ده ابتکار علمی-فناوری سال 2013

ده ابتکار علمی-فناوری سال 2013

روزانه اکتشافات علمی زیادی صورت می گیرند که جهان را در زمینه‌های مختلف از فیزیک و پزشکی گرفته تا زیست‌شناسی و فناوری تغییر می‌دهند.

در این مقاله به معرفی ابتکارات علمی و فناورانه سال 2013 پرداخته شده که روزگاری تنها در داستان های علمی و تخیلی تصور می‌شدند اما امروزه در زندگی روزانه مورد استفاده بوده یا در حال تولید هستند.

این دستاوردها با خود هزاران فناوری و روش جدید را آورده‌اند که تنها با گذشت زمان ارتقاء پیدا کرده و جهان را به جای بهتری برای زندگی تبدیل می‌کنند.

1- ایمنی در برابر سرطان
دانشگاه روچستر پژوهشی را در سال 2013 در مورد یک سازوکار منتشر کرد که موش های عریان را در برابر سرطان ایمن می‌کرد.

یک قند چسبناک موسوم به «هیالورونان» در فضای بین سلول های موش عریان کشف شد که به نظر می‌رسد آنها از نزدیک شدن به هم و تولید تومور باز می‌دارد. این ماده مانند نگهبان عمل کرده و باعث مهار تماس های اولیه می‌شود که از تکثیر سلول ها پس از رسیدن آنها به تراکم خاص جلوگیری می‌کند.

به نظر می‌رسد که که یک جهش دوگانه در دو آنزیمی که رشد هیالورونان را ارتقاء داده و از تجزیه آن جلوگیری می‌کند ، دلیل وجود مقادیر بالای این ماده در بدن موش ها باشد.

2- بینایی برای نابینایان
اولین نمونه پیش‌ساخت چشم بیونیکی توسط تیمی از طراحان استرالیایی تولید شد. چشم بیونیکی با کاشت تراشه‌ای در جمجمه فرد و اتصال آن به یک دوربین دیجیتال در عینک کار می‌کند. اگرچه این عینک در حال حاضر تنها به ارائه طرح های کلی برای کاربر می‌پردازد ، اما امید زیادی برای ارتقای بیشتر آن در آینده وجود دارد.

هنگامی که دوربین به ثبت تصویر می‌پردازد ، سیگنال آن تغییر کرده و بطور بی‌سیم به ریزتراشه ارسال می‌شود. از آنجا ، سیگنال به فعالسازی نقاطی در تراشه کاشته شده در قشر بینایی مغز می‌پردازد.

محققان امیدوارند بتوانند قابلیت های این عینک را افزایش داده و همزمان آن را سبک ، تنظیم‌پذیر و راحت نگه دارند.

3- فواید پزشکی نقره
محققان دانشگاه بوستون در پژوهشی در سال 2013 به توصیف فواید استفاده از نقره در آنتی‌بیوتیک ها پرداختند. اگرچه دانشمندان از مدتها پیش می‌دانستند که نقره حاوی ویژگی های قوی ضدمیکروبی است اما اخیراً دریافتند که می‌تواند یک آنتی‌بیوتیک عادی را به آنتی‌بیوتیکی در استروئید تبدیل کند.

گفته می‌شود که نقره از فرآیندهای شیمیایی زیادی برای مهار ساخت پیوند توسط باکتری ، آهسته کردن سرعت متابولیک آنها و اختلال در هموستاز استفاده می‌کند. این فرآیندها باعث ضعیف شدن باکتری و حساستر شدن آن در برابر قدرت آنتی‌بیوتیک ها می‌شود. دانشمندان دریافتند که ترکیب آنتی‌بیوتیک و نقره می‌تواند 1000 برابر از تأثیر بیشتری در کشتن باکتری ها برخوردار باشد.

4- میکروب های جایگزین سوخت
گروهی از محققان وزارت انرژی آمریکا و دانشگاه دوک به دنبال سوخت های جایگزین ارزان و کارآمد ، موفق به تولید الکتروسوخت هایی شدند که با استفاده از میکرو ارگانیسم ها به جمع‌آوری انرژی خورشید پرداخته ، بدون اینکه مانند سوخت های جایگزین موجود در آب ، غذا یا منابع زمینی اختلال ایجاد کند.

میکروب های ریز علاوه بر الزامات انرژی کم آنها ، می‌توانند بطور مؤثر و کارآمد به ساخت این الکتروسوخت ها در آزمایشگاه بپردازند. این میکروب ها ایزوله شده و در باکتری های غیرفتوسنتزی زندگی می‌کنند. آنها از الکترون های خاک به عنوان غذا استفاده کرده و در زمان مواجه شدن با برق و دی‌ اکسید کربن ، از انرژی این الکترون ها برای تولید بوتانول استفاده می‌کنند.

دانشمندان با این دانش به استخراج ژن هایی برای تکمیل این جانشین فتوسنتز پرداخته و آنها را به باکتری های پرورش یافته در آزمایشگاه تزریق کردند تا در مقادیر زیادی بوتانول تولید کنند. بوتانول اکنون به دلایل متعدد به عنوان بهترین جایگزین برای اتانول و بنزین درنظر گرفته شده است. این ماده به عنوان یک مولکول بزرگتر ،‌ از ظرفیت انتقال انرژی بیشتری نسبت به اتانول برخوردار بوده و همچنین آب را به خود جذب نمی‌کند ؛ از این رو می‌تواند بطور مستقیم در مخازن بنزین خودروها قرار داده شده و از طریق خطوط لوله بنزین موجود آنها را انتقال داد.

5- ذره‌ای با چهار کوارک
جستجو برای توضیح تولد جهان پس از تأیید کشف ذره‌ای که از چهار کوراک برخوردار است ، با شور مجددی روبرو شد. اگرچه این امر شاید برای فیزیکدانان از اهمیت خاصی برخوردار نباشد ، اما این کشف می‌تواند به توضیحات و نظریات جدید در مورد چگونگی تولید ماده در ابتدای امر منجر شود.

پیش از این کشف ، توضیح تولید ماده محدود بود ؛ چرا که تا آن زمان تنها ذرات دارای دو تا سه کوارک شناسایی شده بودند.

دانشمندان این ذره جدید را (Zc(3900 نامیده‌اند و بر این عقیده اند که این ذره در اولین ثانیه‌های داغ پس از انفجار بزرگ تولید شده است.

دانشمندان برخورددهنده الکترون-پوزیترون پکن با آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده SLAC این ذره را چندین بار مشاهده کرده بودند. آنها این نتایج را با مرکز سرن و سازمان تحقیقات شتاب‌دهنده پرانرژی در ژاپن در میان گذاشتند. این دانشمندان ژاپنی بودند که توانستند 159 ذره را مشاهده و ایزوله کنند. اثبات وجود این ذره با ایزوله‌سازی 307 ذره دیگر در آشکارساز Belle در پکن انجام شد.

6- اجزای بدن مهندسی شده
گروهی از پزشکان دانشگاه دوک در ماه ژوئن سال 2013 با موفقیت توانستند اولین رگ خونی مهندسی شده را در یک بیمار زنده پیوند بزنند. اگرچه مهندسی زیستی به سرعت در حال پیشرفت است، اما این رویکرد اولین پیوند موفق هرگونه اندام بدن مصنوعی مهندسی ‌شده موفق محسوب می‌شد.

این رگ که در بدن یک بیمار در مراحل پایانی بیماری کلیوی پیوند زده شد ، از سلول های اهدایی انسانی ساخته شد که طی مراحلی به چارچوبی برای رگ اصلی تبدیل شده بودند. برای جلوگیری از حمله پادتن های بدن بیمار به رگ خارجی ، خصوصیاتی که این حملات را تحریک می‌کرد ، حذف شدند.

این رگ ها از همان مواد منعطفی ساخته شده بودند که به آنها در بدن بیمار متصل شدند و حتی ویژگی های محیط سلولی و دیگر رگ ها را نیز به خود گرفتند. با موفقیت‌آمیز بودن این پیوند ، حوزه نوظهور مهندسی ‌زیستی از کاربردهای زیادی برای جهان پزشکی برخوردار خواهد بود. پزشکان امیدوارند در آینده نزدیک بتوانند رگ هایی برای بیماری قلبی ساخته یا حتی کل اندام بدن را بازسازی کنند.

7- باتری کوچک
با ابداع اخیر چاپگرهای سه‌ بعدی ، محدودیتی برای اجسام پیچیده و ظریفی که آنها قادر به تولید هستند ، وجود ندارد. در سال 2013 تیمی از محققان دانشگاه هاروارد و ایلینویز توانستند یک باتری لیتیوم یون را بسازند که از دانه شن کوچکتر بوده و از عرضی کمتر از موی انسان برخوردار است.

محققان توانستند این موفقیت شگفت‌انگیز را از طریق لایه بندی ظریف یک شبکه یک‌ در میان از الکترودها بدست بیاورند. پس از تکمیل طراحی سه‌بعدی در رایانه ، چاپگر از جوهر مایع خاص حاوی الکترودها که به سرعت در مواجه شدن با هوا سفت می‌شدند ، استفاده می‌کند. این دستگاه به دلیل اندازه کوچک آن می‌تواند طیف وسیعی از کاربردها را دربربگیرد.

پیش از این باتری ، وجود اجسام باتری‌ خور بسیار کوچک خیلی محدود بود. این امر به آن دلیل بود که دستگاه های با طراحی بسیار کوچک نیازمند باتری های بزرگی بودند که انرژی کافی را برای آنها تأمین کند. چاپگر سه بعدی از جوهر و طراحی دقیق یک برنامه رایانه‌ای برای ساخت ریزباتری ها استفاده کرده است.

8- الکترولیز کارآمد (تجزیه آب دریا)
در رقابت برای شناسایی سوخت های جایگزین فراوان و کارآمد ، دانشمندان همیشه در تلاش برای دستیابی به روشی مؤثر در تجزیه آب دریا برای تولید سوخت هیدروژن با مانع روبرو می‌شدند. در سال 2013 ، محققان مرکز شورای پژوهش های عالی علوم الکترومواد استرالیا از کاتالیزوری رونمایی کردند که می‌تواند آب اقیانوس را با کمتری میزان انرژی لازم تجزیه کند.

این کاتالیزور به شکل یک فیلم پلاستیکی منعطف است که در آب غوطه‌ور شده و از انرژی بدست آمده از نور برای اکسید کردن آب دریا استفاده می‌کند. برخلاف روش های کنونی که نیازمند مقادیر عظیم انرژی برای اکسیداسیون آب هستند ، این روش تنها با استفاده از پنج لیتر آب دریا به تولید انرژی کافی برای تأمین نیروی یک خانه و خودروی معمولی برای یک روز می‌پردازد.

این فیلم پلاستیکی حاوی مولکول های کلروفیل مصنوعی برای جمع‌آوری انرژی خورشید به شیوه مشابه برگ های گیاهان است. همچنین این روش برخلاف روش های کنونی که ابرهای مسموم گاز کلورین تولید می‌کنند ، هیچ نوع ماده شیمیایی از خود تولید نمی‌کند.

این روش کارآمد و مؤثر می‌تواند تا میزان زیادی هزینه سوخت هیدروژن را کاهش داده و آن را به یک سوخت جایگزین رقابتی برای بنزین در آینده تبدیل کند.

9- ام آر آی قلب
استفاده از داروهای Anthracycline یکی از شکل های مؤثر شیمی‌درمانی است اما به شدت به قلب کودکانی که تحت این درمان قرار می‌گیرند ، آسیب می‌زند. دیواره قلب بیشتر کودکان مبتلا به این آسیب‌دیدگی به شدت نازک شده و معمولا پس از تشخیص نیز که بسیار دیرهنگام بوده ، کاری نمی‌شود انجام داد.

اولتراسوند غالباً نارسایی قلب را تا چند سال پس از آغاز این درمان دارویی نادیده گرفته و زمانی آن را نشان می‌دهد که آسیب جدی به قلب وارد شده است.

در ماه ژوئن 2013 ، محققان طی آزمایشات گسترده از روش جدید T1 MRI بر روی بیماران استفاده کردند که دقیق تر ، کاراتر و ایمن تر از روش های کنونی مورد استفاده برای تشخیص بیماری قلبی در کودکان بود. پزشکان با این روش می‌توانند نارسایی قلبی در کودکان را زودتر و مؤثرتر از روش اولتراسوند تشخیص دهند.

این امر دستاورد بزرگی در حوزه پزشکی برای تشخیص زودهنگام بیماری های قلبی کودکان محسوب می‌شود.

10- دور جابه‌جایی (تله کینزی)
قابلیت کنترل حرکت اجسام از راه دور شاید به نظر تخیلی بیاید اما محققان دانشکده علم و مهندسی مینه‌سوتا آن را به واقعیت تبدیل کرده‌اند. پنج دانشجو با استفاده ار یک روش غیرتهاجمی موسوم به الکتروانسفالوگرافی (EEG) که امواج مغزی را ثبت می‌کند ، توانستند حرکت یک بالگرد را کنترل کنند.

این دانشجویان که در خلاف جهت بالگرد قرار داشتند ،‌ توانستند آن را با تصور حرکت دست چپ و راست یا هر دو دستان خود در جهت های مختلف هدایت کنند. پس از گذشت زمان و تمرین ، این محققان توانستند این بالگرد را برای اجرای چند مانور از جمله گذر از میان حلقه‌ها با تصویری از پرواز که روی نمایشگر نشان داده می‌شد ، کنترل کنند.

این دانشجویان امیدوارند بتوانند فناوری جدید غیرتهاجمی امواج مغزی را گسترش داده تا در نهایت حرکت ، شنوایی و بینایی را در بیماران معلول یا مبتلا به انحطاط عصبی بازیابی کنند.

کلمات کلیدی: biomedical engineering ، مهندسی پزشکی ، آشنایی با مهندسی پزشکی ، معرفی مهندسی پزشکی ، مهندسی پزشکی گرایش بالینی ، مهندسی پزشکی گرایش بیومکانیک ، مهندسی پزشکی گرایش بیوالکتریک ، مهندسی پزشکی گرایش بیومتریال (بیومواد) ، مهندسی پزشکی ایران ، مهندسی پزشکی دانشگاه پیام نور ، پایگاه آموزشی و اطلاع رسانی مهندسی پزشکی ، اخبار و تازه های مهندسی پزشکی ، مقالات مهندسی پزشکی ، آموزش مهندسی پزشکی ، دانلود کتاب های مهندسی پزشکی ، دانلود جزوه های مهندسی پزشکی ، دانلود نمونه سوالات امتحانی مهندسی پزشکی ، فناوری های پزشکی ،‌ سرطان ، مهندسی بافت ، ام آر آی قلب