الأطر المفاهيمية للتقنيات فائقة الدقة

[ابوالوليد المسلم]

الأطر المفاهيمية للتقنيات فائقة الدقة
حسن مظفر الرزّو



1- مقدمة:

تعتمد خصائص المواد على أسلوب ترتيب ذراتها في بنائها الجزيئي، فإعادة ترتيب ذرات الكربون المقيمة في مادة الفحم الحجري تثمر عن الحصول على مادة الماس Diamond، وإعادة ترتيب الذرات الموجودة في التربة، والماء، والهواء تنتج لنا العشب الأخضر، الذي يبهج النفوس بخضرته اليانعة.
ومنذ أن باشر الإنسان رحلة التكيُّف مع العالم الذي يحيط به، محولاً مكونات الطبيعة الجامدة إلى أدوات تفيده في دفع عجلة حياته اليومية، وتذلل من صعابها، فنَحَت بأدواته البدائية الحجر، وصخر الصوَّان لإنتاج أدوات نافعة، باشر بالخطوة الأولى على طريق إعادة قولبة المواد الطبيعية بأساليب الصب Casting، والطحن Milling، والسحق Grinding، والتشظية الرقاقية Chipping.
واستمرَّت رحلة الإنسان الشاقة في تغيير خصائص المواد وإعادة قولبتها؛ لكي تتكيف مع ما يدور في مخيلته من أفكار وإبداعات؛ لكي يحيلها إلى موادَّ صلبةٍ على أرض الواقع، فيشق بأسنَّتها الأرضَ الصلبة؛ ليرسي وجوده على رقعة البسيطة.
بعد أن استنفد الإنسان المعاصر الإمكانيات التي يتيحها العالم التقليدي، بات يتوجه بنظره صوب العالم المتناهي في الكبر، فأطلق مركباته الفضائية؛ لكي تمخر في عباب الفضاء الخارجي؛ لاكتناه مجاهله، واستغلال المزيد من الموارد المتاحة فيه؛ لتحريك عجلة تطور التقنيات التي لا تتوقف أبدًا، ثم بدأ في عمليات تنقيب متأنية بالعالم المتناهي الدقة؛ ليتلمس الجوانب الخفية من عالمٍ يسوده منطقُ الجزيئات، والإلكترونات، والبروتونات؛ لعله يجد فيه حلاًّ إضافيًّا للعقبات التي تعترضه في العالم التقليدي، الذي بات مثقلاً ببصمات التطبيقات العلمية، التي قاربت حدودًا يصعب تجاوزُها بالتقنيات التقليدية، مع ظهور الحاجة إلى صناعات توفر منتجات تمتاز بكفاءةِ أداءٍ عالية جدًّا، ولا تطرح إلى البيئة التي أنهكتها آثارُ التلوث المزيدَ من الملوثات، التي توشك أن تحيل العالم الذي نقيم فيه إلى أرض يباب؛ بتأثير الانحباس الحراري، والتصحر المستمر، وانحسار الغطاء النباتي.
ظهرت التقنيات فائقة الدقة؛ لتجاوز العقبة التقنية التي ورثناها عن الأساليب التقليدية، فاتجهت صوب التخطيط لإنتاج مواد أو معدات مستحدثة، عن طريق إعادة ترتيب جزيئاتها على المستوى الذري (ذرة/ ذرة)، أو المستوى الجزيئي لإنتاج هيكلية بنائية جديدة من المواد والأدوات التي تمتلك قوة ومتانة، تزيد بعشرات الأضعاف عن تلك التي تمتلكها مواد مشابهة تم تصنيعها بالطرق التقليدية، مع منحها خصائص جديدة، كالدقة الفائقة، والمرونة، التي تتيح لها إمكانية التعامل مع مستويات الخلية، أو الذرات؛ لتحقيق أهداف محددة في ميادين علوم المستقبل، كهندسة الجينوم، أو هندسة رقاقات الحاسوب، أو حواسيب التقنية الحيوية.
2- التقنيات التقليدية والمستقبلية:
ترتكز التقنيات المعاصرة على المبادئ التقليدية ذاتها التي تبنَّاها الإنسان منذ ما ينيف على ثلاثة آلاف عام في تعامله مع المواد التي تحيط به؛ لكي يسخرها في إدارة عجلة حياته على كرتنا الأرضية.
كانت تقنية نحت وتقطيع حجارة الصوان هي أكثرَ الآليات تطورًا لدى الإنسان في فجر التاريخ، حيث عمد أجدادنا الأوائل إلى نحت الحجارة الصمَّاء، والتي تحوي على مليارات المليارات من الذرات؛ لاستخلاص لبابها الذي التصقت به صورة منتجاتهم من تماثيل، وجفان، وأدوات، بعد أن نجحوا بجهدهم العضلي، ومهارتهم العجيبة في إزالة بضعة ملايين المليارات من الذرات المقيمة في أجسام هذه الحجارة.
ثم لم يلبث الإنسان أنِ اهتدى إلى تقنية السحق والطحن، ثم قولبة المسحوق ومعاملته بالحرارة، ومواد إضافية؛ لإنتاج أدوات من مادة البرونز، وسبائك أخرى، ثم عاود صقل القوالب الجديدة، وإزالة الشوائب التي تغلفها؛ لتظهر بأزهى صورها.
إن النظرة الفاحصة إلى التطور التاريخي لتقنياتنا المعاصرة تؤكد نجاح الإنسان في تطوير الآليات الخاصة بعمليات النحت والتقطيع، والسحق والقولبة، بعد أن عمد إلى توظيف مكائن وآلات سريعة، تعمل بحواسيب ذكية، لتقطيع صفائح السليكون إلى شرائح صغيرة، وإنشاء دوائر إلكترونية دقيقة على سطوحها؛ لكي نحصل على رقاقات الحاسوب التي لا تتجاوز مساحتها على انج مربع واحد.
لقد ارتقت تقنياتنا بحيث نجحت بالتوغل في أعماق طبقات السليكون، لإنتاج دوائر إلكترونية لا يتجاوز سمك مادة نسيجها بضعة مايكرونات، وتحوي على بضعة ملايين من الترانزستورات، فأضحت بمنظور عصرنا منتجات بالغة الدقة، إلا أن اللافت للنظر هو أن هذه الرقاقات لا زالت تحوي على بضعة ملايين من الذرات.
يبدو واضحًا بأن تقنياتنا منذ فجر التاريخ، وإلى بدايات القرن الجديد - قد بقيت حبيسة لنفس المبدأ في التعامل مع المادة الخام بأحجام كبيرة تفوق حجم المنتج النهائي، ويتركز دور هذه التقنيات في إخراج المنتج من زحمة الكتل المتراصة للمادة الخام، التي تبدو وكأنها تتعمد إخفاء صورة المنتج عن أنظارنا وراء طبقاتها المتراصة.
أما التقنيات التي بات ينادَى بها في بداية القرن الحالي، فإنها تدعو إلى مفاهيمَ جديدةٍ، تستخدم أسلوبًا معاكسًا، يبدأ مع الذرات بوصفها المادة البنائية الأساس، فتركب الذرات مع بعضها البعض، ونستمر في شد خيوط نسيجها الجزيئي؛ لكي نكمل تصنيع المواد التي سنستخدمها في حياتنا اليومية بالمستقبل القريب.
ولما كانت الأبعاد التي تسود عالم الذرات والجزيئات تقاس بوحدة النانومتر، التي تساوي جزءًا من 1012 جزءًا من المتر الواحد - أطلق على التقنية الجديدة تقنيات فائقة الدقةNanotechnology، أو تقنيات جزيئيةMolecular Technology.
3- جولة في النسيج الموغل بالدقة للمواد:
لكي تتوفر لنا صورة واضحة المعالم عن العالم الذري، والفضاء المتاح فيه؛ سنحاول التوغل برفق في هذا العالم المتناهي بالصغر؛ لكي تتعمق مفاهيمنا بسلوك الذرات، والجزيئات في عالمها الذي لم نألف متغيراته وخصائصه الفريدة.
في البداية يمكننا تخيُّل الذرات كخرزات Beads، أما الجزيئات فتكون عبارة عن مجموعة متكتلة من الخرزات، فإذا كان حجم الذرة بحجم الخرزة، فإن حجم الجزيئة المعقدة سيكون بحجم قبضة يدنا، إن الصورة المتخيلة ستوفر لنا مناخًا مناسبًا للتعامل مع مفردات العالم الجديد، الذي لا يزيد حجم ذراته على 1/ 10000 من حجم البكتريا التي لا تدركه العين المجردة، بالمقابل فإن حجم البكتريا لا يزيد على 1/10000 من حجم البعوضة.
تسلك المواد المحيطة بنا السلوكَ الذي تتصف به جزيئاتها، فلا يحتفظ الهواء بحجم أو مظهر ثابت؛ لأن جزيئاته تتحرك بحرية مرتطمة مع بعضها في الفراغ، أما الماء فتلتصق جزيئاته مع بعضها، فيشد بعضها بعضًا عند انتقاله من موضع إلى آخر؛ لذا يشغل الماء حجمًا ثابتًا، بينما يتخذ شكل الإناء الذي يحتويه، من جانب آخر فإن النحاس بشكله وقوامه نتيجة لارتباط جزيئاته بقوى متينة، لكنه في الوقت نفسه يطاوع النحاس عمليتي الطرْق والانحناء؛ بسبب قدرة الذرات على الانزلاق، مع بقاء ارتباطها فيما بينها.
أما الزجاج، فيتفتت بالطرْق؛ لأن ذراته تنفصل عن بعضها، وتأبى الانزلاق الذي تمارسه ذرات النحاس، فتنفصل جزيئاته عن بعضها الآخر.
جدول رقم (1) - أرقام وحقائق بمعيار فائق الدقَّة.

الوصف
القياس: نانومتر
1
سمك شعرة إنسان
100000
2
قطر كرة دم حمراء
10000
3
قطر فيروس حي
100
4
طول سلسلة تتألف من ثلاث ذرات من مادة السليكون
1

أظهرت الدراسات أن المسافة المقيمة بين ذرة وأخرى تتراوح بين 0.08 – 0.1 نانومتر، ويتوقع بأن العمل في وسط تتراوح مسافته بين 0.1 – 0.2 نانومتر سيوفر معلومات مفيدة ومثمرة، يمكن الاستفادة منها في تمييز طبيعة وخصائص الذرات الموجودة في البنية الجزيئية لمركبٍ ما.
4- التقنيات فائقة الدقة: البدايات والأسس النظرية:
تسود عالمَ الذرات والجزيئات - والذي يمتاز بكونه متناهيًا في الصغر - مقاييسُ لا تصلح للمقارنة مع المقاييس السائدة في عالمنا الفيزيائي المتناهي في الكبر، وتحكم هذا العالمَ (الذي لا تستشعره مجسات حواسنا الخمس بذاتها) ثوابتُ، وآلياتٌ، وخصائص فريدة، وجديدة.
كما أن التقنيات التي تصلح للتعامل مع مكوناته تقتصر على تلك التي تمتلك القدرة على الولوج في مسالكه الضيقة، والتي لا تدركها العين البشرية إلا بصعوبة بالغة.
وقد أُطلق على هذه الآليات التقنية المستحدثةِ تقنياتٌ فائقة الدقة؛ لامتلاكها ميزة القدرة على التعامل مع المستوى الجزيئي في المواد المختلفة، كما أنها تختص بمعالجة الأشياء بصورة معكوسة للمعالجات التقليدية؛ وذلك لأنها تشرع في تصنيعها من تخوم المستويات الجزيئية، بدلاً من التعامل مع حجم كبير من المواد الخام.
إن أهم العقبات المفاهيمية التي تعترض العاملين على تأسيس تقنيات جديدة لهذا المضمار الفريد - تكمن في عدم توفر صورة واضحة المعالم، وخبرة عميقة في طبيعة الآليات السائدة على المستوى الذري والجزيئي، ولا يمتلك العلماء والمهندسون سوى حساباتهم النظرية التي تصف خصائص التغير بمعادلات رياضية صماء، أما البُعد الواقعي الملموس للتعامل مع هذه التقنية الجديدة، وطبيعة السلوك الذي تسلكه الجزيئات في عالمها المتناهي بالصغر - فلا زال بعيدًا عن المنال في كثير من جوانبه.
4/ 1- موارد التقنيات فائقة الدقة:
شاع استخدام المعادن بالعصور المختلفة، في ضوء طبيعة التقنيات السائدة بكل عصر من العصور، فبدأت تباشير التقنية الأولى في العصر الحجري، ثم لم يلبث أن جاء العصر البرونزي بأدواته المعدنية البراقة، وساد عصرُ الحديد والفولاذ ردحًا طويلاً من الزمن، تطورت خلاله التقنيات التي وظفها الإنسان لخدمة أنشطة حياته الأرضية بمختلف مراتبها.
وتراجع عنصر الحديد، ليعطي مكانًا متميزًا لعنصر السليكون، بعد سيادة تقنية المعلومات وشبكة الإنترنت، التي ترتكز آلتها إلى رقاقات الحاسوب، والبطاقات الإلكترونية، التي تستمد مادتها من عنصر السليكون، ويبدو بأن التقنيات فائقة الدقة لن تُبقي عنصرَ السليكون في مكانته التي تبوَّأها في أيامنا الحالية؛ لأن آلتها تفتقر إلى معدن يتميز بخصائص فريدة، يعجز السليكون بخصائصه الفيزيائية والكيميائية عن توفيرها.
إن العصر الجديد هو عصر عنصر الكربون، الذي يتألف من أربعة ذرات كربون ترتبط مع بعضها بآصرة تساهمية متينة، وإن الهيكل البلوري لمادة الماس هو الذي سيمثل الموارد الأساس لآلات ومعدات التقنية فائقة الدقة، والتي يتوقع لها مكانة متميزة خلال النصف الأول من قرننا الحالي، إذًا العالم مقبِل على عصر تقني جديد، هو عصر الماس Diamond Age.
يعتبر عنصر الماس أكثر العناصر المعروفة صلادة؛ حيث تصل قيمة معامل موهس Mohs للصلادة إلى 10 درجات على مقياسه الذي تراوح قيمته بين 1 و 10، تتجلى صلادة هذا العنصر بمقاومته الفائقة لعمليات الخدش، ومقاومته لعمليات التآكل الميكانيكي المختلفة.
يتبع

[ابوالوليد المسلم]

الأطر المفاهيمية للتقنيات فائقة الدقة
حسن مظفر الرزّو
4/ 2- آلات التقنيات فائقة الدقة وأدواتها:
تأسيسًا على المفاهيم والخصائص العلمية للتقنيات السائدة في عصرنا الراهن، فإن الهندسة الجزيئية Molecular Engineering ستكون المورد الأساسي الذي ستستمد التقنيات فائقة الدقة بعضًا من مفاهيمها، وستعتمدها مرتكزًا ومدخلاً لتقنياتها المستحدثة.
يستخدم العاملون في ميداني الكيمياء والكيمياء الحيوية بنى جزيئيةً مستحدثة كأدوات تساعد على بناء أو دراسة الجزيئات المختلفة، وقد أسهمت علوم الحاسوب، وبرمجياته التطبيقية ثلاثية الأبعاد في توفير بيئة افتراضية لتعميق فهمنا بماهية البنى الجزيئية والآليات السائدة في بيئتها؛ بيد أن مساهمة جميع هذه الحقول لإرساء مستقبل التقنيات فائقة الدقة سيكون محدودًا إزاء الدور الكبير الذي ستنهض بأعبائه العلوم الجزيئية الحيوية Bimolecular Sciences التي تستمد مفاهيمها وتقنياتها من الآليات السائدة في ميدان الـ DNA.
لقد انكبَّ العاملون في هذه العلوم على تطوير أدوات تعمل كآلات جزيئية، تسهم بعضها بدور يشابه ويحاكي سلوك الآلات التجميعية البسيطة Crude Assembler.
جدول رقم (2) - الأدوات التقليدية والجزيئية المستخدمة في مختلف التقنيات.

التقنية
طبيعة الاستخدام
الأدوات الجزيئية
دعامات وعوارض وقضبان.
نقل القوى، وتثبيت المواقع.
جدران الخلايا، أنابيب فائقة الدقة.
القابلوات Cables.
نقل قوى التوتر والإجهاد.
مادة الكولاجين، الحرير.
المثبتات واللواصق.
ربط الأجزاء المختلفة.
القوى الجزيئية الداخلية.
مشغلات وملفات لولبية.
تحريك الأشياء.
أكتينات العضلات، ومادة المايوسين.
المحركات Motors.
إدارة قصبات الحركة في المعدات.
محركات الكائنات ذات السياط.
قصبات نقل الحركة.
نقل قوى عزم التدوير.
البكتريا ذات السياط.
سطوح الارتكاز.
إسناد الأجزاء المتحركة.
الأواصر المنفردة.
أدوات التثبيت.
الإمساك بأجزاء المواد المصنعة.
مواقع الارتباط الأنزيمي.
أدوات وعدد.
تحوير وتغيير أجزاء المواد.
الأنزيمات، والجزيئات الفعالة.
خطوط إنتاجية.
معدات التحكم والسيطرة.
نظم الأنزيمات، والرايبوزومات.
نظم التحكم العددية.
قراءة البرمجيات وحفظها.
النظام الجيني.

خلال رحلة الإنسان العلمية عبر التاريخ البشري، شكلت محدودية الآلات الأدوات المتاحة له عقبةً كبيرة أمام رغبته المحمومة بتحقيق أفكاره وأحلامه العلمية على أرض الواقع، وأضحت سببًا رئيسًا دون تحقيقه لإنجازات كبيرة.
بصورة عامة، تنقسم الأدوات المستخدمة لتصنيع البنى والهياكل الدقيقة إلى قسمين، هما:
1- أدوات العمليات الجزيئية.
2- أدوات العمليات الضخمة Bulk.
لقد وظف العاملون في حقول الكيمياء والكيمياء الحيوية الجزيئية أدوات عمليات جزيئية (باتت تتلمس طريق تطورها، وتحسُّن كفاءة أدائها الميداني، فأصبحت شائعة الاستخدام بمخابرهم)؛ لأغراض تصنيع وإنشاء بنى جزيئية دقيقة.
من جهة أخرى، بدأ العاملون في ميدان الفيزياء بتوظيف التقنيات السائدة لديهم في إنتاج أدوات مستحدثة؛ لغرض استخدامها في ميدان العمليات الجزيئية، وقد نجح العاملون في حقول الفيزياء الدقيقة بتصنيع أدوات جديدة، تبشر بفتح آفاق واعدة للهندسة الجزيئية، أطلق على هذه الأدوات المجسَّات القريبة Proximal Probes، والتي بدأت آلاتها وأدواتها بالظهور على ساحة التطبيقات المعاصرة، وهي:
1- ميكروسكوب آلية فحص النفق الدقيق Scanning Tunneling Microscope (STM).
2- ميكروسكوب القوى النووية Atomic Force Microscope (AFM).
ثم جاء دور العاملين في ميدان التقنيات الدقيقة، حيث عمدوا إلى توظيف تقنية رقاقات الدوائر الإلكترونية لإنتاج آلات دقيقة.
تمتاز البروتينات بقابليتها الفريدة على التركيب الذاتي لآلات جزيئية، تمتلك القدرة على قطع ووصل الجزيئات، أو ربطها مع جزيئات ذات تراكيب محددة؛ لإنتاج تراكيب جزيئية عملاقة، مثل الرايبوزومات، التي خطط لاستخدامها كآلات طبيعية فائقة الدقة، تمتلك القدرة على إنتاج بروتينات مستحدثة أو تقليدية بكلف زهيدة جدًّا.
إن تضافر التقنيات السابقة - على تكامل خصائصها - أنتجت وستنتج لنا أجيالاً جديدة من الأدوات، التي سوف تستخدم في ميدان التقنيات فائقة الدقة خلال العقدين القادمين.
4/ 3- الآلات البروتينية Protein Machine:
إن المتتبع لدلالة كلمة آلة Machine المنتشرة في المعاجم اللغوية والتقنية يجد بأنها تتفق على رسم حدودها الاصطلاحية التي تنص على أنها: عبارة عن نظام يتألف من أجزاء صلبة، تم تشكيلها وربطها؛ لغرض تغيير، أو نقل، أو تسليط قوى على أجسام، أو نظم أخرى لتحقيق غايات محددة.
وقد برزت البروتينات في ميدان الكيمياء الحيوية، فاحتلَّت مكانة متميزة بعد أن أُميطَ اللثام عن الأسرار الفريدة التي تتصف بها جزيئتا DNA + RNA، والكم الهائل من البيانات التي تحملها الشفرة الوراثية التي تقبع في جزيئة DNA.
تتألف الآلة البروتينية من أنزيمات مقيَّدة Restriction Enzymes، تمتلك القدرة على قراءة تعاقبات القواعد النيوكليتيدية في جزيئة DNA، وتعمد إلى قطع الجزء الذي تتطابق مفردات شيفرته الجينية مع التعاقب المقروء، تمارس هذه الآلات عملية قراءة النمط الجيني بواسطة التلامس، أو الالتصاق بالتعاقب الذي تمت قراءته، ثم تعمد إلى قطع السلسلة، وإعادة ترتيب ذراتها وفق التعاقب المطلوب.
وتوجد آلات بروتينية من نوع آخر تمارس عمليات وصل الأطراف Splicing، وإلصاق تعاقبات محددة من شريط جزيئة DNA، ثم تعمد إلى قطعها من الشريط الأم، وتعاود ترتيب القواعد النيوكليتيدية بتعاقب جديد لإنتاج المركب البروتيني المطلوب.
إن استثمار الأنزيمات المقيّدة في عملية التقطيع، والوصل، ومعاودة ترتيب التعاقبات الخاصة بالشيفرات الجينية - سيجعل الباب مفتوحًا على مصراعيه أمام العاملين في مضمار تطبيقات الهندسة الجينية لكتابة وتحرير أي تعاقب جيني تظهر الحاجة إليه.
تمتاز الهورمونات والأنزيمات البروتينية بقدرتها على الالتصاق الانتقائي بجزيئات أخرى، فيعمد الأنزيم إلى تغيير الهيكلية البنائية للجزيئة الهدف، ثم يغادر الهدف منفصلاً عنه؛ لكي يترك للهورمونات بيئةً مناسبة في التأثير على سلوكه (الهدف) وخصائصه ما دام مرتبطًا معه، أما عندما تكتمل عملية التغيير فتنتفي الحاجة إلى الهورمونات، فتغادر الهدف، وتبدأ رحلة جديدة في عملها الدؤوب.
وفي المستقبل القريب سيتم توظيف الآلات البروتينية لبناء آلات فائقة الدقة، فيمكن تصنيع أنزيمات جيدة، تمتلك القدرة على تكوين نمط جديد من الهيكلية الذرية أو الجزيئية، فيستطيع أنزيم مستحدث أن يسلك سلوك الآلة، عن طريق إضافة ورص ذرات الكربون في موقع محدد بجزء من أجزاء إحدى الآلات فائقة الدقة؛ لتكوين مجموعات من الطبقات المتعاقبة من نسيج ذرات الكربون المتراصة، والتي اختيرت آلية ترابط نسيج ذراتها في تصميم هندسي محكم، لتصنيع نسيج من ألياف الماس المرنة، والتي تملك قوة شد، وخواص ميكانيكية متينة، تفوق بأكثر من خمسين ضعف على القوة التي يبديها نفس الوزن من مادة الألمنيوم.
وكذلك ستتوفر فرص أكيدة لمزيد من التقدم التقاني أمام الآلات البروتينية، التي ستمتلك القدرة على تصنيع هياكل أكثر تعقيدًا من الألياف التقليدية، عندما تباشر هذه الآلات أداء مهامها، بأسلوب يشابه ما تقوم به جزيئة RNA في تحديد برنامج عملها، وتعمد إلى فصل الجزيئات، وانتقاء التركيبة الذرية المطلوبة لتصنيع جزيئات أشد تعقيدًا، وبآليات لا تتوفر بالطرق التقليدية.
وتستمر الآلة البروتينية في الإمساك بالجزء الرئيس من الجزيئة التي ستكون هدفًا لنشاطها، ثم تعمد إلى جذب وانتقاء ذرات أو جزيئات، ولصقها في الموقع المناسب، فتحاكي آلية عمل الأنزيمات في ميدان الكيمياء الحيوية، وتقيم أواصرَ وارتباطاتٍ فيما بينها، وتستمر في عملية الربط، وزيادة تعقيد الهيكل الجزيئي خطوة فخطوة، على طريق إنتاج المادة الجديدة، وفق الآليات المستحدثة التي بشَّرت بها التقنيات فائقة الدقة.
أطلق على الجيل الثاني من الآلات فائقة الدقة اصطلاح آلة التجميع الكوني Universal Assembler، وهي آلات متعددة المهام، لن تقتصر قدراتها على إنتاج البروتينات؛ بل ستساهم في إنشاء أنسجة معقدة من البنى الجزيئية، عن طريق ربط الذرات، وتجميع الجزيئات في مستويات موغلة بالدقة (نانومترية) من البناء الجزيئي للمواد، لم يستطع الإنسان الوصول إليها بطرقه التقليدية، الأمر الذي سيفتح الأبوابَ على مصاريعها أمام منتجات جديدة في ميادين الطب، والدواء، والفضاء، والحواسيب، والمنتجات الصناعية.
ستتحكم الحواسيب الجزيئية Molecular Computers بعملية التجميع الجزيئية، موفرة لها سيلاً من المعلومات المطلوبة لتوجيه آلية تجميع الأعداد الكبيرة من الذرات المستخدمة في إنشاء البنى الجزيئية - فائقة الدقة.
من جهة ثانية تعمل هذه الحواسيب بصورة معاكسة على توثيق بيانات مهمة عن عمليات التفكيك المعاكسة لعملية التجميع في جل آلياتها، فعملية التجميع تُعين المهندسين والباحثين على تصميم وإنشاء البنى الهيكلية المعقدة المطلوبة لتصنيع آلات فائقة الدقة، أما عملية التفكيك فستوفر لهم إمكانيةَ تحليل هذه البنى بصورة معاكسة؛ للوقوف على خصائصها الميكانيكية، ومعماريتها الهندسية، وآلية فعالياتها؛ مما يمهد الطريق إلى تعميق الفهم بخصائصها الميكانيكية، وتذليل العقبات أمام عمليات تصنيع آلات تحاكي عملياتها.
ترتكز آلية التجميع إلى قدرة الأنزيمات والتفاعلات الكيميائية على توليد أواصر تربط بين الذرات والجزيئات، وإلى آلات تضطلع بمهمة التنفيذ بضوء الإيعازات البرمجية للحواسيب الجزيئية، التي توجه نشاط التجميع، وتراقب الأداء عن كثب.
بالمقابل توظف آلية التفكيك كلاًّ من الأنزيمات، والحوامض، والمؤكسدات، والأيونات، ومجاميع فعالة من الذرات للمساهمة في توهين القوة الرابطة للأواصر؛ لغرض تفكيك مكونات البنى الجزيئية إلى موادها الذرية أو الجزيئية الأولية، وبمساهمة مباشرة من قِبل آلات ميكانيكية فائقة الدقة تعمد إلى إكمال الشوط الذي قطعته المركبات الكيميائية، فتزيل الذرات طبقة فطبقة من جسم المادة، بينما تساهم الحواسيب الجزيئية في عملية توثيق البيانات الميدانية والخاصة بمواقع كل ذرة أو جزيئة، وطبيعة وخصائص الأواصر التي كانت موجودة بينها، وأعدادها؛ لكي توفر معلومات كافية يستثمرها المتخصصون في دراسة مكونات البنى الجزيئية، وإعادة تصميمها بما يخدم تطبيقات ميدانية مغايرة.
5- عجالة نقدية:
يبدو بأن الآمال الكبيرة التي تَعِدنا بها التقنياتُ فائقة الدقة، والطبيعة الفريدة التي تمتاز بها آلاتها، ونهج آلتها المنطقية غير المألوفة لدى الإنسان المعاصر - قد تسترق ملكة النقد والتمحيص المقيمة في عقولنا، فتولد لدى بعضنا قناعة بأنها التي سوف تعبِّد الطريقَ أمام المدينة الفاضلة التي حلم الإنسان بها؛ فليس ثمة مواد ضارة، وستستثمر المواد الطبيعية في ضوء حاجات الإنسان الحقيقية، وليست ثمة مواد فائضة، كما أن المعدات المصنعة ستكون أكثر متانة ومقاومة للمؤثرات البيئية، مع توفر فرص كافية للتعمق بالتنقيب في مجاهل البنى الجزيئية للمواد والكائنات الحية؛ لتأصيل فهمنا بماهيتها، والوصول إلى بيئة مناسبة للتعامل مع مكوناتها بدقة.
بَيْدَ أن الواقع الملموس يُظهِر لنا أن هذا التفاؤل والآمال الكبيرة المعقودة على التقنية الجديدة، لا تتناسب مع طبيعة الإفرازات التي تحملها التقنيات معها – باستمرار - إلى البيئة التي تستوطنها، فما يبدو أقرب إلى ما نتلمسه هو أن التقنيات المصاحبة قد حملت - وستحمل - للأرض، والكائناتِ الحية التي تعيش عليها المزيدَ من المشاكل والعقبات، التي تتطلب باستمرار المزيد من الحلول؛ لتجاوز أو التقليل من تأثيراتها المتفاقمة، فما تحملُه تقنيةٌ جديدة من حلول لتجاوز المحددات التي فرضتها التقنية التي سبقتها، تحمل في طياتها مشاكلَ ومحدداتٍ جديدةً بحاجة إلى حلول مستحدثة، وتبقى الحلقة المفرغة كما هي، مع حصول تغير ظاهري؛ نتيجة لتغير المنظور الجديد ليس إلا.
جدول رقم (3) - الفوائد والمخاطر المصاحبة للتقنية الجديدة.

الفوائد المتوقعة
المخاطر الكامنة
• إنتاج مواد بنقاوة عالية جدًّا تصلح للاستخدامات المتخصصة مثل الرقاقات الإلكترونية، والصناعات الطبية والدوائية.
• خلو المواد المنتجة من العيوب التصنيعية أو الهيكلية، مثل عدم انتظام التركيب البلوري، فتكون المواد المستحدثة أكثر صلادة وتحملاً للظروف القاسية.
• إزالة المواد الملوثة والسمّية من النواتج العرضية الصناعية والزراعية والمدنية، مما يعني بيئة خالية تماماً من آثار التلوث.
• ستمتلك الآلات فائقة الدقة القدرة على استخلاص واقتناص الكميات النزرة من المعادن الثمينة وغيرها لإعادة استخدامها.
• القدرة على التنقيب في الأعماق الجزيئية للمواد الحية وغير الحية لأغراض الفحص والتحليل، دون أن تحدث تأثيرًا تخريبيًّا في نسيجها الذري.
• حصول تقدم هائل في تقنيات المعلومات؛ نتيجة لإنتاج دوائر منطقية حية، وأخرى غير حية، ووسائط خزن بيانات هائلة، وأبعاد لا تدركها العين البشرية.
• ارتفاع كفاءة أداء الآلات المستحدثة بعد تجاوز عقبة ارتفاع درجة الحرارة والضغط، التي تعاني منها المعدات التقليدية.
• إمكانية توظيفها في استخلاص مواد خطرة أو ذات آثار تدميرية من النواتج العرضية التقليدية وبكلف زهيدة.
• إحداث تغييرات كبيرة في التقنيات السائدة، يصاحبها تأثيرات ملموسة على البيئة والعنصر البشري الذي يقطنها، دون أن نستطيع تحديد مدى تأثيراتها السلبية بالمنظور الراهن.
• ظهور مؤسسات علمية وصناعية تحتكر إنتاج الآلات فائقة الدقة، والتي تقوم بتوظيفها في إحكام قبضتها على السوق العالمية والثوابت الدولية.
• زيادة وتراكم الموارد (بأشكالها المختلفة) بعد أن تقل نسب الفاقد بعمليات الإنتاج، مما يشكل مشكلة جديدة تتعلق بكيفية إدارتها.
• زيادة احتمالية ضياع قواعد البيانات الجينية وغيرها من الموارد المعلوماتية، والتي ستنعكس بدورها على التراث المعرفي البشري.

بيد أن هذا النقد لا يصبو إلى تثبيط الجهود العلمية الدؤوبة، والتي تسعى دائمًا بالبحث والتنقيب عن وسائل جديدة، تتناسب مع طبيعة المناخ العلمي والتقني الذي يسود خطابه العلمي والتطبيقي في عالمنا.


ويظهر واضحًا في جدول رقم (3) أن ثمة فوائدَ جمةً تنتظرنا عند تخوم التقنيات فائقة الدقة، برغم دعوة المعسكر المضاد، الذي ما زال ينقب في التربة التي غرست فيها البذرة الأولى لهذا العلم الجديد؛ لعله يعثر على أدلة جديدة ومبررات للوقوف في طريق بزوغ براعمها، التي يبدو قرب أوان نضوجها.