นาโนอิเล็กทรอนิกส์และนาโนคอมพิวเตอร์

      อิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์เป็นเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องและสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดเพราะคอมพิวเตอร์ทำงานด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีส่วนประกอบสำคัญ คือ ทรานซิสเตอร์ (transistor) คอมพิวเตอร์ในยุคแรก ๆ มีขนาดใหญ่มากประมาณเท่าขนาดห้องแต่เมื่อระบบอิเล็กทรอนิกส์พัฒนาขึ้นทำให้คอมพิวเตอร์มีขนาดเล็กลงเรื่อย ๆ จนปัจจุบันมีขนาดเล็กเท่าฝ่ามือแต่มีประสิทธิภาพที่ดีกว่าเดิมหลายพันเท่าทั้งในแง่ของความเร็ว ความเสถียร และความจุของหน่วยความจำ

      ตัวบ่งชี้สำคัญที่สะท้อนถึงศักยภาพหรือความก้าวหน้าของคอมพิวเตอร์ คือ จำนวนทรานซิสเตอร์ที่ถูกเชื่อมต่อประสานกันเข้าเป็นระบบวงจรรวม (integrated circuit หรือ IC) ระบบวงจรรวมนี้มีลักษณะเป็นแผ่นรูปเหลี่ยมและมีขาจำนวนมาก มักเรียกตามลักษณะรูปร่างว่า ชิป (chip) กอร์ดอน มัวร์ (Gordon Moore) นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันเป็นบุคคลหนึ่งที่ร่วมก่อตั้งบริษัทอินเทลซึ่งผลิตระบบวงจรรวมที่ให้ทำงานในเครื่องคอมพิวเตอร์ได้ให้คำทำนายแนวโน้มจนเป็นที่รู้จักกันในชื่อว่า กฎของมัวร์ โดยกล่าวว่าจำนวนทรานซิสเตอร์ต่อแผ่นชิปจะมีจำนวนเพิ่มขึ้นเป็น ๒ เท่าทุก ๆ หนึ่งปีครึ่งซึ่งการเปลี่ยนแปลงของจำนวนทรานซิสเตอร์ตามเวลาเป็นไปตามกฎของมัวร์ ตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบันและน่าจะยังคงเป็นจริงไปอย่างน้อยในช่วง ๑๐ ปี ต่อจากนี้ประเด็นที่เป็นปัญหาเนื่องจากการผลิตแบบเดิมหรือแบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งมีขีดจำกัดและจะทำให้กฎของมัวร์ไม่เป็นจริงตลอดไปถ้าไม่มีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เข้ามา กล่าวคือหากต้องการที่จะพัฒนาคอมพิวเตอร์ตามกฎของมัวร์ก็จะต้องอัดทรานซิสเตอร์จำนวนมากลงในเนื้อที่จำกัด โดยย่อขนาดทรานซิสเตอร์ให้เล็กลงมากที่สุดและอัดให้ชิดกันอย่างเต็มที่รวมทั้งต้องให้ทำงานอย่างถูกต้องแม่นยำแต่จะมีปัญหา คือ ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันไม่สามารถสร้างแบบวงจรที่มีขนาดเล็กตามที่ต้องการได้และแม้จะสร้างได้ก็ไม่สามารถควบคุมเรื่องความแม่นยำ  ด้วยเทคโนโลยีที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันดังนั้นความเป็นไปได้ในอนาคตของวงการอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ คือ นาโนอิเล็กทรอนิกส์และนาโนคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยหลักการพื้นฐานของนาโนเทคโนโลยีในการผลิต คือ การจัดเรียงโมเลกุลอย่างแม่นยำ และจำกัดจำนวนอะตอมที่เป็นส่วนประกอบของทรานซิสเตอร์ให้น้อยที่สุด

      ผลจากการปฏิวัติทางด้านนาโนอิเล็กทรอนิกส์และนาโนคอมพิวเตอร์อาจก่อให้เกิดเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณและการประมวลผลระบบใหม่ซึ่งเชื่อว่าอาจมีศักยภาพที่จะเป็นระบบทางเลือกใหม่ในอนาคตได้ เช่น นาโนคอมพิวเตอร์เชิงกล (mechanical nanocomputer) ซึ่งอาศัยพื้นฐานการทำงานของชิ้นอุปกรณ์เกียร์และเฟืองขนาดนาโนเป็นหลัก ส่วนนาโนคอมพิวเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ (electronic nanocomputer) มีหลักการสำคัญ คือ ออกแบบให้เป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้ชิ้นส่วนองค์ประกอบที่เล็กมาก ๆ และทำงานโดยใช้กระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าให้น้อยที่สุดรวมไปถึงการปรับสภาวะในวงจรให้มีการใช้จำนวนอิเล็กตรอนน้อยที่สุดด้วย นอกจากนั้นวัสดุที่นำมาใช้ต้องออกแบบให้เป็นวัสดุที่สามารถปรับสภาพเป็นรูปทรงต่าง ๆ ได้ง่าย เช่น สารอินทรีย์พวกพอลิเมอร์ หรือท่อนาโนคาร์บอนนำมาใช้แทนสารอนินทรีย์พวกซิลิคอน นอกจากนี้ยังมีนาโนคอมพิวเตอร์ดีเอ็นเอ (DNA nanocomputer) อาศัยดีเอ็นเอซึ่งเป็นสารพันธุกรรมและทำงานโดยผ่านกระบวนการของปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าทางชีวเคมีส่งผลให้เกิดการสร้างรหัสและถอดรหัสของข้อมูลรวมทั้งนาโนคอมพิวเตอร์เชิงควอนตัม (quantum nanocomputer) ซึ่งใช้หลักการของกลศาสตร์ควอนตัม
      ในอนาคตระบบคอมพิวเตอร์จะพัฒนาไปเป็นรูปแบบใดยังไม่สามารถระบุอย่างชัดเจนได้ ในขณะนี้อาจจะเป็นการผสมผสานของนาโนคอมพิวเตอร์ดังที่ได้กล่าวมาข้างต้นจุดประสงค์หลักของการพัฒนานาโนคอมพิวเตอร์ คือ ต้องการระบบที่มีการคำนวณอย่างแม่นยำและเชื่อถือได้ ๑๐๐ เปอร์เซ็นต์ รวดเร็วและน่าจะเป็นระบบที่ทำงานคล้ายระบบประสาทหรือฉลาดรู้จักคิดแบบปัญญาประดิษฐ์ (artificial intelligence) ทำให้รู้จักตัดสินใจประเมินสถานการณ์และที่สำคัญคือสามารถแก้ไขข้อผิดพลาดได้เองหรือเตือนให้ผู้ดูแลทราบ  ผลจากความสำเร็จในการพัฒนานาโนอิเล็กทรอนิกส์และนาโนคอมพิวเตอร์จะส่งเสริมให้เกิดการแข่งขันเพื่อพัฒนาการสร้างหุ่นยนต์ที่มีศักยภาพใกล้เคียงหรือเหนือกว่ามนุษย์ทั้งทางกายภาพและความคิด