نقش فناوری نانو و نانومواد در معماری پایدار

آيا تحول در نمودهای انسانی ، از ابزار و مصنوعات گرفته تا روحيات ، شيوه‌هاي زندگي و اخلاق و روابط اجتماعي ، در بازه‌هاي زماني بزرگ قابل پيش بيني است ؟

جواب دنياي امروز به اين سوال بنا به اسناد و مدارك قرن بيست و يكمي، (كه به راحتي مي‌توان واژه " بيست" را از كنار "يك" آن حذف كرد، بي آنكه لطمه‌اي به فرهنگ جهاني امروز وارد شود، گويا در آن بيست قرن مكتوب و چندين قرن نامکتوب يكسره خواب بوده‌ايم، و تنها، هشت – ده سال است كه بيدار شده‌ايم.) كاملا روشن است: "خير؛ آينده رفتار، روابط و مصنوعات انسان، كاملا غير قابل پيش‌بيني و به سرعت زيادي در حال تغيير است. "

علت اين امر را مي‌توان در سرعت پيشرفت علم، تغيرات آب و هوايي و زيست محيطي، رشد جمعيت، جهاني شدن و از بين رفتن مرزهاي فرهنگي به علت توسعه ارتباطات به كمك مديا[i]، دانست. در اين دنياي پرش كيهاني[ii] (به قول چارلز جنكس)، ابزار بيان و واژه‌ها در حال تغييرند.

فناوری نانو در کنار دو تحول عظیم دیگر یعنی ژنتیک و فناوری اطلاعات، موج چهارم انقلاب صنعتی را رقم خواهند زد. فناوری نانو پدیده‌ای ست عظیم که در تمامی گرایشات علمی راه پیدا کرده، تا جایی که تا یک دهه آینده برتری فرآیندها به این تحول وابسته است.

نانوتکنولوژی گامی‌ست دیگر در راستای توسعه ابزارهایی قوی، جهت همگام ماندن با اکوسیستم، استفاده از انرژی‌های پاک، ساختن کلان شهرها، ایجاد فضاهای مجازی[iii]، سالن‌های ضد جاذبه، عینیت بخشیدن به تله پورتیشن[iv] و تئوری‌های مختلفی که ناتصورند. در این پدیده ما به سمت مصالح ساده‌ای خواهیم رفت که این بار در مقیاس نانو طراحی شده است تا ابزاری ساخته شود که کارهای سحرآمیزی انجام دهد. ساختمان‌های آینده بی‌نیاز از انرژی در طبیعت کربنی، ساختمان‌هایی خواهند بود که از شبکه‌های انرژی خارجی استفاده نمی‌کنند.

اگر قرار بود توپ تنيس را به طرف ديوار پرتاب كنيم و توپ از آن بگذرد و به سوي ديگر ديوار برود، حتماً تعجب مي‌كرديم. اما اين دقيقاً همان اتفاقي است كه در مقياس كوانتوم[v] رخ مي‌دهد. در مقياس بسيار كوچك، خواص ماده مانند رنگ، مغناطيس و توانايي انتقال برق نيز به شكل غيرمنتظره تغيير مي‌كند.

خلق پوشش‌هایی به ضخامت یک اتم متشکل از ابرمتریال‌هایانرژی‌زا که هم چون لباسی، ساختمان را در بر خواهند گرفت، معماران را قادر می‌سازد ساختمان‌هایی پیچیده با قوس‌هایی ظریف طراحی کنند که حمل کننده باتری‌های خورشیدی هستند؛ استودیوهای شخصی و تلفن‌های خورشیدی می‌توانند انرژی «لباس ساختمان»[vi] را برای شارژ باتری‌های خود در اختیار بگیرند. نانوکامپوزیت‌ها که از متریال‌های رایج مانند استیل، بتن، شیشه و پلاستیک به دست می‌آیند، کارایی،پایداری، و نسبت طول به وزن مصالح را بهبود می‌بخشند. نانولوله‌های کربنی، نورپردازی کوانتوم‌دات‌ها[vii] و نانوسنسورها در تعامل با یکدیگر محیط را حس می‌کنند، برنامه‌ریزی می‌شوند، انرژی را به هم تبدیل می‌کنند و در نهایت با هم ساختمانی قوی‌تر، باهوش‌تر و با حساسیت محیطی بیشتر تولید خواهند کرد.

این چشم‌انداز بی‌نظیر دست یافتنی است؛ زیرا ذرات رفتارهای متفاوتی در مقیاس نانو دارند، فضایی که قوانین فیزیک کوانتوم بر آن حاکم است. در دنیای کوانتوم می‌توان رنگ، فرم و ظاهر اشیا را بسیار ساده‌تر از مقیاس ماکرو تغییر داد. خواص بنیادین مواد نظیر استحکام، نسبت سطح به جرم، رسانایی و الاستیسیته می‌توانند طوری طراحی شوند که مصالح متفاوت و مهیجی را خلق کرد.

ديدن جهان اتم به معناي عادي كلمه ميسر نيست، چون خواص آن كوچكتر از طول موج نور قابل ديدن است. اما با ساخت میکروسکوپ STM در سال 1981 توسط پژوهشگران شركت آي‌بي‌ام[viii]، اين امكان به دانشمندان داده شد كه براي اولين بار اتم‌ها ، مولكول‌ها و پستي و بلندي‌ها‌ در مقايس جهان نانو را ببينند.

نانو

نانو، که برای تعیین یک میلیاردم یا   10 یک کمیت استفاده می‌شود برابر است با یک میلیاردم متر که این اندازه تقریباً معادل نصف ضخامت یک مولکولDNA می‌باشد.مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن (طول، عرض، ضخامت) زیر  nm100 باشد تعریف شده‌اند.

2-1-  نانوتکنولوژی

نانوذرات از زمان‌هاي بسيار دور مورد استفاده قرار مي‌گرفتند. شايد اولين استفاده آنها در لعاب‌هاي چيني سلسله‌هاي ابتدايي چين بوده است. در يك جام رومي موسوم به جام ليكرگوس از نانوذرات طلا استفاد شده است تا رنگ‌هاي متفاوتي از جام برحسب نحوة تابش نور (از جلو يا عقب) پديد آيد. البته علت چنين اثراتي براي سازندگان آنها ناشناخته بوده است. اولین جرقه نانو در سال ۱۹۵۹ توسط ریچارد فاینمن[ix] زده شد که متخصصانی چون پیتر ایدون این فناوری برتر را در معماری مطرح کردند.

نانوتکنولوژی مجموعه‌ای است از فناوری‌هایی که به صورت انفرادی یا باهم در جهت بکارگیری و یا درک بهتر علوم مورد استفاده قرار می‌گیرند.ماهیت فرارشته‌ای علوم و فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم‌های جدید با دقت اتم و مولكول، موجب كاربردهای بسیار زیادی در عرصه‌های مختلف علمی و صنعتی شده است.

تکنولوژی در قرن گذشته در هرچه ریزتر کردن دانه‌های بزرگتر پیشرفت چشمگیری داشت، اما تکنولوژی نو در قرن حاضر مسیر عکس را طی می‌کند یعنی مواد فوق ریز را باید ترکیب کرد تا دانه‌های بزرگتر و کارآمد بوجود آورد؛ درست همان روشی که در طبیعت برای تولید کردن حاکم است. مجموعه‌های طبیعی ، ترکیبی از دانه‌های فوق ریز قابل تشخیص با خواص مشابه و یا متفاوت با اندازه‌هایی در حدود نانو است. هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می‌باشد، که آن‌ها را می‌توان به عنوان موادی چند منظوره به شمار آورد، خاصیتی که پدیده‌ها در عصر حاضر ناچار به تمایل به آن برای بقا می‌باشند.

در بياني كوتاه نانوتكنولوژي يك فرايند توليد مولكولي است. همانطور كه در طبيعت، فرآیند تولید مجموعه‌ها مولكول به مولكول است، ما هم بايد براي توليد محصولات جديد، با اين اعتقاد كه هرچه در طبيعت توليد شده قابل توليد در آزمايشگاه نيز هست، نظير طبيعت راهي پيدا كنيم؛ چرا که طبیعت پیش از معماری و به مثابه الگویی ازلی نماد پایداری است و تمام تلاش جامعه آکادمیک و حرفه‌ای معماری سوق به آن سمت است.

در كل، اين فناوري شامل سه مرحله مي‌باشد:

·           طراحي مهندسي ساختارها در سطح اتم

·           سرهم كردن اينگونه ساختارها وتبديل آن‌ها به مواد جديد با ساختار نانو[x] با خصوصيات ويژه

·           سرهم كردن اينگونه مواد و تبديل آنها به ابزارهاي مفيد.

محصولات نانومواد را هم می‌توان به صورت‌های زیر بیان کرد:

-           فیلم‌های نانو لایه[xi] برای کاربردهای عمدتا الکترونیکی

-           نانو پوشش‌های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حفاظت در مقابل عوامل مخرب محیطی

-           نانو ذرات به عنوان پیش سازنده[xii] یا اصلاح ساز[xiii] پدیده‌های شیمیایی و فیزیکی.

منظور از نانومواد یک بدنه نانوساختار جامد[xiv]ی است که در آن انتظام اتمی، اندازه کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد. هرچند پژوهشگران هم اكنون قادر به ساخت ساختارهاي تك مولكولي در آزمايشگاه هستند، اما هنوز نتوانستند شيوه‌اي ارزان (كه از نظر تجاري مناسب باشد) براي توليد انبوه آنها بيابند. شايد رويه‌اي تحت عنوان «Self-assembly» پاسخي مناسب به اين مشكل باشد. نانوتكنولوژي ، مراقبتهاي بهداشتي ، طول عمر ، كيفيت و توانايي‌هاي جسمي بشر را افزايش خواهد داد .

تولید نانوتیوب‌های كربنی و متعاقب آن نانوکامپوزیت‌ها ماده‌ای در اختیار بشر قرار داد كه رساناتر از مس، مقاوم‌تر از فولاد و سبك‌تر از آلومینیوم است. همچنین با استفاده از نانوذرات می‌توان سطوح خود تمیزشونده ساخت و ربایش مغناطیسی را چندین برابر كرد.

مهمترین تأثیر نانوکامپوزیت‌ها در آینده از طریق کاهش وزن خواهد بود. اخیراً کامپوزیت‌های نانوذره سیلیکاتی به بازار خودروها وارد شده‌اند. در سال 2001 هم جنرال موتور و هم تویوتا شروع تولید محصول با این مواد را اعلام کردند. مزیت این مواد استحکام و کاهش وزن است که مورد آخر صرفه‌جویی در سوخت را نیز به همراه خواهد داشت. خواص تعویق آتش‌گیری نانوکامپوزیت‌های حاوی نانوذرات سیلیکا، می‌تواند به خوبی مصارفی در سرویس خواب، پرده‌ها و محصولاتی از این دست پیدا کند. لاستیك‌های با عمر بالای ۱۰ سال و دارو رسانی به تك سلول‌های آسیب‌دیده در بدن از توانایی‌هایی است كه بشر به مدد نانوتک به آن دست یافته است. نانوتكنولوژي موجب توسعه محصولات كشاورزي براي يك جمعيت عظيم خواهد شد و راه‌هاي اقتصادي‌تري را براي تصفيه و نمك‌زدايي آب و بهينه‌سازي راه‌هاي استفاده از منابع و انرژي‌هاي تجديدپذير همچون انرژي خورشيدي ارائه خواهد کرد.

انتظار مي‌رود كه نانوتكنولوژي نياز بشر را به مواد كمياب كمتر كرده و با كاستن آلاينده‌ها ، محيط زيستي سالم‌تر را فراهم كند . براي مثال مطالعات نشان مي‌دهد در طي 10 تا 15 سال آينده ، روشنايي حاصل از پيشرفت نانوتكنولوژي ، مصرف جهاني انرژي را تا 10 درصد كاهش داده، باعث صرفه جويي سالانه 100 ميليارد دلار و همچنين كاهش آلودگي هوا به ميزان 200 ميليون تن كربن شود. همچنین با وجود آنکه بیش از ٧۰ درصد از سطح زمین با آب پوشیده شده است، تنها کمتر از ٣ درصد از آن آب شیرین است. از این مقدار ٧۹ درصد به قله‌های یخی و ٢۰ درصد به آب‌های زیرزمینی تعلق دارد و تنها ۱ درصد آن شامل دریاچه‌ها و چاه‌ها می‌باشد که به راحتی به دست می‌آید که فناوری نانو تحول بخش‌های مختلف صنعت آب نظیر ساخت سدها، حفاظت خطوط لوله آب، تصفیه آب، پساب و شیرین سازی آب را در بر می‌گیرد.

امروز بشر درست در ابتداي مسير قرار دارد و فقط چندين محصول تجاري از نانو ساختارهاي تك‌بعدي[xv] بهره مي‌گيرند ( نانوذرات، نانولوله‌ها، نانولايه‌ها و سوپرلاستيك‌ها). نظريات جديد و روش‌هاي مقرون به صرفه توليد نانوساختارهاي دو و سه بعدي از موضوعات مورد بررسي آينده مي‌باشند.

در خصوص نانوتكنولوژي يك نكته را مي‌توان به روشني و بدون ابهام مورد تاكيد قرار داد: اين فناوري اگرچه در گستره وسیعی مورد بحث و پژوهش قرار گرفته و امروزه در تمامی شاخه‌های علمی فراگیر شده است؛ اما هنوز، حتي براي متخصصان، کاملا شناخته شده نيست و همين امر هاله ابهامي را كه آن را در بر گرفته ضخيم‌تر مي‌كند و راه را براي گمانه‌زني‌هاي متنوع هموار مي‌سازد.

كساني بر اين باورند كه اين فناوري نظير هيولاي فرانكشتاين در داستان مري شلي و يا همانند جعبه پاندورا در اسطوره‌هاي يونان باستان، مرگ و نابودي براي ابناي بشر درپي دارد. در مقابل گروهي نيز معتقدند كه به مدد توانايي‌هاي حاصل از اين فناوري مي‌توان عالم را گلستان كرد. منتقدین معتقدند نانوتكنولوژي باعث ايجاد نوعي نظام شناسايي بين المللي و آسيب به فقرا، محيط زيست و سلامت انسان خواهد شد؛ اما آنچه که مسلم است این است که دانش و فناوری همواره دو لبه داشته است و این اختیار با خود بشر بوده که در بازه‌های زمانی مختلف مسیر حرکتی خود را بر روی آن مشخص کند؛ اما صرف تکنولوژی و دانش هیچ‌گاه در تضاد با طبیعت و انسان نبوده است. شاید مهمترین وظیفه نسل امروز به عنوان کاشفان این تکنولوژی اسرار آمیز این باشد که تمام توان خود را بکار گیرد تا با کنکاش‌های موشکافانه و درس قرار دادن تجربیات تلخ گذشته – نظیر مشکلات عدیده زیست محیطی که امروز گریبان جامعه انسانی را به شدت می‌فشارد – سنگ بنای این عظمت طبیعت را در مسیر انسانی آن قرار دهد.

پایداری[xvi] به مثابه ضریب هوشی

یک ساختمان هوشمند[xvii]،ساختمانی‌ست که خود فکر می‌کند و با سنجیدن نیازهایش، در جهت رفع آن گام برمی‌دارد؛ همچنین ضمن بررسي و درک وضعيت خود و برآورد ميزان سالم بودن، در صورت نياز، تعميرات لازم را به‌عمل مي‌آورد. نانوساختارها تلاش بی‌وقفه طراحان و معماران برای رسیدن به فرم‌های جدید، سازگار با محیط و عملکردگرا را به نتیجه می‌رسانند. این یک رؤیای علمی- تخیلی نیست، زیرا علم نانو خیلی سریع‌تر از یک واقعیت رخ خواهد داد...

معماری سنتی، وابسته و محدود به چند عامل مهم است :

نیروهای طبیعی، فرهنگ بشری و نیازهای طبیعی وی. اما این مباحث در معماری مدرن، و با استفاده از فناوری نانو قابل رفع خواهند بود. بدین ترتیب که:

نیروهای طبیعی که روزگاری مایه وحشت انسان بودند، عاملی هستند که وی انرژی مورد نیاز زندگی خود را از آن‌ها تامین خواهد کرد. زلزله و نیروهای مکانیکی و مخرب، می‌تواند در ساختمان ذخیره شود؛ همانطور که انرژی جنبشی، در یک فنر بصورت پتانسیل آن درمی‌آید، زلزله یا حرکت جانبی ساختمان، بطور نمونه در پیزوالکتریک‌ها ذخیره گشته و در ساختمان استفاده می‌شود. هم چنین مصالح جدید، دیگر در مقابل زلزله پایداری نخواهند کرد، بلکه با آن هماهنگ می‌شوند. مواد نورتاب لومینسانس[xviii] انرژی وارده را در طول موج‌های قابل رویت بازتاب می‌دهند و انرژی باد در ساختمان‌های بلند، نه تنها نگرانی در پی ندارد بلکه انجام تهویه‌ی هوا را به عهده خواهد داشت.

آئروژل‌های متخلخلی که امروزه به عنوان عایق در ساختمان‌ها استفاده می‌شود تنها نمونه‌ای آغازین از توانایی نانوکریستال‌های سنتز شده از طریق تکنیک سل-ژل[xix] محسوب می‌شوند که نقشی فراگیر در جهت مباحث پایداری و زیست محیطی برعهده خواهند گرفت؛ همچنین نقشی دیگر از آنها در شیشه‌های هوشمند است که در هنگام تابش شدید نور آفتاب تیره و مات می‌شوند و هنگام تابش ضعیف‌تر شیشه‌ها روشن‌تر می‌شوند. بدیهی است این مکانیزم ساده تحولی عظیم در بهینه سازی و پایداری شرایط آسایش ایجاد کرده و همچنان خواهد کرد. نور خورشید، این منبع گرما و روشنائی، دیگر طراح را به فکر نخواهد داشت که بر اساس نورگیری ساختمان، فضاها را چیدمان کند؛ بلکه وی را آزاد خواهد گذاشت تا علاوه بر طرح آزاد، نیازی به سیستم برق رسانی نداشته باشد.

يکي از جالب‌ترين دسته‌هاي مواد هوشمند که بسيار هم مورد توجه قرار مي‌گيرد مواد باقابليت تغيير رنگ (کروميک)[xx] نام دارد. اين مواد را مي‌توان در دسته‌هاي زير تقسيم بندي کرد: 

نکته‌اي که بايد در اين زمينه دقت کنيم اين است که در واقع تغيير رنگي که از آن نام مي‌بريم در واقع تغيير خصوصيات نوري اين مواد مانند ضريب جذب، قابليت بازتاب و يا شکست است. در واقع چيزي که ما از رنگ مي‌دانيم به منبع نور و طبيعت چشممان مربوط است و اين تغيير رنگ در اثر يک تغيير ساختار در اين مواد است.

فناوری نانو از طریق نانوتیوب‌های نیمه هادی، نانووایرها، یا نانوذرات قرار داده شده در یک پلاستیک رسانا، سلول‌های خورشیدی برایمان می‌سازد که ما را به بیشترین مرز پایداری اقتصادی (از طریق کاهش وزن، ضخامت و در نهایت هزینه تولید) و زیست اقلیمی (استفاده از منابع انرژی پاک و غیرآلاینده) سوق می‌دهد.

شرکت Nanosolar Inc. سلول‌های خورشیدیی ساخته است که در آنها لایه‌های سلول‌های خورشیدی به راحتی روی سطوح مختلف اسپری یا چاپ[xxi] می‌شوند. شرکت Konarka همچنین فرآیندی برای ساخت پارچه‌هایی که بصورت سلول‌های خورشیدی کار می‌کنند ارائه داده است؛ و رویکرد دیگری که قادر خواهد بود شیشه‌های شفاف چند منظوره‌ای ارائه دهد که حامل سلول‌های خورشیدی نیز می‌باشند.

بازسازی، بازیافت، باز پایداری

نانو تکنولوژی تنها، فناوری خلق فضاهای جدید و خارق‌العاده نیست، بلکه تفکر پیشین بشر را نیز ترمیم و دوباره عرضه خواهد کرد. هر ساختمان باید به گونه‌ای طراحی شود که استفاده از منابع جدید را به حداقل برساند و در پایان عمر مفید خود، منبعی برای ایجاد سازه‌های دیگر بوجود بیاورد. اغلب منابع موجود در جهان در محیط مصنوع فعلی به کار گرفته شده‌اند و ترمیم و ارتقاء وضعیت ساختمان‌های فعلی برای کاهش اثرات زیست محیطی، امری‌ست که از اهمیتی برابر با خلق سازه‌های جدید برخوردار است. این استفاده مجدد می‌تواند در مسیر استفاده از مصالح بازیافت شده شکل بگیرد، بازیافت ساختمان‌ها و عناصر درون آن بخشی از تاریخ معماری است. فرض کنید دوباره بتوانید در اکروپلیس، کلوسئوم یا تخت جمشید قدم بزنید و فضاها را به همان صورتی که ساخته شده و قابل استفاده بودند، لمس کنید.

در اغلب مواردی که دسترسی به منابع جدید به حداقل می‌رسد، روش‌هایی کشف می‌شوند که با آن‌ها می‌توان ساختمان‌هایی که برای یک منظور ساخته شده‌اند را برای مقاصد دیگر نیز بکار برد؛ با این حال بعضی تغییرات ضروری می‌توانند باعث تغییر شکل اصلی سازه یا ساختمان شوند. نانوتک می‌تواند با تغییر مصالح، تغییر کاربری و در نتیجه تغییر فضا را شامل شود. می‌توان با فناوری نانو عمر کلیسای جامع میلان و گنبد برونلسکی را تضمین نمود و برج کج پیزا را صاف کرد. پوشش‌های نانویی و نانو روبات‌ها از ساده‌ترین نتیجه‌های نانو هستند که می‌توانند درک کنند یا به محیط اطرافشان واکنش نشان دهند. متریال‌هایی که در برابر حرکت، تغییراتی در آنها رخ می‌دهد؛ حسگرهایی که روز به روز کوچکتر می‌شوند و نانو کامپوزیت‌هایی که خودشان را ترمیم می‌کنند.

بازسازی، اصلاحات و تعمیرات مواد و مصالح در سطح اتمی به طور موضعی و محلی دغدغه‌ همیشگی جامعه مهندسی بوده است. پیشرفت‌های لیزری و نانوتیوب‌های نیروی اتمی[xxii] می‌توانند برای عرضه و فراهم سازی انرژی به طور مکانی و موضعی مورد استفاده قرار گیرند تا اتم‌ها را قادر سازند که به عقب برگردند و در جاهای درست خود و با انرژی کمتر در موقعیت‌های خود قرار بگیرند. این امکان وجود دارد تا نانو وصله‌ها (نانو تکه‌ها)[xxiii] یا نانوذرات مورد استفاده قرار گیرند تا داخل آنها پر شود و یا به آنها بخیه زده شوند.

با ورود مصالح جدید به تکنولوژی ساختمان، سازه‌هایی خواهیم داشت که تحت تاثیر تغییر آرایش (خودآرایی) اتم‌ها در مقیاس نانو، معایبی چون خورندگی‌های شیمیایی در آنها مفهومی نخواهد داشت؛ بنابراین پدیده‌هایی نظیر باران‌های اسیدی، مکانیزم‌های شیمیایی حین اجرا و ساخت و دمای هوا دیگر به عنوان عوامل مخرب و محدود کننده مطرح نخواهند بود.

نتیجه

نانو تكنولوژي يا كاربرد فناوري در مقياس يك ميليونيم متر، جهان حيرت انگيزي را پيش روي دانشمندان قرار داده است كه در تاريخ بشريت نظيري براي آن نمي‌توان يافت. پيشرفت‌هاي پرشتابي كه در اين عرصه به وقوع مي‌پيوندد، پيام مهمي را با خود به همراه آورده است: بشر در آستانه دستيابي به توانايي‌هاي بي‌بديلي براي تغيير محيط پيرامون خويش قرار گرفته است و جهان و جامعه‌اي كه در آينده‌اي نه چندان دور به مدد اين فناوري جديد پديدار خواهد شد، تفاوت‌هايي بنيادين با جهان مالوف آدمي در گذشته خواهد داشت.

در عصر پسامدرن و دنیای در حال توسعه مبتنی بر فناوری، انرژی و دست‌یابی به منابع نامحدود و پاک در جهت حفظ و پایداری این گهواره خاکی از بزرگ‌ترین چالش‌های بر سر راه جوامع بشری، سازمان‌های محافظ محیط زیست و دولت‌ها می‌باشد. این امر نشانگر این است که تمام گروه‌های علمی، صنعتی، اجتماعی و فرهنگی موظف هستند تا با آگاه‌سازی، تبیین و تعیین راهکارها و روش‌های جوابگو برای اصلاح رویکردهای مصرف انرژی و در نهایت رسیدن به خواسته و هدف فعلی بشر یعنی پایداری محیط زیست این کره خاکی گام بردارند.

فناوری نانو می‌تواند پاسخ مناسبی برای این امر خطیر باشد. با استفاده از این فناوری می‌توانیم منابع مختلفی، از نانو سلول‌های خورشیدی گرفته تا سلول‌های سوخت هیدروژنی و باتری‌های نانویی - که می‌توانند تا پنج برابر قوی‌تر، ده برابر مؤثرتر و میلیون‌ها بار فشرده‌تر و بهتر عمل کنند - را در اختیار داشته باشیم. فرآورده‌ها و محصولات نانو تکنولوژی می‌توانند در عرض چند روز طراحی و در عرض چند ساعت به نقاط مختلف دنیا توزیع شوند و این قابلیت وجود دارد که این محصولات را از پیش طراحی کرد.

نانوسرامیک‌های ضد باکتری و خود تمیز شونده که در پوشش‌های نهایی به صورت لعاب مورد استفاده قرار می‌گیرند و در استحکام بخشیدن نیز بسیار مؤثر هستند؛ چوب‌های کاملا نسوز که از نظر عایق صدا (آکوستیک) و حرارتی بسیار قوی‌تر از چوب‌های فعلی می‌باشند و در عین حال از نظر ظاهری هیچ تفاوتی نمی‌کنند؛ شیشه‌های نازک، عایق، با مقاومت و سختی بسیار بالا و هوشمند در مقابل تغییرات جوی؛ بتن‌های با انعطاف‌پذیری بالا، سبک‌تر و محکم‌تر و در عین حال عایق در برابر آب و رطوبت و عبور دهنده نور طبیعی؛ و فولادهای مقاوم در برابر پوسیدگی و خوردگی و ... ؛ که تمامی این پدیده‌ها تنها چشم‌اندازهایی نزدیک و در دسترس از این فناوری را نمایان می‌کنند.

نانو الیاف‌های کربنی، لیفچه‌ها و دیگر نانومتريال‌ها، دیوارها و بام‌هایی را برای ما می‌سازند که از کاغذهای نازک نامرئی پوشیده شده است و با خواص الکتریکی متنوع خود درتعامل با نانوسنسورها و کوانتوم دات‌ها بر جاذبه غلبه خواهند کرد؛ نانو تراشه‌هایی که مانند یک ابررسانای کوچک، همه اطلاعات را از خود عبور می‌دهند یا در خود ذخیره می‌کنند. فناوری نانو به ما این قدرت را می‌دهد تا بتوانیم دیوارهای ضد سایش، ضد حریق

و سطوح ضد انعکاس و هم چنین کف ضد لغزش اجرا کنیم. مصالحی با سختی الماس و شکل‌پذیری پلاستیک و نازکتر از یک صفحه کاغذ که مسلماٌ با قابلیت‌های نوین خود، معماران دیگر محدود نخواهند بود و فکر اجرای طرح، ایده آنها را محدود نخواهد کرد.

بوسیله روش رسوب‌گذاری الکتریکی و در نتیجه داشتن پنجره‌های الکتروکرمیک حاوی نوار جذبی نوری می‌توان گرما را پراکنده کرده و خواص را بسته به محیط تغییر دهیم. با مصالحی که توانایی تغییر و تطبیق چگالی، شکل، رنگ، حجم و حالت را با محیط دارند، زمان و مکانی که بر شئ معماری مرتبط است - یعنی تاریخ و اصالت معماری - ثابت نخواهد ماند و با تغییر محیط اطراف در هر زمان و مکانی متحول خواهند شد. در نتیجه فناوری نانو در عصر تله پورتیشن منجر به پیدایش مگاپولیس‌ها و فضاهای مجازی خواهد شد که در آن‌ها جوامع بشری تبدیل به محیط‌هایی کاملاُ برنامه‌ریزی شده خواهند شد. شهرهایی که دیگر نیازی به کابل‌های برق و لوله‌های توزیع گاز نخواهند داشت و هر بنا خود یک منبع انرژی خواهد بود در چنین جامعه‌ای تمامی مجموعه‌های روباتیک به گونه‌ای برنامه‌ریزی و طراحی می‌شوند که از هر نظر اعم از فرم، رنگ، بافت، چگالی و غلظت قابل تغییر و برنامه ریزی بوده، با یکدیگر و با انسان‌ها در ارتباط و کنش متقابل قرار می‌گیرند.

رفتار سازه‌ها و ساختمان‌ها کاملا عملکردگرا و زمینه گرا می‌شوند. آن‌ها قادر خواهند بود که با انواع دما، جریان‌های هوا، مصرف انرژی و دیگر شرایط اقلیمی، زمین شناسی و ... هوشمندانه وفق داده شوند. تمام این شرایط نیز توسط برنامه‌ریزان طراحی به صورت داده‌های خام به ساختمان و سازه‌های آن داده می‌شود تا در صورت مواجهه با تغییر هر عامل مؤثر بر شرایط زندگی انسان، در جهت رسیدن به محدوده آسایش او، با محیط سازگار شود.

اما این جا یک سؤال مطرح می‌شود که "نانو ساختارها چه می‌خواهد باشد؟" معماران معتقدند که ساختمان‌ها با آن‌ها صحبت می‌کنند و نیازها و نقاط ضعف خود را به آن‌ها می‌گویند. ولی اگر ساختمان‌ها دارای هوش مصنوعی باشند، معمار چه وظیفه‌ای در قبال این ساختمان‌های هوشمند خواهند داشت؟

فضاهای آینده ممکن است هیچ شباهتی به ابنیه قرن حاضر نداشته باشند و مصالح آنها گامی فراتر از مصالح کنونی می‌باشند، زیرا که معیارهای محدودکننده آن نقشی در ساختمان‌های آینده نخواهد داشت. زمان ساخت و ساز در حال حاضر طولانی بوده که به مرور زمان کاهش خواهد یافت. واضح است که دستاوردهای فناوری نانو صنایع آینده را رقم خواهد زد. تغییر و تحولات در عرصه معماری ، نقش پررنگ این فناوری را نشان می‌دهد. فناوری نانو نویدبخش فرم‌های جدید، عملکردهای تازه و ارتباط نوین بین مردم، ساختمان و محیط است.

 نقش و عملکرد معماران در این شرایط، از بخش طراحی فراتر رفته و به شناسایی و چگونگی عملکرد سیستم ها –تحت اختیار کاربران آنها- سوق داده خواهد شد. زمانی که جوامع بشری به نقطه‌ای برسند که محیط پیرامون آن کاملا تحت فرمان انسان قرار گرفته، در این صورت فعالیت یک معمار شکل کاملا متفاوت از آن چه امروزه شاهد آن می‌باشیم به خود خواهد گرفت.

آرشیتکت‌ها به اقتضای حرفه‌شان، مشاوران بسیار خوبی می‌باشند و در کار گروهی عملکردی عالی دارند؛ و به همان صورتی که از گذشته تا کنون با صنعت‌گران و تولیدکنندگان همکاری و مشارکت داشته‌اند، این همکاری در آینده نیز به همین صورت تداوم خواهد یافت. با این تفاوت که اساس این تولیدات در آینده تولیدات مولکولی خواهد بود.

وجود محصولات نیمه رسانایی نظیر کوانتوم‌‌دات‌ها و چشمه‌های کوانتومی، پیش برنده مسایل زیست محیطی و اکو سیستم‌ها خواهند بود. منابع انرژی پایدار و تجدید شدنی گسترش خواهند یافت. فقدان شبکه‌های انرژی با مطرح شدن انرژی‌های برتر و انرژی پاک برطرف خواهد شد. فناوری نانو در حال حاضر پیشرفته‌ترین فناوری بشر است و اهمیت آن از نیروهای برتر هم به مراتب بیشتر می باشد.

دانشجویان دانشگاه ایالتی بال با همكاری موسسه فناوری ایلینویز ساختمان‌هایی را طراحی می‌كنند كه در آن‌ها از نانومواد استفاده می‌شود. انتظار می‌رود این ساختمان‌ها طی ۲۰ سال آینده به طور انبوه ساخته شوند. این ساختمان‌ها در برگیرنده قطعات مبتنی بر ساختار نانولوله‌های كربنی، روشنایی مبتنی بر نقاط كوانتومی و نانوسنسورهایی است كه به همراه هم ساختمان‌هایی مستحكم‌تر، هوشمندتر و حساس تر نسبت به محیط را ایجاد خواهند كرد. در پروژه این دانشجویان قطعات مبتنی بر نانولوله‌ها، ساخت دیوارهای شفاف و مقاوم در برابر فشار، بدون نیاز به ستون و حایل را ممكن می‌كنند. به گزارش ایسنا با استفاده از نقاط كوانتومی می‌توان دیوارها و سقف‌های روشن یا با رنگ متغیر از طریق زدن یك كلید، ساخت. نانوسنسورها در عناصر ساختمان محیط هوشمندی را ایجاد می‌كنند كه درآن ساختمان‌ها دائما با محیط خود منطبق می‌شوند.