فرصتهاي شغلي در نانو تکنولوژي

همگرايي علوم و فناوري در ابعاد نانو فرصت‌هايي براي تعليم و تربيت
معکوس‌کردن هرم يادگيري مي‌تواند موجب تسريع توسعه نانوتکنولوژي در آمريکا شود.
علم و مهندسي نانو، توانايي کنترل مواد در بنيادي‌ترين سطوح، كه شامل ساختارهاي اتمي و مولکولي بنيادي تمام سيستم‌هاي زنده و ساخته‌هاي دست بشر هستند را فراهم كرده و درك بي‌نظيري از آن به‌دست ‌دهد.

اصول و پديده‌هاي مشابه در سرتاسر ابعاد نانو، نظمي را به‌وجود مي‌آورد که منجر به پيوستگي دانش، آموزش و فناوري مي‌شود. اهداف کليدي نانوتکنولوژي، توسعه داروهاي مولکولي، افزايش بهره‌وري کار، تعميم محدوديت‌هاي قابل تحمل و توسعه و افزايش توانايي نيروي انساني است.
يکي از موانع بزرگ توسعه نانوتكنولوژي آموزش مي‌باشد. در طي۱۰ تا ۱۵ سال آينده، نتايج تحقيقات فناوري‌هاي جديد به‌دليل نداشتن كاركنان آگاه بدون استفاده خواهند ماند. اين مقاله در مورد نحوه آمادگي منابع انساني براي توسعه نانوتکنولوژي بحث خواهد کرد.

ايالات متحده راهبرد چندرشته‌اي براي توسعه پايه‌هاي علمي و مهندسي را به كمك برنامة پيشگامي ملي نانوتکنولوژي ( NNI ) آغاز کرده است. بودجه فدرال براي سال مالي ۲۰۰۳، ۷۷۰ ميليون دلار است و براي سال ۲۰۰۴ بودجه‌اي معادل ۸۴۹ ميليون دلار درخواست شده است. سرمايه گذاري ساليانه NNI در زمينة تحقيقات بين رشته‌اي، با ملزومات آموزشي و اجتماعي در سال ۲۰۰۲ در حدود ۳۰ ميليون دلار برآورد شده بود که در حدود ۲۳ ميليون دلار آن شامل جوايز بنياد ملي علوم ( NSF ) و بورسيه دانشجويان بوده است.

آنچنانكه سازمان‌هاي دولتي گزارش كرده‌اند‌، سرمايه‌گذاري جهاني روي تحقيق و توسعه نانوتکنولوژي در شش سال گذشته هفت برابر افزايش يافته است يعني تقريباً از ۴۳۰ ميليون دلار در سال ۱۹۹۷ به حدود ۳ ميليارد دلار در سال ۲۰۰۳ رسيده است. حداقل در ۳۵ کشور نيز فعاليت‌هاي ملي در اين زمينه آغاز شده است.

نانوبيوتکنولوژي زمينه‌ا‌ي است كه به بررسي و درك سيستم‌هاي زنده يا غيرزنده با استفاده از اصول و تكنيك‌هاي زيستي در مقياس نانو مي‌پردازد و منجر به توليد وسايل و سيستم‌هاي جديد مي‌شود. انتظار مي‌رود در دهة آينده نانوتكنولوژي، بيوتكنولوژي، فناوري اطلاعات و علوم شناختي با هم يكپارچه شوند. اين فرآيندها باعث درك مكانيسم حيات مولكولي بافت‌ها در مقياس نانو مي‌شوند.

سرمايه‌گذاري در تحقيقات و آموزش نانوسيستم‌هاي زيستي در NNI حدود ۱۵% بودجه مالي سال ۲۰۰۲ تخمين زده شده بود که حدود ۸% براي مفاهيم بنيادي، ۴% در زمينه پزشكي و نانوادوات زيستي و حدود ۳% براي كمك به زير ساخت‌ها بود.

در كل جهان منهاي ايالات متحده‌، سرمايه‌گذاري‌هاي دولتي در زمينه تحقيق و آموزش نانوبيوتکنولوژي در حدود ۶% برآورد شده است. در بخش خصوصي، شرکت‌هاي بزرگ عمدتاً بر روي فراهم‌کردن مواد شيميايي و الکترونيکي نانوتکنولوژي تمرکز كرده‌اند و سرمايه گذاري در صنايع دارويي و نانوسيستم‌هاي زيستي تقريبا ۱۰% برآورد شده است. با اين وجود شرکتهاي کوچکتر و سرمايه‌گذاران خطر‌پذير توجه بيشتري به اين مسئله دارند (حدود ۳۰-۴۰%). از آنجا که نانوبيوتکنولوژي مهم‌ترين بخش سرمايه‌گذاري در نانوتكنولوژي محسوب مي‌شود شرکت‌هاي کوچک و سرمايه‌گذاران خطر‌پذير پيشگامان آينده نانوتکنولوژي خواهند شد.

اگر چنين موردي وجود داشته باشد ضرورت تعليم و تربيت آشكارتر مي‌شود. ابتدا، دوره‌‌هايي براي فناوري‌هاي زيست‌پزشكي خاص، براي ساخت اسکلت يا پوست براي معالجه معلولان، کشف زودهنگام بيماري‌ها، توسعه دارورساني هدفمند براي درمان بي‌خطر سرطان مورد نياز خواهد بود. سپس شغل‌هايي براي ساخت نانومواد زيستي و فرآيندهاي زيستي نانو بوجود خواهد آمد. همچنين درك بهتر از “طراحي موجود در طبيعت” راه را براي توسعه سيستم‌هاي پيچيده مانند حسگرهاي تهديدات شيميايي و زيستي، تجزيه سريع خون و تفکيک مغناطيسي سلول‌هايي كه با نانوذرات برچسب‌ خورده‌اند، هموار مي‌کند. چيزي که لازم است، آگاهي عميق از حداقل يك زمينة نانوتکنولوژي، دركنار توانايي برقراري ارتباط و همکاري با ساير رشته‌هاي مرتبط با نانوتکنولوژي و افراد متخصص آن است. به نظر مي‌رسد که نيروهاي جوان‌تر آگاهي بيشتري نسبت به موضوعات نانوبيوتکنولوژيکي داشته باشند. اين درحالي است ‌که سازمان‌هاي بزرگ‌تر تحت تسلط افرادي است که فقط اطلاعات محدودي از نانوتکنولوژي دارند

نياز به دانشمندان و متخصصين نانوتکنولوژي
يک چالش مهم براي توسعه نانوتکنولوژي، آموزش و پرورش نسل جديدي از نيروهاي ماهر چندرشته‌اي براي رشد سريع اين فناوري است.
به همان طريقي که در پنجاه سال گذشته مفاهيم ميکروسکوپي راه خود را باز کرده است مفاهيم مقياس نانو (درسطوح اتمي، سلولي و فوق مولکولي) بايد در دهة آينده به سيستم آموزش وارد شوند.

آموزش و پرورش بايد در همه سطوح تعريف شود، از مهد کودک تا تحصيلات تکميلي، از دانشمندان تا شنوندگان غير حرفه‌اي که ممکن است براي استفاده از فناوري و سرمايه‌گذاري روي آن تصميم بگيرند. فرصت‌هاي بيشتري بايد براي دانش‌آموزان مدارس ايجاد ‌شود. برآورد شده است که تا سال ۲۰۱۵ حدود دو ميليون متخصص نانوتکنولوژي در سراسر جهان مورد نياز باشند.

باتوجه به نسبت كاربراني كه از ميكروسكوپ‌هاي AFM و STM استفاده مي‌كنند، مي‌توان پيش‌بيني كرد تا سال ۲۰۱۵ پراكندگي متخصصين نانوتكنولوژي به نحو زير خواهد بود: ۸/۰ تا ۹/۰ ميليون نفر در آمريکا، ۵/۰ تا ۶/۰ ميليون نفر در ژاپن، ۳/۰ تا ۴/۰ ميليون نفر در اروپا، ۱/۰ تا ۲/۰ ميليون نفر در نواحي آسيا- اقيانوسيه به غير از ژاپن و ۱/۰ ميليون نفر در نواحي ديگر.

با تعميم نتايج بدست‌آمده در فناوري اطلاعات- كه براي هر نيروي كار ۵/۲ شغل ديگر در زمينه‌هاي مربوط ايجاد شده است- پيش‌بيني مي‌شود نانوتكنولوژي به طور کلي قادر به ايجاد ۵ ميليون شغل اضافي مرتبط در بازار جهاني باشد. براي مثال NSF ، در حدود ۷۰۰۰ دانش آموز و معلم را در سال مالي ۲۰۰۳ آموزش داده است. به‌دليل اين که نمودار رشد غيرخطي است، چنين تخميني ممکن است در آينده تغيير کند.

يک راه براي اطمينان از جذب‌ دانش‌آموزان جديد به اين رشته، افزايش همکاري بين سيستم آموزشي و عموم مردم مي‌باشد. چندين دانشگاه در آمريکا افزايش تعداد دانشجويان واجد شرايط را براي حرکت به سوي علم فيزيک و مهندسي در طي دو سال گذشته گزارش داده‌اند.

توسعه فعاليت‌هاي دانشگاهي همچنين بايد باعث افزايش نوآوري‌هاي نانوتکنولوژي در حيطة صنعت و روابط بين‌المللي شود. برآورد‌ها نشان مي‌دهد که مواد پيشرفته ۳۰% کل کاربران، نيمه‌رساناها و الکترونيک در حدود ۲۵% و نانوبيوتکنولوژي (شامل داروها، زيست‌شناسي و پزشکي) در حدود ۲۰% را در برمي‌گيرد و ۲۵% باقيمانده بين ابزارها، اپتيک، الکتروشيمي، هوانوردي و انرژي تقسيم مي‌شود. موسسه‌هاي ثبت اختراع در سالهاي ۲۰۰۲-۲۰۰۳ رشد۳۰ درصدي در

کاربران نانوبيوتکنولوژي را نشان مي‌دهند. از ۶۴۰۰ اختراع نانوتكنولوژي كه در سال ۲۰۰۲ در دفتر ثبت اختراعات آمريکا به ثبت رسيده‌اند، تعداد زيادي (كمتر از ۲۰۰ اختراع) شامل زيست‌شناسي مولکولي و ميکروبيولوژي است و حدود ۸۰۰ اختراع به دارو، اثرگذاري زيستي و ترکيبات درمان‌کننده بدن مرتبط است. اين زمينه‌ها به طور کلي در حدود ۳۱% از کل اختراعات را در سال مربوطه شامل مي‌شود.
چارچوب جديد: معکوس‌کردن هرم
امروزه، دانشجويان و فارغ‌التحصيلان رشته‌هاي مختلف تحصيلي ابتدا با روش‌هاي تحقيق و آموزش آشنا مي‌شوند و پس از آن در سال‌هاي آخرِ برنامه‌هاي دكتري در بالاي «هرم يادگيري»، شروع به يادگيري ارتباطات بين رشته‌اي مي‌کنند. يک راه ممکن، فراهم‌کردن اطلاعات يکسان در مورد سيستم‌هاي مواد و زيستي در همان ابتدا براي دانشجويان سال اول و دوم مي‌باشد و سپس در مرحله پيشرفته براي رشته‌هاي تحصيلي مختلف که روي پديده‌ها و روش‌هاي متوسط مربوط به مقياس‌هاي طولي متمرکز مي‌شوند. در اين راه مي‌توان مفاهيم بنيادين را از يک رشته به رشته ديگر منتقل کرد و ديدگاه مشترکي براي کاربردهاي بالقوه در رشته‌هاي مختلف علوم به‌وجود آورد.
هدف يک آموزش واضح و جامع است. معلومات اگر از سطوح آغازين به دانشجويان معرفي شوند مي‌توانند مرتبط و ترکيب شوند. معکوس‌کردن آموزش مي‌تواند يک ديد کيفي و انگيزه را در دانشجويان علوم فيزيک، شيمي، بيولوژي و مهندسي در همه سطوح ايجاد كند.
چالش‌هاي توسعه نيروي انساني نانوتکنولوژي
زيرساخت فيزيکي آموزش نانوتکنولوژي هنوز در حال شکل‌گيري است. عمده‌ترين چالش، شکل‌گيري به‌موقع و ميان رشته‌اي از دانشمندان، پزشکان، مهندسان و تکنيسين‌هاي نانوتکنولوژي مي‌باشد.

چالش ديگر هماهنگي و ارتباط ميان مدارس ابتدايي، راهنمايي و دبيرستان، دانشجويان كارشناسي و تحصيلات تکميلي است. ما در حال بهره‌وري از گروه‌هاي خلاق، مشتاق و مستقل هستيم، مانند آنهايي که در دانشگاه نورث‌‌وسترن، دانشگاه كرنل و دانشگاه کاليفرنياي لوس‌آنجلس هستند.
چالش سوم، ايجاد نيروي كار قابل انعطافي است كه قابليت مرتبط‌ساختن رشته‌هاي مختلف را در مكان‌هاي مختلف داشته باشد. افزايش بعد بين‌المللي تحقيق و توسعه نانوتکنولوژي و نيز توليدات صنعتي، مستلزم آموزش بين‌المللي مناسب براي دانشجويان است. همکاري‌هاي بين‌المللي با اتحاديه اروپا، ژاپن، تايوان، کره و ديگر کشورهاي در حال توسعه يا توسعه يافته است.

درنهايت تبادل ‌و تعميم نتايج مثبت و ترکيب آنها با برنامه آموزش عمومي و سازماندهي‌ علوم مقياس نانو، احتياج به آموزش دانشگاهي دارد. علوم مهندسي به‌دليل اتحاد و نزديکي رشته‌هاي مختلف علمي، نقش کليدي را در اين فرآيند بازي مي‌کند. هيأت مديره و مديران مدارس بايد از ابتدا در طراحي چنين فعاليتي مداخله داشته باشند. تغيير سيستماتيک تنها با استفاده از بودجه‌اي تأييدشده، طرح‌هاي طولاني‌مدت و ارتباطات مناسب با مردم و شاخه‌هاي قانونگذار دولت به‌وجود مي‌آيد.
در چند سال اخير، رشته‌هاي مختلف علمي روي علوم مقياس نانو ‌و آموزش مهندسي متمرکز شده‌اند. اضافه‌کردن علم نانو به ساختار آموزشي منجر به فهم بنيادي بهتر، مشترک‌شدن مفاهيم و دروس در رشته‌هاي مختلف (ترکيب علم نانو با ‌تمام نواحي تحت تاثير آن) و دسترسي بهتر به علوم و فناوري نانو مي‌شود. فعاليت‌هاي آموزشي NNI و NSF در سال ۲۰۰۱ در جدول ۱ توضيح داده شده است.
برنامه‌هاي جديد
جدول ۱- برنامه آموزش نانوتکنولوژي توسط بنياد ملي علوم

برنامه NSF مثال
برنامه آموزش و توسعه علوم و مهندسي نانو در دانشگاه‌هاي آمريکا تحصيلات دانشگاهي در مركز نانوبيو در دانشگاه كرنل، دوره‌هاي تحصيلات تكميلي نانوذرات در دانشگاه کلارکسون

ترکيب تحقيق و آموزش نانوبيوتکنولوژي (ترکيبي تحقيقات و تحصيلات دانشگاهي) دانشگاه واشنگتن سياتل
آموزش محلي و از راه دور در حال توسعه دستگاه دستکاري‌کننده نانويي: دانشگاه کاروليناي شمالي
شبکة نانوتکنولوژي محاسباتي: دانشگاه پوردو

نانو کيد: سي دي تصويري آموزشي براي دوره دبيرستان، دانشگاه رايس

مولکولاريوم: تصويربرداري داخلي از مولکول، موسسه پلي تکنيک رنسلار
تحصيلات دانشگاهي تکنولوژيکي و اجتماعي مرکز منطقه‌اي براي آموزش توليد نانوساختارهاي نانويي، دانشگاه ايالتي پنسيلوانيا
تعليم و تربيت در مراکز و شبکه‌ها موسسه پلي تکنيک رنسلار با چندين دانشکده براي بهبود فرصت‌هاي تحقيق گروه‌هايي که در علوم ارائه شده است. برنامه آموزشي K12 در همکاري با Junier Museum of Troy

نمونه‌هايي براي آموزش فردي سايت دانشگاه آريزونا
آموزش عمومي (براي عموم) دانشگاه ويسکانزين و موزه علمي دنياي اکتشاف در ميلواکي براي گسترش دنياي نانو
دوره‌‌ها و رشته‌هاي پيشنهاد شده توسط جوامع متخصص «نانو بوت کمپس»، موسسه مهندسي مکانيک آمريکا
دادوستد‌هاي بين المللي ديدارهاي گروهي توسط دانشمندان جهان در ژاپن و اروپا

پروسه‌هاي توليد نانويي با استفاده از کلاسهاي چند رسانه اي تلفيق شده با آزمايشگاه دانشگاه آرکانزاس با همکاري ايالت‌هاي آرکانزاس، اوکلاهوما و نبراسکا
تعليم و آناليز مفاهيم علوم و فناوري نانو «ابعاد اخلاقي و اجتماعي نانوتکنولوژي» دانشگاه ويرجينيا
«ابعاد اجتماعي و فلسفي تحقيقات مقياس نانو» دانشگاه کاروليناي جنوبي

برنامه‌هاي NSF ارائه مفاهيم نانو براي مدارس ابتدايي است. پيش از اين، دسترسي از راه دور به کلاس‌ها و آزمايشگاه‌هاي نانوتکنولوژي در مناطق مختلف آمريکا فراهم شده است. تأسيس دو شبکه ملي نانوتکنولوژي محاسباتي در سال ۲۰۰۲ و شبکه ملي زير ساخت نانوتکنولوژي در سال ۲۰۰۳، با قابليت آموزش از راه دور، دسترسي وسيع به آموزش نانوتکنولوژي را فراهم خواهد آورد. چندين مؤسسه مانند: دانشگاه ايالتي پن (متمرکز شده روي مواد نانوساختاري) و دانشگاه واشنگتن سياتل (متمرکز شده روي نانوبيوتکنولوژي) پيشنهاد مدرک تحصيلي در زمينه نانوتکنولوژي را داده‌اند. به نظر مي‌رسد پيشنهاد مدرک تحصيلي مشترک در يک رشته تحصيلي و نانوتکنولوژي بايد مسير مناسبي باشد.
تعليم و تربيت بيشتر در زمينه نانوبيوتکنولوژي به طور مستقيم و غير مستقيم توسط موسسات ملي بهداشت، سازمان ملي هوافضا، وزارت دفاع، وزارت انرژي و سازمان حفاظت محيط زيست حمايت مي‌شود.
مسيرهاي آينده
نياز به نيروي كارف به‌تدريج از بخش تحقيق و توسعه و آموزش، به بخش‌هاي ساخت و خدمات‌رساني، تجارت و سازمان‌ها خواهد رسيد. اکنون اتحاديه‌هاي نانوتکنولوژي منطقه‌اي و کشوري نقش فزاينده‌اي را ايفا خواهند کرد.
موفقيت نانوتکنولوژي تنها به وسيله تحقيقات در آزمايشگاه‌هاي صنعتي و دانشگاهي و يا برنامه‌هاي آموزشي ويژه به‌وجود نخواهد آمد، بلکه نياز بهپرورش محققان و دانشجويان در مهندسي و علوم نانو، روابط بين سازماني، قوانين ثبت اختراعات، زيرساخت‌هاي فيزيکي، ابعاد قانوني، سياست‌گذاري دولتي و همكاري‌هاي بين‌المللي دارد.