المجمع الجزيئي molecular assembler، كما عهده إريك دركسلر، هو"جهاز مقترح قادر على توجيه التفاعلات الكيماوية عن طريق وضع جزيئات تفاعلية مع دقة ذرية". وتتوافق بعض الجزيئات البيولوجية مثل الرايبوسومات مع هذا التعريف بما أنها تتلقى التعليمات من الرنا الرسول ومن ثم تقوم بتجميع سلاسل محددة من الأحماض الأمينية لبناء جزيئات البروتين. على أي حال فإن مصطلح "المجمّع الجزيئي" عادة ما يشير إلى الأجهزة النظرية التي يصنعها الإنسان.

قام مجلس الهندسة وأبحاث العلوم الفيزيائية البريطاني بتمويل تطوير المجمعات الجزيئية الشبيهة بالرايبوسوم وذلك لأنه من الواضح بأن المجمعات الجزيئية ممكنة في إطار هذا المفهوم المحدود. قام مشروع خارطة طريق تقني قاده معهد باتيل التذكاري وتمت استضافته من قبل الكثير من المختبرات الوطنية الأمريكية باستكشاف مجموعة من تقنيات التصنيع الدقيقة ذريا والتي تضم كلا من الآفاق البعيدة المدى والمبكرة الجيل للمجمع الجزيئي البرمجي ونشر التقرير في ديسمبر 2007.

كما وأن مصطلح "المجمع الجزيئي" قد تم استخدامه في مجال الخيال الفهمي والثقافة الشعبية للدلالة على مجموعة واسعة من الآلات النانوية المذهلة المتلاعبة بالذرة والتي يستحيل وجود معظمها فيزيائيا في الحقيقة. ينتج كثير من الجدل الدائر حول "المجمّعات الجزيئية" من الحيرة تجاه استخدام الاسم لكل من المبادئ التقنية والخيالات الشائعة. في عام 1992، قام دريكسلر بتقديم مصطلح "التصنيع الجزيئي" الأسهل فهما والأقرب صلة بالموضوع حيث عهده بأنه: "التخليق الكيماوي لمركبات معقدة عن طريق الوضع الميكانيكي للجزيئات التفاعلية لا عن طريق التلاعب بالذرات المفردة".

يناقش هذا الموضوع في معظمه "المجمعات الجزيئية" بمفهومها الشائع وتتضمن الآلات الافتراضية التي تتلاعب بالذرات المفردة والآلات الشبيهة بالكائن والتي تمتلك القدرة على التكرار الذاتي والانتنطق وقابلية استهلاك الطعام إلى غير ذلك دواليك. وتختلف هذه الأجهزة تماما عن الأجهزة التي نادرا (كما تم تعريفها في الأعلى) "ما تقود التفاعلات الكيماوية عن طريق وضع الجزيئات التفاعلية مع الدقة الذرية".

حدث الكثير من الجدل بخصوص إمكانية وجود "المجمعات الجزيئية" على أرض الواقع أوكونها مجرد خيال فهمي ببساطة وذلك لأنه لم يتم بناء أي مجمعات جزيئية مخلّقة أبدا. تنبع الحيرة والجدل من تصنيف هذه المجمعات كتقانة نانووالتي هي منطقة نشطة من الأبحاث المخبرية التي تم تطبيقها في حالة إنتاج المنتجات الحقيقية، على جميع فلم توجد حتى عهد قريب أي جود بحثية تصب في البناء العملي "للمجمعات الجزيئية". ". قابلت لأبحاث الحسابية نقدا رئيسيا في منتجات "المجمّعات الجزيئية" الأكثر تطورا مفاده أنه من المحال تحقيق الهجريب موضوع مادة البحث في أيامنا هذه.

مصانع النانو

إن مصنع النانو هونظام مقترح تقوم فيه الآلات النانوية (المشابهة للمجمعات الجزيئية أوأذرع الروبوتات الصناعية) بجمع الجزيئات التفاعلية بواسطة الهجريب الكيميائي لبناء أجزاء أكثر دقة ذريا. ويتم تجميع هذه بدورها عن طريق وضع آليات ذات أحجام متنوعة لبناء منتجات مجهرية (أي يمكن رؤيتها) ومع ذلك فهي لا تزال محافظة على دقتها الذرية.

بالإمكان وضع المصنع النانوي المثالي في مربع سطح المخط، وحسب الرؤية التي يقدمها ك. إريك دريكسلر والمنشورة في دورية نانوسيستمز: تصنيع وحوسبة الماكينات الجزيئية (1992)، عمل بارز في "الهندسة الاستكشافية". خلال العقد الماضي، قام آخرون بتوسيع مبدأ مصنع النانووتضمن ذلك تحليل تجميع مصنع النانوالمتقارب الذي قدمه رالف ميركل وتصميم أنظمة بناء مصنع النانوالمتضاعف واقترحه ج ستورز هول، وقدم فوريست بيشوب "المجمع العالمي" أما زيڤكس فقدم عملية التجميع الأسية والتي حاز على براءة اختراعها وأضاف كريس فونيكس (مدير الأبحاث في مركز تقنية النانوالمسؤولة) تصميم أنظمة المستوى الأعلى "لمصنع النانوالبدائي".تم تلخيص جميع تصاميم المصنع النانوي (وأكثر) في الفصل الرابع من كتاب الآلات ذاتية التكرار حركيا (2004) للمؤلفين روبرت فريتاس ورالف ميركل. تعتبر تعاونية مصنع النانو التي أسسها روبرت فريتاس ورالف ميركل في العام 2000 جهدا مركزا ومستمرا يشهجر فيه 23 باحثا منعشرة منظمات و4 دول وتعمل على تطوير أجندة بحثية عملية تهدف خصوصا للهجريب الكيميائي للماسة التي يمكن التحكم بمسقطها وتطوير مصنع النانوالماسي.

في عام 2005، ابتكر جون بورش بالاشتراك مع دريكسلر فيلم رسوم متحركة قصير يوضح فكرة المصنع الجزيئي. كانت مثل هذه التخيلات موضع نقاش كثير على عدة مستويات فكرية ولم يستطع أحد ما اكتشاف معضلة يمكن التغلب عليها في النظريات الأساسية ولم يتمكن أحد من إثبات حتى هذه النظريات يمكن ترجمتها لتطبّق على أرض الواقع، وعلى أي حال فما زال النقاش مستمرا وقد تم تلخيص بعضه في منطق تقانة النانوالجزيئية.

إن أمكن بناء مصانع نانوية، فحدوث خلل خطير في بنية الاقتصاد العالمي سيكون أحد الآثار السلبية المحتملة لهذا العمل بالرغم من أنه يمكن وجود نقاش حول حتىقد يكون لهذا الخلل أثر سلبي سهل إذا امتلك جميع فرد مثل هذه المصانع النانوية. بالإمكان حتى نتسقط أيضا فوائد عظمى لهذه المصانع حيث حتى أعمال خيال فهمي عديدة قد استكشفت جوانب مماثلة أيضا. احتمال وجود مثل هذه الأجهزة كان جزءا من توصيات دراسة بريطانية مهمة قادها ديم آن داولينج البروفيسور في مجال الهندسة الميكانيكية وقد اكتمل التقرير الآن.

التكرار الذاتي

غالبا ما يتم الخلط بين "المجمعات الجزيئية" والآلات التي تتضاعف ذاتيا. للحصول على كمية مفيدة عمليا من المنتج المطلوب، فإن حجم نطاق النانوالذي يمثل مجمعا جزيئيا عالميا مطابقا لذلك الموجود في الخيال الفهمي يحتاج عددا كبيرا للغاية من هكذا أجهزة. على أي حال فإن مجمعا جزيئيا واحدا كالمجمعات النظرية قد تتم برمجته ليعيد تكرار نفسه ذاتيا وبناء نسخ عديدة منه. ويسمح هذا بوجود معدل أسي للإنتاج. بعد توفر كميات كافية من المجمعات الجزيئية ستتم إعادة برمجتها لإنتاج المنتج المطلوب. على أي حال فإن لم يتم كبح تضاعف المجمعات الجزيئية الذاتي فربما يؤدي ذلك لمنافسة مع الكائنات التي تحدث طبيعيا فيما سمي بالإيكوفاجي أو(بالإنجليزية: Ecophagy‏) أومعضلة الغراي غو.

تكمن إحدى طرق بناء المجمّعات الجزيئية في محاكاة العمليات التطورية التي يتم توظيفها بواسطة الأنظمة الحيوية. يستمر التطور الحيوي بواسطة التغير العشوائي الذي يرافقه إعدام المتغيرات الأقل نجاحا وإعادة إنتاج المتغيرات الأكثر نجاحا. يمكن تطوير إنتاج المجمعات الجزيئية المعقدة من أنظمة أبسط بما حتى "النظام المعقّد الذي يعمل بطريقة سليمة اكتشف أنه قد تطور بشكل ثابت من نظام سهل ناجح...إن نظاما معقدا تم تصميمه من الصفر لم يعمل أبدا ولا يمكن ترقيعه بغرض حمله على العمل بل يجب عليك حتى تبدأ من حديث باستخدام نظام ثبتت فاعليته". على أية حال، فإن معظم أدلة السلامة المنشورة تتضمن "توصيات ضد التطوير... وتصميمات لمضاعف والتي تمنع طفرات التطور أوالتطورات الحاصلة".

تحتفظ معظم تصميمات المجمّع "بالكود المصدري" خارج بنية المجمّع. تتم قراءة جميع خطوة من عملية التصنيع من ملف حاسوب عادي ويتم "توزيعه" إلى جميع المجمعات. عند خروج أي مجمع من المجال الخاص بذلك الحاسوب، أوعند ينبتر الرابط بين ذلك الحاسوب والمجمعات أوعند فصل الحاسوب عن مصدر الطاقة، فإن المجمعات تتوقف عن التضاعف. إذا "بناء التوزيع" هذا هوواحد من مظاهر السلامة التي توصي بها "مبادئ الاستبصار في تقانة النانوالجزيئية" وخريطة تضم 137 مساحة تصميم للبعد المكرر والتي نشرها فريتاس وميركل مؤخرا وتوفر طرقا عملية عديدة يمكن عن طريقها التحكم بالمكرّرات بأمان باستخدام التصميم الجيد.

الجدل بين دركسلر وسمولي

صدرت إحدى الانتقادات الصريحة لبعض مبادئ "المجمعات الجزيئية" من البروفيسور ريتشارد سمولي (1943-2005) الحائز على جائزة نوبل لاسهاماته في مجال تقانة النانو. آمن سمولي بأن مثل هذه المجمعات ليست ممكنة فيزيائيا وقدم اعتراضات فهمية ضدها. أبرز ما قدمه من اعتراضات تقنية ما اصطلح على تسميته "بمشكلة الأصابع السمينة" و"مشكلة الأصابع الدبقة". آمن سمولي بأن هاتين المشكلتين من شأنهما استبعاد احتمال "المجمعات الجزيئية" التي تعمل عن طريق الالتقاط والوضع الدقيق للذرات المفردة وقد رد دريكسلر والعاملون معه على هذين المسألتين في نشرة صدرت في العام 2001.

آمن سمولي أيضا بأن تخمينات دريكسلر بخصوص الأخطار المروعة للآلات ذاتية التكرار التي تمت مساواتها مع "المجمعات الجزيئية" قد تهدد الدعم الشعبي لتطوير تقانة النانو. للوقوف على الجدال الدائر بين دريكسلر وسمولي حول المجمعات الجزيئية قامت مجلة أخبار الهندسة والكيمياء بنشر نقاط التوافق التي تمثلت من تبادل الرسائل التي تعرضت لهذه القضايا.

التنظيم

كانت التخمينات التي تتعلق بقوة الأنظمة المسماة بالمجمعات الجزيئية قد أوفدت شرارة نقاش سياسي موّسع حول الآثار المترتبة على تقانة النانو. ويعود هذا في جزء منه إلى حقيقة حتى تقانة النانوهي مصطلح فضفاض جدا ويمكن حتى يضم مصطلح "المجمعات الجزيئية". نادى النقاش الخاص بالآثار المحتملة للمجمعات الجزيئية الخيالية إلى إيجاد تنظيم لتقانة النانوالحالية والمستقبلية. توجد مخاوف حقيقية بخصوص الأثر البيئي والصحي على تقانة النانووالتي يتم إدماجها في المنتجات المصنعة. قامت منظمة السلام الأخضر مثلا بإصدار تقرير يتعلّق بتقانة النانوتعبر فيه عن قلقها بشأن سمية المواد النانوية التي يتم تقديمها في البيئة. برغم ذلك، فإن هذا التقرير يمثل إشارات عابرة فقط لتقانة "المجمع". قامت الجمعية الفهمية الملكية البريطانية والأكاديمية البريطانية الملكية للمهندسين بإصدار تقرير بعنوان "العلوم النانوية والتقنيات النانوية: الفرص والشكوك" فيما يتصل بالآثار الاجتماعية والبيئية على تقانة النانو، ولا يناقش هذا التقرير التهديدات التي تمثلها ما يدعى "بالمجمعات الجزيئية".

المراجعة الفهمية الرسمية

قامت الأكاديمية الأمريكية الوطنية للعلوم في عام 2006 بإصدار تقرير عن دراسة التصنيع الجزيئي كجزء من تقرير أطول بعنوان مسألة حجم: مراجعة ثلاثية لمبادرة تقنية النانوالوطنية. قامت لجنة الدراسة بمراجعة المحتوى التقني للأنظمة النانوية وخلصت في استنتاجاتها إلى حتى بأنه لا يوجد تحليل نظري حالي يمكن اعتباره كدفاع ملائم ضد أسئلة عديدة بخصوص أداء النظام المحتمل وبأن المسار الأمثل لتطبيق أنظمة ذات أداء عال لا يمكن التنبؤ به في ثقة تامة ولذا فقد أوصت الدراسة بإجراء أبحاث تجريبية لتطوير الفهم في هذا المجال:

"بالرغم من أنه بالإمكان إجراء الحسابات النظرية اليوم، فلا يمكن التنبؤ بدقة بكل من مدى دورات التفاعل الكيميائي التي يمكن بلوغها في نهاية المطاف ومعدلات الخطأ وسرعة العملية والكفاءة الحرارية لمثل أنظمة التصنيع هذه التي تعمل من أسفل إلى أعلى. ولذا ليس بالإمكان التأكد من تسقط مدى تعقيد وكمال المنتجات المصنعة في النهاية بينما يمكن حسابها نظريا. وأخيرا، فمن غير الممكن أيضا التنبؤ على نحوموثوق بمسارات البحث الأمثل التي قد تؤدي إلى أنظمة قد تتجاوز بشكل كبير الكفاءة الحرارية وإمكانات الأنظمة الحيوية الأخرى. إذا تمويل الأبحاث الذي يعتمد على قدرة المحققين على إنتاج عروض تجريبية ذات علاقة بالنماذج المجردة كما وتقوم بقيادة رؤية بعيدة المدى هوأفضل ما يمكن عمله لتحقيق هذا الهدف".

گراي گو

أحد السيناريوهات المحتملة والتي تم توخيها هوالمجمعات الجزيئية التي تتضاعف ذاتيا والخارجة عن السيطرة والتي تظهر في شكل گراي گويقوم باستهلاك الكربون بغرض متابعة عملية التكرار الخاصة به. إذا استطاع مثل هذا التضاعف الميكانيكي مثلا حتى يستهلك تام المناطق الإيكولوجية أوتام الأرض (إيكوفاجي)) أوإذا تمكن من التفوق على أشكال الحياة الطبيعية المتعلقة بالمصادر الطبيعية مثل الكربون وثلاثي فوسفات الأدينوسين أوالضوء فوق البنفسجي (والتي تستخدمها بعض أمثلة محرك النانو) فلنقد يكون من الأهمية بمكان حتى تكون سيناريوهات الإيكوفاجي و'گراي گو' مثل المجمعات الجزيئية الصناعية لا تزال تعتمد على تقنيات نظرية لم يتم إثباتها تجريبيا إلى الآن.

في الخيال

إن المجمعات الجزيئية هي موضوع رائج في الخيال الفهمي مثل مترجم المادة في رواية العصر الماسي وآلات الوفرة في رواية سماء التفرد ويمكن اعتبار المكرّر الذي ظهر في مسلسل ستار تريك مجمعا جزيئيا أيضا. ويعتبر المجمّع الجزيئي عنصرا رئيسيا في حبكة لعبة الكمبيوتر المسماة ديوس إكس ( حيث منح الاسم "المنشئ العالمي" في اللعبة).

انظر أيضاً

المصادر

وصلات خارجية

• Molecular Dynamics Studio (2016) free open-source multi-scale modeling and simulation program for nano-composites with special support for structural DNA nanotechnology (originally Nanoengineer-1 by Nanorex)
• Nano-Hive: Nanospace Simulator (2006) free software for modeling nanotech entities
• Foresight Guidelines for Responsible Nanotechnology Development (2006) of molecular manufacturing technologies
• Center for Responsible Nanotechnology (2008)
• Molecular Assembler website (2008)
• Rage Against the (Green) Machine (2003) in Wired
• Government launches nano study UK EducationGuardian, 11 June 2003
• Unraveling the Big Debate over Small Machines (2004) from BetterHumans.com
• Design considerations for an assembler (1995) by Ralph Merkle
• Kinematic Self-Replicating Machines — online technical book: first comprehensive survey of molecular assemblers (2004) by Robert Freitas and Ralph Merkle
• Design of a Primitive Nanofactory (2003)
• Video - Nanofactory in Action (2006)
• Nanofactory technology
• Review of Molecular Manufacturing
• Integrated Nanosystems for Atomically Precise Manufacturing — United States Department of Energy Workshop – August 5-6, 2015