بررسی بازار نانوحسگرها

[P O U R I A]

شرکت نانومارکتز به تازگی تحلیل جامع و کاملی از وضعیت بازار جهانی نانوحسگرها انجام داده است. بر اساس این پیش بینی، بازار نانوحسگرها از مقدار نسبتاً پایین 185 میلیون دلار در سال 2005 به 2.7 میلیارد دلار در سال 2008 و 17.2 میلیارد دلار در سال 2012 خواهد رسید. این رقم عظیم ممکن است تحریک‌کننده به نظر برسد اما حقیقت پنهانی وجود دارد و آن این است که بازار نانوحسگرها از کنار هم قرار گرفتن مشتریان خرد و زیادی تشکیل شده که هر یک از آنها احتیاجات، فوریت‌ها و پیچیدگی‌های خاص خود را دارند. این گزارش، تحقیقی راهبردی به فرصت‌های موجود در این بازار است که معیاری را برای سرمایه‌گذاری تعیین می‌کند.

نانوحسگر چیست؟​

در این گزارش هنگامی که به واژه نانوحسگر اشاره می‌کنیم منظور ما یکی از حسگرهای زیر می‌باشد.
حسگرهایی که در ساخت آنها از نانوذرات، نانوپوشش‌ها و یا از سایر مواد مصرفی نانومتری استفاده شده است ولی تولید آنها از طریق فناوری مرسوم می‌باشد.
(2) حسگرهایی که از نانومواد برای سیستم حسی آنها استفاده شده و برای تولیدشان نیز از بعضی فناوری‌های نانوالکتریکی مانند مولکترونیک (molectronics)، اسپینترونیک، پلاستیک‌ها یا پلیمرهای الکترونیکی، نانولوله‌ها و نانوسیم‌ها استفاده شده است.
پیش‌بینی نانومارکتز نشان می‌دهد که نانوحسگرهای نوع اول بازار نانوحسگرها را در طول دهه بعد به‌دست خواهند گرفت و سپس برای اولین بار در سال 2011 به میزان 50% رشد منفی خواهند داشت. به هر حال پیشرفت نانوحسگرهای نوع دوم واقع‌گرایانه‌تر است.
شرکت ان. وی.ای (NVE) از هم اکنون نانوحسگرهایی بر پایه فناوری اسپینترونیک را برای بازار سمعک‌ها و دستگاه‌های تنظیم‌کننده ضربان قلب خریداری کرده است؛ یعنی در جاهایی که اندازه کوچک این دستگاه‌ها مزایای بسیار آشکاری دارد.


جذابیت‌های نانوحسگرها
به طور صریح این قبیل مزایای نانوحسگرها باعث شده است که به عنوان فرصتی وسوسه‌انگیز برای بازار تلقی شوند. نانوحسگرها به طور ذاتی کوچک‌تر و حساس‌تر از سایر حسگرها می‌باشند. همچنین این ظرفیت را دارند که قیمت تمام شدة آنها کمتر از قیمت تمام‌شده حسگرهای موجود در بازار باشد.
در این تحقیق نشان داده شده که اگر تولید انبوه نانوحسگرها توجیه اقتصادی پیدا کند هزینه تولید آنها می‌تواند بسیار کمتر از حسگرهای معمولی باشد. برای مثال اگر قیمت حسگرهای صنعتی متداول امروزی، چند 10 هزار دلار باشند برای نانوحسگرهایی که بتوانند همان کار را انجام دهند به صورت نظری چند 10 دلار برآورد می‌شود. نانوحسگرها همچنین هزینه جاری را نیز کاهش می‌دهند؛ زیرا به طور ذاتی برق کمتری مصرف می‌کنند.
درنهایت از آنجایی که نانوحسگرها هزینه‌های خرید و اجرا را کاهش می‌دهند؛ ممکن است به‌کارگیری آنها به صورت آرایه‌ها و توده‌ها مقرون به صرفه باشد و همچنین بتوانند به شکل فراگیر و حتی اضافی در قطعات کاربرد پیدا کنند؛ به طوری‌که اگر یک نانوحسگر از کار بیفتد و از مدار خارج شود بتوان از آن صرف نظر کرد و ضریب امنیت در حد مطلوبی باقی بماند، زیرا تعداد زیادی نانوحسگر دیگر در سیستم می‌توانند کار آن را به عهده بگیرند.
با برداشتی که از کاربرد نانوحسگرها می‌کنیم امکان دارد به سرعت به سمت این نتیجه‌گیری سوق پیدا کنیم که فناوری نانوحسگرها، فناوری بسیار مطمئن و قابل قبولی است، اما هنگامی که به سمت معادله عرضه و تقاضا نگاه می‌کنیم در می‌یابیم که تجارت نانوحسگرها در ابتدای راه است و مشغول دیدن زوایای بیرونی کار به مثابه یک رویای ثروت‌اندوزی است.
در بخش نظامی و امنیت ملی احتیاج به حسگرهای بسیار حساسی است که بتوانند به صورت گسترده توزیع شوند تا به کمک آنها بتوان تشعشعات و بیوسم‌های زیستی را مورد بررسی قرار داد. در زمینه پزشکی نیاز به حسگرهای بسیار حساسی به صورت آزمایشگاه‌هایی بر روی تراشه است که بتوانند کوچک‌ترین علائم نشان‌دهندة سرطان را شناسایی کنند. در صنایع هوافضا احتیاج به نانوحسگرهایی است که در بدنة هواپیماها به عنوان سیستم هشداردهنده ثابت قرار بگیرند و مشخص کنند که چه زمانی هواپیما احتیاج به تعمیرات دارد.
در صنایع اتومبیل می‌توان از نانوحسگرها برای مصرف بهینه سوخت استفاده کرد. همچنین در اتومبیل‌های گران‌قیمت می‌توان برای بهبود وضعیت صندلی و وضعیت کنترل‌های موجود به تناسب حالت‌های مختلف بدن، این نانوحسگرها را مورد استفاده قرار داد. در مرحله بعدی می‌توان از آن در فناوری اطلاعات به منظور ترغیب در فراگیرشدن (ای.کا.ای فراگیر) سیستم‌های محاسبه‌گر رایانه‌های همراه همیشه روشن استفاده کرد. همچنین می‌توان آنرا به شکل توده حسگرها در تلفن‌های هوشمندی که برای ارتباطات ثابت بین سایر تلفن‌های هوشمند و رایانه‌های همراه از آنها استفاده می‌شود، به کار برد!

موانع پیشرفت بازار نانوحسگرها
تعدادی از شرکت‌های بسیار بزرگ بازرگانی اکنون بازار نانوحسگرها را زیر نظر گرفته‌اند. شرکت (Smiths detection) نانوحسگری را تولید کرده که باعث توسعه حسگرها در زمینه‌هایی چون امنیت ملی، کنترل کیفی خوراکی‌ها و شناسایی بیماری‌ها شده است. شرکت (Dow Corning) درخت‌سان‌هایی تولید کرده و قصد دارد با کمک شرکت جننکر
(Genencor) قالب‌های سیلیکونی را تولید نماید که با فناوری زیستی به دست آمده‌اند و در ساخت بیوحسگرها کاربرد دارند. آزمایشگاه تحقیقاتی مشهور IBM در زوریخ (Zurich IBM) نیز تحقیقاتی بر روی نانوحسگرهای زیستی و شیمیایی انجام داده است. همچنین شرکت لاک هید مارتین و بوئینگ بر روی این ایده کار می‌کنند که چگونه می‌توان از نانوحسگرها در صنایع هوا فضا استفاده کرد. به طور دقیق 12 آزمایشگاه تحقیقاتی بر روی اهداف و انواع مختلف فناوری نانوحسگرهای تجاری در سراسر جهان مشغول به کار هستند.
البته این‌ها برای نانوحسگرها بیشتر استثناء هستند تا قاعده کلی. در واقع سیاست تمام صنایع ساخت حسگر به گونه‌ای است که به نانوحسگرها اولویت و برتری خاصی داده نمی‌شود. یکی از دلایل این امر آن است که شرکت‌‌ها، مشکلات اقتصادی و تکنیکی نانوحسگرها را مهم‌تر از مزایای آن می‌دانند.
نانومارکتز این قبیل مشکلات و موانع پیشرفت بازار نانوحسگرها را در 5 فاکتور زیر خلاصه کرده است.


قیمت بالای مواد
در ساخت بسیاری از نانوحسگرهایی که در آزمایشگاهها تولید می‌شوند از مواد سمی (مانند نانوذرات طلا) استفاده می‌گردد که برای کاربرد گسترده می‌توانند بسیار گران قیمت باشند.
مشکلات تولید با پلاتفرم‌های مواد یا فناوری
اصول اولیه فناوری نانوپلاتفرم‌هایی که در ساخت نانوحسگرها کاربرد دارند هنوز جزء مشکلات ساخت به حساب می‌آیند. برای مثال نیمه‌هادی یا ‌هادی‌بودن نانولوله‌های کربنی هنوز مورد بحث است و مقالات زیادی وجود دارد که در همگی آنها روش‌های مختلفی را به عنوان بهترین روش برای اطمینان یافتن از نیمه‌هادی یا هادی‌بودن نانولوله‌های کربنی معرفی کرده‌اند.
مشکلات ساخت مرتبط با نانوحسگرها
بسیاری از کسانی که برای تهیه این گزارش با آنها مصاحبه شد بر این نکته تأکید کردند که راهی طولانی از تهیه مدل‌های نانوحسگرها در آزمایشگاه‌های صنعتی، تا رسیدن به محصولاتی که در همه جا یافت شده و به‌راحتی خریداری می‌شوند، وجود دارد. در واقع امروزه بسیاری از نانوحسگرها در ابتدای این راه قرار دارند تا در انتهای آن.
عدم وجود ارتباط با دنیای واقعی
یکی از زمینه‌هایی که هنوز به نظر می‌آید احتیاج به تحقیق بسیار، به خصوص از لحاظ تجاری دارد، طریقه برقراری ارتباط بین ابزارهای دنیای امروزی و نانوحسگرها است. نانومواد و نانوالکترونیک مزایای زیادی ایجاد می‌کند که در بالا به آن اشاره شد، اما آنها احتیاج به ابزاری دارند که بتواند در اندازه‌های نانومتری با آنها ارتباط برقرار کرده و کار کند. این بدان معنی است که تأثیرات نانو می‌بایست به دستگاه‌های با ابعاد بالاتر انتقال داده شود و این خود به موارد زیر احتیاج دارد:
(1) سازگاری بسیار بالای CMOS که در نتیجه مواد حساس در ابعاد نانو و قطعات نانوالکتریکی را بتوان با روش‌های معمول میکروالکترونیک به صورت یک مدار مجتمع مونتاژ کرد. (2) ایجاد نوعی نرم افزار یا نیمه افزار که توانایی تحلیل داده‌هایی که از نانوحسگرها می‌آید را داشته باشد، لازم است.


مونتاژ نانوقطعات
به نظر می‌آید مونتاژ نانوقطعات بیشتر از آن‌که به کوشش اقتصادی احتیاج داشته باشد به یک برنامه تحقیقاتی نیاز دارد. به منظور کاهش قیمت‌ها و گسترش استفاده از آرایه‌های بزرگ حسگرها یا توده حسگرها، می‌بایست فناوری ساخت مدارهای مجتمع نانومقیاس بهبود پیدا کند.

 

[P O U R I A]

چرا مسأله زمان؟
مشکلات، بیش از آن‌که ناشی از فیزیک قضیه باشند، ناشی از نبود فناوری هستند. این معضلات دقیقاً همان مواردی هستند که تجاری‌شدن بعضی از فناوری‌های جدید پیچیده را با مشکل مواجه کرده‌اند. اما این مسائل با گذشت زمان حل خواهد شد. در واقع فقط یک مشکل باقی می‌ماند. شرکت نانومارکتز بر این باور است که آنچه واقعاً مانع پیشرفت بازار نانوحسگرها شده است عدم وجود ایده مشخص و واضحی برای صنایع می‌باشد که معلوم نمی‌کند به چه مقدار زمان احتیاج است تا بازار این وسایل رونق پیدا کند. این امر به نوبه خود مشکل بزرگی را برای سرمایه‌دار‌های خطرپذیر، بانک‌های سرمایه‌گذاری، کمیته‌های شرکت‌های داخلی و سرمایه‌گذاران خصوصی ایجاد می‌کند.
در مطالعات اخیری که انجام شد، ما موضوع زمان حصول نتیجه را در سطوح مختلفی مورد تحلیل قرار دادیم و به این نتیجه رسیدیم که به علت طبیعت خرد و متنوع بازار نانوحسگرها، پیداکردن جوابی برای مسأله زمان بسیار دشوار است.
البته برای هر بخش از بازار (و طبعاً برای هر دسته از مشتریان این محصول) جوابی به دست آمده تا بتوان به کمک آن دورنمای کلی از قضیه پیدا کرد؛ هرچند که این کار زیاد خوشایند نیست.
در تحقیق نانومارکتز فرض شده است که نانوحسگرها در 10 بخش مختلف صنعت به کار گرفته شوند در هر بخش کاربرد شبیه به هم را پیدا خواهند کرد (و در این صنایع از 7 نوع حسگر استفاده شود؛ حسگرهای گاز، حسگرهای زیستی و...) و نیز از 8 روش مختلف چه از جنبه موادی استفاده شود (مانند نانوذرات، پوشش‌های نانو، اسپینترونیک و...) در نتیجه 560= 8×7×10 نوع محصول و 560 مشتری برای این بازار به‌دست می‌آیند. در بررسی رابطة زمان، بر این باور هستیم که می‌بایست پتانسیل هر کدام از این مشتری‌ها را به شکل زیر تحلیل کنیم.
اختلاف در پذیرش سناریوهای نانوحسگرها در هر بخش از صنعت
ما تمام بخش‌های عمده صنایع مختلف را به منظور احتمال گسترش نانوحسگرها در آنجا مورد بررسی قرار دادیم. فاکتورهایی که در نظر گرفته شد به قرار زیر بودند: تمایل به پذیرش فناوری جدید، میزان حساسیت به قیمت تمام‌شده، طول دوره تولید و مهمتر از همه توانایی منحصر به فرد نانوحسگرها که باعث می‌شود واحد به خصوصی به آنها احتیاج مبرم پیدا کند.
زمان انتظار برای پذیرش نانوحسگرها بسیار متفاوت است. برای مثال مدت زمانی که طول می‌کشد تا نانوحسگرها توسط بخش‌های اجرایی پزشکی و نظامی پذیرفته شوند بسیار کوتاه است زیرا به حسگرهای بسیار کوچک و بسیار حساس در اینگونه صنایع احتیاج فراوان است. همچنین به نظر می‌رسد که نانوحسگرها بتوانند مناسب‌بودن قیمتشان را در مقایسه با فناوری‌های دیگر به اثبات برسانند. با این حال پیش‌بینی می‌شود در صنعت اتومبیل‌سازی پذیرش نانوحسگرها احتیاج به زمان طولانی‌تری داشته باشد، زیرا کاربرد آنها در این صنعت خیلی شفاف نیست و نیز شرکت‌های اتومبیل‌سازی نسبت به قیمت تمام‌شده در مقایسه با صنایع دیگر حساس‌ترند.


وجود الگوی کاربرد برای حسگرها در هر بخش از صنعت
در بعضی از بخش‌های صنایع مثلاً صنعت اتومبیل، هم‌اکنون به صورت گسترده از حسگرها استفاده می‌شود و احتمال دارد که نانوحسگرها بتوانند جایگزین حسگرهای کنونی در این صنعت شوند. اگر بتوان این صنایع را قانع کرد که استفاده از نانوحسگرها توجیه اقتصادی دارد، ممکن است حسگرهای خود را بفروشند و به جای آنها از نانوحسگرها استفاده کنند.
در بخش‌های دیگر، ایدة استفاده از تعداد زیادی حسگر ممکن است ایدة تازه‌ای باشد. مثال خوبی که می‌توان در اینجا ذکر کرد بخش فناوری اطلاعات است. در اینجا هم مشتریان و هم عرضه‌کنندگان به اهمیت نقش حسگرها (نانوحسگرها یا حسگرهای معمولی) در موفقیت اقتصادی گسترده رایانه‌ها پی می‌برند. این امر می‌تواند پتانسیل کاهش نظم [گسترش] نانوحسگرها را در این بخش ایجاد کند. همچنین الگوی استفاده از انواع حسگرها می‌بایست در نظر گرفته شود. نانوحسگرهایی که به عنوان آشکارکننده گازها به کار می‌روند ممکن است در بسیاری از بخش‌های صنعت جایی برای خود باز کنند ولی نانوحسگرهای تشعشعی بیشتر برای بخش‌های انرژی و نظامی مفید هستند و نقش ضعیف‌تری را در فناوری اطلاعات بازی می‌کنند.
تفاوت در توسة پلاتفرم‌های مختلف نانوتکنولوژی برای ساخت نانوحسگرها
همچنان که در بالا اشاره کردیم، در بسیاری از نانوحسگرهای امروزی، نانوذرات مختلف از انواع فلزهای گرانقیمت گرفته تا خاک رس به کار می‌روند. در این میان می‌توان گفت نانوحسگرهایی که فناوری آنها بر پایه اسپینترونیک و الکترونیک نانولوله‌ای می‌باشند، در مراحل اولیه تجاری‌شدن قرار دارند. حسگرهای مبتنی بر نقاط کوانتومی نیز در انتهای مسیر فرآیند تجاری‌شدن قرار گرفته‌اند.
برخی از افرادی که برای تهیه این گزارش با آنها مصاحبه کردیم، اظهار داشتند که از این نانوحسگرها می‌توان به عنوان پایه حسگرهای توده‌ای شکاری استفاده کرد، اما همگی موافق بودند که تجاری‌شدن آنها به دهه بعدی موکول می‌شود.
با در نظر گرفتن فاکتورهای فوق و جمع بندی آنها می‌توان در هر بخش از صنعت، بازار خاصی را برای حسگرها به صورت تخمینی در نظر گرفت و حتی این امکان وجود دارد که بتوان پتانسیل‌های آینده نانوحسگرها را در هر بخش از صنعت با اعداد بیان کرد. نه تنها می‌توان میزان مصرف نانوحسگرها را در بخش‌های مختلف به‌دست آورد بلکه می‌توان انواع حسگرهایی که بعدها توسط هر بخش به کار گرفته خواهند شد را تعیین کرد.
جدول ذیل بخش‌هایی را نشان می‌دهد که بر اساس گزارش جدید نانومارکتز مورد تحلیل قرار گرفته‌اند.


آنالیز نهایی
این نوع نمایش بازار هم واضح و هم واقع‌گرا است. وضوح آن به این دلیل است که مواردی واقعی را نشان می‌دهد که در آن فرصت‌هایی بر پایه معیار سرمایه‌گذاری وجود دارد. سایر معیارها ممکن است نتایج مختلفی بدهند اما در این مثال خاص فرصت‌های چندین بخش کاربردی که در آنها از نانوحسگرها استفاده خواهد شد را نشان نداده‌اند. همچنین واقع گرایی آن به خاطر نشان دادن مقدار واقعی بازارهای قابل دسترس و موقعیت‌های مدل‌های تجاری است که می‌توانند بر پایه آن ایجاد شوند.
شرکت نانومارکتز بر این باور است که نانوحسگرها، حسگرهای معمولی را از گردونه رقابت در بازار خارج خواهند ساخت. هر چند پیش‌بینی می‌کنیم که نانوحسگرها تا سال 2010 بیشتر از 10 درصد بازار حسگرها را به خود اختصاص نداده باشند، ولی اندازه بازار حسگرها به حدی وسیع است که حتی حداقل رشد نانوحسگرها در این بازار به معنی کسب درآمدی معادل چند میلیارد دلار خواهد بود و این مقدار فقط ظرف مدت چند سال به دست خواهد آمد. در دست داشتن این مقدار از بازار شانس خوبی را برای رسیدن به چنین هدفی ایجاد می‌کند.

​

افراد مقاله : ‌ بهزاد اسفندیار پور (نویسنده اول)​