تاریخچه نانوتکنولوژی

تاریخچه نانوتکنولوژی، توسعه مفاهیم و کارهای تجربی انجام گرفته در حیطه ی نانوتکنولوژی را شرح می دهد. گرچه، نانوتکنولوژی یکی از پیشرفت های اخیر تحقیقات علمی است، توسعه ی مفاهیم بنیادی آن در یک دوره ی طولانی اتفاق افتاده است.

ظهور نانوتکنولوژی در دهه 1980 حاصل تقارب پیشرفت های تجربی نظیر اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی (Scanning tunneling microscope) در سال 1981 و کشف فولرن در 1985 بود که با شفاف سازی و تعمیم چارچوب مفهومی برای اهداف نانوتکنولوژی در سال 1986 با انتشار کتاب Engines of Creation (موتورهای خلق) آغاز گردید. مناظرات و مباحث مهم پیرامون کاربردهای بالقوه نانوتکنولوژی مولکولی و نیز امکان بکارگیری آن توسط طرفدارانش و حرکت دولت ها به سمت پایه گذاری و توسعه تحقیقات نانوتکنولوژی، مسائلی بودند که باعث شدند در اوایل دهه 2000 میلادی رشته نانوتکنولوژی در معرض آگاهی و مباحثه ی عموم قرار گیرد. نخستین سالهای دهه 2010 میلادی شاهد آغاز کاربردهای اقتصادی نانوتکنولوژی بود، هر چند که این کاربردها بیشتر محدود به کاربردهای انبوه در نانومواد بود تا کاربردهای قابل تغییری که نانوتکنولوژی آن را پیش بینی کرده بود.

ریچارد فاینمن (Richard Feyman)

فیزیکدان امریکایی به نام ریچارد فاینمن، در 29 دسامبر 1959 طیّ سخنرانی در جلسه انجمن فیزیک امریکا در موسسه فناوری کالفرنیا (این جلسات برای الهام بخشی به رشته ی نانوتکنولوژی، اکثر اوقات برگزار می شد) عنوان کرد: “در پایین دست فضای زیادی وجود دارد”. فاینمن فرآیندی را شرح داد که ممکن است توسط آن و با استفاده از یک مجموعه ابزارآلات دقیق برای ساخت و اجرای مجموعه ی نسبتاً کوچکتر و به همین منوال تا مقیاس مورد نیاز، قابلیت ساخت اتم ها و مولکولهای مجرد نیز به وجود آید. وی اشاره کرد که در این دوره خواستگاه موضوعات مربوط به مقیاس، ازتغییر اندازه ی پدیده های مختلف فیزیکی خواهد بود: نیروی جاذبه کم اهمیت شده و در مقابل کشش سطحی و جذب واندروالسی مسائلی با اهمیت تلقی خواهند شد.

سخنرانی سال 1959 ریچارد فاینمن سالها بعد چارچوب های مفهومی نانوتکنولوژی را پدید آورد.

بعد از مرگ فاینمن، محققان با مطالعه تاریخچه ی توسعه ی نانوتکنولوژی بر اساس خاطرات اشخاص فعال در این رشته ی نوپا طیّ دهه های 1980 و 1990، به این نتیجه رسیدند که نقش حقیقی وی در تسریع تحقیقات نانوتکنولوژی محدود بوده است. کریس تومی، انسان شناس فرهنگی (Cultural anthropologist) در دانشگاه کارولینای جنوبی دریافت که نسخه های منتشره از سخنرانی فاینمن با توجه به ارجاع های سخنرانی های علمی در 20 سال نخست انتشار خود، تأثیر ناچیزی داشته است و بعد از اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی در سال 1981 نیز تاثیر آن خیلی زیاد نبوده است. متعاقباً در اوایل دهه 1990 علاقه به “فضای کافی” در سخنرانی های علمی قوتی دو چندان گرفت. درست قبل از آن زمان علت افزایش توجه به واژه نانوتکنولوژی، پیروی از کاربرد این واژه توسط K. Eric Drexler در کتاب سال 1986 خود با عنوان Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology (موتورهای خلق: عصر ظهور نانوتکنولوژی) بود. نویسنده در این کتاب از مفهوم یک میلیارد کارخانه ی کوچک فاینمن الهام گرفته و این نظریه را نیز بدان اضافه کرده بود که این کارخانه ها قادر به همانندسازی خود از طریق کنترل کامپیوتری به جای اپراتور انسانی خواهند بود. همچنین وی بعد از آن سال مقاله ای با عنوان “نانوتکنولوژی” را در یک مجله ی کثیرالانتشار علمی به نام OMNI به چاپ رسانید.

تحلیل تومی نظریاتی از دانشمندان برجسته در حوزه نانوتکنولوژی را نیز شامل می شد، دانشمندانی که اظهار می کردند “فضای کافی” (سخنان ریچارد فاینمن) بر شروع کار آنها مؤثر نبوده است. در حقیقت اکثر این اشخاص تنها تا مدتی قبل از اظهار نظرشان، نسخه ی منتشر شده از سخنان فاینمن را مطالعه نکرده بودند. موارد ذکر شده و دیگر پیشرفت ها اشاره بدان دارد که عطف به ماسبق بازکشف “فضای کافی” فاینمن، علاوه بر ارتباط با کاریزما و ذکاوت ریچارد فاینمن، بسته ای تاریخی برای نانوتکنولوژی ارائه کرد که در دسامبر 1959 ارائه شده بود. قطعاً مقام فاینمن به عنوان برنده ی پرافتخار جایزه نوبل و به عنوان چهره ی شاخص قرن بیستم یاری رسان طرفداران نانوتکنولوژی بود و ارتباط فکری ارزشمندی را با گذشته ایجاد کرد.

نوریو تانیگوچی (Norio Taniguchi)

دانشمند ژاپنی به نام نوریو تانیگوچی از دانشگاه علوم توکیو، نخستین فردی بود که واژه “نانو-تکنولوژی” را در کنفرانس سال 1974 برای شرح فرآیندهای نیمه هادی نظیر رسوب دهی فیلم نازک و فرآیندی به نام Ion Beam Milling مطرح کرده و ماهیت کنترل در مقیاس یک نانومتر را نشان داد. تعریف او از نانوتکنولوژی اینگونه بود:”نانوتکنولوژی عمدتاً شامل فرایندهای؛ جداسازی، ادغام و تغییر شکل مواد بوسیله یک اتم یا یک مولکول است.” با این حال دوباره واژه ی نانوتکنولوژی تا سال 1981 استفاده نگردید، تا اینکه در این سال اریک درکسلر که بی خبر از به کارگیری این واژه توسط تانیگوچی بود، نخستین مقاله خود با موضوع نانوتکنولوژی را منتشر کرد.

کی اریک درکسلر (K. Eric Drexler)

کی اریک درکسلر مفهوم نانوتکنولوژی را بسط داده و معروف کرد و رشته ی نانوتکنولوژی مولکولی را بنیان نهاد. در دهه 1980 معنی نانوتکنولوژی بصورت قطعی (نه تصادفی و اتفاقی) در ارتباط با اتم ها و مولکولهای مجرد بصورت مفهومی و عمیق توسط اریک دکسلر شرح داده شد. وی اهمیت تکنولوژیکی پدیده ها و دستگاهها در مقیاس نانو را از طریق سخنرانی ها و دو کتاب تأثیر گذار رواج داد. در سال 1980، درکسلر از سخنرانی انگیزشی فاینمن با عنوان “فضای کافی در پایین دست وجود دارد” که در سال 1959 ایراد کرده بود، آگاه شد. در این زمان، درکسلر مشغول آماده کردن نخستین مقاله علمی خود با موضوع: “مهندسی مولکولی؛ رهیافتی برای توسعه قابلیت های عمومی جهت دستکاری مولکولی” بود که این مقاله، سال 1981 در ژورنال Proceedings of the National Academy of Sciences به چاپ رسید. واژه نانوتکنولوژی (که همانند واژه نانو-تکنولوژی تانیگوچی است) بصورت مستقل، توسط درکسلر در کتاب سال 1986 او با عنوان Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology (موتورهای خلق: عصر ظهور نانوتکنولوژی) مطرح گردید که وی در این کتاب عقیده خود در مورد آراینده در مقیاس نانو (Nanoscale assembler) را مطرح کرد، آراینده ای که قادر به ساخت یک کپی از خود و دیگر آیتم ها با ترکیب دلخواه باشد. علاوه بر این او برای نخستین بار واژه ی grey-goo را برای شرح اتفاقاتی که ممکن است بعد از تولید ماشینی فرضی با قابلیت خود تکثیری و کارکرد مستقل پیش آید، مطرح کرد (grey-goo فرضیه ای بر باب سناریوی پایان دنیاست و شامل نانوتکنولوژی مولکولی هم می شود که در آن روبات های خود تکثیر از کنترل خارج شده، از تمامی مواد روی زمین برای ساخت خود استفاده می کنند). بینش درکسلر از نانوتکنولوژی ، اغلب نانوتکنولوژی مولکولی یا ساخت مولکولی خوانده می شود. سال 1991، پایاننامه پی اچ دی درکسلر که در آزمایشگاه رسانه MIT انجام گرفته بود، نخستین مدرک دکتری با عنوان نانوتکنولوژی مولکولی بود که (بعد از چندین ویرایش) رساله ی دکتری او با موضوع “ماشین آلات مولکولی و ساخت نرم افزارهایی برای محاسبات”در قالب کتابی با عنوان نانوسیستم ها و با نام “ماشین آلات مولکولی، ساخت و محاسبات” منتشر گردید که این کتاب در سال 1992 “جایزه بهترین کتاب علوم کامپیوتر ناشران امریکا” را از آن خود کرد. درکسلر در سال 1986 انستیتو فورسایت را با رسالت “آمادگی برای نانوتکنولوژی” تأسیس کرد. او هم اکنون از عضویت این مؤسسه خارج شده است.

پیشرفت های تجربی

در اوایل دهه 1980، نانوتکنولوژی و علم نانو با دو روخداد مهم به تعالی رسید: تولد علم خوشه بندی و اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی. این رویدادها منجر به کشف فولرن ها در سال 1985 و چند سال بعد از آن نیز وظیفه ی ساختاری نانولوله های کربن کشف گردید.

اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی (Scanning Tunneling Microscope(STM))

گرد بینینگ (Gred Binnig) و هاینریش روهرر (Heinrich Rohrer) جایزه 1986 نوبل را برای اختراع میکروسکوپ تونلی روبشی (اختراع در سال 1981) از آن خود کردند. میکروسکوپ تونلی روبشی ابزاری برای گرفتن تصاویری در مقیاس اتمی از سطوح است که توسط گرد بینینگ و هاینریش روهرر در آزمایشگاه تحقیقات IBM  زوریخ ساخته شده و بواسطه این اختراع دو دانشمند یاد شده در سال 1986 برنده جایزه نوبل فیزیک شدند. سال 1986 بینینگ، کلوین کوات و کریستوف گربر نخستین میکروسکوپ نیروی اتمی را اختراع کردند. اولین میکروسکوپ نیروی اتمی در سال 1989 بصورت تجاری در دسترس قرار گرفت. دان ایگلر محقق IBM، نخستین شخصی بود که با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی در سال 1989 اقدام به دستکاری اتم ها کرد. او با استفاده از 35 اتم زنون لوگوی IBM را هجی کرد. سال 2010 ایگلر به خاطر این کار در جایزه کاویل علم نانو سهیم شد.

پیشرفت ها در علم کلوئید و واسط

علم کلوئید و واسط نزدیک به یک قرن قبل از آنکه به نانوتکنولوژی ارتباطی داشته باشد، حضور داشت. نخستین مشاهده و اندازه گیری ذرات نانو در خلال اولین دهه قرن بیستم توسط ریچارد آدولف زیگموندی انجام گرفت. او برنده ی جایزه نوبل شیمی در سال 1925 بود. ریچارد آدولف زیگموندی بررسی دقیقی از گلد سُل ها (طلای کلوئیدی) و دیگر ذرات نانو با اندازه ای کمتر از 10 نانومتر انجام داد. وسیله مورد استفاده او برای این کار یک فوق میکروسکوپ بود که می توانست ذرات بسیار کوچکتر از امواج نور را مشاهده کند. زیگموندی نخستین شخصی بود که از واژه نانومتر برای توصیف اندازه ذره استفاده کرد. در دهه 1920، ایرونیگ لانگمویر برنده سال 1932 جایزه نوبل شیمی و کاترین بی بلاجت مفهوم ” تک لایه” ( monolayer) را بیان کردند. تک لایه به معنی یک لایه از ماده به ضخامت یک مولکول است. در اوایل دهه 1950 درجاگوئین و آبریکوسووا برای نخستین بار نیروهای سطحی (surface forces) را اندازه گیری کردند. در سال 1974 فرآیند لایه نشانی اتمی برای رسوب فیلم های نازک یکدست با ضخامت یک لایه اتمی در یک زمان، توسط توموسانتولا و همکاران در فنلاند ابداع گردیده و حق انحصاری استفاده از این فرایند نیز به ابداع کنندگان آن واگذار گردید. در تحولی دیگر، ترکیب و ویژگی های نانوکریستالهای نیمه رسانا مطالعه گردید. این مطالعه منجر به افزایش سریع تعداد نانو ذرات نیمه رسانای نقاط کوانتومی (quantum dots) گردید.

کشف فولرن ها

هری کروتو در سال 1996 توانست همراه با ریچارد اسمالی و روبرت کرل بخاطر کشف فولرن باکمینستر جایزه ی نوبل شیمی را از آن خود کند. سومیو ایجیما نیز در سال 2008 برنده ی جایزه ی افتتاحی کاویل در علم نانو گردید که علت اعطای این جایزه به وی کشف نانولوله های کربن در سال 1991 است.

فولرن ها در سال 1985 توسط هری کروتو، ریچارد اسمالی و روبرت کرل کشف شدند. این افراد در سال 1996 موفق به کسب جایزه نوبل شیمی شدند. تحقیقات اسمالی در شیمی فیزیک (physical chemistry) تشکیل خوشه های غیر آلی و نیمه رسانا را در بر گرفت. او برای این کار از پالس پرتوهای مولکولی و روشی تحت عنوان “زمان پرواز طیف سنجی” (Time of Flight Mass Spectrometry) استفاده کرد. یکی از پیامدهای این مهارت اسمالی، معرفی او توسط کرل به کروتو جهت بررسی اجزای گرد و غبارهای فضایی بود. گرد و غبارهای فضایی دانه های غنی از کربن هستند که از ستاره های قدیمی هم چون R Corona Borealis خارج شده اند.نتیجه همکاری کروتو، اسمالی و کرل منجر به کشف C60 و فولرن ها به عنوان سومین دگر شکل کربن بود. اکتشافاتی که به دنبال این رویداد و سال بعد از آن بوقوع پیوست عبارتند از: فولرن های اندوهدرال و خانواده ی بزرگی از فولرن ها. گرچه بیش از سال 1991 نیز تحت شرایط مختلفی نانولوله های کربن تهیه و مشاهده شده بودند، کشف نانولوله های کربن بیشتر به سومیو ایجیما (سال 1991) از NEC نسبت داده می شود.

کشف نانولوله های کربن چند دیواره در مواد نامحلول میله های گرافیتی قوس سوخته در سال 1991 و پیش بینی های مستقل مینت مایر، دونالپ و وایت که اگر نانولوله های کربنی تک لایه ساخته شود آنها خواهند توانست ویژگی های عملکردی جالب توجهی را نشان دهند نخستین هیاهو را ایجاد کرد که ثمره ی حال حاضر آن نانو لوله های کربنی است. تحقیقات در مورد نانولوله ها به اکتشافات مستقلی که توسط دونالد اس بتون در IBM و ایجیما در NEC رخ داد، سرعت بخشید. این اکتشافات عبارتند از: نانولوله های کربن تک لایه و روشی برای تولید آنها از طریق افزودن کریستالهای فلز انتقالی به کربن در تخلیه ی قوس الکتریکی.

در اوایل دهه 1990، هافمن و کرچمر از دانشگاه آریزونا به چگونگی سنتز و خالص سازی مقادیر بالای فولرن ها پی بردند. این اکتشاف، باب جدیدی را برای صدها محقق از دولت و آزمایشگاههای صنعتی جهت توصیف ویژگی ها و عملکرد فولرن ها گشود. مدت کوتاهی بعد از آن rubidium doped C60 بعنوان یک ابر رسانای میان دما (Tc=32 K) یافت شد. در یکی از جلسات انجمن تحقیق مواد (Materials Research Society) در سال 1992، دکتر تی. ابسن به شرح یافته ها ی خود و نانولوله های کربنی برای حضار بهت زده پرداخت. این سخنرانی موجب آن شد که حاضرین در جلسه و دیگران نیز تحت تأثیر سخنان ابسن قرار گرفته و تمام توان خود را در آزمایشگاهها در جهت پیشبرد اکتشافات بکار گیرند. صد ها محقق، با استفاده از ابزارهای یکسان یا مشابه بکار برده شده توسط هافمن و کرچمر، رشته ی نانوتکنولوژی مبتنی بر نانولوله ها را توسعه دادند.

حمایت دولت آمریکا از نانوتکنولوژی

توسعه ی ملی نانو تکنولوژی (National Nanotechnology Initiative)

میهایل روکو از بنیاد علوم ملی ایالات متحده امریکا رسماً پیشنهاد توسعه ی ملی نانوتکنولوژی را به کاخ سفید ارائه کرد.

توسعه ی ملی نانوتکنولوژی (یا به طور مخفف NNI)، برنامه ی تحقیقات و توسعه ی نانوتکنولوژی فدرال ایالات متحده است. NNI به عنوان کانون اصلی ارتباطات و همکاری، به تمامی آژانس های فدرال مشغول در تحقیقات نانوتکنولوژی خدمت رسانی کرده و مهارت ها و تخصص های لازم برای پیشبرد این رشته ی پیچیده ی علمی را گردهم آورد.

اهداف MNI عبارتند از؛ ارتقا بخشی به برنامه تحقیق و توسعه نانوتکنولوژی، ترویج انتقال تکنولوژی های جدید به محصولات برای منافع عمومی و تجاری، توسعه و حفظ منابع آموزشی، نیروی کار ماهر و تأمین زیر بنا و ابزارهای پیشبرد نانوتکنولوژی و حمایت از عوامل توسعه دهنده ی نانوتکنولوژی.

میهایل روکو پیشگام برنامه ی توسعه ی نانوتکنولوژی، که پیشنهاد توسعه ی ملی نانوتکنولوژی را رسماً به اداره “علوم و خط مشی فناوری” در زمان ریاست جمهوری کلینتون ارائه داد یکی از عاملان مهم در توسعه ی نانوتکنولوژی بود. او در حال حاضر مشاور ارشد نانوتکنولوژی در پایگاه علوم ملی و نیز مدیر مؤسس کمیته فرعی “انجمن ملی علم و تکنولوژی در علوم نانو، مهندسی و تکنولوژی” است. رئیس جمهور ایالات متحده بیل کلینتون، طرفدار توسعه ی نانوتکنولوژی بود. کلینتون در 21 ژانویه سال 2000 میلادی طیّ سخنرانی در موسسه فناوری کالیفرنیا (CalTech)  بیان داشت:” برخی از اهداف تحقیقاتی ممکن است 20 سال یا حتی بیشتر برای به نتیجه رسیدن زمان برد، با این وجود چرایی مهم بودن آن برای دولت فدرال نیز همین موضوع است”. ارزش و مفهوم ساخت با دقت اتمی که فاینمن پیشتر بدان اشاره کرده بود، نقش مهمی در اختصاص هزینه های تحقیقاتی به نانوتکنولوژی ایفا کرد، چنانکه در سخنرانی کلینتون نیز بدان اشاره شد:”بودجه من با ارزش 500 میلیون دلار از قسمت اعظم برنامه ی جدید توسعه ی ملی نانوتکنولوژی حمایت می کند. موسسه فناوری کالیفرنیا با این اندیشه ی نانوتکنولوژی که قدرت دستکاری مواد در سطوح اتمی و مولکولی را دارد بیگانه نیست. بیش از 40 سال پیش خود ریچارد فاینمن از موسسه فناوری کالیفرنیا سؤال کرد: چه اتفاقی خواهد افتاد اگر بتوانیم اتم ها را یکی یکی در ترتیبی که میخواهیم قرار دهیم؟”

رئیس جمهور جرج بوش پسر، سرمایه گذاری در نانوتکنولوژی را افزایش داد. در سوم دسامبر 2003 میلادی سند توسعه و تحقیق نانوتکنولوژی در قرن21 را امضا کرد که طیّ آن به پنج آژانس مشارکت کننده اجازه ی صرف 63/3 میلیارد دلار امریکا در طول چهار سال داده شد. متمم بودجه NNI در سال مالی 2009، 5/1 میلیارد دلار برای NNI فراهم کرد که نشاندهنده رشد پایدار سرمایه گذاری در نانوتکنولوژی است.

رشد آگاهی های عمومی و مجادله ها

“چرا آینده به ما نیاز ندارد؟” عنوان مقاله ی نوشته شده توسط بیل جوی دانشمند ارشد شرکت “سان مایکروسیستمز”، است که در آوریل سال 2000 میلادی در مجله Wired منتشر شد. او در این مقاله اظهار داشت:”قدرتمندترین تکنولوژی های ما در قرن 21؛ روباتیک، مهندسی ژنتیک و نانوتکنولوژی هستند که این علوم انسانها را تا سر حد یک گونه ی در معرض خطر تهدید می کنند. جوی بیان داشت: ” تکنولوژی های در حال پیشرفت، بیشتر از همه ی تکنولوژی هایی که تاکنون نمود پیدا کرده اند، خطراتی را برای انسانها در پی خواهند داشت. تمرکز ویژه ی او بر روی ژنتیک، نانوتکنولوژی و روباتیک بود. او عنوان کرد که تکنولوژی های مخرب قرن بیستم، مثل بمب هسته ای، به سبب پیچیدگی و هزینه ی بالا و نیز مشکلات تهیه مواد مورد نیاز، محدود به دولت های بزرگ و قدرتمند است. همچنین او از افزایش قدرت کامپیوترها نیز ابراز نگرانی کرد، نگرانی او از این بود که نهایتاً کامپیوترها با هوش تر از ما انسانها شده و منجر به ایجاد سناریوی مدینه ی فاسده ی حاصل از عصیان روبات ها گردد. او مخصوصاً “یونابامر” (ریاضیدان و قاتل زنجیره ای) را در این مبحث مطرح کرد. پس از انتشار این مقاله، بیل جوی پیشنهاد داد تا فناوری ها برای سنجش خطرات صریح و آشکارشان مورد ارزیابی قرار گرفته و نیز از دانشمندان خواست تا از انجام اقداماتی که خطرات بالقوه را در پی دارند اجتناب کنند.

در کتاب سال 2001 خط مشی تکنولوژی و علوم AAAS (American Association for the Advancement of Science) مقاله ای با عنوان “پاسخ به بیل جوی و دل تنگی و عذاب پیشگامان فناوری” بیل جوی را به خاطر صرف دید تکنولوژیکی خود در پیش بینی اش و عدم در نظر گرفتن فاکتورهای اجتماعی، مورد انتقاد قرار داد. در کتاب “تکینگی نزدیک است” ری کرزویل، پرسشی در مورد مهار خطرات بالقوه تکنولوژی مطرح کرده و پرسید” آیا ما بایستی به میلیون ها فرد مبتلا به سرطان و دیگر بیماریهای مهلک بگوییم که توسعه ی تمامی رشته های درمانی مهندسی زیستی را لغو می کنیم، چرا که ممکن است، همین تکنولوژی برای اهداف خبیصانه مورد استفاده قرار گیرد!؟”

Pray

Pray عنوان رمانی نوشته ی میشل کریچنون است که مشخصات جمعیت تصنعی نانوروبات هایی را بیان می کند که با هوش تر شده و موجب ترس مخترعانشان می شوند. این رومان یک نگرانی را در انجمن نانوتکنولوژی آفرید که به خاطر ایجاد ترس در زندگی واقعی، موجب درک عامه ی ناصحیح و متضاد از نانوتکنولوژی گردد.

مباحثه ی درکسلر و اسمالی

ریچارد اسمالی یکی از کاشفان فولرن ها، درگیر یک بحث عمومی با اریک درکسلر در مورد امکان وجود ” آراینده های مولکولی” (molecular assemblers) گردید.

ریچارد اسمالی که معروفیت او بخاطر همکاری در کشف مولکول شبیه توپ فوتبال “باکی بال” بوده و به همین خاطر نیز طرفدار نانوتکنولوژی و بسیاری از کارکردهای آن است، به طور صریح منتقد نظریه ی آراینده های مولکولی که مورد حمایت اریک درکسلر است، می باشد. در سال 2001 با انتشار مقاله ای در نشریه ی Scentific American اسمالی از اندیشه ی “آراینده های فراگیر” (universal assemblers) انتقاد کرد، که نتیجه ی آن استدلال متقابل درکسلر و همکاران در سال بعد از آن و نهایتاً تبادل نامه های سرگشاده در سال 2003 بود.

اسمالی اقدام درکسلر در نانوتکنولوژی را ساده لوحانه انگاشته و بیان داشت که علم شیمی بسیار پیچیده است و کنترل واکنش ها بسیار سخت بوده و “آراینده ی فراگیر” تنها یک تخیل علمی است. اسمالی معتقد بود چنین آراینده هایی از لحاظ فیزیکی غیر ممکن هستند و اعتراضات علمی را بر علیه آن بر پا کرد.

دو اعتراض اساسی و تکنیکی او که وی آنها را “مشکل انگشتان چاق” و “مشکل انگشتان چسبناک” نامیده است، امکان وجود آراینده های مولکولی که قادر به انتخاب و جایگذاری دقیق اتم ها باشند را مورد انتقاد قرار می دهد. علاوه بر این او بر این عقیده است که گمانه زنی های درکسلر در مورد خطرات آخرالزمانی آراینده های مولکولی، حمایت عمومی از توسعه ی فناوری نانو را تهدید می کند.

در ابتدا اسمالی اظهار داشت که “انگشت های چاق” نانوتکنولوژی مولکولی را غیر ممکن میکند. وی بعداً چنین بیان کرد که نانوماشین ها بایستی بیشتر شبیه آنزیم های شیمیایی باشند تا آراینده های درکسلر و علاوه بر آن بتوانند تنها در آب فعالیت کنند. او بر این باور بود که این امر مانع تحقق کارکرد آراینده های مولکولی است به نحوی که بتوانند اتم های منحصر به فرد را برداشته و جای گذاری کنند. همچنین اسمالی اظهار داشت که تقریباً کل شیمی نوین واکنش هایی را شامل می شود که در یک حلال بوقوع پیوندند (معمولاً آب)، چرا که مولکولهای کوچک یک حلال، تأثیرات بسیاری همچون کاهش انرژی پیوند برای حالات انتقالی را باعث می شوند.

از آنجاییکه تمامی واکنش های شناخته شده شیمیایی به یک حلال نیاز دارند، اسمالی پنداشت که پیشنهاد درکسلر برای استفاده از یک فضای با خلأ زیاد، شدنی نیست. اسمالی معتقد بود که گمانه زنی های درکسلر در مورد خطرات آخرالزمانی ماشین های خود ترمیم که معادل با آراینده های مولکولی شمرده شده بود، حمایت عمومی از نانوتکنولوژی را تحت الشعاع قرار قرار خواهد داد. برای پرداختن به بحث درکسلر و اسمالی پیرامون آراینده های مولکولی، مجله ی Chemical and Engineering News مقاله ای از نقطه نظرات این دو که شامل نامه های مبادله شده حول موضوع آراینده های مولکولی بود را منتشر کرد.

درکسلر و همکاران سال 2001 در یک نشریه به دو مسئله ی مورد اعتراض اسمالی پاسخ دادند. آنها بیان داشتند که درکسلر هرگز آراینده های فراگیر را به طوری که قادر به ایجاد مطلق هر چیز باشند مطرح نکرده، بلکه چنین بیان داشته که تعداد بیشتر آراینده های محدود، قادر به ایجاد موارد زیاد و متنوعی هستند. آنها ارتباط اظهارات اسمالی با پیشنهادات ویژهی سطح بالا در نانوسیستم ها را به چالش کشیدند.

درکسلر هر دو ادعای اسمالی را “مغالطه ی پهلوان پنبه” انگاشته و در مورد آنزیم ها به نوشته ی پروفسور کلیبانو در سال 1994 اشاره کرد: “… استفاده از آنزیم در حلال های آلی چندین مانع را برطرف می سازد…”

درکسلر در مورد نانوسیستم ها نیز به این موضوع پرداخته و بصورت ریاضیاتی نشان داد که کاتالیزورهای خوب طراحی شده، می توانند اثرات یک حلال را ایجاد کرده و حتی مؤثرتر از واکنش حلال/آنزیم واقع شوند. درکسلر در برقراری ارتباط با اسمالی جهت پاسخ به وی با مشکل روبرو بود، ولی در سال 2003، مجله ی  Chemical and Engineering News یک بحث چهار قسمته را به راه انداخت.

ری کرزویل چهار صفحه از کتاب “تکینگی نزدیک است” را برای نشان دادن عدم اعتبار اظهارات ریچارد اسمالی اختصاص داده و نقطه به نقطه ی آنها را مورد بحث قرار داد. کرزویل در خاتمه ی این چهار صفحه بیان داشت که نقطه نظرات درکسلر بسیار عملی بوده و حتی پیش از این نیز بوقوع پیوسته اند.

گزارش انجمن سلطنتی در مورد پیامدهای نانوتکنولوژی

گزارش سال 2004 انجمن سلطنتی و آکادمی مهندسی سلطنتی در مورد علوم نانو و فناوری های نانو موجب نگرانی شاهزاده چارلز در مورد نانوتکنولوژی که شامل ساخت مولکولی نیز می شد، گردید. با این وجود در گزارش سخنی از ساخت مولکولی نبود. در واقع خود واژه ی درکسلر تنها یکبار در متن گزارش آمده بود و ساخت مولکولی یا نانوتکنولوژی مولکولی به هیچ وجه مطرح نشده بود.

مقاله، خطرات مختلف فناوری های نانو همچون مبحث مواد سمی ذرات نانو را پوشش داده بود. علاوه بر آن مرور سودمندی بر چندین زمینه در مقیاس نانو انجام گرفته بود. این گزارش شامل یک ضمیمه در مورد gray-goo (یک سناریوی آخرالزمانی مرتبط با عصیان روباتها)  بود که نوع ضعیف تری از بحث مشاجره انگیز ریچارد اسمالی بر علیه ساخت مولکولی را بیان می کرد. نتیجه گیری این مقاله آن بود که مدرکی دالّ بر توسعه ی نانو ماشین های خودکار و خودتکثیر در آینده ی نزدیک وجود نداشته و پیشنهاد کرد که بازرسان بایستی بیشتر نگران مسئله ی سمیت ذرات نانو باشند.

نخستین کاربردهای تجاری نانوتکنولوژی

اوایل دهه ی 2000 میلادی شاهد آغاز کاربردهای نانوتکنولوژی در محصولات تجاری بود، هر چند که اکثر کاربردها محدود به استفاده ی توده ای از نانو مواد منفعل بود.  این کاربردها عبارتند از: نانو ذرات تیتانیوم و اکسید روی در کرم های ضد آفتاب، لوازم آرایشی و بهداشتی و برخی محصولات غذایی؛ نانو ذرات نقره در بسته بندی محصولات غذایی، پوشاک، گندزداها و وسایل خانگی مثل Silver Nano؛ نانو لوله های کربن برای حفظ مقاومت پارچه ها و اکسید سریم بعنوان کاتالیزور سوختی.

در 10 مارس 2011 Project of Emerging Nanotechnology تخمین زد که بیش از 1300 محصول تولید شده با فناوری نانو در دسترس عموم قرار گرفته و در هر هفته 3-4 محصول جدید به بازار عرضه می شود. بنیاد علوم ملی برای مطالعه در زمینه ی نانو تکنولوژی بر روی محققی به نام دیوید بروب سرمایه گذاری کرد. یافته های او در رساله ی Nano-Hype منتشر شد: واقعیت پشت هیاهوی فناوری نانو.

این مطالعه نتیجه می گیرد که آنچه بعنوان محصول فناوری نانو فروخته می شود در واقع طرح ریزی مجدد علوم مواد است که منجر می شود صنعت نانو منحصراً بر فروش نانو لوله ها، نانوسیم ها و موارد مشابه متمرکز گردد. همچنین این امر منجر به آن شده که تأمین کننده های اصلی، تعدادشان کم و محصولاتشان با حاشیه ی سود پایین و در حجم بالا فروخته شود. کاربردهای بیشتری که نیاز واقعی به دستکاری یا چینش اجزاء در مقیاس نانو داشته باشند به تحقیقات بیشتر نیاز دارد.

گرچه فناوری های نشان داده شده با برند نانو گاهاً دارای ارتباط کم و نیز فاقد اهداف والای تکنولوژیکی از نوع دستکاریهای مولکولی هستند، این واژه هنوز هم معنی ضمنی چنین مفاهیمی را می دهد.

بر طبق اظهار بروب ممکن است خطر یک “نانو حباب” (nano bubble) بخاطر استفاده ی دانشمندان و پایه گذاران نانو تکنولوژی برای انباشت سرمایه و بدون توجه به اقدامات دوراندیشانه و عالی تر، شکل گیرد.