تحریک ضربان قلب بدون باتری

یک جرعه ازجهان دانش

بهارسادات موسوی

[ گزارش ازپژوهش های تازه ]

پژوهشگران دانشگاه شیکاگو با الهام از فتوسنتز گیاهان، سامانه‌ای نانوپلاسمونیک ابداع کرده‌اند که با تابش نور، ضربان قلب را تنظیم می‌کند و نیاز به باتری را در ایمپلنت‌ها برطرف می‌سازد.

به گزارش ستادویژه توسعه فناوری نانو؛ الهام از طبیعت بار دیگر مرزهای فناوری را جابه‌جا کرده است. پژوهشگران دانشگاه شیکاگو موفق شده‌اند با الگوبرداری از فرآیند فتوسنتز در برگ گیاهان، یک سامانه زیست‌الکترونیکی بی‌سیم مبتنی بر نانوپلاسمونیک طراحی کنند که تنها با تابش نور قادر به تحریک اعصاب و تنظیم ضربان قلب است. این فناوری نوآورانه که بدون نیاز به باتری یا سیم‌کشی خارجی کار می‌کند، علاوه بر ایجاد افق‌های تازه در درمان بیماری‌های قلبی و عصبی، می‌تواند زمینه‌ساز نسل جدیدی از رابط‌های هوشمند میان انسان و رایانه و حسگرهای نوری پیشرفته باشد.

دانشمندان آمریکایی با الهام از یکی از شگفت‌انگیزترین فرآیندهای طبیعی، یعنی فتوسنتز، موفق به توسعه یک «برگ مصنوعی» شده‌اند که می‌تواند تنها با استفاده از نور، انرژی الکتریکی مورد نیاز برای تحریک بافت‌های زنده را تولید کند. این دستاورد که حاصل همکاری پژوهشگران دانشگاه شیکاگو، دانشگاه ملی سئول، آزمایشگاه ملی بروکهاون و آزمایشگاه ملی آرگون است، می‌تواند فصل تازه‌ای در توسعه تجهیزات پزشکی کاشتنی، درمان بیماری‌های عصبی و طراحی رابط‌های نوین انسان و ماشین رقم بزند.

پژوهشگران این پروژه که نتایج آن در نشریه معتبر Nature Photonics منتشر شده است، از ساختاری الهام گرفته‌اند که در غشای تیلاکوئیدی گیاهان وجود دارد؛ جایی که انرژی نور خورشید با بازدهی بالا به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود. با وجود دهه‌ها تلاش برای ساخت سامانه‌های مصنوعی برداشت نور، فناوری‌های الکترونیکی موجود هنوز نتوانسته‌اند به کارایی سیستم‌های طبیعی نزدیک شوند.

برای غلبه بر این محدودیت، پژوهشگران به سراغ فناوری نانوپلاسمونیک رفتند؛ شاخه‌ای از فناوری نانو که از نانوساختارهای فلزی برای جذب، متمرکز کردن و تبدیل انرژی نور به حامل‌های بار الکتریکی استفاده می‌کند. در این فناوری، نانوذرات فلزی مانند طلا قادرند نور را به شکلی بسیار مؤثر جذب کرده و الکترون‌های پرانرژی تولید کنند؛ الکترون‌هایی که می‌توانند فرآیندهای الکتریکی و شیمیایی را در مقیاس نانو کنترل کنند.

کلید موفقیت این پژوهش، طراحی معماری جدیدی برای این نانوساختارها بود. پژوهشگران ذره‌ای از طلا را با نیم‌کره‌ای از دی‌اکسید تیتانیوم پوشاندند و در زیر آن نیز یک لایه نازک طلا قرار دادند. این لایه طلایی همانند یک آینه عمل می‌کند و نور عبوری را بازتاب می‌دهد تا انرژی نوری درون ساختار به دام افتاده و چندین بار تقویت شود. نتیجه این طراحی، افزایش چشمگیر توان تولید بار الکتریکی و ذخیره انرژی در مقایسه با سامانه‌های پیشین بود.

به گفته محققان، بدون این لایه بازتابنده، بخش عمده نور از ساختار عبور کرده و هدر می‌رود، اما حضور آن باعث می‌شود انرژی نور در داخل نانوساختار متمرکز شده و کارایی دستگاه به میزان قابل توجهی افزایش یابد. این پیشرفت، امکان استفاده عملی از نانوپلاسمونیک را در تجهیزات زیست‌الکترونیکی فراهم کرده است.

پس از ساخت این سامانه در مرکز نانوساخت دانشگاه شیکاگو، پژوهشگران عملکرد آن را در مدل حیوانی مورد آزمایش قرار دادند. آن ها قطعه‌ای از این «برگ مصنوعی» را روی قلب موش آزمایشگاهی قرار دادند و تنها با تاباندن نور توانستند ضربان قلب را کنترل و تنظیم کنند. در آزمایشی دیگر، این سامانه روی عصب سیاتیک حیوان نصب شد و تابش نور باعث تحریک عصب و ایجاد پاسخ عصبی شد؛ نتیجه‌ای که نشان می‌دهد این فناوری می‌تواند در آینده برای درمان دردهای مزمن عصبی و اختلالات سیستم عصبی مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از ویژگی‌های برجسته این سامانه، عملکرد کاملاً بی‌سیم آن است. برخلاف بسیاری از ایمپلنت‌های پزشکی که برای تأمین انرژی به باتری یا سیم نیاز دارند، این فناوری مستقیماً انرژی مورد نیاز خود را از نور دریافت می‌کند. همین ویژگی می‌تواند پیچیدگی تجهیزات کاشتنی را کاهش داده، خطر عفونت را کم کند و عمر مفید آن ها را افزایش دهد.

بررسی‌های انجام‌شده نشان داد این سامانه قادر است چگالی جریان الکتریکی در حد میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع تولید کند؛ مقداری که برای سامانه‌های بی‌سیم بسیار

قابل توجه است و حتی با بسیاری از مواد نیمه‌رسانای رایج رقابت می‌کند یا از آن ها فراتر می‌رود. پژوهشگران اعلام کرده‌اند تاکنون نمونه مشابهی از یک سامانه نانوپلاسمونیک با چنین عملکردی در کاربردهای زیستی گزارش نشده است.

اما قابلیت‌های این فناوری به پزشکی محدود نمی‌شود. تیم تحقیقاتی با استفاده از همین ماده، سامانه‌ای برای تشخیص و پردازش اطلاعات نوری نیز طراحی کرده است. این سامانه برخلاف نمایشگرهای لمسی رایج، به جای تماس انگشت، به تابش نور واکنش نشان می‌دهد. در آزمایش‌های انجام‌شده، پژوهشگران با استفاده از یک اشاره‌گر لیزری الگوهای مختلفی را روی این سامانه ایجاد کردند و سپس یک الگوریتم هوش مصنوعی موفق شد این الگوها را بازسازی و تفسیر کند.

به اعتقاد پژوهشگران، این فناوری می‌تواند نسل تازه‌ای از رابط‌های انسان و رایانه را به وجود آورد؛ رابط‌هایی که اطلاعات را نه از طریق لمس، بلکه با استفاده از نور منتقل می‌کنند. حتی امکان استفاده از طول موج‌های نامرئی نیز وجود دارد که امنیت انتقال اطلاعات را به میزان قابل توجهی افزایش خواهد داد. در چنین سامانه‌هایی، هوش مصنوعی وظیفه رمزگشایی و تفسیر داده‌های نوری را بر عهده خواهد داشت.

به نقل از ستاد نانو؛ تیم پژوهشی اکنون در حال توسعه نسخه‌ای کاملاً کاشتنی از این فناوری است که بتواند دست‌کم یک سال بدون نیاز به منبع انرژی خارجی یا تعویض قطعات در بدن فعالیت کند. همچنین برنامه‌هایی برای استفاده از این معماری در ساخت حسگرهای کوانتومی نسل آینده نیز در دست اجرا است.

پژوهشگران تأکید می‌کنند موفقیت این پروژه نتیجه همکاری میان متخصصان حوزه‌های مختلف از جمله شیمی، مهندسی مواد، زیست‌فیزیک، بیوشیمی، فناوری نانو و مکانیک کوانتومی بوده است. به باور آن ها، توسعه فناوری‌های پیچیده آینده بیش از هر زمان دیگری به همکاری میان رشته‌های مختلف علمی وابسته خواهد بود؛ رویکردی که می‌تواند مسیر خلق نسل تازه‌ای از تجهیزات هوشمند پزشکی و سامانه‌های الکترونیکی الهام‌گرفته از طبیعت را هموار سازد.

 

آموزش خواندنِ ذهن به ربات‌های نسل بعدی

پژوهشگران در تلاش‌اند به ربات‌ها توانایی خواندن فکر دیگران را ببخشند. آن‌ها معتقدند این ویژگی باعث می‌شود آن‌ها ایمن‌تر، هوشمندتر و مطمئن‌تر شوند.

وبگاه تِک‌اِکسپلور در گزارشی آورده است: ربات‌ها در حال تبدیل‌شدن به بخشی از زندگی روزمره ما هستند. از آن‌ها در زمینه‌های مختلف، از مراقبت‌های بهداشتی گرفته تا انجام کارهای منزل، استفاده می‌شود. اما برای این که انسان‌ها واقعاً به ربات‌ها اعتماد و با آن‌ها همکاری کنند، به چیزی بیش از مهارت فنی نیاز دارند: آن‌ها باید ما را درک کنند؛ این همان هدف اصلی طرح PRIMI است. در این طرح پژوهشگران به سرپرستی دکتر مهدی حلو (Mehdi Hellou)، بررسی می‌کنند که چگونه می‌توان به ربات‌ها توانایی خواندن ذهن داد تا حدس بزنند افراد چه چیزی را باور دارند، چه چیزی را دوست دارند یا چه کاری می‌خواهند انجام دهند. هدف نهایی، ساخت ربات‌های خودکاری است که بتوانند:

▪زمان نیاز شما به کمک را پیش‌بینی کنند؛
▪رفتارشان را با گذشت زمان بهینه کنند؛
▪به شیوه‌ای طبیعی‌تر و اجتماعی‌تر واکنش نشان دهند.

پژوهشگران برای رسیدن به این هدف، از دانش روانشناسی، علوم اعصاب و هوش مصنوعی کمک می‌گیرند تا ربات‌هایی بسازند که هوش حرکتی (چگونگی حرکت) و هوش شناختی (چگونگی فکر کردن) را با هم ترکیب کنند.

دکتر حلو در این زمینه توضیح می‌دهد: ساخت سامانه‌های خودکاری که در زندگی روزمره به انسان‌ها کمک کنند، اهمیت زیادی دارد؛ به‌ویژه در موقعیت‌های حساس مثل مراقبت از بیماران یا کار در محیط‌های خطرناک. چنین ربات‌هایی باید بتوانند رفتار خود را با افراد مختلف و شرایط گوناگون هماهنگ کنند.

این فناوری به‌زودی در توانبخشی بیماران سکته مغزی آزمایش می‌شود. در این مطالعات، ربات‌های انسان‌نما به بهبودی بیماران کمک خواهند کرد. اگر طرح PRIMI موفق باشد، می‌توانیم منتظر نسل جدیدی از ربات‌ها باشیم که نه تنها سریع یاد می‌گیرند، بلکه مطمئن‌تر و با انسان‌ها همدل‌تر خواهند بود.

 

جلوگیری از خاموشی‌های ناخواسته

یک شرکت دانش‌بنیان با دستیابی به دانش فنی تولید پوشش سیلیکونی RTV، برای نخستین بار در تاریخ کشور، وابستگی به واردات این محصول حیاتی را از میان برداشت. این محصول راهبردی نقشی مستقیم در جلوگیری از خاموشی‌های ناخواسته، کاهش شدید ارزبری و ارتقای چشمگیر قابلیت اطمینان شبکه قدرت ایران ایفا می‌کند.

به گزارش مرکز ارتباطات و اطلاع‌رسانی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش‌بنیان ریاست‌جمهوری، منیره تقوایی در تشریح این دستاورد اظهار داشت: با حمایت‌های مؤثر معاونت علمی و وزارت نیرو، این شرکت برای نخستین‌بار در کشور موفق به دستیابی به دانش فنی و تولید محصول پوشش سیلیکونی RTV شده است.

وی با تأکید بر اهمیت بین‌المللی این فناوری افزود: پوشش سیلیکونی RTV به عنوان یک پوشش عایقی تخصصی در پست‌های برق و شبکه‌های قدرت به کار می‌رود و برای افزایش تاب‌آوری شبکه در برابر شرایط سخت محیطی، به‌ویژه در مناطق با آلودگی صنعتی بالا یا رطوبت زیاد، ضروری است.

مدیرعامل این شرکت دانش بنیان تصریح کرد: راهکار جهانی برای مقابله با وقوع خاموشی‌های متداول در مناطق جنوبی کشور، استفاده از همین پوشش‌های عایقی RTV است.

تقوایی تأکید کرد: با توجه به سطح دانش فنی بسیار بالا و پیچیدگی‌های فرآیند تولید این محصول، کشورهای محدودی در جهان به این فناوری دست یافته‌اند. اکنون با تولید داخلی این محصول، ایران نیز در جمع کشورهایی قرار گرفت که مالکیت این فناوری پیشرفته را در اختیار دارند.
وی به وضعیت پیشین تأمین این ماده اشاره کرد و گفت: این پوشش عایقی به دلیل تنوع آلودگی‌های موجود در کشور، از آلاینده‌های حوزه‌های صنعتی گرفته تا پدیده ریزگردها، دارای کاربرد گسترده‌ای است.

مدیرعامل این شرکت دانش بنیان اضافه کرد: پیش از این، این محصول کاملاً وارداتی بود، اما به دلیل شرایط خاص کشور و تحریم‌های ظالمانه، دسترسی به پوشش سیلیکونی عایقی با محدودیت‌های جدی مواجه بود که این محدودیت‌ها، مشکلات جدی در نگهداری و تضمین کیفیت محصول نهایی ایجاد می‌کرد.

تقوایی ادامه داد: تولید داخل این محصول، نه تنها تمام مشکلات مربوط به تأمین و کیفیت را برطرف کرده، بلکه با حل مساله اساسی ارزبری و جلوگیری از خروج ارز، زمینه ارزآوری از طریق صادرات را نیز فراهم ساخته و این اقدام را به گامی مؤثر در جهت تحقق استقلال صنعتی کشور تبدیل کرده است.
وی در پایان به مقایسه کیفیت و کارایی پرداخت و خاطرنشان کرد: از منظر دوره بهره‌برداری و زمان نگهداری، نمونه‌های خارجی RTV همواره با معضل محدودیت عمر مفید همراه بود. محصول تولید شده در ایران، علاوه بر برخورداری از کیفیتی معادل و در مواردی بالاتر از نمونه‌های اروپایی، دارای هزینه و قیمت تمام شده به مراتب مناسب‌تری است.
وی یادآورشد: این مزیت، نه تنها معضل محدودیت نگهداری را برطرف کرده، بلکه دسترسی به این تجهیز حیاتی را برای مصرف‌کنندگان داخلی به شکل چشم‌گیری افزایش داده است.

 

کشف یک سیاره قابل سکونت در ۲۵ سال نوری از زمین

یک سیاره صخره ای که احتمالا از حیات پشتیبانی می کند، در فاصله ۲۵ سال نوری زمین کشف شده است.

به گزارش اسپیس، با توجه به آنکه این سیاره در مواجهه با بادهای خشن از تشعشعات ستاره میزان قرار دارد، هنوز مشخص نیست آیا این سیارهٔ فراخورشیدیِ جدید دارای اتمسفر است یا حتی امکان وجود حیات در آن وجود دارد. با وجود این، اخترشناسان از این کشف بسیار هیجان‌زده و خوشحال هستند.

پل رابرتسون از دانشگاه کالیفرنیا در بیانیه‌ای در این باره می گوید: این یکی واقعاً هیجان‌انگیز است. این سیاره یکی از نزدیک‌ترین همسایه‌های کیهانی ماست. ۲۵ سال نوری شاید فاصلهٔ زیادی به نظر برسد، اما کهکشان راه شیری حدود صد هزار سال نوری عرض دارد بنابراین، از این نظر، سیاره مذکور همسایهٔ دیواربه‌دیوار زمین به شمار می‌آید.

این سیاره که با نام GJ 3378b شناخته می‌شود، به دور یک ستاره کوتولهٔ سرخ کم نور در صورت فلکی زرافه (Camelopardalis) مدار می زند.

این سیاره نخستین بار در سال ۲۰۲۴ توسط اخترشناسان فرانسوی با استفاده از تلسکوپ کانادا – فرانسه – هاوایی در موناکیا (Mauna Kea) کشف شد. اما اخترشناسان آمریکایی با بازبینی یافته‌های اولیه، نشان داده‌اند که این سیاره احتمالاً بیش از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد به زمین شباهت دارد.

در حال حاضر، تنها چیزی که با اطمینان دربارهٔ GJ 3378b می‌دانیم، جرم و مدار آن است. هنوز مشخص نیست که آیا این سیاره واقعاً شبیه زمین است یا خیر؛ ممکن است دارای خشکی، اقیانوس، ابر و حتی حیات باشد، یا شاید دنیایی بدون اتسمفر و پوشیده از دهانه‌های به وجودآمده ناشی از برخورد اجسام باشد.

این سیاره هنگام عبور از مقابل ستارهٔ خود دیده نمی‌شود. به عبارت دیگر این سیاره از دید ما از جلوی ستاره عبور نمی‌کند تا بخشی از نور آن را مسدود کند. در عوض، GJ 3378b از طریق اثر گرانشی‌اش بر ستارهٔ مادر شناسایی شد.

این نیروی گرانشی باعث می‌شود ستاره به دور مرکز جرم مشترک میان خود و سیاره اندکی نوسان کند. این نوسان از طریق «اثر دوپلر» در نور ستاره آشکار می‌شود که در واقع تغییری در طول موج نور که با بررسی طیف نوری ستاره قابل اندازه‌گیری است.

هنگامی که این سیاره در سال ۲۰۲۴ کشف شد، جرم آن ۵٫۲۶ برابر جرم زمین برآورد شد که آن را در رده «مینی‌نپتون‌ها» قرار می‌داد، یعنی سیاره‌هایی بزرگ‌تر که عمدتاً از گاز تشکیل شده‌اند.

اما تیم پل رابرتسون با بررسی دوبارهٔ این سیاره به کمک دو تلسکوپ متفاوت نشان داد که جرم واقعی آن حدود ۲٫۳ برابر جرم زمین است. این یافته نشان می‌دهد GJ 3378b به‌جای یک مینی‌نپتون، بیشتر به یک «ابرزمین» سنگی شباهت دارد.

علاوه بر این، همین مشاهدات نشان داد که دورهٔ مداری GJ 3378b برابر با ۲۱ روز است، نه ۲۵ روز که در اندازه‌گیری‌های اولیه گزارش شده بود. این یعنی سیاره به ستاره میزبان خود نزدیک‌تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد، اما همچنان به‌خوبی در «منطقهٔ قابل سکونت» قرار دارد.

در چنین منطقه ای در صورت وجود اتمسفر، دمای سطح سیاره می‌تواند برای وجود آب مایع مناسب باشد. بنابراین، از این دیدگاه، احتمال اینکه GJ 3378b قابل سکونت باشد، هرچند لزوماً مسکون نباشد، قابل توجه به نظر می‌رسد.

رابرتسون گفت: این ابرزمین حدود ۹۰ درصد از میزان تابشی را از ستاره میزبان خود دریافت می‌کند که زمین از خورشید دریافت می‌کند؛ بنابراین، دقیقاً در بهترین محدودهٔ ممکن برای قابل سکونت بودن قرار گرفته است.