الحاسوب يندمج بالجسد البشري

الحاسوب يندمج بالجسد البشري ... النانوتكنولوجيا «الفائزة» بنوبل الفيزياء تقترب من صنع رقاقات الكترونية للدماغ

جدّد منح جائزة نوبل هذا العام إلى عالمي الفيزياء الفرنسي ألبرت فير والألماني بيتر غرونبرغ عن اكتشاف يرتبط بعلم النانوتكنولوجيا Nano Technology وتطبيقاته في مجال الأقراص الصلبة، الانتباه إلى العلاقة بين النانوتكنولوجيا وعلوم الكومبيوتر. وقد وصف إنجاز فير وغرونبرغ بأنه «أول تطبيق فعلي للعلوم النانوتكنولوجية». ففي عام 1988، توصل فير وغرونبرغ، عبر بحوث مستقلة، لاكتشاف نظرية عن المقاومة التي تظهر عند التعامل مع التيار الكهربائي والحقل المغناطيسي على مستوى الذرات، وسمياها «المقاومة المغناطيسية العملاقة» Giant Magnetic Resistance. ثم عملا على تطبيق تلك على عملية تخزين المعلومات في الأقراص الصلبة للكومبيوتر. إذ فرض تطور صناعة الحواسيب صنع أقراص صلبة يصغر حجمها باستمرار، لكن قدرتها على تخزين المعلومات تتضاعف باطراد. والمعلوم أن المعلومة «تحفر» على القرص الصلب على هيئة «حقل» مغناطيسي متناهي الصغر.

ولذا، تحتاج قراءة المعلومة إلى رؤوس فائقة الصغر، وخصوصاً أن كلمة «قراءة» تعني تحويل المعلومة من «حقل» مغناطيسي إلى تيار كهربائي، ما يمكّن الكومبيوتر من التعرف إليه، لأن الحاسوب يقرأ المعلومات باعتبارها تياراً كهربائياً يسير وينقطع، ما يساوي اللغة الرقمية للكومبيوتر التي تتألف من مجاميع متسلسلة من رقمي صفر (انقطاع التيار) وواحد (استمرار التيار). وكلما زاد حجم المعلومات، توجب أن تحتل مساحة أقل فأقل على القرص الصلب. وعندما نصل إلى أقراص تحتوي على عشرات من التيرابايت (كل منها يساوي تريليون بايت)، يصبح «حفر» المعلومات عملاً يجري عند حدود الذرات، وكذلك الحال بالنسبة الى قراءته، أي لتحويل هذا الحقل المغناطيسي الذري إلى تيار كهربائي ليستطيع الكومبيوتر أن يقرأه.

وبقول مختصر، فإن التخزين المكثف للمعلومات يواجه القوى المغناطيسية على مستوى ذري، وحيث تبرز «المقاومة المغناطيسية العملاقة». وكذلك يحتاج الأمر إلى أدوات تستطيع أن تقرأ المعلومات الممغنطة عند حدود ذرية أيضاً. ولذا، استعمل العالمان فير وغرونبرغ نظريتهما المغناطيسية لصنع رؤوس متناهية الصغر، وبحجم لا يزيد عن مجموعة صغيرة من الذرّات، تقدر على التعامل مع الحقول المغناطيسية الفائقة الصغر ومقاومتها. واستخدما علم النانوتكنولوجي الذي يتعامل مع الأشياء في مستوى الواحد من المليون من الميلليمتر، في صناعة تلك القارئات المغناطيسية. وأسديا بذلك خدمة هائلة الى تطور الكومبيوتر وصناعته، كما هي الحال بالنسبة إلى الأدوات التي تستعمل أقراصاً صلبة لتخزين المعلومات مثل مشغلات الموسيقى والفيديو الرقمي والخليوي والمساعد الرقمي الشخصي وغيرها. (أنظر الغرافيك عن «اي بود»).

وفي المقابل، يردّد متابعو الشأن المعلوماتي دوماً أن الخطوة الكبرى المقبلة في المعلوماتية معقودة على التقدم في تقنية «نانوتكنولوجيا» والعلوم المتصلة بها. وللمزيد من التوضيح، فإن نانوتكنولوجيا هي التقنية التي تتعامل مع الأشياء كلها على مستوى النانو، الذي يمثل جزءاً من البليون؛ كالقول ان النانوثانية هي جزء من بليون من الثانية، والنانومتر هو جزء من مليون من الميلليمتر وهكذا دواليك. وطري في الذاكرة ان العالم المصري أحمد زويل، استخدم تكنولوجيا النانو في ابتكاره كاميرا تستطيع ان تصور تفاعلات الذرة خلال كسر من عشرة من النانوثانية، فنال جائزة نوبل عن ابتكاره الذي يستطيع أن يصور الذرات أثناء تفاعلاتها فعلياً، وبالتالي يفتح مجالاً للتدخل والتحكّم فيها.

وبرسم بعض العرب الذين يلهج بعضهم بـ «النموذج الصيني»، كما لهجوا سابقاً (وعبثاً) بالنماذج الاشتراكية والرأسمالية واليابانية والهندية وسواها، فإن بلاد «العم ماو» استطاعت أن تتحوّل إلى حاضن أساسي لتقنيات النانوتكنولوجيا وشركاتها. والحق أن الصين توصف، على نطاق واسع، بأنها المركز الأساس لعلوم النانوتكنولوجيا عالمياً.

ولا يصعب تصوّر سبب الاهتمامين العلمي والسياسي بالنانوتكنولوجيا؛ إذ تعد تلك التكنولوجيا بإعطاء الإنسان التحكّم الأقصى بالمادة. إذا استطاع البشر الإمساك بالذرّات والجزيئات، وهي اللبنات الأساسية التي تتألف منها الأشياء كلها، يصبح في الإمكان صنع أي شيء من أي شيء وبأي حجم! يمكن صنع مواد لا تخطر في البال، مثل صنع بورسلان أشد قوة من التيتانيوم الذي تُصنع منه الأقمار الاصطناعية، أو صنع غواصات ومركبات فضاء بحجم لا يزيد عن ظفر الإصبع. وقبل أسابيع تناقلت وسائل الإعلام خبراً عن صنع ورق أشد متانة من الحديد، وذلك من منجزات النانوتكنولوجيا. وما زال أمر هذا العلم في بداياته!


كومبيوتر النانو

ثمة فرع من تطبيقات تكنولوجيا النانو في عالم الكومبيوتر، يهتم بإدخال مواد بيولوجية من الكائنات الحيّة، لتندمج في الاسلاك وسائر أنواع الموصلات، ما يجعل منها عناصر ذكية قادرة على التجاوب والتفاعل مع بقية الأجهزة التي يتألف منها الحاسوب. مثلاً، لنفكر بالإمكانات الهائلة لحمض الوراثة، الذي يحمل بلايين المعلومات في حجم فائق الصغر في قلب الخلية. هل يمكن صنع «نانوكومبيوتر» يُشبه الحمض النووي وقدراته، وأن تُضاف اليه قدرات الذكاء الاصطناعي للحواسيب؟ يعطي هذا السؤال مثالاً من التطبيقات التي يحاول العلماء تحقيقها في مجال الاندماج بين البيولوجيا والكومبيوتر، من خلال النانوتكنولوجيا.

استمرت الحضارات، على مر آلاف السنين بالخضوع للمادة والانقياد إلى طاقتها. فمن عصر الحجر إلى البرونز وصولاً إلى أيامنا هذه، أعطت المادة والطاقة سطوة للأكثر تطوراً في السيطرة عليهما. وراهناً، يسيطر على مجريات الأمور من يمتلك أسرار التعامل مع السيليكون، وعلى غرار ذلك، فإن الذرة هي المادة - السلاح الذي يصنع هيبة بعض الدول.

ويشكل السيليكون راهناً أهم مكونات أجهزة الكومبيوتر والخليوي وشبكات الألياف الضوئية.

ويتجه العلماء في دراساتهم الى التعمّق في تصغير كل ما نستخدمه من أجهزة؛ وكذلك يتحدثون عن امكان اسقاط الحواجز بين الكيمياء العضوية واللاعضوية! وهو أمر لطالما اعتُبر من قبيل الشطط العلمي.

ومثلاً، يؤدي دمج العضوي مع اللاعضوي في عالم الكيمياء إلى إطالة عمر الأدوات التي نستخدمها، والتي يتألف معظمها إما من مكوّنات عضوية أو من مواد لا عضوية.

ويتألف هيكل السيارة مثلاً من مواد لا عضوية، أما قميص القطن فمواده عضوية. وعندما ندمج العضوي باللاعضوي، نحصل على احتمالات لا نهاية لها، مثل الحبر الذي لا يزول، والدهان الذي يستقر على الخشب الى ما لانهاية، والمعادن التي لا تصدأ وغيرها.


دخول المواد العضوية إلى الكومبيوتر

يُعد «مجلس الأبحاث القومي الكندي» إحدى المنظمات القليلة التي تبحث في الشؤون المعقدة تكنولوجياً، بما فيها تكنولوجيا النانو. وأصدر أوراقاً علمية أورد فيها مقاربة لموضوع تحضير أجهزة دقيقة جداً تستطيع الاحساس والتجاوب مع المعلومات التي تأتي من محيطها.

وفي حياتنا العادية، تتوافر أجهزة تتجاوب مع محيطها، مثل اللمبات التي تتجاوب مع الصوت أو الضوء المحيط بها، والمسجلات التي لا تسجل إلا عندما يصدر صوت بقربها، والكومبيوتر الذي لا يشتغل إلا بصوت صاحبه وغيرها. وفي المقابل، فإن ما يهتم به مجلس الأبحاث الكندي هو الأجهزة الفائقة الدقة، التي تصنع بتكنولوجيا النانو. وافترضت إحدى الدراسات التي صدرت عن هذا المجلس إمكان اللجوء الى مواد عضوية في صناعة شرائح السيليكون، لكي تحل محل التوصيلات التي تنهض بأمرها راهناً الأسلاك الدقيقة. وإذا تحقق ذلك، ينفتح المجال أمام إدخال أنسجة (مثل الخلايا العصبية) تملك القدرة على التفكير، لتصبح جزءاً من شريحة الكومبيوتر. ومن الواضح أن إدماج تلك الأنسجة مع الرقاقات الإلكترونية أمر يحتاج الى تقنيات علم النانوتكنولوجيا.

وتضيف تلك الدراسة ان هذه المواد العضوية تستطيع أن تُشكّل خطوطاً تنقل المعلومات في مثل سرعة الضوء.


منجزات النانوتكنولوجيا بسرعة

ما نشهده في ظلّ اكتشافات صناعة الأجهزة الدقيقة باستخدام تكنولوجيا النانو مثير لأسباب عدة أهمها:

1 - لاحظ «قانون مور» More Law، الذي يوجّه مسارات كثيرة في صناعة الكومبيوتر، أن قوة الشرائح الالكترونية تتضاعف كل 18 شهراً بفضل تصغير المُكوّنات الدقيقة والأسلاك الموصلة في الرقاقة. فإذا قدِّر للعلماء أن ينجحوا مع المواد العضوية، ويستخدموها لتمرير الالكترونات، فقد يسير التضاعف في قوة الرقاقات الالكترونية بسرعة أكبر مما توقّع «قانون مور».

2 - ترخي الأبعاد المثيرة لتكنولوجيا النانو بظلها أيضاً على التطبيقات التكنولوجية - البيولوجية حيث يعمل بعض العلماء في «وادي السيليكون»، على محاكاة الجهاز العصبي للانسان في الأجهزة الذكية، بما فيها الروبوت.

ويتوقع بعضهم تكوين بدائل للأعصاب وأنسجة الدماغ، لتوضع في أجهزة الكومبيوتر والرجال الآليين. وفي المقابل، يمكن صنع ألياف متطورة لتحل محل الأعصاب في الإنسان، كما يسعى البعض الى «تدعيم» عمل الدماغ البشري بأنواع متطورة من الرقاقات الالكترونية.

3 - يُرجع العلماء علم تكنولوجيا النانو الى أواخر الخمسينات حين خرجت الأفكار السوريالية من بعض المختبرات، وما لبثت ان تلاشت، وظهر يومها علماء كثر سخروا من فكرة التحكم بعمليات بسيطة في جسم الانسان أو حتى ادارتها.

وعلى رغم كل الانتقادات اقتنع الرئيس الأميركي السابق بيل كلينتون بتقديم 495 مليون دولار لتمويل الأبحاث في إطار ما عرف باسم «مبادرة النانوتكنولوجي القومية» National Nanotechnology Initiative. كما قدمت الإدارة الجمهورية للرئيس جورج بوش مبالغ مماثلة لتلك المبادرة.

4 - في حال تمكّن العلماء من تصغير الاجهزة الى حدود فائقة الصغر، باستخدام تكنولوجيا النانو، فقد يصل الأمر الى استخدامات مثيرة، مثل أجهزة قياس صغيرة جداً تدخل في عروقنا لتسافر فيها وتشخص كل ما تراه، ثم ترسل تقاريرها الى كومبيوتر يثبت على الجسم من الخارج.

5 - في مجال التطبيقات العسكرية، تحدث العلماء طويلاً عن «جراثيم آلية» تهاجم الخصم. وتقضي هذه الطريقة بأن يحضّر جيش من الجراثيم، على هيئة آلات متناهية الصغر، يوجَّه مثلاً إلى وزارة الدفاع الأميركية، فتتسرب من ممرات الهواء التي لا يمكن حراستها إلى جهاز الكومبيوتر الذي يسيطر على إدارة العمليات العسكرية، فتدمره أو تسيطر عليه.

6 - المعروف ان جسم الإنسان يتجـدد. فمعظم خلاياه تحتوي على خريطة الجينات الوراثية لصناعة كل خلايا الجسم المؤلف مبدئياً من عشرة ترليونات خلية تقريباً، وتستطيع كل من هذه الخلايـا أخذ هـذه الوصفة لاستبدال نفسها، كل بضع سنوات. هنا يأتي دور تكنولوجيا النانو لأنها قد تتطور الى حدّ «اقتباس» تقنيات عمل الخلايا واستعمالها في تجديد مكوّنات جهاز الكومبيوتر، وهذا يعني أن يجدد الحاسوب «خلاياه» كل فترة؛ خصوصاً إذا نجح علم النانوتكنولوجي في مزج المواد العضوية مع غير العضوية، فتتصرف المكوّنات الإلكترونية في الحاسوب وكأنها خلايا فعلياً.

7 – يركز كثير من العلماء جهدهم على تطوير أنابيب النانو Nano tubes وهي أجسام تشبه السيجار وتتكوّن من جزيئات كاربون دقيقة. تتمتع تلك الأنابيب بقوة تفوق قوة الفولاذ مئة مرة، وتستطيع نقل الحرارة والكهرباء أفضل من النحاس.

وتنفع هذه الأنابيب في مجال شرائح الكومبيوتر ويمكن أن تشكل أساساً لدوائر إلكترونية جديدة في الكومبيوتر، وثمة علماء يقترحون أن تستخدم في الجهاز العصبي الإلكتروني في الرجل الآلي (روبوت). ولعل الأمر الذي قد يحدث انقلاباً مذهلاً، يتمثل في استعمال أنابيب النانو في صنع «أقفاص» متناهية الصغر تستطيع الإمساك بالذرات. وعندها ينفتح باب هائل الاتساع، مثل إطلاق تلك الأقفاص للامساك بالكربون في الهواء والتخلص من التلوث؛ وصنع أنواع من أقفاص أنابيب النانو تستطيع الإمساك بالطاقة، ما يتيح مثلاً الاحتفاظ بطاقة الشمس والهواء وحتى تحرك الصخور في باطن الأرض، ضمن «بطاريات» فائقة القوة واستخدامها بديلاً لطاقة الوقود الاحفوري؛ وكذلك صنع أقفاص تستطيع تخليص المياه من المواد التي تلوّثها وغيرها.