زیست‌فناوری

واژه زیست‌فناوری نخستین بار در سال ۱۹۱۹ توسط Karl Ereky به مفهوم کاربرد علوم زیستی و اثر مقابل آن در فناوری‌های ساخت بشر به کار برده شد. به طور کلی هر گونه فعالیت هوشمندانه بشر در خلق، بهبود و عرضه محصولات گوناگون با استفاده از جانداران، بویژه از طریق دستکاری آن‌ها در سطح مولکولی در حیطه این مهم ترین، پاک‌ترین و اقتصادی‌ترین فناوری قرن حاضر، زیست فناوری، قرار می‌‌گیرد. زیست فناوری از جمله واژه‌های پر سرو صدای سالهای اخیر است.این واژه را درست یا نادرست به مفهوم همه چیز برای مردم بکار می‌برند. زیست فناوری را در یک تعریف کلی به کارگیری اندامگان یا ارگانیسم یا فرایندهای زیستی در صنایع تولیدی یا خدماتی دانسته‌اند. تعریف ساده این پدیده نوین عبارت است از دانشی که کاربرد یکپارچه زیست‌شیمی ، میکروب‌شناسی و فناوریهای تولید را در سیستمهای زیستی به دلیل استفاده‌ای که در سرشت بین رشته‌ای علوم دارند مطالعه می‌کنند.در تعریف دیگر زیست فناوری را چنین تشریح کرده‌اند:

فنونی که از موجودات زنده برای ساخت یا تغییر محصولات ، ارتقا کیفی گیاهان یا حیوانات و تغییر صفات میکروارگانیسمها برای کاربردهای ویژه استفاده می‌کند.زیست فناوری به لحاظ خصوصیات ذاتی خود دانشی بین رشته‌ای است. کاربرد اینگونه دانشها در مواردی است که ترکیب ایده‌های حاصل در طی همکاری چند رشته به تبلور قلمرویی با نظام جدید می‌انجامد و زمینه‌ها و روش شناسی خاص خود را دارد و در نهایت حاصل بر هم کنش بخشهای گوناگون زیست شناسی و مهندسی است. زیست فناوری در اصل هسته‌ای مرکزی و دارای دو جزء است: یک جزء آن در پی دستیابی به بهترین کاتالیزور برای یک فرایند یا عملکرد ویژه است و جزء دیگر سیستم یا واکنشگری است که کاتالیزورها در آن عمل می‌کنند.

 پیدایش زیست فناوری

سابقه استفاده از میکروارگانیسمها برای تولید مواد خوراکی نظیر سرکه ، ماست و پنیر به بیش از 8 هزار سال قبل برمی‌گردد. نقش میکروارگانیسمها در تولید الکل و سرکه در قرن پیش زمانی کشف شد که گروهی از بازرگانان فرانسوی در جست و جوی روشی بودند تا از ترش شدن شراب و آبجو ضمن حمل آنها با کشتی به نقاط دور جلوگیری کنند. آنان از لویی پاستور تقاضای کمک کردند.لویی پاستور پی برد که مخمرها در خلا قند را به الکل تبدیل می‌کنند. این فرایند بی هوازی تخمیر نام دارد. و نیزدریافت که ترشیدگی و آلودگی بر اثر فعالیت دسته باکتری اسید استیک که الکل را به سرکه تبدیل می‌کند روی می‌دهد.

 کاربردهای سنتی زیست‌فناوری

کاربردهای سنتی زیست فناوری شامل اصلاح نباتات و دام، تهیه نان، ماست و پنیر بوده است و پس از آن تولید پادزیست‌ها (آنتی بیوتیک ها)، انسولین انسانی و اینترفرون علوم آزمایشگاهی و در حال حاضر با ظهور فناوری DNA نوترکیب، دستکاری ژن‌ها و انتقال ژن از یک موجود زنده به دیگری یا به عبارت دیگر مهندسی ژنتیک، ظرفیت بهره گیری از این فناوری به نحو فزاینده‌ای افزایش یافته است.

در حال حاضر با توجه به افزایش بی رویه جمعیت و نیاز به تأمین مواد غذایی این جمعیت رو به تزاید، زیست‌فناوری کشاورزی مورد توجه خاص می‌‌باشد و محصولات تراریخته گوناگون پرمحصول و مقاوم کشاورزی مانند ذرت، برنج، سویا، گوجه فرنگی، گندم تولید و استفاده از تکنیک‌های نوین زیست‌فناوری در افزایش تولید شیر و گوشت دام موثر واقع شده اند.چطوری؟

تامین سلامت و بهداشت جمعیت بیش از شش میلیاردی ساکنان کره زمین از طریق تولید داروهای نوترکیب و واکسن ها، دستیابی به روش‌های درمان کم هزینه بیماری‌ها و یافتن درمان بیماری‌های لاعلاج و تشخیص سریع تر و مؤثر تر بیماری‌های گوناگون از جمله بیماری‌های ژنتیکی از وظایف زیست فناوری پزشکی است.چه با حال.

همچنین رویکرد جدید به محیط زیست در قرن حاضر و در نظر گرفتن آن به عنوان یک جزء‌ از سرمایه ملی کشورها و لزوم حفظ آن با استفاده از زیست‌فناوری از مهم‌ترین دغدغه‌های بشر در قرن حاضر است. حذف مؤثر آلاینده‌های محیطی خطرناک از محیط زیست با استفاده از میکروارگانیسم‌های پالایشگر آلودگی و استفاده از تکنیک‌های حفظ، نگهداری و حراست از ذخایر ژنتیکی کشور از جمله کاربردهای زیست‌فناوری در زمینه محیط زیست است. کاربردهای زیست‌فناوری در صنعت که مجر به تولید محصولات با صرف هزینه و انرژی کمتر، ضایعات اندک و از همه مهم‌تر، کمترین اثر سوء بر محیط زیست می‌‌شود. باعث شد که از این فناوری به عنوان یکی از پاکترین بخش‌های صنعت یاد شود. زیست‌فناوری همچنین تولید محصولاتی که قبلأ از روش‌های دیگر امکان تولید آن وجود نداشته یا بسیار سخت و دشوار بوده است، ممکن ساخته است.

نانو تکنولوژی چیست؟

نانو تکنولوژی یعنی فناوری یک میلیاردم متر یا تکنولوژی اتمها . در زبان یونانی نانو بمعنای کوتوله و معادل یک میلیاردم  می باشد یعنی 50000 بار نازکتر از ضخامت یک تار مو یعنی اندازه چندین اتم. اگر انسان به این اندازه بزرگ شود 2 میلیون کیلومتر طول قد او می شد یعنی به اندازه 5 برابر فاصله ماه تا زمین. قطعات الکترونیکی هر روز کوچکتر می شوند . ما از لامپهای رادیوهای پدربزرگهامان به اجزای نیمه رسانا در مدارهای الکترونیکی رسیدیم ونهایتا کیتها ساخته شد که شامل میلیونها ترانزیستور می باشند. صنایع میکرو الکترونیک از بزرگ به کوچک رسیده اند روش کل به جزء ولی در نانوتکنولوژی از جزء به کل می رسند و بدین ترتیب می توان ساختارهای جدیدی ساخت این مواد که خواص جدیدی دارند مواد هوشمند نامیده میشوند

بطور مثال اگر یک سطح ساخته شده از مولکولهای آب گریز داشته باشیم این سطح خودش را تمیز می کند چون آب با سطح برخورد نمی کند و آلودگی را از خودش دور می کند . دلیل خشک ماندن سطح برگ نیلوفر آبی نیز همین است.آب روی شیشه معمولی پخش می شود ولی  آب روی سطحی با ساختار نانو نمی ماند با یکنواخت سازی سطوح می توان سطحی کاملا ضد خش را بوجود آورد . امروزه پنجره هایی ساخته می شود که شفافیتشان با جریان الکتریسیته تغییر می کند یا شیشه هایی که در دماهای بالا عایقند .

رسیدن به ماده را از اتمها شروع می کنیم فرض کنید می توانیم آنها را ببینیم و ابزار لازم را در اختیار داریم ( میکروسکوپ قرن 21 بر اساس پدیده کوانتوم ) . رد شدن توپ از دیوار در مکانیک کلاسیک غیر ممکن است ولی در مقیاس اتمی الکترونها می توانند از لایه ها و ساختارها رد شوند ، اساس کار این میکروسکوپ همین است . به کمک این وسیله سطح مواد را در مقیاس اتمی بررسی میکنیم قلب میکروسکوپ موازی سطح ماده حرکت می کند البته ماده باید رسانای جریان الکتریسیته باشد هرگاه نوک میکروسکوپ از روی یک اتم رد شود الکترونها از ماده وارد نوک میکروسکوپ می شوند بدین شکل جریان ضعیفی بوجود می آید هر چه این نوک به ماده نزدیکتر شود جریان قویتر می شود این جریان را بر حسب ارتفاع محاسبه می کنند نقطه به نقطه و خط به خط این کار انجام می شود و به این شکل تصویر توپوگرافی از سطح ماده بدست خواهد آمد. این تصویر کاملا دقیق بوده و می توان بوسیله آن نه تنها ماده را در مقیاس اتمی دید، بلکه می توان در مقیاس اتمی روی آن کار کرد .

در حقیقت میکروسکوپ الکترونی دقیقترین و بهترین ماشین ابزار دنیاست . با دادن بار الکتریکی می توان اتمها را یک به یک حرکت داد به این ترتیب می توان اجسام بزرگتری ساخت مانند آجر برای ساختن خانه ، قفسه ، سیم ، لوله در مقیاس نانوسکوپی . با استفاده از اتم کربن می توانیم ساختارهایی را بسازیم که قبلا وجود نداشتند.

یکی از ساختارهایی که از کربن می شناسیم گرافیت است که در آن اتمهای کربن بصورت شش ضلعی کنار هم قرار گرفته اند و ساختار ورقه ای ایجاد کرده اند . ودیگری الماس که در آن اتمهای کربن شکل چهارضلعی دارند و در سه جهت فضا تکرار شده اند .

ساختار جدیدی از کربن فولرن است که شامل 60 اتم کربن می باشد. باکی بال شناخته شده ترین فولرن استکه شبیه توپ فوتبال امی باشد و از 20 شش ضلعی و 12 پنج ضلعی ساخته شده است . لوله های بسیار باریک کربنی انواع مختلف فولرن می باشند که به نانوتیوب یا نانو لوله معروفنداین لوله ها بسیار مقاومند وقطر آنها حدود 1/4 نانومتر و طول آنها حدود 10-20 میکرون است در مقیاس اتمی میکرون طول زیادی است ولی در مقیاس معمولی خودمان 100000 بار نازکتر از مو !

برای ساخت لوله های کربنی دمای زیادی نیاز است تا اتمها بتوانند با هم ترکیب شوند که این دما از طریق سوختن گاز استیلن تامین می شود .

یکی از مقاومترین الیافی که بشر ساخته 6 بار از فولاد سبکتر ولی مقاومت آن 100 برابر فولاد است.

محققینی که قوه تخیل قوی دارند به فکر ساخت کابلهایی هستند که بتوان بوسیله آن به فضا رفت.

کاربرد عینی تر آن تلاش برای ساخت پروتزهای استخوان است از آنجا که این پروتزها از کربن هستند با بدن سازگاری دارند.

شیمیدانها و زیست شناسها بمنظور تشکیل خودبخودی درشت مولکولها بدنبال راههایی هستند که مولکولها در مکان مورد نظر آنها قرار گیرد .

سطحی را در نظر بگیرید که مولکولها بر روی آن دو منطقه با خواص متفاوت بوجود می آورند . سپس مولکولهایی فرستاده می شوند که یک منطقه را می شناسند و با بار الکتریکی متصل می شوند . سپس سری بعدی مولکولها فرستاده می شود که روی سری قبل قرار می گیرند و کار ادامه پیدا می کند بدین ترتیب می توان سطوح واسطه ای بین مدارهای الکترونیکی دارای لایه ها و بافتهای زنده درشت مولکولها برقرار کرد یعنی می توان بافتهای زنده را به کامپیوترها متصل کرد.

با ربط دادن زیست شناسی به کامپیوترها می توان نابینا را بینا و ناشنوا را شنوا کرد ویا داروهایی را در شرایط بدنی هر بیمار آزمایش کرد.

برای نانوتکنولوژی باید یک شیمیدان ، زیست شناس ، فیزیکدان ومهندس الکترونیک بود .

محققان رویای نانو روباتها را دارند که می توانند سلولهای آلوده را شناسایی کنند و از بین ببرند . نانو اجزایی که دارویی هستند و روی ویروسها اثر می کنند.

منبع:  kimiaedu.com

فناوری انفورماتیک و فناوری نانو:پیشرفتهایی در مدلسازی مولکولی

مدلسازی مولکولی پایه‌ای است برای ارتباطات، درک و توسعة فناوریهای نو نظیرفناوری نانو. این روش راههای جدیدی را در فکر کردن و رسیدن به اهداف فناورانه، فراهم می‌سازد، بنابراین برای توضیح موفقیت‌آمیز کاربردهای این روش، توضیح جنبه‌های تکنیکی به تنهائی کافی نیست اهمیت نیروی انسانی متخصص، هدف نهائی هر پروژه، ساختار سازمانی و زیرساختهای محاسباتی در موفقیت این روش اهمیت قابل ملاحظه‌ای دارند. یافته ها، در چهارچوب «کاربردها» (از جنبة فنی) و« پروسه‌های مؤثر درکاربرد» ( تمام زیر ساختهای ملزوم) طبقه بندی می‌شوند. در مقاله قبلی مروری داشتیم بر قابلیتها و چالشهای دانش انفورماتیک در فناوری نانو. دراین مقاله می‌کوشیم تا حوزه‌های تحقیقاتی و صنعتی را ،که مدلسازی مولکولی در آنها، پذیرفته شده‌است ، معرفی کنیم و از این دیدگاه اهمیت و نقش دانش انفورماتیک را در فناوری نانو روشن کنیم.

یافته های اصلی:

الف)کاربردها

1) مدلسازی مولکولی، به عنوان یک ابزار سودمند و کارا در پاره‌ای از صنایع بکار گرفته شده است.

صنایع داروسازی: بالاترین درصد پذیرش و موفقیت مربوط به این حوزه است. شیمی زراعت: مدلسازی و اطلاع گیری در جهت مبارزه با آفات: وضعیتی مشابه با صنایع داروسازی ابزارهای ویژة شیمیایی شامل رنگها و رنگ دانه‌ها ، افزودنیهای روغن، ضد خوردگیها، کاتالیست‌ها صنعت سوخت – تولید منابع مادر، حمل و نقل و پروسه‌های حاکم بر آن صنعت پلیمر، شیشه و مواد سازه‌ای الکترونیک و مواد فتونیک گازهای صنعتی مراقبتهای فردی و تولیدات غذایی صنعت نرم افزار سخت افزار

2) این روشها مقبول شده‌اند زیرا آنها آزمایش خود را پس داده‌اند:

موفقیتهای بزرگ طبیعتاً توجهات بیشتری را جذب می‌کند، هم توسط شرکتها و هم در عرصة رقابت بین شرکتها. مطالعات اخیر 3 زمینة بزرگ موفقیت آمیز در زمینة مدلسازی مولکولی را معرفی کرده است: کشف داروها، توسعة کاتالیست‌های هموژن و شیمی حرارت آنالیز اجزاء سازه‌ای مواد به این روش اثر مؤثری بر فیزیک ماده – چگال گذاشته است. موفقیت ها همیشه در مسیر قابل پیش‌بینی نبوده است. ده یا حتی بیست سال پیش، Rational drug design به عنوان آیندة صنعت داروسازی شناخته می‌شد- در حالیکه، امروزه طراحی و ساخت داروها مبتنی بر «کامپیوتر»، بر مبنای خواص فیزیکی وشیمیایی آنها- که به نام "Docking" نامیده می‌شود- با در نظر گرفتن اجزاء مولکولی غشاءهای سلولی یا سایر اجزاء وابسته به آنها ( اهداف تحت درمان)، آینده این صنعت را‌‌ پیش‌بینی می‌کند. امروزه تا حدودی به این هدف رسیده‌ایم و داروهای جدیدی به عرصة‌تجاری سازی رسیده‌اند. بهرحال، اشتیاق به منظور طراحی داروهای ترکیبی، به نظر می‌رسد که روش ساخت ترکیبی وزنی را از رونق انداخته است . افق جدید این بود که شیمی ترکیبات، سریعتررشد خواهد کرد و کمتر محدود به تجربه باشد، اما به هر صورت، تلاش در جهت ساخت هر ترکیبی امروزه یک فرآیند مهار کردنی است. واقعیت حاضر، مبتنی بر دانش کامپیوتر محور است کاوشهای عقلانی در حوزة مقدورات داروهای جدید به سرعت جهت شناسائی کتابخانة‌ مولکولهائی که می‌بایستی بصورت ترکیبی در آزمایش بکار گرفته شوند، اعتبار می‌یابند، در این نقش و در فرم خالص آن طراحی داروها در حوزه کاندیدادهای مقدور و محدود شده معتبر و اثبات شده‌اند.

3) بسیاری از کمپانیها، چنین مدلسازیهایی را به عنوان یک ضرورت می نگرند، در حالیکه برخی هنوز آن را یک وسیلة لوکس می‌بینند:

در زمینه‌های موفقیت آمیز بر شمرده شده، هیچ‌یک از شرکتهای فوق حتی فکر نمی‌کردند که بدون مدلسازی مولکولی بدین پایه از پیشرفت برسند. در سایر زمینه‌ها، مدلسازی یک زمینة فعال در زمینه کاوشهای پژوهشی است یا انتظار می‌رود که مورد استفاده واقع شود. مدلسازی مولکولی در صنعت نیز جایگاه خود را باز کرده است.

4) نقش پایه‌ای مدلسازی ماده‌ای و مولکولی در صنایع شیمی، سرعت توسعه محصولات و آزمایشهای راهنما را افزایش داده است:

مشارکت فعال مدلسازان در توسعة سریعتر پروسه‌های تولید، مکرراً به اثبات رسیده است. اثر توانمند، اغلب بسیار مؤثر برای حل مسأله، میزبانان بزرگی را برای مدلسازان مولکولی فراهم آورده است. مزیت عمده این روش در این است که با استفاده از محاسبات نسبتاً ساده تعداد حالات مقدور برای حل یک مسألة واقعی را می‌توانیم کم کنیم، چه در مرحلة طراحی و تولید و چه در مراحل توسعه با اتخاذ روشهای دقیق و صحیح اعتبار آزمایشات را تأیید کنیم یا آنها را هدایت کنیم. مدلسازی می‌تواند انتخابها را هدایت کند و حتی در اغلب موارد می‌تواند راههای تولید بهتر را جهت آزمایش، شناسائی کند. در عوض مدل سرویسهای تکنیکی تهیه شده در قالب مدلسازی مولکولی، زمانی که کاملاً با تیمهای آزمایشگاهی و توسعة داخلی، مزدوج نشده است، دارای تجارب ناموفقی بوده‌اند. از این رو مدلسازی مولکولی، می بایستی در تعامل کامل با پژوهشگران آزمایشگاهی باشد.

5) علم و تکنولوژی گامهای بلندی را در راستای همگرائی موفقیت‌آمیز برداشته‌اند.

سودمندی مهندسی از پیشرفتهای علمی و نیز تشویق علم به رشد و حرکت، از مزایای مشهود همگرائی علم و مهندسی است. یک مثال برگزیده از این تعامل در فضای زمان و مکان، گروههای کوچک اتمی که توسط شیمی کوانتوم قابل تفسیر بودند از حد اتم هیدروژن و مولکول هیدروژن تا حد دامنه‌های چندین اتمی شبیه سازی شده‌اند و پیشرفتهای عمده‌ای را برای دانشمندان و مهندسان پدید آورده‌اند:

شبیه سازی مولکولی با استفاده از دینامیک مولکولی نیوتونی و روشهای کاتوره‌ای مونت کارلوتغییرات سیستم را پیش گوئی کرده است. روشهای شبه تجربی مبتنی بر اوربیتال مولکولی رو به رشد نهاده‌اند. روشهای سلسله مراتبی شیمی کوانتوم که بر آورندة دقت در حوزة زمانی است: شامل روشهای بنیادین گردآوری شده در حوزة « برون یابی» نظیر G1/G2/G3 و CBS و روشهای جایگزینی در حوزة میدان نظیر ONIOM تئوری ظرفیت الکترونی کاربردی، در حوزة فیزیک فرموله شده است و به منظور مدلسازی در فیزیک ماده- چگال، بکار گرفته شده است. سوای دینامیک مولکولی که مشخصاً شروع می شود با فرمول Car-Parrinello در محاسبات DFT در حال پرواز، سایر روشهای دینامیک مولکولی به سرعت رشد یافته‌اند. شبیه سازیهای آشیانه‌ای و حوزه‌های به‌هم پیوسته نظیر تئوری میدان مؤثر یا تئوری "Norskov" تئوریهای اتمهای الحاقی یا روشهای خوشه‌ای، روشهای اجزاء محدود، دینامیک مولکولی، مکانیک کوانتوم آبراهام وهمکاران، وتئوری Seamless Zooming که در ژاپن به سرعت رشد یافته‌اند. مدلهای شرایط مرزی تناوبی که اثرات«دوربرد» را مدلسازی می‌کنند. کلاس عمومی مدلسازی در حوزة Mesoscale که اغلب با استفاده از معادلات پیوستگی جهت مدلسازی سوپر مولکولی در حوزه‌های پیوسته صورت می‌گیرد

همزمان با توسعة دانش نانو، مدلسازی مولکولی به عنوان ابزاری منحصر به فرد، مورد توجه واقع شد. نانو بر غنای دانش مدلسازی مولکولی افزوده است و آن را به گونه‌ای جدی متحول کرده است. به همین ترتیب، دانش شیمی ژنتیک( جانشانی ژنهای موجود در ساختار DNA)، نیازمند این است که بدانیم چگونه دانش به درون حوزة پروتئین سازی رسوخ می‌کند؟(جانشانی پروتئین‌های موجود وفعال). مدلسازی همچنین نقش مهمی در رمز گشائی این پروسه‌ها ایفا می‌کند واین نکته را کشف خواهد کرد که چگونه یک رشته از آمینو اسیدها می‌تواند خودش را در هندسة پروتئین بگونه‌ای آرایش دهد که رفتار خاصی را موجب شود. علوم کامپیوتر در این راستا کمکی مؤثر و تحسین برانگیز ایفاء خواهد کرد.

6) مدلسازی مولکولی جهت ادغام و تفسیر ابزارهای تحلیلی بکار گرفته خواهد شد.

در پاره‌ای موارد، پیش گوئیها دارای حداقل قطعیت نسبت به اندازه‌گیریهای کالریمتری است. به گونه‌ای که مؤثراً آنها را عوض می‌کنند.مدلسازی یک بخش پر اهمیت از طیف سنجی نوری NMR و کریستالوگرافی است . نقش های آتی را در حوزة تفسیر کروماتوگرافی گاز، دایرة رنگی لرزه‌ای و طیف سنج جرمی بازی خواهد کرد.

7) شباهتهائی برجسته‌ای در بخشهای مختلف صنعتی وجود دارد.

مدلسازهای حلالیت و مخلوط کن‌های واقعی و مدلهائی که بتواند شیمی را در قالب زیست – شیمی به منظور رفتارشناسی بیولوژیک ترکیب کند، پایه‌ای برای طراحی داروها هستند. اما همچنین پایه‌ای برای مطالعات شیمی زهرشناسی هستند. با پیش گوئی زهرشناسی شیمیایی، می‌توان امیدوار بود که تولیداتی طراحی خواهد شد که کارآئی بالاتر با حداقل مخاطره خواهند داشت.

8) نیازهای عمده و مورد نیاز صنعت روشهائی هستند که بزگتر، بهتر و سریعتر، باشند و در دامنة بزرگی معتبر باشند و مشتمل بر تکتیکهای چند مقیاسی باشند:

مدلسازی چند مقیاسی بر پایة مدلهائی ساخته می‌شود که مبتنی بر حدودی در حوزة زمان واندازه هستند نظیر محاسبات انرژی Single-Point در حوزة گاز ایده آل(ایزوله شده) در صفر درجة کلوین.مدلسازی در حوزه های محدود اغلب با خواص ان در محیطهای پیوسته بوسیله مکانیک آماری ادغام می‌شود(نظیر ترموشیمی گاز ایده آل) یک فشار دائمی بر پژوهشگران در راستای توسعه سریعتر و دقیق تر این روشها وجود دارد. در انتها، نیز آزمایش کردن این روشها جهت تعیین اعتبار آنها الزامی است. توجه کنید که اساس این«اعتبار بخشی» بر این مبنا است که اعتبار این روشها را به چه حوزه‌ها و به چه حدهائی می‌توان تعمیم داد.

مدلسازی در حوزة نانوساختارها و نانوابزارها:

فناوری‌نانو، فناوری در مقیاس نانو جهت مواد و پرسه‌های مرتبط با آن است . یک اتم نوعی، دارای قطر واندروالسی، معادل چند دهم نانومتر است. بنابراین مولکولها و ماکرومولکولها در ابعاد نانوئی وکوچکتر هستند. همة برهم کنشها وخواص ماکروسکوپیک ریشه در این مقیاس دارند و بوسیلة مکانیک آماری و فیزیک ماده- چگال این دو فضا به هم مرتبط می‌شوند. در همان لحظه خواص مکانیکی تحت تأثیر ساختار الکترونی، بر هم کنشهای غیر پیوندی، یا مقیاسهای واسطه نظیر meso، رفتارهای سوپر مولکولها، است . هر یک از این دامنه‌ها دارای تأثیر و وزنی در مدلسازی مولکولی است ومقدوراتی در جهت پیوند میان این فضاهای کاملاً وابسته به هم، در جهت ساخت پازل ماکروئی، رو به رشد نهاده است.

مدلسازی مولکولی و اثر آن بر صنعت( قابلیتها و چالشها):

نقش اساسی مدلسازی مولکولی مواد در صنعت، افزایش سرعت توسعه و راهنمائی به سوی آزمایشهای مؤثر است. احیای پروژه‌های مرده، قابل ارزش است: نقش مدلسازی مولکولی از منظر سرمایه‌گذاری کاملاً حائز اهمیت است ساخت کاتالیست‌های همگن، تحلیل مکانیزمهای بر هم کنش یا ساخت پلیمرهای ویژه با کاربری خاص از اثرات مدلسازی مولکولی است. ناتوانی در ادغام کامل و به هم وابستة مدلسازی مولکولی با آزمایش، می‌تواند منجر به تأخیر شود. استفاده از قانون « حق مؤلف» جهت مدلسازان مولکولی، پشتوانه‌ای به سوی توسعة این روشها است. زیر ساختهای محاسباتی، به سمت پروسه‌های مناسب و حتی برای اغلب، محاسبات سطح بالا، سوق داده شوند حرکت به جلو: مدلسازی مولکولی کلیدی است به منظور مدلسازی فناوریهای حیاتی برای آینده. برای ابر محاسبات، شبکه سازی سوپر کامپیوترها، میکرو پردازنده‌های Pc، پایه ای مناسب جهت محاسبات موازی هستند. NASA در 1993 برای نخستین بار با استفاده از پردازنده‌های مستعمل اقدام به موازی کردن کامپیوتر با استفاده از سیستم عامل LINUX نمود از توسعة نرم افزارها، فقط در راستای توسعة صنعت داروسازی، می‌بایستی اجتناب نمود. مدلسازان تکنولوژی محور و تکنولوژیست‌های درک کنندة مدلسازی مورد نیازند: مدلسازان خاص و عمومی نیازمند به ترکیبی از کار کارشناسی محض و قضاوت مهندسی می‌باشند. این ترکیب ساده‌تر به همگرائی خواهند رسید و به گونه‌ای است که نیاز به این ترکیب همیشه احساس می‌شود. این نیاز در یک محیط پژوهشی روشن‌تر می‌شود بوژه آنکه فشار بازار اقتصادی و رقابت، R&D را وادار به چرخش به این سمت می کند. بسیاری ار پژوهشگاهها، محیط پژوهشیBell Labs را الگو قرار داده‌اند. این پژوهشگاه که در آغاز با هدف علوم کاربردی تأسیس شده بود به تدریج به سمت یک محیط ترکیبی از علوم محض و کاربردی سوق پیدا کرد. مهم است که کارشناسان در یک انستیتوی آموزشی تدریس کنند وهمکاریهای پژوهشی خود را به عنوان بخشی از آموزش علم در نظر بگیرند.

چشم انداز:

نتایج مدلسازی مولکولی یا محاسبات، در بخش شیمی تحلیلی کاملاً جا افتاده است. مدلسازیهای چند مقیاسی نیز با دقت بالاتر ومحاسبات سنگین تر پیگیری می شود. تئوریهای مولکولی و مدلسازیها، شامل تئوری ساختار الکترونی ومدلسازی به عنوان یک زبان بین‌المللی علمی در اغلب شاخه های علوم ومهندسی پذیرفته شده است. شیمی، فیزیک، بیولوژی بر مبنای مشاهدات، و دستکاریهایی در حوزة انسانی، به مدلسازی مولکلوی وابسته شده‌اند. علوم مهندسی این علوم محض را با یکدیگر ترکیب کرده و با ملاحظات اقتصادی و مؤلفه های کمی فیزیک آن را به حوزة تجارت می‌رسانند. فیزیک محیطهای پیوسته و تفکر عمیق در طبیعت رفتاری الکترونها در اتم در سالهای 1800 میلادی خبر از توسعة مکانیک آماری و مکانیک محیطهای پیوسته می‌داد. ظهور دانش شیمی- فیزیک و اساس ساختارهای مولکولی دراواخر 1800 میلادی حاکی از درک پیوندهای شیمیایی می‌داد که در نهایت در سالهای 1930 توسعه یافت و روشهای شیمی کوانتوم که در سالهای 1950 توسعه یافتند. مدلسازی مولکولی یک روش مرکزی است که با درک رفتار کوانتائی مواد، حتی از دیدگاه پیش‌گوئی به موفقیتهائی رسیده است. توسعة تولیدات و عوض شدن پروسه های ساخت وتولید با ظهور مدلسازی مولکولی واثر آن دستخوش دگرگونی شده است مدلسازی مولکولی می تواند به عنوان یک زیر ساخت نامرئی در توسعة علم و فناوری مورد توجه قرار گیرد. پیشرفتهائی در قدرت سخت افزاری کامپیوترها، مسبب پیشرفتهائی در نرم افزارهای شبیه سازی شده است که تغییراتی رویایی را در مدلسازی پدید آورده است و بسیاری از مسائل بغرنج را حل کرده است و حتی در نگرشهای بنیادین علوم، تغییراتی را بوجود آورده است.

آیا دانش هوش مصنوعی دنیا را دگرگون خواهد کرد:

ارزش نتایج محاسباتی، سریعاً افزایش خواهد یافت در صورتیکه فوراً گسترش و رشد یابد. اما آنها زمانی گرانبها خواهند شد که معنی این نتایج به سمت مهندسی یا نیازهای توسعه، هدایت شود. پیشرفتهائی در قدرت محاسباتی، درک و قابلیتهای ما را در کاربردی کردن فیزیک و شیمی محاسباتی توسعه خواهد داد. همانگونه که پیشرفتهائی بزرگ در تکنولوژی اغلب منشعب از نتایج و مشاهدات آزمایشگاهی است، مدلسازی مولکولی با افزایش دقت در حل پیچیدگیهای مدل به گونه‌ای که منجر به نتایج سودمند کاربردی شود، در رشد تکنولوژی مفید است. البته نباید از نظر دور داشت که 90% مسائل در ذهن ساخته و پرداخته می‌شود وابزارهای محاسباتی تنها راهی برای آزمایش، روشهای مختلف حل هستند. مدلسازی مؤثر و مدیریت نتایج آن، به برداشت کارشناسی و موفقیت آمیز از کدهای مدلسازی مولکولی وابسته است البته، انتخاب روشهای تئوری بر پایة مجموعة شیمی کوانتوم یا پتانسیلهای بر هم کنشی ( شبیه سازی مولکولی) حداقل نقش و سطح را در تصمیم سازی ایفاد می کنند. کدام ترکیب برای متعادل کردن زمان و دقت مورد نیاز است؟ بهترین تنظیمات برای بهترین نتایج صنعتی کدامند؟ یک Interface مناسب می‌تواند در خواست‌ها را ارزیابی کند و پیشنهاداتی را در جهت برآورد زمان محاسبات و سایر منابع مورد نیاز، به استفاده کننده نشان دهد. همچنین با نشان دادن نتایج وتصویر سازی نتایج محاسبه شده راههائی را برای ارزیابی نشان می‌دهد.

منبع:http://www.nano.ir

منابع :

1. Kay, L.E. 1992. The Molecular Vision of Life: Caltech, the Rockefeller Foundation and the Rise of the New Biology. Oxford University Press.

2. Warnatz, J. 1981. Proc. of the Combustion Institute, 18, 369.

4. Westmoreland, P.R., J.B. Howard, and J.P. Longwell. 1986. Proc. of the Combustion Institute, 21, 773.

آشنایی با SCSI

SCSI اکثر کامپیوترهای شخصی از یک درایو IDE برای اتصال هارد دیسک و یک گذزگاه PCI برای اضافه کردن عناصر سخت افزاری دیگر به کامپیوتر استفاده می نمایند. تعداد دیگری از کامپیوترها از یک نوع گذرگاه با نام Small Computer System Interface)SCSI) برای اضافه کردن عناصر مورد نظر به کامپیوتر استفاده می نمایند. عناصر سخت افزاری مورد نظر می تواند یکی از تجهیزات زیر باشد: هارد دیسک اسکنر CD-ROM/RW چاپگر Tape مبانی SCSI SCSI ، از ایده های مطرح شده توسط Shugart Associates System Interface)SASI) استفاده نموده است . SASI در سال 1981 توسط شرکت Shugart و با همکاری شرکت NCR ابداع گردید. در سال 1981 نسخه استاندارد شده SASI با نام SCSI عرضه گردید. تکنولوژی فوق دارای مزایای زیر است : سرعت آن بالا است ( 160 مگابایت در ثانیه ) مطمئن تر و قابل اعتماد تر است امکان استقرار ( اتصال ) چندین دستگاه بر روی یک گذرگاه را فراهم می نماید. در اکثر سیستم ها قابل استفاده است . در رابطه با تکنولوژی SCSI ملاحظاتی نیز وجود دارد : برای یک کامپیوتر خاص می بایست پیکربندی گردد دارای امکانات محدود حمایتی در سطح BIOS است دارای مدل های متفاوت از بعد سرعت و نوع کانکتور است دارای یک اینترفیس نرم افزاری نیست اغلب کاربران کامپیوتر در زمان استفاده از SCSI با توجه به انواع متفاوت آن (Ultra ،Fast,Wide و حتی ترکیبی از اسامی فوق ) دچار سردرگمی می گردند. انواع SCSI در حال حاضر سه مشخصه کلی ( نوع ) برای SCSI وجود دارد . - SCSI-1 . مشخصه اولیه ارائه شده برای SCSI در سال 1986 است . - SCSI-2 . استاندارد ارائه شده در سال 1994 است . مهمترین ویژگی مدل فوق، ارائه مجموعه دستورات خط دستوری ( 18 دستور) برای انجام عملیات ضروری و حمایتی در رابطه با دستگاههای SCSI است. در مدل فوق امکان مضاعف نمودن سرعت از 5 مگاهرتز به 10 مگاهرتر( Fast SCSI) و مضاعف نمودن عرض گذرگاه از هشت بیت به شانزده بیت و افزایش تعداد دستگاهها تا پانزده (Wide SCSI) و یا تلفیقی از هر دو وجود دارد (Fast/Wide SCSI) . در مدل فوق امکان " صف بندی دستورات " نیز مطرح گردید . در چنین مواردی یک دستگاه SCSI-2 قادر به ذخیره مجموعه ای از دستورات مربوط به کامپیوتر میزبان (Host) و تعیین اولویت برای هر یک خواهد بود. - SCSI-3 . استاندارد فوق در سال 1995 ارائه شده است . مهمترین ویژگی استاندارد فوق استفاده از مجموعه ای استانداردهای دیگر در بطن خود است .استاندارهای جانبی بر اساس نسخه ها یمتفاوت SCSI Parallel Interface)SPI) ( روش ارتباط دستگاههای SCSI با یکدیگر را مشخص می نماید ) ارائه شده اند و اغلب مشخصه های SCSI-3 با واژه های "Ultra" آغاز می گردند. ( Ultra برای SPI و Ultra2 برای SPI-2 و Ultra3 برای SPI-3 ) . مشخصات SCSI در یک سیستم SCSI سه عنصر اساسی وجود دارد : کنترل کننده دستگاه کابل کنترل کننده بمنزله قلب یک سیستم SCSI است . کنترل کننده بعنوان یک اینترفیس بین تمام دستگاههای موجود بر روی گذرگاه SCSI و کامپیوتر است . کنترل کننده را " آداپتور میزبان " (Host adapter) نیز می گویند. کنترل کننده از لحاظ فیزیکی می تواند شامل یک کارت بوده که آن را بر روی یکی از اسلات ها ی موجود در برد اصلی نصب و یا بصورت از قبل ساخته شده بر روی برد اصلی باشد. بر روی کنترل کننده BIOS مربوطه وجود دارد. BIOS یک نوع حافظه ROM و یا Flash بوده و شامل نرم افزارهای مورد نیاز برای دستیابی و کنترل دستگاه موجود بر روی گذرگاه SCSI است . معمولا" هر یک از دستگاههای موجود بر روی گذرگاه SCSI دارای یک آداپتور از قبل ساخته شده SCSI بوده که امکان ارتباط دستگاه با گذرگاه SCSI را فراهم می نماید. مثلا" یک هارد SCSI دارای یک مدار کنترلی کوچک بوده که شامل یک کنترل کننده برای مکانیزم درایو و یک آداپتور برای گذرگاه SCSI است . دستگاههای همراه با یک آداپتور از قبل ساخته شده را Embedede SCSI device می گویند. هر دستگاه SCSI می بایست دارای یک شناسه (ID) منحصر بفرد باشد. همانگونه که در بخش قبل مشاهده گردید یک گذرگاه SCSI قادر به حمایت از هشت یا شانزده دستگاه با توجه به مشخصات فنی مربوطه است . برای یک گذرگاه هشت دستگاهی ، شناسه دارای محدوده صفر تا هفت خواهد بود. برای یک گذرگاه شانزده دستگاهی، شناسه دارای محدوده صفر تا پانرده خواهد بود. یکی از شناسه های با اولویت بالا ( شناسه صفر) می بایست توسط کنترل کننده SCSI استفاده گردد در چنین حالتی تعداد دستگاه ها ی مورد نظر جهت اتصال ، به هفت و یا پانزده عدد تنزل پیدا خواهد کرد. اغلب دستگاههای SCSI دارای امکانات سخت افزاری لازم در خصوص پیکربندی شناسه دستگاه می باشند. برخی دیگر از دستگاهها امکان پیکربندی شناسه را از طریق نرم افزار فراهم می نمایند. اغلب کارت های SCSI از نوع Plug&Play ، عملیات اختصاص شناسه به دستگاه را بصورت اتوماتیک انجام می دهند. هر یک از دستگاه های موجود بر روی گذرگاه SCSI می بایست دارای یک شناسه منحصر بفرد باشند در غیر اینصورت دچار مشکلاتی خواهیم شد. هفت نوع کانکتور SCSI وجود دارد ( حداقل ) برخی از آنها ممکن است با یک نوع خاص SCSI سازگاری نداشته باشند. کانکنورهای فوق عبارتند از : DB-25 (SCSI-1) 50-pin internal ribbon (SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3) 50-pin Alternative 2 Centronics (SCSI-1) 50-pin Alternative 1 high density (SCSI-2) 68-pin B-cable high density (SCSI-2) 68-pin Alternative 3 (SCSI-3) 80-pin Alternative 4 (SCSI-2, SCSI-3) صرفنظر از نوع کانکتور استفاده شده تمام گذرگاه های SCSI می بایست Terminate گردند. Termination Termination بدین مفهوم است که انتهای هر گذرگاه SCSI توسط یک مدار مقاومت ، می بایست بسته گردد.در صورتیکه گذرگاه باز بماند ، سیگنال های الکتریکی ارسالی برای گذرگاه قادر به برگشت بر روی گذرگاه بوده و بدین ترتیب می تواند باعث بروز اختلال در ارتباط بین دستگاههای SCSI و کنترل کننده SCSI گردد. صرفا" از دو Terminator استفاده می گردد ( هر سر گذرگاه SCSI یک عدد ) در صورتیکه فقط یک دستگاه ( داخلی و یا خارجی ) وجود داشته باشد ، کنترل کننده SCSI صرفا" در یک نقطه Terminate خواهد شد. در صورتیکه دو دستگاه ( داخلی و یا خارجی ) وجود داشته باشد ، آخرین دستگاه موجود در هر مجموعه می بایست Terminate گردد. Terminator دارای انواع متفاوتی بوده و می توان آنها را در دو گروه عمده : Passive و Active تقسیم بندی کرد. از Terminator با خصوصیت Passive در مواردی استفاده می گردد که سیستم های SCSI از سرعت استاندارد گذرگاه تبعیت کرده و دارای مسافت کوتاهی ( حدود سه فوت ) بین دستگاه و کنترل کننده SCSI وجود داشته باشد. از Terminator با خصوصیت Active در مواردیکه سیستم های SCSI سریع بوده و یا سیستم ها با دستگاه دارای مسافتی بیش از سه فوت باشند، استفاده بعمل می آید. یکی دیگر ازفاکتورهای موجود در رابطه با Terminator ، نوع گذرگاه مربوطه است . SCSI از سه نوع سیگنالینگ گذرگاه استفاده می نماید. سیگنالینگ روشی است که پالس های الکتریکی در طول کابل حرکت می نمایند. - Single Ended)SE) . متداولترین نوع سیگنالینگ در کامپیوترهای شخصی است . کنترل کننده ، سیگنال را تولید و آن را از طریق یک خط داده برای تمام دستگاهها ی موجود بر روی گذرگاه ارسال می دارد. هر دستگاه مشابه Ground رفتار می نماید.در ادامه بتدریج سیگنال قدرت خود رااز دست می دهد. حداکثر مسافت مربوطه ده فوت ( سه متر) است . - High-Voltage differential)HVD) . در این روش از یک خط داده بالا و یک خط داده پایین استفاده می گردد. هر یک از دستگاههای موجود بر روی گذرگاه SCSI دارای یک تراتسیور می باشند .زمانیکه کنترل کننده با دستگاه ارتباط برقرار می نماید ، دستگاههای موجود بر روی گذرگاه ، سیگنال را دریافت و آن را ارسال تا سیگنال به مقصد نهائی خود برسد . بدین صورت می توان مسافت بین کنترل کننده و دستگاه بیشتر گردد . ( 80 فوت یا 25 متر ) - Low-Voltage differentila)LVD) . یک روش اقتباس شده از سیگنالینگ HVD بوده و در اکثر موارد مشابه HVD رفتار می نماید. مهمترین تفاوت این است که تراتسیورها کوچکتر شده و درون هر یک از آداپتورهای SCSI مربوط به دستگاهها ، قرار می گیرند.حداکثر مسافت مربوطه 40 فوت ( 12 متر ) است . HVD و LVD از Passive Terminator استفاده می نمایند. با اینکه ممکن است مسافت موجود بیش از سه فوت باشد ولی ترانسیور ها این اطمینان را بوجود خواهند آورد سیگنال قدرت خود را خواهد داشت ( از یک طرف گذرگاه تا طرف دیگر گذرگاه )

منبع:http://www.maghaleh.net/content-1062.html

روتر ها چگونه کار می کنند؟

اینترنت یکی از بزرگترین پیشرفتهای صنعت ارتباطات در قرن بیستم می باشد. اینترنت به افراد اجازه می دهد تا در طی چند ثانیه برای هم Email بفرستند و مطالب مختلف را در سایتهای مختلف بخوانند. ما به دیدن قسمتهای مختلف اینترنت مانند صفحه های وب، پیامهای Email و فایلهای download ی که اینترنت را به یک رسانه پویا تبدیل کرده اند عادت کرده ایم. اما هیچ یک از اینها هرگز به کامپیوتر شما نمی رسند مگر به کمک قطعه ای که حتی ممکن است شما هیچگاه آن را ندیده باشید. در حقیقت اکثر مردم هرگز رو در ماشین با تکنولوژیی که به صورت عمده موجب وجود اینترنت است نایستاده اند: روتر (Router). روترها کامپیوترهای اختصاصی هستند که پیغامهای شما و دیگر کاربران اینترنت را در امتداد هزاران مسیر به سرعت به سوی مقصدشان روانه می دارند. در این فصل ما به این ماشینها که در پشت صحنه باعث کار کردن اینترنت هستند نگاهی می اندازیم. در حرکت نگاه داشتن پیغامها هنگامیکه شما Email برای دوستتان در آن طرف دنیا می فرستید، پیغام چگونه می داند در کامپیوتر دوست شما به مسیر خود خاتمه دهد نه در میلیونها کامپیوتر دیگر در سرتاسر دنیا؟ اکثر کار مربوط به رساندن از کامپیوتری به کامپیوتر دیگر توسط روترها انجام می گیرد، زیرا آنها وسایل اختصاصی جهت رساندن پیامها از یک شبکه به شبکه دیگر به جای جریان در یک شبکه می باشند. بیایید به کاری که یک روتر خیلی ساده انجام می دهد نگاهی بیندازیم. شرکت کوچکی را در نظر بگیرید که انیمیشنهای سه بعدی برای ایستگاههای تلوزیون محلی می سازد. شرکت ده کارمند دارد که هر کدام دارای یک کامپیوتر می باشند، چهار کارمند انیماتورند و بقیه در قسمتهای فروش، حسابداری و مدیریت کار می کنند. انیماتورها اغلب در مواردی که بر روی یک پروژه کار می کنند نیاز به ارسال فایلهای حجیم برای یکدیگر دارند. برای این منظور آنها از شبکه استفاده می کنند. وقتیکه یکی از انیماتورها فایلی را برای انیماتور دیگر می فرستد، فایل بزرگ از اکثر ظرفیت شبکه استفاده خواهد نمود و باعث می شود شبکه برای کاربران دیگر بسیار کند گردد. یکی از دلایلی که یک کاربر می تواند تمامی شبکه را تحت تاثیرقرار دهد، نتیجه طریقی است که Ethernet کار می کند. هر بسته اطلاعاتی که از کامپیوتری فرستاده می شود توسط تمام کامپیوترهای دیگر در آن شبکه محلی دیده می شود، سپس هر کامپیوتر بسته را امتحان می کند و تصمیم می گیرد که آیا منظور آدرس او بوده است یا نه. این موضوع طرح مقدماتی شبکه را ساده می کند اما دارای پیامدهایی در کارایی هنگامیکه اندازه و میزان فعالیت شبکه افزایش می یابد است. برای جلوگیری از دخول کار انیماتورها با افرادی که در قسمتهای دیگر اداره کار می کنند، کمپانی دو شبکه مجزا احداث می کند، یکی برای انیماتورها و یکی برای بقیه شرکت. یک روتر دو شبکه را به هم متصل کرده و هر دو را به اینترنت وصل می کند. روتر تنها وسیله ای است که هر پیغامی را که به وسیله هر کامپیوتری در هر یک از شبکه های شرکت ارسال می شود می بیند. وقتی یکی از انیماتورها فایل عظیمی را برای انیماتور دیگر می فرستد، روتر به آدرس گیرنده نگاه می کند و تراقیک را در شبکه انیماتورها نگاه می دارد. از طرف دیگر وقتی یکی از انیماتورها پیغامی به دفتردار می فرستد و درخواست چک کردن صورت هزینه را می دهد، روتر آدرس گیرنده را می بیند و پیغام را بین دو شبکه ارسال می کند. یکی از چیزهایی که روتر جهت تصمیم گیری در مورد اینکه یک بسته کجا باید برود استفاده می کند جدول تنظیمات (Configuration Table) می باشد. جدول تنظیمات مجموعه ای از اطلاعات می باشد، شامل موارد زیر: • اطلاعاتی درباره آنکه چه اتصالاتی به چه گروهی از آدرسها مرتبط می شوند. • تقدم مربوط به ارتباطات مورد استفاده. • قوانینی برای مدیریت حالتهای عادی و خاص ترافیک جدول تنظیمات در ساده ترین روترها دارای می تواند دارای چندین سطر باشد و در روترهای بزرگ که مدیریت پیامها را در ستون فقرات اینترنت بر عهده دارند پیچیدگی و بزرگی آن بسیار بیشتر خواهد شد. پس روتر دو کار جداگانه اما مرتبط با هم دارد: • روتر مطمئن می شود که اطلاعات به جایی که نیاز نیست نمی رود. این امر برای جلوگیری از انباشته شدن مقادیر زیادی اطلاعات نامربوط در اتصالات کاربران بی گناه امری حیاتی است. • روتر اطمینان حاصل می کند که اطلاعات به مقصد مورد نظر می رسد. لذا با توجه به این دو وظیفه روتر وسیله ای بسیار مفید جهت سر و کله زدن با دو شبکه مجزا می باشد. روتر دو شبکه را به هم متصل می کند، اطلاعات را از یکی به دیگری می فرستد و در برخی موارد عمل ترجمه پروتوکلهای مختلف بین دو شبکه را انجام می دهد. همچنین از شبکه ها در برابر همدیگر محافظت می کند و از رسیدن ترافیک غیر ضروری از یکی به دیگری جلوگیری می کند. همچنانکه تعداد شبکه های متصل به هم رشد می کند، جدول تنظیمات برای اداره کردن ترافیک بین آنها رشد می کند و قدرت پردازش روتر افزایش می یابد. صرفنظر از تعداد شبکه هایی که متصل شده اند، کار اصلی و وظیفه روتر به همان صورت اصلی باقی می ماند. از آنجایی که اینترنت شبکه عظیمی است که از ده ها هزار شبکه کوچکتر تشکیل شده است، استفاده آن از روترها یک نیاز مطلق است. انواع روترها : • روترهای سخت افزاری : روترهای فوق ، سخت افزارهائی می باشند که نرم افزارهای خاص تولید شده توسط تولید کنندگان را اجراء می نمایند (در حال حاضر صرفا" به صورت black box به آنان نگاه می کنیم ).نرم افزار فوق ، قابلیت روتینگ را برای روترها فراهم نموده تا آنان مهمترین و شاید ساده ترین وظیفه خود که ارسال داده از یک شبکه به شبکه دیگر است را بخوبی انجام دهند . اکثر شرکت ها ترجیح می دهند که از روترهای سخت افزاری استفاده نمایند چراکه آنان در مقایسه با روترهای نرم افزاری، دارای سرعت و اعتماد پذیری بیشتری می باشند . شکل زیر یک نمونه روتر را نشان می دهد . ( Cisco 2600 Series Multiservice Platform ) • روترهای نرم افزاری : روترهای نرم افزاری دارای عملکردی مشابه با روترهای سخت افزاری بوده و مسئولیت اصلی آنان نیز ارسال داده از یک شبکه به شبکه دیگر است. یک روتر نرم افزاری می تواند یک سرویس دهنده NT ، یک سرویس دهنده نت ور و یا یک سرویس دهنده لینوکس باشد . تمامی سیستم های عامل شبکه ای مطرح ،دارای قابلیت های روتینگ از قبل تعبیه شده می باشند . در اکثر موارد از روترها به عنوان فایروال و یا gateway اینترنت ، استفاده می گردد . در این رابطه لازم است به یکی از مهمترین تفاوت های موجود بین روترهای نرم افزاری و سخت افزاری ، اشاره گردد : در اکثر موارد نمی توان یک روتر نرم افزاری را جایگزین یک روتر سخت افزاری نمود ، چراکه روترهای سخت افزاری دارای سخت افزار لازم و از قبل تعبیه شده ای می باشند که به آنان امکان اتصال به یک لینک خاص WAN ( از نوع Frame Relay ، ISDN و یا ATM ) را خواهد داد .یک روتر نرم افزاری ( نظیر سرویس دهنده ویندوز ) دارای تعدادی کارت شبکه است که هر یک از آنان به یک شبکه LAN متصل شده و سایر اتصالات به شبکه های WAN از طریق روترهای سخت افزاری ، انجام خواهد شد مهمترین ویژگی های یک روتر : روترها دستگاههای لایه سوم ( مدل مرجع OSI ) می باشند . روترها مادامیکه برنامه ریزی نگردند ، امکان توزیع داده را نخواهند داشت . اکثر روترهای مهم دارای سیستم عامل اختصاصی خاص خود می باشند . روترها از پروتکل های خاصی به منظور مبادله اطلاعات ضروری خود ( منظور داده نیست ) ، استفاده می نمایند . نحوه عملکرد یک روتر در اینترنت : مسیر ایجاد شده برای انجام مبادله اطلاعاتی بین سرویس گیرنده و سرویس دهنده در تمامی مدت زمان انجام تراکش ثابت و یکسان نبوده و متناسب با وضعیت ترافیک موجود و در دسترس بودن مسیر ، تغییر می نماید. منبع : www.srco.ir