ساخت ابزار همراه ، برای تشخیص آرسنیک در آب

یک جرعه ازجهان دانش

بهارسادات موسوی

[ گزارش ازپژوهش های تازه ]

پژوهشگران مؤسسه فناوری هند در جودپور موفق به طراحی و ساخت یک حسگر قابل‌حمل ، ارزان قیمت و بسیار دقیق برای شناسایی آلودگی «آرسنیک» در آب شدند ، اقدامی که می‌تواند زندگی میلیون‌ها نفر در مناطق محروم را نجات دهد.

آلودگی آب با آرسنیک یکی از خطرناک‌ترین تهدیدهای محیط‌زیستی و بهداشتی در مناطق مختلف جهان است ، این فلز سنگین حتی در مقادیر ناچیز نیز می‌تواند منجر به بیماری‌های کشنده‌ای مانند سرطان پوست و اختلالات مزمن شود.
برآوردها نشان می‌دهد که قرارگیری بلندمدت در معرض آرسنیک سالانه به مرگ حدود ۴۳ هزار نفر در جهان منجر می‌شود.
برخلاف روش‌های پیشین که نیازمند دستگاه‌های پرهزینه و اپراتورهای متخصص(مانند طیف‌سنجی یا روش‌های الکتروشیمیایی) بودند ، حسگر جدید به‌گونه‌ای طراحی شده که کاربران در مناطق روستایی یا فاقد زیرساخت آزمایشگاهی نیز بتوانند از آن استفاده کنند.

برهمین اساس ، یک پژوهشی تازه که در نشریه Nanotechnology منتشر شده است ، از ساخت یک ابزار پرتابل توسط تیمی از پژوهشگران مؤسسه فناوری هند (IIT Jodhpur) پرده برمی‌دارد که با بهره‌گیری از نانوفناوری ، قادر است حضور یون‌های آرسنیک را با دقت بسیار بالا و در مدت زمانی کمتر از چهار ثانیه در محل شناسایی کند.

این ابزار مبتنی بر لایه‌های فعال SnS₂ رشد یافته با روش CVD و یک ترانزیستور اثر میدانی AlGaN/GaN HEMT ساخته شده‌ است. با این ساختار ، توانایی شناسایی آرسنیک (III) در غلظت‌هایی به پایین‌ترین حد ممکن — ۰٫۹۰ قسمت در میلیارد (ppb) — به دست آمده است.

به گفته ماهش کومار نویسنده اصلی مقاله ، این حسگر تنها در ۳.۲ ثانیه نتیجه را ارائه می‌دهد و با اتصال به یک بُرد مدار ساده و ماژول آردوینو ، توانایی ارسال داده‌ها به‌صورت آنی را نیز دارد. این قابلیت نه‌تنها برای استفاده میدانی کاربردی است ، بلکه می‌تواند در سامانه‌های نظارت گسترده بر منابع آب نیز به‌کار گرفته شود.

هدف نهایی پژوهشگران ، فراهم‌سازی امکان دسترسی ایمن به آب آشامیدنی برای تمامی افراد ، به‌ویژه ساکنان مناطق کم‌برخوردار و دورافتاده است ، آن‌ها امیدوارند با تجاری‌سازی این فناوری و کاهش هزینه‌های آن، بتوانند نقش مؤثری در کاهش بیماری‌های ناشی از آلودگی آرسنیک ایفا کنند.

 

ساخت لنز دولایه‌ای که اشک‌ها را جمع آوری می‌کند

محققان دانشگاه واترلو با طراحی لنزهای تماسی دولایه ، روش نوینی برای جمع‌آوری اشک به‌منظور تشخیص بیماری‌ها ارائه دادند، این پروژه تحسین‌شده ، جوایز متعددی را برای آنان به ارمغان آورده است.
این نوآوری می‌تواند راه را برای تشخیص غیرتهاجمی بیماری‌هایی مانند رتینوپاتی دیابتی با استفاده از اشک هموار کند.

در نگاه نخست ، اشک تنها نشانی از احساسات است ، اما گروه پنجم پروژه‌ نهایی دانشجویان مهندسی نانو (Capstone Group ۵) دانشگاه واترلو نشان داد که اشک‌ها رازهای پنهان‌تری نیز در خود دارند از جمله شاخص‌های زیستی مهمی همچون پروتئین‌ها و گلوکز که می‌توانند برای تشخیص بیماری‌های چشمی و حتی بیماری‌های سیستمیک مانند رتینوپاتی دیابتی به کار روند.

این گروه خلاق ، با بهره‌گیری از فناوری نانو و با تمرکز بر پتانسیل‌های تشخیصی اشک ، پروژه‌ای متفاوت را به عنوان طرح نهایی خود آغاز کرد و در پایان، دستاوردی فراتر از انتظار به ارمغان آورد.

طراحی یک لنز تماسی دولایه با قابلیت افزایش حجم جمع‌آوری اشک، بدون ایجاد ناراحتی برای فرد استفاده‌کننده. این لنز نوآورانه با استفاده از هیدروژل‌های رایج در لنزهای تماسی ساخته شده است. لایه درونی لنز دارای ریزساختارهایی است که جریان مایع اشک را در شکاف بین دو لایه هدایت می‌کند.

این طراحی ، علاوه بر جمع‌آوری مؤثرتر اشک ، راحتی استفاده را نیز تضمین می‌کند. لنز همچنین قابلیت جذب و نگهداری مایع را دارد که یک مزیت مهم در فرآیند نمونه‌گیری محسوب می‌شود.

الهام‌بخش این پروژه ، تجربه‌ای از سفر مطالعاتی یکی از اعضای گروه به کره‌جنوبی در سال ۲۰۲۳ بود. در آنجا ، بل شین (Belle Shin) در یکی از کلاس‌ها با کاربردهای حسگرها و مواد زیستی در لنزهای هوشمند آشنا شد. در همین کلاس بود که مطرح شد اشک ، مانند بزاق ، ادرار و خون ، می‌تواند در تشخیص پزشکی نقش داشته باشد.

با توجه به دشواری‌های موجود در روش‌های فعلی جمع‌آوری اشک نظیر نوارهای کاغذی زیر پلک یا لوله‌های شیشه‌ای که نیازمند بی‌حسی هستند، این گروه تصمیم گرفت راهی کمتر تهاجمی و راحت‌تر را ارائه دهد. آن‌ها تحت راهنمایی دکتر مهلا پودینه ، استاد راهنمای پروژه ، تمرکز خود را بر بهبود فرآیند جمع‌آوری اشک گذاشتند. گام بعدی در توسعهٔ این فناوری ، می‌تواند افزودن حسگر به لنز برای انجام تحلیل مستقیم باشد.

این پروژه نه‌تنها جایگاه نخست در رقابت‌های داخلی برنامه مهندسی نانو را به دست آورد ، بلکه جوایز معتبری چون «مهندس آینده» ، جایزه شرکت بیلیس مدیکال (Bayliss Medical) و جایزه بنیاد سانفورد فلمینگ (Sanford Fleming Foundation) را نیز از آن خود کرد. همچنین این تیم در مسابقات طراحی نوآورانه انجمن مهندسان انتاریو (OEC) و مسابقات ملی مهندسی کانادا نیز موفق به کسب مقام دوم شد.

اعضای گروه اذعان دارند که پروژه پایانی آن‌ها ، نقطه اوج تجربیات علمی و عملی در طول دوره تحصیل بوده است. به گفته آنان ، آزمایشگاه‌های سال چهارم و دوره‌های کارآموزی ، آن‌ها را با مهارت‌های لازم برای طراحی ، نمونه‌سازی و اجرای پروژه‌های پیشرفته آشنا کرد. همچنین دسترسی به منابع و آزمایشگاه‌های استادان از جمله عوامل کلیدی در پیشبرد پروژه بود.

آن‌ها نقطه اوج مسیر خود را لحظه‌ای می‌دانند که نمونه اولیه طراحی‌شده پس از ماه‌ها تلاش و اصلاح ، به درستی کار کرد. اکنون ، این گروه نه‌تنها به دنبال ادامه تحصیل در مقاطع تحصیلات تکمیلی در دانشگاه واترلو هستند ، بلکه امکان ثبت اختراع موقت برای این فناوری را نیز در دستور کار قرار داده‌اند.

بر اساس اعلام ستاد توسعه فناوری نانو و میکرو ، پروژه آن‌ها نشان می‌دهد که چگونه با تلفیق فناوری ، خلاقیت و دانش فنی ، می‌توان گام‌های مؤثری در مسیر توسعه روش‌های نوین تشخیص بیماری برداشت.

 

رکورد سرعت اینترنت در ژاپن شکسته شد

محققان ژاپنی با اتکا به فیبر نوری خاصی با ضخامتی به اندازه فیبرهای معمولی به اینترنت پر سرعتی دست یافته اند که می توان با کمک آن ۱۰ هزار فیلم را با کیفیت ۴K در یک ثانیه دانلود کرد.

به گزارش اینترستینگ انجینیرینگ ، گروهی از محققان موفق به ثبت رکورد جهانی جدیدی در زمینه انتقال داده از طریق فیبر نوری شده‌اند. آن‌ها توانسته‌اند داده‌ای با سرعت ۱.۰۲ پتابیت بر ثانیه را از طریق یک فیبر نوری ۱۹ هسته‌ای در مسافتی معادل ۱۸۰۸ کیلومتر منتقل کنند. این دستاورد تنها محدود به افزایش سرعت اینترنت نیست، بلکه راه را برای آینده‌ای پرظرفیت در ارتباطات باز می‌کند؛ آینده‌ای که در آن با گسترش هوش مصنوعی، اینترنت ۶G ، اینترنت اشیاء و دیگر فناوری‌های نوین ، حجم ترافیک داده به طور چشم‌گیری افزایش خواهد یافت.

در گذشته ، پژوهشگران تلاش‌های فراوانی برای افزایش حجم داده‌های قابل انتقال از طریق فیبرهای نوری داشته‌اند. با وجود موفقیت‌هایی در رسیدن به سرعت‌های پتابیتی ، این دستاوردها تنها در فواصل کوتاه ( زیر هزار کیلومتر ) ممکن شده بود. انتقال داده با چنین سرعتی در مسافت‌های طولانی همواره چالش‌برانگیز بوده است ؛ چرا که سیگنال‌ها در طول مسیر تضعیف می‌شوند و تقویت آن‌ها در چندین هسته فیبر ، بدون ایجاد تداخل ، یک مانع فنی بزرگ محسوب می‌شود.

برای غلبه بر این چالش ، تیم تحقیقاتی موفق به توسعه نوعی فیبر نوری ویژه با ۱۹ هسته مستقل شده است. می‌توان این نوآوری را به تبدیل یک جاده یک‌بانده به بزرگراهی با ۱۹ باند تشبیه کرد، آن هم در حالی که تمام این باندها درون یک فیبر با ضخامت تنها ۰.۱۲۵ میلی‌متر – هم‌اندازه فیبرهای فعلی زیرساخت‌های ارتباطی – جای گرفته‌اند. هر یک از این هسته‌ها به صورت مستقل داده‌ها را منتقل کرده و در مجموع حجم بسیار بزرگی از اطلاعات را به‌طور همزمان جابه‌جا می‌کنند.

برای تقویت سیگنال‌هایی که در طول مسیر ضعیف می‌شوند ، محققان یک سیستم تقویت هوشمند نوری طراحی کرده‌اند. نکته پیچیده این است که هر ۱۹ هسته باید به‌طور همزمان در دو باند نوری مختلف – باند C و باند L – تقویت شوند. به همین منظور، آن‌ها سیستمی طراحی کردند که از ترکیب تقویت‌کننده‌های خاص برای هر هسته استفاده کرده و مانع از اختلاط سیگنال‌ها می‌شود.

جهت شبیه‌سازی شرایط واقعی ، تیم تحقیقاتی ۱۹ حلقه چرخشی طراحی کرد که هر یک به یکی از هسته‌های فیبر اختصاص داشت و سیگنال‌ها را ۲۱ بار در مسیر رفت‌وبرگشت عبور دادند تا معادل مسافت ۱۸۰۸ کیلومتر حاصل شود.

در انتهای مسیر ، یک گیرنده ۱۹ کاناله سیگنال‌ها را دریافت کرده و با کمک یک پردازشگر دیجیتال چندورودی — چندخروجی (MIMO)، تداخل‌ها را حذف و نرخ داده‌ها را محاسبه کرد. نتیجه شگفت‌انگیز بود: انتقال موفق ۱.۰۲ پتابیت داده در مسافت ۱۸۰۸ کیلومتر ، که به‌عنوان رکورد جهانی جدیدی در حوزه ارتباطات نوری با فیبر استاندارد به ثبت رسبد.

 

روبات‌های چینی صاحب سیستم عامل می‌شوند

چین گامی در جهت خوداتکایی فناوری برداشته و یک سیستم عامل داخلی برای روبات ها توسعه داده است.

به گزارش اینترستینگ انجینیرینگ ، شرکت «کایلند تکنولوژی» سیستم عامل جدیدی به نام «اینتول» (Intewell) را توسعه داده است. رسانه‌های چینی این سیستم عامل را گامی بلند در حوزه نرم‌افزار روباتیک توصیف کرده‌اند. بر اساس گزارش نشریه ساوث چاینا مورنینگ پست ، اینتول به عنوان یک پلتفرم زیربنایی برای روبات‌های هوشمند دارای بدنه فیزیکی و مجهز به هوش مصنوعی (embodied intelligent robots) طراحی شده که می‌توانند به طور فیزیکی با محیط اطراف خود تعامل کنند.

برخلاف سیستم‌های تکه‌تکه که برای هر لایه عملیات به نرم‌افزارهای مختلف متکی‌اند ، اینتول عملکردها را از سطح تراشه تا وظایف اپلیکیشنی به‌صورت یکپارچه در یک چتر نرم‌افزاری واحد جمع می‌کند و بدین ترتیب توان پردازشی روبات‌ها را بهبود می‌بخشد.

مدیرعامل کایلند تکنولوژی در این‌باره گفت: «روبات‌ها می‌توانند به نقطه اوج همگرایی نوآوری انسانی تبدیل شوند. ساختار روبات‌ها باید بر پایه فناوری‌های داخلی و زیربنای داخلی شکل بگیرد.» وی همچنین افزود که چشم‌انداز بلندمدت این شرکت ساخت چارچوبی هوشمند برای روبات‌ها است که کاملاً با نیمه‌رساناهای ساخت چین سازگار باشد.

سیستم عامل اینتول با تراشه‌های ساخت داخل از جمله هواوی ، لانگسان و هایگون اینفورمیشن سازگاری دارد و انتظار می‌رود باعث تقویت قابل توجه اکوسیستم تراشه‌های داخلی شود.

طبق گزارش جدید «ترند فورس» ، پیش‌بینی می‌شود از ۱۱ تولیدکننده روبات انسان‌نمای چینی ، شش شرکت که از سال ۲۰۲۴ تولید انبوه را آغاز کرده‌اند، سالانه بیش از هزار دستگاه تولید کنند. کارشناسان صنعت معتقدند یکی از چالش‌های این حوزه ، نبود یک سیستم عامل هماهنگ است که بتواند وظایف معمول روباتیک را بدون نیاز به نرم‌افزارهای جداگانه برای هر عملکرد انجام دهد.