1
ستاد ویژه توسعه فناوری نانو Iran Nanotechnology Innovation Council بستن
  • ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

  • بانک اطلاعات شاخص های فناوری نانو

  • سایت جشنواره فناوری نانو

  • سیستم جامع آموزش فناوری نانو

  • شبکه آزمایشگاهی فناوری نانو

  • موسسه خدمات فناوری تا بازار

  • کمیته استانداردسازی فناوری نانو

  • پایگاه اشتغال فناوری نانو

  • کمیته نانو فناوری وزارت بهداشت

  • جشنواره برترین ها

  • مجمع بین المللی اقتصاد نانو

  • اکو نانو

  • پایگاه اطلاع رسانی محصولات فناوری نانو ایران

  • شبکه ایمنی نانو

  • همایش ایمنی در نانو

  • گالری چند رسانه ای نانو

  • تجهیزات فناوری نانو

  • صنعت و بازار

  • باشگاه نانو

از ایده تا فناوری

افراد مقاله : ‌ مترجم - زهرا اکرمی

موضوع : آموزش و ترویج کلمات کلیدی : ایده - فناوری - پتنت تاریخ مقاله : 1397/10/25 تعداد بازدید : 757

مجله نیچر نانو (Nature Nanotechnology) از جونگ هیون آن، یی کوی و هاگان بیلی ، نویسندگان مسئول سه مقاله در نیچر نانو که مقالات آنها بیشترین ارجاع را از سوی پتنت‌ها داشته‌اند، خواسته تا دیدگاه‌شان درباره‌ی پژوهش کاربردی در محیط آکادمیک و الزامات تبدیل یک ایده به فناوری مناسب را به اشتراک بگذارند.

مصاحبه‌گر: آلبرتو مسکاتلی
شما مقالاتی در نشریۀ نیچر نانو دارید که بیشترین ارجاع را از سوی پتنت‌ها به خود اختصاص داده‌اند (جدول1). در آن زمان انتظار داشتید که علم مورد بحثتان، در چندین فناوری پتنت‌شده مورد استناد قرار گیرد؟
جونگ هیون آن: بله، من باور داشتم که مقاله‌مان کمک بزرگی به فناوری گرافن می‌کند. در سال 2010، روش ساده‌ای برای تولید گرافن وجود داشت اما تنها در مقیاس کوچک قابل اجرا بود. مقاله‌ی ما روش رولی را معرفی کرد که گرافن را از زیرلایه‌ی رشد به زیرلایه‌هایی پرفایده و بزرگ منتقل می‌کند. مفاهیم برای کاربردهای واقعی روشن بود، به‌ویژه برای تحقق بخشیدن به الکترودهای شفاف برای الکترونیک نوری، مانند سلول‌های خورشیدی و سنسورهای لمسی یا وسایل الکترونیکی انعطاف‌پذیر. همانطور که انتظار می‌رفت، در حال‌حاضر بسیاری از پژوهشگران و شرکت‌ها فناوری گرافن را بر اساس رویکردهای پیشنهادی ما توسعه داده‌اند.

یی کوی: پیش از آن که مقاله‌ی نانوسیم‌های سیلیکونی برای باتری‌ها در سال 2007 منتشر شود، من پیش‌بینی کردم که علم نانو برای طراحی نسل بعدی مواد باتری با ظرفیت بالا نقش بسیار کلیدی ایفا خواهد کرد. این مواد چند برابر بیشتر شارژ ذخیره می‌کنند، هرچند که ساختار بزرگی دارند و درطول یکبار فرآیند شارژ و دشارژ شدن تغییر حجم می‌دهند. من فکر می‌کردم در مقالات منتشرشده‌ی علمی بسیار به این مقاله ارجاع داده شود، اما انتظار نداشتم تا این حد مورد توجه تعداد زیادی از پتنت‌ها قرار گیرد.

هاگان بیلی: در آن زمان، بله. ما از اوایل دهه‌ی‌ 1990 در زمینه‌ی سنجش اتفاقی (stochastic sensing) کار می‌کردیم. در این رویکرد تک سلولی، منافذ پروتئینی مهندسی شده، تک ‌به ‌تک، برای شناسایی تنوع گسترده‌ی آنالیت‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. جریانی که توسط یون‌ها در منافذ جاری بود کنترل می‌شد و با ارتباط یا جداشدن از آنالیت‌ها تغییر می‌کرد. آن زمان مدیر برنامه‌ی من در مرکز پژوهشی ناوال،[3] هارولد برایت، مرا تشویق کرد مالکیت معنوی این کار را حفظ کنم. زمانیکه من Oxford Nanopore را در سال 2005 تاسیس کردم، پتنت‌های حاصل از این کار، بسیار حائز اهمیت بودند. همزمان با گسترش فناوری ما، این شرکت ایده‌ی تئوری توالی‌یابی DNA با نانوحفره‌های پروتئین را به‌عنوان یک مسئله پذیرفت. نتایج مقاله‌ی سال 2009 ما را ترغیب کرد تا این کار چالش‌برانگیز را ادامه دهیم.

 

وضعیت فعلی فناوری که در مقاله توضیح داده‌اید چگونه است؟ آیا به مرحله‌ی تجاری‌سازی رسیده است؟

جونگ هیون آن: بعد از انتشار مقاله، موفقیت‌های مهمی در زمینه‌ی تکنیک‌های تجربی به‌ دست آمد. بسیاری از شرکت‌ها در کره، چین، اروپا و ایالات متحده در زمینه‌ی توسعه‌ی روش‌های صنعتی و قابل‌ افزایش مقیاس برای تولید گرافن با کیفیت بالا به روش رولی سرمایه‌گذاری‌های عظیمی انجام داده‌اند. علاوه بر کاربردهای الکترود شفاف، اخیرا چندین شرکت تلاش کرده‌اند تا از گرافن‌های رشدیافته مبتنی بر روش رسوب‌دهی شیمیایی بخار در لایه‌های نمایشگر‌های OLED و در فیلترهای آب استفاده کنند. هرچند این محصولات گرافنی هنوز به مرحله‌ی آخر تجاری‌سازی نرسیده‌اند، اما بسیاری از پژوهشگران، مثل خود من، باور دارند که به زودی به بازار خواهند رسید.

یی کوی: مدت‌ها پیش از اینکه مقاله‌ی آندهای نانوسیمی سیلیکونی به چاپ برسد، من از طریق دانشگاه استنفورد درخواست پتنت داده بودم. در آوریل سال 2008 شرکت استارت آپی، آمپریوس، را تاسیس کردم، و کمک کردم تا شرکت مجوز انحصاری از دانشگاه استنفورد را دریافت کند. در طول ده سال گذشته، آمپریوس بیش از صد میلیون دلار سرمایه‌گذاری جسورانه جذب کرده است. این نشان می‌دهد که تجاری سازی فناوری باتری بسیار هزینه‌بر است و باید وقت زیادی را صرف آن کرد. آمپریوس تولید کننده‌ی باتری‌های شارژی است که شامل آند‌های نانوسیمی با بیشترین میزان انرژی ویژه و دانسیتۀ انرژی (بیش از 400 وات بر کیلوگرم و 1000 وات بر لیتر) است. درحال‌حاضر از این باتری‌ها در وسایل الکترونیکی قابل حمل و هواپیمای بدون سرنشین استفاده می‌شود. محصولات در مقیاس آزمایشی موفق بوده‌اند اما در مقیاس بزرگتر بایستی بیشتر تلاش کرد. آندهای نانوسیمی سیلیکونی موجب توسعه‌ی دیگر نانوساختارهای سیلیکونی شده اند که درحال‌حاضر در محصولات باتری آمپریوس استفاده می‌شوند.

هاگان بیلی: از سال 2005 پژوهش‌هایی در زمینه‌ی توالی یابی مبتنی بر نانوحفره‌ها در محیط اکادمیک و بطور فزاینده‌ای در Oxford Nanopore درحال انجام بود و شرکت موفقیتش را به‌صورت عمومی در سال 2012 اعلام کرد. نتیجه توالی‌سنج MinION، دستگاه دستی برای توالی یابی کم‌هزینه با قابلیت خوانش خارق‌العاده‌ی بیش از یک میلیون باز بود. هم‌اکنون MinION بیش از 6000 کاربر فعال در سطح دنیا دارد، و محصولاتی نوین همچون GridION and PromethION به تازگی به بازار معرفی شده‌اند و محصولات بیشتری که در آینده‌ای نزدیک معرفی می‌شوند.

 

آیا گروه پژوهشی شما همچنان در این نوع کار فعال است؟ اگرنه، در چه زمینه‌ای فعالید و چرا؟
جونگ هیون آن: بله، ما همچنان در زمینه‌ی توسعه‌ی فناوری‌های مهم برای رشد گرافن به‌منظور کاربردهای واقعی در وسایل الکترونیکی منعطف و پوشیدنی فعال هستیم. علاوه بر گرافن، ما در زمینه‌ی مواد دوبعدی دیگری مانند MoS2 نیز مطالعه و تحقیق می‌کنیم. گرافن برای الکترودهای شفاف و منعطف بسیار مناسب است چرا که شبه فلز است و ویژگی‌های مکانیکی و نوری منحصر بفردی دارد. هرچند برای برخی کاربردها ما علاوه بر الکترودهایی با عملکردهای خاص، به مواد نیمه رسانا هم نیاز داریم. برای جبران نقاط ضعف گرافن، ما چندین مادۀ دوبعدی نیمه‌رسانای دیگر و الکتروهای هیبریدی را نیز توسعه دادیم. 

یی کوی: شاید مهم‌ترین تاثیر مقاله‌ی آندهای نانوسیمی سیلیکونی ما این بوده که موجب یک جریان پژوهش جهانی در بهره‌گیری از رویکردهای نانویی برای طراحی مواد باتری به راه انداخت با تا کمک فناوری نانو بر مشکلات مهمی که پیش از این امکان رفع آنها نبود، غلبه شود. در طول ده سال اخیر، ما یازده نسل دیگر از مواد سیلیکونی آند طراحی کردیم، برای مثال هسته-پوسته، حفره، حفره‌ی دو جداره، زرده‌ی تخم‌مرغ-پوسته، پرمنگنات، قفس گرافنی و خود ترمیم شونده. هر نسل می‌بایست یک یا چند مشکل مهم مرتبط با آندهای سیلیکونی در باتری‌ها را حل کنند. بسیاری از این مشکلات ریشه در تحقیقات پایه دارد.

هاگان بیلی: از سال 2010 که مشخص شد Oxford Nanopore در زمینه‌ی توالی DNA موفق می‌شود، گروه تحقیقاتی من از مطالعه در زمینه‌ی توالی نوکلوئیک اسید نانوحفره‌ای کنار کشیده بودند. این مسئله ناشی از آن بود که ما باور داشتیم تحقیقات اکادمیک باید ایده‌های نو آغاز کنند، اما منبعی برای تولید محصولات بازاری ندارند. 10% پایان هر کاری نیازمند تلاش‌های عظیم و پایدار است. با توجه به مسیرهای جدیدی که ممکن است بر توالی DNA موثر واقع شوند، ما به دنبال راه چاره برای شناسایی جریان موازی نانوحفره و در پی روش‌هایی هستیم که نانوحفره‌هایی با ویژگی‌های خاص طراحی کنند. علاوه بر این، پس از موفقیت با نوکلوئیک اسیدها، ذهن ما به سمت آنالیز نانوحفره‌ای پروتئین، مخصوصا حالت‌های پیوندی و تغییرات پس از انتقال جهت گرفت. در جای دیگر ما علایقمان را در زمینه‌ی شیمی تک مولکولی و بافت‌های سنتزی دنبال می‌کنیم که هردو نیازمند حفره‌های پروتئینی مهندسی شده هستند.

 

فکر می‌کنید تحقیقات کاربردی تا چه اندازه در محیط آکادمیک در مقابل محیط صنعتی بایستی صورت گیرد؟‌شما چگونه با همکاران خود در صنعت روابط معنادار برقرار می‌کنید؟
جونگ هیون آن: من فکر می‌کنم محیط آکادمیک و صنعت مکمل یکدیگرند. انجام ‌تحقیقات مقیاس‌پذیر که نیازمند سرمایه‌گذاری عظیم  مالی و انسانی باشد، برای پژوهشگران دانشگاهی دشوار است. در مقابل، بطورکلی صنعت نمی‌تواند تحقیقات پایه‌ای و به تعبیری تحقیقات «آسمان آبی» انجام دهند زیرا باید از محصولات تولیدی سود ببرند. بنابراین، من معتقدم محیط آکادمیک و صنعت باید بر مواردی تمرکز کنند که در آن تبحر دارند. به‌ نظر من پژوهشگران دانشگاهی و مراکز ملی پژوهشی باید فناوری‌هایی را توسعه دهند که از تحقیقات پایه شروع می‌شود و مطالعات ممکن را به سطح مشخصی برسانند تا مناسب بودن ایده‌شان تایید شود. پس از آن، صنعت بایستی تلاش کند بوسیله‌ی اقدامات مهندسی مختلف برای سنجش اعتبار، مقیاس‌پذیری و غیره، ایده را تا سطح یک محصول واقعی توسعه دهد. تیم من بطور مداوم با چندین شرکت بزرگ و کوچک همکاری می‌کند که تمرکزشان بر فناوری پایه ایست که اداره‌ی آن برای صنعت دشوار است و جنبه‌هایی که فرآیند انتقال فناوری به شرکت‌ها را آسانتر می‌کند.

یی کوی: بنا به تجربه‌ی من در دانشکگاه استنفورد که علوم، مهندسی و فعالیت در صنعت پیشرفت ویژه‌ای داشته، بر این باورم که محیط آکادمیک بایستی تعادلی بین پژوهش‌های پایه‌ای و کاربردی داشته باشد. هرچند تحقیقات اکتشافی حائز اهمیت است، من معتقدم که پژوهش‌هایی با منشاء مشکلات اجتماعی و نیاز‌های فناوری‌های مهم نیز بطور فزاینده‌ای مهم‌اند. به سختی می توان مرز مشخصی میان تحقیقات عملی در صنعت و محیط آکادمیک کشید. درواقع، خوب است که کمی هم‌پوشانی داشته باشیم. به نظر من، اینکه محیط آکادمیک با داشتن تسهیلات و زیرساخت‌های انتقال تکنولوژی و نسخه‌ی  پایلوت (نیمه صنعتی) از فضای صنعت، قدمی به صنعت نزدیک‌تر شود بسیار ارزشمند است. مثال موفقی در این زمینه امکانات ساخت نیمه‌رساناها هستند که درحال‌حاضر تقریبا تمام دانشگاه‌های بزرگ به این امکانات مجهزند. این الگو را می‌توان در حوزها‌ی پژوهشی دیگری نیز تکرار کرد. من دو راه برای گسترش روابط معنادار با صنعت امتحان کرده‌ام. اولین راه از طریق شرکت استارت‌آپی خودم است. من حضور فعالانه‌ای در توسعۀ فناوری آمپریوس داشتم. با تعاملات مکرر دانشم را مستقیما به آن انتقال دادم. در عین حال بسیاری از مشکلاتی که آمپریوس با آن مواجه است می‌تواند موضوعات تحقیقاتی خوبی برای محیط آکادمیک باشد. خود من هم فرصت این را دارم که تحقیقات و تشکیلاتی در آمپریوس شکل دهم. به نظر من این تعاملات روابط بسیار موثری میان دانشگاه و صنعت است. دومین راه همکاری با واحد تحقیق و توسعه‌ی شرکت‌های موجود از طریق تعریف یک پروژه‌ی تحقیقاتی است. این پروژه بایستی حوزه‌های فرصت‌های جدید را پیگیری کند یا مشکلی که درحال‌حاضر دست به گریبان صنعت است را هدف بگیرد. در هر دو حالت، تعامل با صنعت بسیار ارزشمند است و منجر به روشن شدن مسائل عملی علمی گسترده‌ای خواهد شد که تا پیش از آن، از دید دانشگاه پنهان مانده است.

هاگان بیلی:‌ من به شدت معتقدم که مراکز آکادمیک بایستی تحقیقات پایه‌ای انجام دهند. البته این نیازمند حمایت از خلاقیت و تحمل شکست توسط نهادهای سرمایه‌گذار است. اگر موضوع جالبی مطرح شود، پژوهشگران به دنبال راه‌های تجاری‌سازی می‌روند. تقریبا تمام ایده‌های جدید ـــ ایده‌های جدید همیشه بهترین هدف برای تجاری‌سازی شدن هستند ـــ از تحقیقات ساده می‌آیند و بیشترشان برنامه‌ریزی نشده‌اند و از ناکجاآباد آمده‌اند! تجاری‌سازی می‌تواند از طریق تشکیل یک شرکت جداگانه یا با همکاری محتاطانه با شرکت‌های بزرگتر باشد. ما گرنت‌های تحقیقاتی را از شرکت‌های کوچکی آورده‌ایم که خودمان تاسیس کردیم، Oxford Nanopore  و  OxSyBi. به نظر من مهم است که این گرنت‌ها به جایی وصل نیستند، آن‌ها باید میدان را به فعالیت‌های اکتشافی در حوزه‌های مورد علاقه‌ی شرکت بدهند تا اینکه آنها را به تحقیقات قراردادی با اسپانسر در حوزه‌ای مشخص بکشاند.

 

پژوهشگران آکادمیک باید بیشتر در چه زمینه‌ای فعالیت کنند تا تحقیقات کاربردی‌شان به فناوری‌ مناسب تبدیل شوند؟
جونگ هیون آن: بطورکلی بسیاری از پژوهشگران آکادمیک بیشتر به دنبال چاپ مقاله هستند بدون اینکه علاقه‌ی خاصی به توسعه‌ی فناوری داشته باشند. اما یک فناوری نوین همیشه نیازمند تلاش‌ بیشتر در جهت بهینه‌سازی و تاییدیه قابلیت اجرا است. اگر این گام اضافه طی نشود، فناوری نوین، صرف نظر از تلاش‌های شبانه‌روزی پشت آن، کمرنگ می‌شود و هیچ‌گاه به فناوری سودمندی برای جامعه تبدیل نمی‌شود. صنعت و دانشگاه باید همکاری‌شان را عمیق‌تر کنند، اما دولت و سازمان‌های سرمایه‌گذار بایستی نقش کلیدی را ایفا کنند.

یی کوی: من فکر می‌کنم برای دانشگاه مهم باشد که بیشتر درباره‌ی فرآیند کلی، از آغاز مفهوم علمی تا فناوری نهایی قابل استفاده بداند. آنالیز سیستمی می‌تواند در سطح آکادمیک انجام شود و مشکلات مهم را برای توسعه‌ی بیشتر مشخص کند.

هاگان بیلی: ویژگی خردمندانه‌ی همراه با اکتشافات نو در دانشگاه (نه الزاما پژوهش کاربردی) بایستی حفظ شود. این اعتبار ما در برخورد با سرمایه‌گذاران شرکت‌های کوچک یا ایجاد معامله با نهادهای بزرگ‌تر است. همچنین پژوهشگران باید با کاربران فناوری صحبت کنند. کاربران معمولا در شک و تردیدند اما بازخورد مفیدی ارائه می‌کنند. دانشگاه‌ها و دفاتر صدور مجوز فناوری در دانشگاه‌ها هردو باید آنچه که دارند را تبلیغ کنند، نه فقط صفحه‌ای در وبسایت باز کنند، بلکه فعالانه و رو در رو به دنبال سرمایه‌گذاران و کاربران باشند. 

 

در آخر، آیا کاری هست که مجلات از جمله نیچر نانو باید برای ارزیابی بهتر گزارش‌های تحقیقات کاربردی دانشگاهی انجام دهند؟‌
جونگ هیون آن: به نظر من زمان ارزیابی کیفی نسخه اولیۀ مقاله، مجلات بیشتر به دنبال نوآوری هستند. درحالیکه اگر مقاله‌ای شامل پیشرفت قابل ملاحظه‌ی فناورانه باشد یا مسیری نو برای یک فناوری موجود پیشنهاد دهد نیز باید مانند نوآوری نظری، ارزشمند شناخته شود.

مصاحبه‌گر:  مقالاتی که پیشرفت‌های مهم فناورانه را گزارش می‌کنند به اندازه‌ی مقالات پیشرفت‌های نظری مورد توجه قرار می‌گیرند. بدیهی است که کار ویراستارها در این زمینه سخت تر است،  زیرا پیشرفت‌های فناورانه تدریجی هستند، اما اگر مقاله‌ای متقاعدکننده باشد، باید بتوانیم آن را تشخیص دهیم.

یی کوی: مشکلی که جامعه‌ی علمی و ویراستارها با آن رو به رو هستند آن است که ما دوست داریم مقالاتی درباره‌ی موضوعات جنجالی چاپ کنیم، درحالیکه حوزه‌های مهمی وجود دارند که به اندازه‌ی کافی در مقالات به آنها پرداخته نمی شود. برای مثال، فناوری‌هایی برای مقابله با مشکلات محیط‌زیستی (هوا، آب و خاک) که توجه کمی به آن‌ها شده است. من توصیه می‌کنم که به تحقیقات برگرفته از مشکلات اجتماعی توجه بیشتری شود.

مصاحبه‌گر: ما مجله را به‌منظور پوشش مشکلات محیط‌زیستی که به علم و فناوری نانو مربوطند گسترش می‌دهیم، مثلا فناوری‌هایی برای تصفیه آب و نمک‌زدایی، سرنوشت محیط‌زیستی نانوذرات که در کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرند، ارزیابی چرخه‌ی عمر نانومواد استفاده شده در باتری‌ها و سلول‌های سوختی. ما انتظار داریم در آینده مقالات بیشتری با این محتوا دریافت کنیم.

هاگان بیلی: من می‌خواهم این موضوع را کاملا برگردانم. آیا می توانیم محتواهای بیشتری از سوی صنایع داشته باشیم؟ گنجینه‌ای از مقالات چاپ نشده وجود دارد. چگونه بخش فناوری نانوی مجله‌ی نیچر نانو می‌تواند آزمایشگاه‌های صنعتی را تشویق کند تا دستاوردها و برنامه‌هایشان را با ما به اشتراک گذارند.

مصاحبه‌گر : ما مرتبا از واحدهای تحقیق و توسعه شرکت‌ها بازدید می‌کنیم تا افرادی را به این کار ترغیب کنیم اما کمتر پیش می‌آید دست پر بازگردیم. شاید این بخاطر بی‌میلی تاریخی پژوهشگران صنعتی به چاپ مقاله در مجلات علمی باشد. همچنین تصمیم داریم با استفاده از ظرفیت سرمقاله و مقالات سفارشی، به پژوهش‌های صنعتی بپردازیم.

 

منبع:

Nature Nanotechnology, VOL 13, JULY 2018, 528–530.