تحریک ضربان قلب بدون باتری
جرعه ای 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.
رونمایی ازروبات «سوپرمن»
شرکت « یونی تری» چند روز قبل از آنکه به نخستین شرکت روباتیک همه منظوره فعال در بورس چین تبدیل شود، از یک روبات جدید پر سرعت به نام «سوپرمن» رونمایی کرده است.
به گزارش رویترز، سهام «یونی تری» که از لحاظ فروش، بزرگترین تولیدکننده روبات های انسان نما به حساب می آید در شانگهای خرید و فروش می شود. این شرکت مدعی است روبات جدید را فقط ظرف سه ماه توسعه داده است. روبات مذکور می تواند به طور ایستاده پرشی به ارتفاع دو متری انجام دهد و سرعت آن به ۱۲.۶۶ متر برثانیه برسد.
رونمایی روبات در شانگهای با افتتاح کنفرانس جهانی روبات درپکن مصادف شده و همین امر توجه سرمایه گذاران را به شرکتی جلب می کند که روبات های انسان نمای آن برای دویدن، رقصیدن و انجام ورزش های رزمی در سراسر جهان مشهور شده اند.
یونی تری هفته گذشته با انتشار پستی در شبکه های اجتماعی اعلام کرد در کل حدود ۱۸ هزار روبات انسان نمای دوپای مدل های مختلف را از ماه جولای تولید و ارسال کرده است. شرکت اعلام کرد این روبات همچنان در حال توسعه است و در ماه های آینده قابلیت های آن بهبود می یابد.
پیشنهاد شگفت انگیز دانشمندان برای مشاهد جهان
دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که یک تلسکوپ را پشت سایه ماه پنهان کرده تا جهان بکر را رصد کنند.
ستاره‌شناسان بریتانیایی طرحی برای یک تلسکوپ مدارگرد بر اساس یک ماهواره مینیاتوری ارائه داده‌اند. ارسال آن به مدار اطراف ماه، آن را ایزوله کرده و امکان مشاهده جهان را در دوران شکل‌گیری اولین کهکشان فراهم می‌کند.
این تلسکوپ همچنین برای مطالعه ماده تاریک استفاده خواهد شد. این خبر توسط دفتر مطبوعاتی دانشگاه کمبریج اعلام شد.
پروفسور الوئی د لیرا — آزیدو از دانشگاه کمبریج گفت: «ابزاری که ما در حال توسعه آن هستیم، تابش ساطع شده توسط اتم‌های هیدروژن را در دورانی که بلافاصله پس از انفجار بزرگ آغاز شد و تا زمان ظهور اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها ادامه یافت، شناسایی خواهد کرد. این مطالعه خواص این امواج رادیویی به ما این امکان را می‌دهد تا نقشی را که ماده تاریک در حیات جهان اولیه ایفا کرده و چگونگی تأثیر آن بر شکل‌گیری اولین ستاره‌ها را درک کنیم.»
این استاد توضیح داد: «ستاره‌شناسان مدت‌هاست که به چگونگی شکل‌گیری و تغییر جهان در دورانی که به عنوان «عصر تاریکی» شناخته می‌شود، علاقه‌مند بوده‌اند.» دانشمندان از این اصطلاح برای توصیف دوره‌ای تا حد زیادی ناشناخته در تاریخ کیهان استفاده می‌کنند که حدود ۴۰۰۰۰۰ سال پس از بیگ بنگ آغاز شد و ۳۰۰-۴۰۰ میلیون سال بعد به پایان رسید. در آن زمان، کیهان پر از ابر‌های هیدروژن خنثی بود که آن را در برابر اکثر اشکال امواج الکترومغناطیسی مات می‌کرد.
این ابر‌های گازی، امواج رادیویی با طول موج ۲۱ سانتی‌متر ساطع می‌کردند که از نظر تئوری امکان مطالعه آن ها را با استفاده از تلسکوپ‌های رادیویی فراهم می‌کرد. با این حال، در عمل، تشخیص این تابش بسیار ضعیف از ابر‌های گازی باستانی ناشی از تابش خیره‌کننده کهکشان ما و همچنین از سیگنال‌های رادیویی منتقل شده توسط تمدن بشری، دشوار است.
برای حل این مشکل، ستاره‌شناسان بریتانیایی و آمریکایی پیشنهاد پرتاب یک ماهواره مینیاتوری ویژه به نام «CosmoCube» را به مدار اطراف ماه و پنهان کردن آن در «سایه» ماه داده‌اند.
این فضاپیما که قرار است ظرف پنج سال آینده به مدار ماه پرتاب شود، یک ماهواره مینیاتوری است…» یک CubeSat معمولی ۱۳.۵ کیلوگرم وزن دارد. پس از رسیدن به مدار، یک آنتن رادیویی بزرگ، سبک و پروانه‌ای شکل به طول چند متر را مستقر خواهد کرد. این آنتن به ابزار‌های علمی موجود در کاوشگر این امکان را می‌دهد که امواج رادیویی با فرکانس‌های بین ۱۰ تا ۵۰ مگاهرتز را در حالی که کاوشگر در سایه ماه قرار دارد، دریافت و مطالعه کنند، سپس آن ها را تجزیه و تحلیل کرده و داده‌ها را به زمین منتقل کنند.
طبق برآورد‌های فعلی اخترشناسان، کازموکیوب قادر خواهد بود سیگنال‌های رادیویی را که از جهان اولیه، تنها ۳.۳ میلیون سال پس از انفجار بزرگ، سرچشمه می‌گیرند، در طول دو سال فعالیت خود در مدار ماه، دریافت کند. این امر امکان مطالعه دقیق تکامل جهان از آغاز عصر تاریکی تا دوران تشکیل اولین ستاره و همچنین درک نقش ماده تاریک نامرئی در این فرآیند‌ها را فراهم می کند.
تاریخ‌سازی دوباره چین در عرصه پروازهای فضایی
موشک خصوصی چین در دومین پرواز خود با موفقیت توانست یک بازیابی موشک انجام دهد. این مأموریت، نخستین تلاش موفقیت‌آمیز چین برای بازیابی مرحله اول یک موشک با استفاده از پایه‌های فرود و همچنین نخستین بازیابی موفق یک پیشران چینی روی زمین بوده است.
به گزارش اسپیس، شرکت نوپای چینی لنداسپیس (LandSpace) مستقر در پکن، شامگاه ۱۸ اوت توانست مرحله اول موشک ژوچوئه-۳ (Zhuque-3) را با موفقیت فرود بیاورد و به نخستین شرکت چینی تبدیل شود که در جریان یک پرتاب مداری موفق به انجام چنین کاری شده است. این اتفاق در مجموع، دومین فرود یک موشک مداری چینی محسوب می‌شود. نخستین مورد در روز ۱۰ ژوئیه و توسط موشک لانگ مارچ ۱۰ بی (Long March 10B) رقم خورد؛ موشکی که شرکت دولتی علوم و فناوری هوافضای چین (CASC) آن را ساخته است.
لانگ مارچ ۱B برای بازگشت به زمین از کمک یک سامانه مخصوص استفاده کرد و به‌آرامی روی یک تجهیزات توری شکل نصب شده روی یک کشتی در دریا فرود آمد. اما ژوچوئه — ۳ روی زمین بازگشت و به لطف مجموعه‌ای از پایه‌های فرود، درست مانند موشک فالکون ۹ شرکت اسپیس‌ایکس، به صورت عمودی روی زمین باقی ماند.
این پرواز یک آزمایش مهم برای ژوچوئه — ۳ است؛ زیرا این موشک از مرحله نمایش و راستی‌آزمایی فناوری به سمت مرحله کاربرد مهندسی فناوری استفاده مجدد حرکت می‌کند.
این ماموریت، درستی طراحی و قابلیت اطمینان سامانه پرتابگر قابل استفاده مجدد ژوچوئه — ۳ را بیشتر تایید کرده و توانایی بازیابی مرحله اول و میزان بلوغ مهندسی این سامانه را مورد ارزیابی قرار داده است.
ژوچوئه — ۳ شباهت زیادی به فالکون ۹ اسپیس‌ایکس دارد؛ موشکی که نخستین فرود موفقیت‌آمیز خود را در سال ۲۰۱۵ انجام داد و اکنون بیش از ۶۰۰ فرود را در کارنامه دارد.
هر دو موشک دارای پیشران قابل استفاده مجدد و مرحله بالایی یک بارمصرف هستند و تقریبا ارتفاع یکسانی دارند؛ فالکون ۹ حدود ۷۰ متر و ژوچوئه — ۳ حدود ۶۶ متر ارتفاع دارد.
توان حمل محموله این دو موشک نیز به یکدیگر نزدیک است. ژوچوئه — ۳ می‌تواند حدود ۱۸ هزار و ۳۰۰ کیلوگرم محموله را به مدار پایین زمین (LEO) منتقل کند، در حالی که ظرفیت حمل محموله فالکون ۹ به مدار پایین زمین حدود ۲۲ هزار و ۸۰۰ کیلوگرم است.
با این حال، این دو موشک از سوخت‌های کاملا متفاوتی استفاده می‌کنند. فالکون ۹ از ترکیبی از اکسیژن مایع (LOX) و نفت سفید مخصوص موشک استفاده می‌کند، در حالی که ژوچوئه — ۳ با ترکیبی از اکسیژن مایع و متان مایع کار می‌کند.
این پرتاب از منطقه آزمایشی نوآوری تجاری فضایی دونگ‌فنگ در شمال‌غرب چین انجام شد. این دومین پرواز ژوچوئه — ۳ بود.
این موشک نخستین پرواز خود را در روز دوم دسامبر ۲۰۲۵ انجام داده بود؛ پروازی که در مجموع تقریبا موفقیت‌آمیز بود. مرحله دوم ژوچوئه — ۳ طبق برنامه به مدار زمین رسید؛ اتفاقی که برای نخستین پرواز یک موشک چندان معمول نیست.
ژوچوئه — ۳ بخشی از تلاش گسترده چین برای حرکت به سمت فناوری موشک‌های قابل استفاده مجدد است؛ فناوری‌ای که با افزایش بهره‌وری پرتاب‌ها، به یکی از عوامل اصلی موفقیت فالکون ۹ تبدیل شده و این موشک را با اختلاف زیاد به پرکاربردترین پرتابگر جهان تبدیل کرده است.
علاوه بر لنداسپیس، چندین شرکت خصوصی چینی نیز در حال توسعه موشک‌هایی با مرحله اول قابل استفاده مجدد هستند.
بنابراین، به نظر می‌رسد فرود موشک‌های چینی به زودی دیگر یک اتفاق کم‌سابقه و غیرمعمول نخواهد بود و رقابت چین برای توسعه پرتابگرهای قابل استفاده مجدد وارد مرحله جدی‌تری شده است.
