ساخت حسگرهای کم هزینه بدون نیازبه منبع

جرعه ای ازجهان دانش

بهارسادات موسوی

[گزارش ازپژوهش های تازه ]

پژوهشگران «دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو» حسگرهای مقیاس‌پذیر جدیدی را ابداع کرده‌اند که هزینه بسیار کمتری را نسبت به همتایان خود دارند و به منبع برق متصل نمی‌شوند.

«دینش بهارادیا»(Dinesh Bharadia) دانشیار دانشکده مهندسی برق و رایانه «دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو»(UC San Diego) معتقد است که داده‌ها قدرت دهه آینده خواهند بود.

به نقل از وب‌سایت رسمی دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو، رشد سریع اینترنت اشیا به این معناست که داده‌ها آسان‌تر از همیشه در دسترس خواهند بود. حسگرها، دستگاه‌ها و نرم‌افزارهای هوشمند، دنیای ما را به فضای ابری متصل می‌کنند، به جمع‌آوری اطلاعات می‌پردازند و روش‌های جدیدی را از اشتراک‌گذاری و تحلیل داده‌ها را امکان‌پذیر می‌سازند. با وجود این، بیشتر این با باتری کار می‌کنند و برای تشخیص تغییرات در لحظه مشکل دارند.

اکنون شرایط در حال تغییر است. پژوهش جدید بهارادیا و «ناگارجون بهات»(Nagarjun Bhat) دانشجوی مقطع دکتری مهندسی برق دانشگاه کالیفرنیا سن‌دیگو نشان می‌دهد که نه تنها سنجش غیرفعال — سنجش بدون اتصال به منبع برق — امکان‌پذیر است، بلکه می‌توان آن را با هزینه کم و بدون تجهیزات تخصصی انجام داد.

تحقیقات بهات بر روش‌هایی برای فعال کردن سنجش غیرفعال با استفاده از کالاهای ساده و گسترده متمرکز است. کالای انتخابی او، برچسب‌های شناسایی فرکانس رادیویی هستند که به عنوان برچسب‌های RFID نیز شناخته می‌شوند. این برچسب‌های کوچک و انعطاف‌پذیر اساسا داده‌ها را از یک تراشه دریافت می‌کنند و به یک سیستم خوانش RFID می‌فرستند که اطلاعات را پردازش می‌کند و برای تحلیل به یک برنامه رایانه‌ای می‌فرستد. این برچسب‌ها معمولا در محصولاتی مانند لباس یا کتاب‌های کتابخانه برای ردیابی موجودی یا در کارت‌های پرداخت کرایه حمل‌ونقل تعبیه می‌شوند.

اگرچه برچسب‌های RFID بسیار فنی به نظر می‌رسند و به همین دلیل گران هستند اما با توجه به این که ۹۰ درصد خرده‌فروشان از فناوری RFID استفاده می‌کنند، بسیار گسترده هستند و دسترسی به آن ها آسان است. این تراشه‌ها برای بهات و بهارادیا، گزینه‌های اصلی در آزمایش‌های بیشتر به نظر می‌رسند.

بهات گفت: ما نمی‌دانستیم که آیا می‌توانیم برچسب‌های RFID را برای سنجش و ردیابی بدون باتری استفاده کنیم یا خیر. جدیدترین رویکردهای سنجش غیر فعال بر مبدل‌های آنالوگ — دیجیتال متکی هستند که محرک‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند، به ثبت آن ها در داده‌های خام می‌پردازند و آن ها را به مقادیر دیجیتالی تبدیل می‌کنند که توسط رایانه قابل خواندن هستند اما این نوع رابط‌های حسگر تشنه انرژی هستند. بدون باتری اضافی ممکن است آن ها فقط چند ساعت دوام بیاورند. سیستم‌های مبتنی بر باتری نیز حجیم ، گران و سخت به مقیاس بزرگ و پایداری می‌رسند. وی افزود: ما سعی داشتیم بفهمیم که آیا می‌توانیم از تراشه‌ها برای درک مستقیم محرک‌ها بدون نیاز به مبدل استفاده کنیم. ما می‌خواستیم بدانیم که آیا محیط ما می‌تواند به ‌گونه‌ای خودکارسازی شود که بدون باتری باشد ، بتواند پارامترهایی را مانند دما و رطوبت حس کند و به اینترنت اشیا متصل شود تا داده‌های خام را برای درک بهتر به سیستم خوانش بفرستد.

حسگرهای RFID بدون باتری بهات، موارد استفاده جدیدی را مانند بهبود مدیریت کشاورزی و معیارهای عملکرد ورزشی در لحظه فعال می‌کنند. این نوع داده‌های فوری می‌توانند برای ورزشکاران بسیار ارزشمند باشند.

بهارادیا و بهات، آینده روشنی را برای حسگرهای خود می‌بینند. بهارادیا با افزودن این که هوش مصنوعی با داده‌های فعال‌شده توسط حسگرها تغذیه می‌شود، گفت: هوش مصنوعی اکنون در همه جا وجود دارد. ما در اوج تحولی هستیم که در آن حسگرهای جدید داده‌هایی را برای نسل بعدی هوش مصنوعی جمع‌آوری می‌کنند. استفاده از حسگرهای بدون باتری به ما امکان می‌دهد تا اطلاعات زیادی را جمع‌آوری کنیم که دسترسی به آن ها چالش‌برانگیز است. این حسگرها می‌توانند جمع‌آوری داده‌ها را بهبود ببخشند و این نوآوری، مسیر بسیار مهمی را برای آینده نشان می‌دهد.

ترسیم نقشه ۳۷ تریلیون سلول بدن انسان

دانشمندان گزارش می‌دهند که یک طرح بلندپروازانه برای نقشه‌برداری از تمام ۳۷ تریلیون سلول در بدن انسان ، درک نحوه عملکرد بدن ما را تغییر خواهد داد.
باور بر این بود که ما از حدود ۲۰۰ نوع سلول متفاوت از جمله سلول قلب و عصب ساخته شده‌ایم اما پروژه اطلس سلول انسان نشان داده است که هزاران نوع سلول وجود دارد که برخی از آن ها به نظر می‌رسد در بیماری‌هایی مانند بیماری التهابی روده و فیبروز کیستیک مقصر باشند. نحوه تشکیل اسکلت انسان و سیستم عصبی اولیه نیز به دقت و با جزئیات ترسیم شده است.

به گزارش بی‌بی‌سی، نقشه‌های قدیمی از بدن دارای مسیرهای اصلی و نواحی مهم و همچنین مناطقی بود که نقشه‌نگاران آن را ناشناخته یا «ناشناس» می‌دانستند.

دکتر آویو رگو(Aviv Regev)، یکی از بنیانگذارانی که اکنون در ژنتک(Genentech) کار می‌کند، می‌گوید: نقشه‌های کنونی بیشتر شبیه نقشه گوگل به نظر می‌رسد، شما یک نمای با وضوح بالا دارید و سپس نمای خیابان را دارید که توضیح می‌دهد چه اتفاقی در آن می‌افتد، و سپس در بالای آن می‌توانید تغییرات پویا را در طول روز ببینید. وی افزود: این برای ما در درک و درمان بیماری ضروری است، سلول‌ها واحد اساسی زندگی هستند، اگر مواردی اشتباه پیش برود، سلول‌های ما دچار مشکل می‌شوند.

این پروژه تاکنون بیش از ۱۰۰ میلیون سلول را با تجزیه و تحلیل عمیق هر سلول از ۱۰ هزار نفر در سراسر جهان بررسی کرده است.

مجله «نیچر» اکنون مجموعه‌ای از ۴۰ اکتشاف علمی را منتشر کرده است. از آن جا که محققان در تلاش برای ایجاد اولین پیش‌نویس از اطلس کل سلول‌های انسانی هستند.

دکتر سارا تیچمن(Sarah Teichmann)، از دانشگاه کمبریج و یکی از بنیانگذاران اطلس سلول‌های انسانی ، می‌گوید: این یک نقطه عطف بزرگ است که نشان دهنده جهشی بزرگ در درک بدن انسان است.

آخرین اکتشافات شامل نقشه روده از دهان ، مری و معده گرفته تا خارج از مقعد است. محققان به انواع سلول‌ها ، محل قرارگیری آن ها و نحوه ارتباط آن ها با سلول‌های اطرافشان پرداختند.

از ۱.۶ میلیون سلول مورد تجزیه و تحلیل ، شکل جدیدی به نام سلول متاپلاستیک روده وجود داشت. به نظر می‌رسد که این نوع سلول در تشدید التهاب در هفت میلیون نفر که با بیماری‌های التهابی روده مانند کولیت اولسراتیو و بیماری کرون زندگی می‌کنند، نقش داشته باشد.

دکتر رسا المنتیت(Rasa Elmentaite) ، که این تحقیق را در موسسه ولکام سانگر(Wellcome Sanger) انجام داد ، می‌گوید : ما توانستیم یک نوع سلول بیماری‌زا را کشف کنیم که ممکن است در برخی بیماری‌های مزمن نقش داشته باشد و می‌تواند هدفی برای مداخله [ دارویی] در آینده باشد.

بیش از ۳۶۰۰ دانشمند در ۱۰۰ کشور جهان در اطلس سلول انسانی که یکی از جاه طلبانه‌ترین پروژه‌های زیست شناسی است و به عنوان وارث پروژه ژنوم انسان برای تعیین توالی کدهای ژنتیکی انسان توصیف شده است ، همکاری می‌کنند.

کشف دیگری نشان داد که چگونه اسکلت انسان در رحم در هفته‌های پس از لقاح شکل می‌گیرد.
ابتدا داربستی از غضروف تشکیل می‌شود. سپس سلول‌های استخوانی روی آن رشد می‌کنند. این اتفاق در همه جا اتفاق می‌افتد به جز قسمت بالای جمجمه که به مغز، فضایی برای رشد می‌دهد.

برخی از دستورالعمل‌های ژنتیکیِ دخیل در سازماندهی این فرآیند اولیه رشد ، مشابه همان دستورالعمل‌هایی هستند که دهه‌ها بعد در آرتروز نقش دارند.

دکتر کن تو(Ken To) می‌گوید : در نهایت ، استفاده از این اطلس می‌تواند به ما در درک بهتر شرایط اسکلت جوان و پیر کمک کند.

یک مطالعه مشابه به بررسی تیموس پرداخت. تیموس یک اندام کوچک است که در تمرین سیستم ایمنی نقش دارد. محققان نشان دادند که این فرآیند خیلی زودتر از آنچه قبلا تصور می‌شد شروع می‌شود و نشان می‌دهد که مراحل اولیه بارداری می‌تواند بر عملکرد سیستم ایمنی مادام العمر تأثیر بگذارد.

همچنین ایده‌هایی برای مهندسی درمان‌های جدید مبتنی بر سلول‌های ایمنی در آزمایشگاه برای مبارزه با بیماری‌هایی مانند سرطان ارائه می‌دهد.

نمونه دیگری از کاربرد اطلس سلول‌های انسانی ، در طول همه‌گیری کووید دیده شد که نقشه‌های دقیق بدن به دانشمندان اجازه داد تا چگونگی حرکت ویروس از بافتی به بافت دیگر را پیش‌بینی کنند و بینی، دهان و چشم‌ها را به عنوان نقاط اصلی ورود ویروس به بدن شناسایی کردند.