το CRAFT) φτάνει το 75%, ενώ η χρηματοδότηση για προγράμματα του CRAFT φτάνει το 50%.

Για να συμμετάσχει μία ΜΜΕ σε οποιοδήποτε πρόγραμμα μέσα στα πλαίσια του CRAFT, θα πρέπει να:

διαθέτει λιγότερα από 250 άτομα προσωπικό,
έχει κύκλο εργασιών όχι μεγαλύτερο των 40 εκατ. ευρώ ή να διαθέτει ετήσιο σύνολο ενεργητικού όχι πάνω από 27 εκατ. ευρώ,
έχει διαθέσει λιγότερο από το 25% του μετοχικού της κεφαλαίου σε μεγαλύτερες εταιρείες (εξαιρούνται χρηματοοικονομικοί επενδυτές, όπως τράπεζες ή εταιρείες διαχείρισης επιχειρηματικού κεφαλαίου),
δραστηριοποιείται σε κράτος-μέλος της ΕΕ ή συνεργαζόμενη με την ΕΕ χώρα.

Επιπρόσθετα, με σκοπό να εστιαστεί η βοήθεια σε εκείνες τις ΜΜΕ που έχουν μεγαλύτερη ανάγκη, τα Ειδικά Μέτρα του CRAFT δεν διατίθενται σε εταιρείες που είναι ιδιωτικά ερευνητικά κέντρα, ερευνητικά ινστιτούτα, ερευνητικοί οργανισμοί ή σύμβουλοι. Η προετοιμασία μίας ποιοτικής πρότασης για έρευνα, η οποία θα εμπλέκει συνεργάτες από δύο, τουλάχιστον, ευρωπαϊκές χώρες απαιτεί επένδυση τόσο σε χρόνο, όσο και σε ανθρώπινο δυναμικό. Σύμφωνα με έρευνες, ένα μέσο χρηματικό ποσό ανέρχεται σε 10.000-15.000 ευρώ (3,4-5,1 εκατ. δρχ.) κατ’ επιχείρηση.

Πρόγραμμα MINATECH :

Το Πρόγραμμα MINATECH παρέχει στις Μικρομεσαίες Επιχειρήσεις πληροφορίες για τεχνολογίες και αγορές, για προγράμματα χρηματοδότησης από την ΕΕ, δυνατότητα διάγνωσης των τεχνολογικών αναγκών των επιχειρήσεων μέσα από επισκέψεις ειδικευμένων στελεχών στις επιχειρήσεις, υποστήριξη στην προετοιμασία υποβολής προτάσεων χρηματοδότησης και τη διαδικασία ανεύρεσης συνεργατών από άλλες χώρες και, τέλος, δυνατότητα ενημέρωσης μέσα από τη διοργάνωση ειδικών ημερίδων.

Βασικοί στόχοι του MINATECH είναι:

1. Η καταγραφή των δραστηριοτήτων στην Ευρώπη, Αμερική και Ιαπωνία, στον τομέα των μικρο/νανο-τεχνολογιών, που αφορούν τόσο τις τεχνολογικές εξελίξεις, όσο και τις εμπορικές εφαρμογές τους.
2. Η παροχή βοήθειας σε ΜΜΕ, προκειμένου να συμμετάσχουν σε προγράμματα Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης της ΕΕ, όπως προγράμματα διερευνητικών επιχορηγήσεων (exploratory awards), συνεργατικής έρευνας (CRAFT) και έρευνας και τεχνολογικής ανάπτυξης (RTD).
3. Η εξεύρεση συνεργατών από την Ευρώπη (ΜΜΕ και Τεχνολογικά Κέντρα), για κοινή συμμετοχή στην υποβολή πρότασης χρηματοδότησης.

Το MINATECH άρχισε να υλοποιείται τον Μάιο του 2000 και αναμένεται να ολοκληρωθεί στα τέλη του 2002. Το Δίκτυο ΠΡΑΞΗ, με τη συμμετοχή του στο συγχρηματοδοτούμενο από την ΕΕ πρόγραμμα MINATECH, δίνει τη δυνατότητα σε ελληνικές μικρομεσαίες επιχειρήσεις να ενημερωθούν και να συμμετάσχουν στα προγράμματα Έρευνας & Ανάπτυξης της Ευρωπαϊκής Ένωσης, υποβάλλοντας προτάσεις χρηματοδότησης με θέμα τις μικρο/νανο-τεχνολογίες.