یک مطالعه جدید نشان داد که باکتری های بدون مغز ممکن است حافظه ای از تجربیات قبلی داشته باشند و در کمال تعجب، این حافظه در چند نسل منتقل می شود. در حالی که انسان ها در طول سال ها خاطرات بی شماری را جمع آوری می کنند، خاطرات باکتریایی به عوامل خاصی مانند سطح آهن محدود می شود. این به سازگاری باکتری ها با محیط اطراف کمک می کند.
به گفته محققان دانشگاه تگزاس (UT) در آستین، E. coli یک سیستم بیولوژیکی طبیعی ایجاد کرده است که در آن سطوح آهن به عنوان یک محرک عمل می کند و در نتیجه نوعی حافظه در باکتری ها ایجاد می شود که رفتار آن ها را تنظیم می کند.
طبق بیانیه مطبوعاتی، این یافته ها ممکن است در کاهش عفونت های باکتریایی و مبارزه با مشکل رو به رشد مقاومت آنتی بیوتیکی مفید باشد.
حافظه باکتری ها به شکل آهن
دانشمندان نشان دادند که باکتری E. coli از سطوح آهن برای حفظ اطلاعات در مورد رفتارهای مختلف استفاده می کند. در پاسخ به محرک های خاص، می توان این دانش ذخیره شده را تحریک و فعال کرد.
سوویک باتاچاریا، نویسنده اصلی و یکی از همکاران حرفه ای اولیه در بخش علوم زیستی مولکولی در UT گفت: “باکتری ها مغز ندارند، اما می توانند اطلاعات را از محیط خود جمع آوری کنند و اگر به طور مکرر با آن محیط مواجه شده باشند، می توانند آن اطلاعات را ذخیره کرده و بعداً به سرعت به آنها دسترسی پیدا کنند.”
این خاطرات مبتنی بر آهن ممکن است باکتری ها را در تعیین زمان اتخاذ استراتژی هایی که برای سلامتی انسان خطر آفرین هستند، راهنمایی کنند. این استراتژی ها شامل ایجاد مقاومت در برابر آنتی بیوتیک ها و تشکیل گروه های باکتریایی است که در آن میلیون ها باکتری روی یک سطح جمع می شوند.
در این مطالعه، آنها بیش از 10000 سنجش ازدحام تک سلولی انجام دادند و دریافتند که سلول ها حافظه را در پوشش سطوح آهن سلولی ذخیره میکنند.
مشخص شد که باکتری های منفرد که به طور مستقل وجود داشتند دارای سطوح مختلف آهن بودند.
مشاهدات نشان داد که سلول های باکتریایی با سطوح آهن پایین تر قابلیت های افزایش یافته ازدحام را نشان میدهند. از سوی دیگر، باکتری های تشکیل دهنده بیوفیلم، که لایه های باکتریایی متراکم و چسبنده روی سطوح جامد هستند، سطوح آهن بالاتری را در سلول های خود نشان دادند.
باکتری هایی با تحمل آنتی بیوتیک کشف شدند که دارای سطوح آهن متعادل هستند. قابل توجه است که این رفتارهای مرتبط با آهن حداقل برای چهار نسل ادامه داشت تا اینکه در نسل هفتم ناپدید شد، که نشان میدهد این «خاطرات آهنی» در رفتار باکتری ها جنبه زمانی دارند.
سوویک باتاچاریا افزود: “قبل از اینکه اکسیژن در جو زمین وجود داشته باشد، زندگی سلولی اولیه از آهن برای بسیاری از فرآیندهای سلولی استفاده می کرد. آهن نه تنها در پیدایش حیات بر روی زمین بلکه در تکامل حیات نیز حیاتی است. منطقی است که سلول ها از این طریق از آن استفاده کنند.”
محققان نظریه ای را ارائه میکنند که نشان میدهد وقتی سطح آهن پایین است، حافظه های باکتری فعال میشوند و باعث میشود که یک گروه مهاجر به سرعت در حال حرکت برای جستجوی آهن در محیط اطراف تشکیل شود. با این حال، زمانی که سطح آهن بالا باشد، باکتری ها یک بیوفیلم ایجاد می کنند، زیرا محیط برای ماندن مناسب است.
سوویک باتاچاریا نتیجه گرفت: “سطح آهن قطعاً هدفی برای درمان است. زیرا آهن یک عامل مهم در بیماری زایی است. در نهایت، هرچه بیشتر در مورد رفتار باکتری ها بدانیم، مبارزه با آن ها آسان تر است.”
حتی فکر به روش کاری این هیدروژل بسیار شگفت انگیز است. اکثر افراد مبتلا به دیابت، دیابت نوع 2 دارند. این یک مشکل در نحوه کنترل قند توسط بدن است و می تواند منجر به مشکلات جدی سلامتی شود. گاهی اوقات، افراد به دلیل عوارض جانبی یا برنامه های درمانی پیچیده، داروهای خود را آنطور که باید مصرف نمی کنند.
چالش این است که این داروها معمولاً باید اغلب مصرف شوند و همه به برنامه درمانی پایبند نیستند. بنابراین، دانشمندان در حال کار بر روی ایجاد نسخه هایی از این داروها هستند که میتوانند به دفعات کمتر و شاید فقط هر چهار ماه یک بار تجویز شوند. این امر می تواند باعث شود افراد به درمان خود پایبند باشند و سلامت خود را بهبود بخشند.
این هیدروژل هر چهار ماه یک بار تزریق می شود
تیمی از محققان دانشگاه استنفورد یک هیدروژل جدید ساخته اند که حاوی داروی چهار ماهه برای یک بیمار دیابتی است. این بدان معناست که بیمار مجبور نیست روزانه داروهای دیابت مصرف کند.
این هیدروژل به اندازه کافی مایع است که به راحتی با سوزن های معمولی تزریق می شود و به اندازه کافی جامد است که به مدت چهار ماه در بدن دوام می آورد. این می تواند مصرف داروهای خود را برای افراد آسان تر کند، کیفیت زندگی بیماران را بهبود بخشد و عوارض مرتبط با مدیریت دیابت را کاهش دهد.
اریک آپل، یکی از نویسندگان این مطالعه و دانشیار علوم و مهندسی مواد در استنفورد گفت: “فقط نیاز به سه واکسن در سال باعث میشود افراد مبتلا به دیابت یا چاقی به رژیم دارویی خود پایبند باشند.”
محققان این مطالعه را در مدل حیوانی موش انجام دادند. آنها دریافتند که فناوری جدید دارویی می تواند داروهای دیابت و کنترل وزن مانند داروهای GLP-1 را حمل کند. این داروها نه تنها قند خون را کنترل می کنند، بلکه فواید دیگری مانند کاهش خطر بیماری قلبی و کمک به کاهش وزن دارند.
محققان در مطالعه خود توضیح دادند که ذرات ریز درون هیدروژل ساختاری شبکه مانند را تشکیل می دهند. این توری دارو را نگه می دارد و زمانی که زمان پخش شدن دارو می رسد، به آرامی حل می شود و اجازه می دهد دارو به بدن تزریق شود.
اپل توضیح داد: “هیدروژل ما در طول چندین ماه مانند یک حبه قند که مولکول به مولکول در آب حل می شود، ذوب می شود.
من اغلب به توری اشاره می کنم که توسط نوعی Velcro مولکولی به هم چسبیده است که به خوبی به هم می چسبد. اما به راحتی می توان آن را از هم جدا کرد.”
حدود 500 میلیون نفر در جهان مبتلا به دیابت یا پیش دیابت هستند. تنها در ایالات متحده بیش از 130 میلیون وجود دارد. درمان دیابت سالانه حدود 400 میلیارد دلار برای دولت ایالات متحده هزینه دارد که آن را به یکی از گران ترین بیماری ها در جهان تبدیل می کند.
محققان قصد دارند طی 1.5 تا 2 سال پس از آزمایش موفقیت آمیز فناوری جدید خود در مدل خوک، آزمایشات انسانی را انجام دهند.
این یک شب تابستانی است. در پشت بام یک ساختمان آرام، مجموعه ای از پنل ها اتاق های داخل را خنک میکنند و چراغ ها را روشن نگه میدارند، گرما را از بین میبرند و با استفاده از سردی آسمان برق تولید میکنند. آن سرما در هوای اطراف ساختمان نیست ، شب گرم است. در عوض، پانل ها بسیار فراتر از اتمسفر زمین می رسند تا از سرمای دور اعماق فضا استفاده کنند.
برداشت انرژی به این روش به نظر غیر ممکن است؟ مسلماً این فناوری هنوز به طور کامل در دسترس نیست. اما با استفاده مستقیم از نیروی تولید شده توسط جهان سرد، میتوان آب را خنک کرد تا ساختمان ها تا 5 درجه سانتیگراد در طول روز بدون برق خنک شوند و شب را بدون سیم یا باتری روشن کرد. همانطور که این فناوری بهبود مییابد، میبینیم که پنل های خورشیدی را فعال میکند که در شب و روز کار میکنند و حسگرهای راه دور را تامین میکنند.
از زمانی که اولین انسان ها یاد گرفتند که آتش را مهار کنند، مردم گرما را برای انجام خواسته های خود دستکاری کردند. امروزه هنر تبدیل گرمای حاصل از سوختن گاز، شکافت هسته ای، هسته زمین، خورشید و سایر منابع به انرژی مفید زیربنای زندگی مدرن است.
با انرژی زیادی که از گرما در دسترس است، منبع دیگری از انرژی را نادیده گرفته ایم: سرما. سردی اعماق فضا یک منبع ترمودینامیکی است و تا حد زیادی استفاده نشده است. بله، دور است، اما فاصله مانع استفاده از آن نمیشود، به ویژه وقتی فضای خالی وسیع کیهان را در نظر بگیریم – تقریباً 3 کلوین.
گروه spectrum در مقاله ای عنوان کردد : ما معمولاً از این سردی آگاه نیستیم، زیرا چیزهای اطرافمان، از جمله نور خورشید و تشعشعاتی که از جو به ما بازمیگردند، برای گرم کردن ما توطئه میکنند. اما حدود یک دهه پیش، گروه تحقیقاتی ما در استنفورد ماده ای طراحی کرد که در ارسال گرما به مخزن سرما بسیار کارآمد است و در عین حال از گرم شدن خورشید و محیط جلوگیری میکند. این ماده در واقع آنقدر کارآمد است که می تواند خود را زیر دمای محیط اطراف خود خنک کند، حتی زمانی که زیر نور مستقیم خورشید می نشیند.
بسیار جالب است. هنگامی که گرما می تواند به طور خود به خود از یک جسم روی زمین به جهان جاری شود، درست مانند آب که از زمین بالاتر به دریا جریان می یابد، به ما فرصتی می دهد تا انرژی مفیدی را در طول مسیر از آن برداشت کنیم.
در مورد آب متحرک، یک توربین انرژی موجود در جریان را برای تولید برق آبی جمع آوری می کند. در مورد جریان گرما از زمین به اعماق فضا، ما چند مفهوم امیدوارکننده را توسعه داده ایم، اگرچه هنوز در تلاش هستیم بهترین مکانیسم را کشف کنیم.
ترمودینامیک در زمین و در فضا
قبل از اینکه درباره آن ایده ها و نمونه های اولیه به شما بگوییم، باید نقش تشعشعات در حفظ تعادل انرژی زمین را درک کنید.
تابش یکی از سه مکانیسم انتقال حرارت است. دو مورد دیگر رسانش گرما و همرفت گرما هستند. اولین مورد از ارتعاش اتم ها در برابر یکدیگر به وجود می آید که معمولاً در یک جامد اتفاق می افتد. دومی ناشی از حرکت توده ای ذرات، مانند مولکول های گاز در هوا است. هم رسانایی و هم همرفت به محیطی نیاز دارند که گرما را از طریق آن جابجا کند. تابش به شکل امواج الکترومغناطیسی در حال حرکت، به چنین محیطی نیاز ندارد و می تواند مسافت طولانی را طی کند.
تابش خورشیدی را در نظر بگیرید که گرما را از خورشید به سطح زمین می برد. در یک روز آفتابی، با جذب نور خورشید، می توانید گرمای بدن خود را احساس کنید. اجسام مستقر در زمین نیز گرما ساطع می کنند: در یک شب صاف، بدن خود را خنک می کنید. بخشی از این سرمایش گرمایی است که به فضا تابش می کند.
در حالی که تشعشعات ورودی به یک پایه اصلی برای انرژی های تجدید پذیر در قالب انرژی خورشیدی تبدیل شده است، تابش خروجی تا حد زیادی برای تولید انرژی استفاده نشده باقی مانده است. این تشعشعات خروجی گرمای یک جسم روی زمین را به فضای بیرونی می فرستد، مخزنی با ظرفیت تقریباً نامحدود. حذف گرما از این طریق می تواند آن جسم را ده ها درجه پایین تر از دمای محیط اطراف خنک کند.
ما می توانیم از اختلاف دما با تبدیل آن به الکتریسیته از طریق تولید برق ترموالکتریک استفاده کنیم. اصل کار در پشت یک ژنراتور ترموالکتریک، اثر سیبک است، که توضیح می دهد که چگونه یک ماده در پاسخ به اختلاف دما در سراسر آن، اختلاف ولتاژ ایجاد می کند. ما می توانیم اثر Seebeck را در نیمه هادی ها با افزودن کنترل شده ناخالصی ها یا مواد ناخالص دستکاری کنیم.
به یاد بیاورید که ناخالصی ها می توانند نیمه هادی های میزبان خود را به نیمه هادی های نوع n با الکترون های دارای بار منفی متحرک یا نیمه هادی های نوع p با سوراخ های دارای بار مثبت متحرک تبدیل کنند.
در هر صورت، وقتی این نیمه هادی ها اختلاف دما را پل می کنند، الکترون ها یا حفره ها در نزدیکی انتهای سردتر جمع می شوند. بنابراین نوع n یک پتانسیل ولتاژ مثبت به سمت گرم ایجاد می کند، در حالی که نوع p یک پتانسیل ولتاژ منفی در همان جهت ایجاد می کند.
یک ژنراتور ترموالکتریک (TEG) متشکل از جفت نیمه هادی های متناوب از نوع n و p است که با هم زنجیر شده اند به طوری که ولتاژ حاصل از اختلاف دمای مثبت در نوع n به ولتاژ حاصل از اختلاف دمای منفی در نوع p اضافه می شود. . با اتصال یک TEG بین یک مخزن گرم و یک مخزن سرد، دیفرانسیل حرارتی به عنوان برق گرفته می شود.
با محیط اطراف به عنوان یک مخزن گرم، می توانیم از سرمای اعماق فضا برای ایجاد مخزن سرد استفاده کنیم.
برای انجام این کار، ما گرما را با استفاده از چیزی که ما آن را ساطع کننده می نامیم، به فضا می فرستیم که خود را تا دمای کمتری نسبت به محیط اطرافش خنک می کند. این پدیده ای است که به عنوان خنک کننده تابشی شناخته می شود. سپس، یک ژنراتور ترموالکتریک واقع بین ساطع کننده سرد و محیط اطراف که اکنون گرمتر است، می تواند برق تولید کند.
وظیفه تابشگر این است که گرما را به خارج از جو زمین بتاباند. اما اتمسفر فقط برای فوتون هایی با طول موج های مشخص شفاف است. در محدوده مادون قرمز میانی، جایی که تشعشع گرمایی از اجسام معمولی به زمین متمرکز می شود، قابل استفاده ترین باند انتقال اتمسفر در محدوده طول موج 8 تا 13 میکرومتر است.
حتی برخی از ساطع کننده های ساده تابش گرمایی را در این طول موج ها ارسال می کنند. به عنوان مثال، اگر از محیط اطراف عایق باشد، رنگ سیاه آنقدر تشعشع را در آن باند ساطع می کند تا در هنگام قرار گرفتن در معرض آسمان شب، سطح را تا 10 درجه سانتیگراد خنک کند.
در محدوده طول موج خارج از 8 تا 13 میلی متر، اتمسفر مقدار قابل توجهی از تابش را به عقب باز می گرداند. در طول روز، تابش خورشید وارد معادله می شود. هدف طراحی های پیشرفته تر ساطع کننده، جلوگیری از تشعشعات ورودی از جو و نور خورشید با اطمینان از جذب و انتشار آنها فقط در پنجره شفاف است. ایده استفاده از چنین تابشگر انتخابی با طول موج برای خنک سازی تابشی به کار پیشگام Claes-Göran Granqvist و همکارانش در دهه 1980 برمی گردد.
همانطور که یک مهندس یک آنتن رادیویی را با شکل و اندازه خاصی طراحی می کند تا از یک طول موج مشخص در جهت خاصی ارسال کند، ما می توانیم یک امیتر را با استفاده از کتابخانه ای از مواد، هر یک با شکل و اندازه خاص، طراحی کنیم تا باند طول موج را تنظیم کنیم. جهت تابش گرما هرچه این کار را بهتر انجام دهیم، قطره چکان گرمای بیشتری به فضا پرتاب می کند و قطره چکان سردتر می شود.
شیشه یک ماده عالی برای یک قطره چکان است. ارتعاشات اتمی آن به شدت با تشعشعات حول طول موج 10 میکرومتر جفت می شود و ماده را وادار می کند تا بیشتر تابش گرمایی خود را در پنجره انتقال ساطع کند. فقط کافی است یک پنجره شیشه ای را در شب لمس کنید و این خنکی را احساس خواهید کرد. افزودن یک لایه فلزی برای کمک به انعکاس تابش به سمت آسمان، انتشار و خنککننده را حتی موثرتر میکند. و سازه ها می توانند به طور خاص طراحی شوند تا به شدت طول موج های نور خورشید را منعکس کنند.
یک دهه پیش، گروه تحقیقاتی ما اولین ماده خنک کننده تابشی را ایجاد کرد که در طول روز کار می کند و به طور موثری خود را زیر دمای هوای محیط حتی در نور مستقیم خورشید خنک می کند. این از لایه های نازک متناوب اکسید هافنیوم (HfO2) و شیشهای که در بالای یک لایه بازتابنده نقره قرار دارد، ساخته شده است.
با انتخاب دقیق ضخامت هر لایه از فیلم، ما توانستیم این ماده را تقریباً به طور کامل تابش خورشید را منعکس کنیم و همزمان گرما را از طریق پنجره انتقال اتمسفر به بیرون ارسال کنیم.
از آن زمان، بسیاری از گروه های تحقیقاتی دیگر طرح های مختلفی را برای خنک کننده تابشی در طول روز نشان داده اند. یک گروه از محققان دانشگاه کلرادو، بولدر، با تعبیه یک لایه پلیمری با مهره های شیشه ای میکروسکوپی و پوشاندن پشت آن با یک لایه نازک نقره، یک قطره چکان طراحی کردند. دانه های شیشه ای تابش گرما را از پلیمر به بیرون می فرستند در حالی که پوشش نقره ای نور خورشید ورودی را منعکس می کند.
در مورد مواد خود، ما قبلاً یک کاربرد تجاری کرده ایم: سازه های خنک کننده بدون استفاده از برق، در نتیجه نیاز به تهویه مطبوع ساختمان را کاهش داده یا حذف می کنیم.
SkyCool Systems، فرعی از گروه تحقیقاتی ما، پانل های خنک کننده غیرفعال را می فروشد که می توانند به عنوان یک سیستم خنک کننده مستقل یا به عنوان افزودنی برای سیستم های تهویه مطبوع و تبرید موجود استفاده شوند. تاکنون، SkyCool پانل هایی را در تعدادی از فروشگاه های مواد غذایی در سراسر ایالات متحده نصب کرده است.
برداشت سرما، برداشت انرژی
برداشت انرژی با استفاده از سرمای کیهان هنوز در دست توسعه است. به عنوان اولین اثبات مفهومی ما، یک قطره چکان ساده با استفاده از رنگ سیاه روی صفحه آلومینیومی ساختیم. ما قطره چکان را در یک جعبه فوم با پوششی از فیلم پلی اتیلن شفاف قرار دادیم. این اجازه می دهد تا تابشگر بتواند گرما را به فضا بتاباند و در عین حال آن را در برابر گرمای محیط عایق بندی کند.
سپس یک سوراخ کوچک در پایین جعبه فوم بریدیم و یک ژنراتور ترموالکتریک خارج از قفسه را به قطره چکان وصل کردیم (که به خاطر میآورید به عنوان یک سینک سرد نیز عمل میکند). برای قسمت داغ ژنراتور خود، یک هیت سینک را وصل کردیم که به طور غیر فعال گرما را از محیط اطراف جمع آوری می کرد.
برای جلوگیری از مواجهه با نور خورشید، ما این مجموعه را در شب در پشت بام ساختمان مهندسی برق دیوید پاکارد در استنفورد آزمایش کردیم. 25 میلی وات برق در هر متر مربع از سطح قطره چکان ما تولید کرد و یک LED را روشن کرد.
سیستم ما شبیه یک پنل خورشیدی بود، بنابراین ما شروع به بررسی احتمالات ترکیب این دو فناوری برای دستگاهی کردیم که شب و روز برق تولید می کند. سلول های خورشیدی سیلیکونی تجاری معمولا دارای یک لایه محافظ بالایی از شیشه سیلیکا هستند که مقدار قابل توجهی از تابش گرما را در فرکانس های مورد نیاز برای عبور از جو منتقل می کند.
با استفاده از آن شیشه به عنوان امیتر، با یک عایق مشابه به عنوان اولین نمایش ما و یک ژنراتور ترموالکتریک قرار داده شده بین شیشه و سلول خورشیدی، ما 50 میلیوات بر متر مربع از تولید برق در شب را بدون وقفه در عملکرد روز فتوولتائیک نشان دادیم.
در حالی که جالب است، چگالی توان 50 mW/m2 کاربرد عملی کمی دارد. حتی یک فروشگاه مواد غذایی در حومه شهر – مثلاً حدود 4000 متر مربع – فقط 200 وات تولید می کند که تقریباً برای تأمین انرژی یک یخچال کوچک کافی است.
ما نیاز داشتیم که چگالی توان برداشتگر انرژی خود را افزایش دهیم تا آن را به گزینه ای جذاب برای تامین برق روشنایی و سایر وسایل الکترونیکی کم مصرف در شب تبدیل کنیم. بنابراین ما شروع به آزمایش تغییرات در تنظیمات خود در یک مدل شبیه سازی کردیم و چندین راه برای بهبود طراحی خود کشف کردیم.
نکته کلیدی بهینه سازی اندازه ژنراتور ترموالکتریک برای یک منطقه امیتر معین است. یک ژنراتور بزرگتر برای درجه معینی از اختلاف دمای بین امیتر و محیط اطراف، توان بیشتری تولید می کند، اما با اجازه دادن به جریان گرمای بیشتر بین این دو، اختلاف دمایی را که امیتر می تواند حفظ کند، کاهش می دهد. با درست کردن تعادل، تنها با استفاده از ساطع کننده رنگ سیاه، چگالی توان را دو برابر به بیش از 100 میلی وات بر متر مربع نشان دادیم.
عایق حرارتی قطره چکان از محیط اطراف خود برای رسیدن به دمای بسیار سرد نیز بسیار مهم است. بدیهی است که مواد عایق بسیار بهتری نسبت به موارد استفاده شده در نسخه ی نمایشی ما در دسترس هستند.
در نهایت، ساطع کننده های انتخابی طیفی تر، مانند طراحی مهره های شیشه ای و طرح چند لایه هافنیا که توضیح داده شد، تا دمای بسیار پایین تری نسبت به رنگ سیاه روی آلومینیوم خنک می شوند و بنابراین چگالی توان را افزایش می دهند.
با کنار هم قرار دادن همه این بهینه سازی ها، ما محاسبه کردیم که حداکثر چگالی توان قابل دستیابی برای این فناوری 2.2 W/m2 است. این چگالی توان بسیار کمتر از آن چیزی است که می توان با سلول های خورشیدی زیر نور خورشید تولید کرد.
با این حال، زمانی که نور خورشید به راحتی در دسترس نیست، این بسیار خوب است. در مقایسه با آنچه که می توان با بسیاری دیگر از طرح های برداشت انرژی محیطی به دست آورد، به طور قابل توجهی بالاتر است. برای مثال، قدری بیشتر از کمتر از 1 میلیوات بر متر مربع است که میتوان از امواج رادیویی محیط برداشت کرد.
رویکرد ما در اینجا به استفاده از امیتر برای ارسال تابش گرما به فضای سرد و عمل به عنوان یک مخزن سرد محلی بستگی دارد. این بدان معناست که ما باید قطره چکان را عایق بندی کنیم تا از نفوذ مداوم گرما برای حفظ اختلاف دما جلوگیری کنیم.
اما اگر برای تولید الکتریسیته به آن اختلاف دمای محلی نیاز نداشته باشیم، چه؟ برای پاسخ به این سوال، ما به فتوولتائیک های خورشیدی نگاه کردیم تا مشخص کنیم آیا آنالوگ سرد وجود دارد که به جای نور خورشید با فضای عمیق کار می کند.
در برداشت انرژی خورشیدی، یک سلول فتوولتائیک به لطف آنچه در داخل یک نیمه هادی هنگام جذب نور اتفاق می افتد، مستقیماً از تابش خورشید برق تولید می کند. به یاد بیاورید که الکترون ها و حفره ها – حامل های بار در یک نیمه رسانا – معمولاً در یک نیمه رسانای بدون دود، در نتیجه تحریک حرارتی در دمای اتاق، به مقدار کمی وجود دارند.
اما اگر نیمه هادی را با فوتون هایی با انرژی بیشتر از فاصله باند نیمه هادی بمباران کنید، می توانید الکترون ها و حفره های بیشتری تولید کنید.
برای جدا کردن الکترون ها و حفره های فتوتولید شده، کنتاکت های انتخابی – آنهایی که فقط به یک نوع حامل بار اجازه عبور میدهند – به دو طرف نیمه رسانا متصل میشوند. یک راه معمول برای انجام این کار این است که یک طرف نیمه هادی را به گونه ای دوپ کنیم که از نوع p باشد، که به سوراخ ها اجازه عبور و بلوک الکترون ها را می دهد، و طرف دیگر به گونه ای که از نوع n باشد، که اجازه عبور الکترون ها را می دهد و سوراخ ها را مسدود می کند.
نتیجه تجمع حفره ها در سمت p و الکترون ها در سمت n است که به سمت p ولتاژ مثبتی نسبت به سمت n می دهد. هنگامی که یک بار متصل می شود، الکترون ها از سمت n جریان می یابند.
این تصویر آشنا از عملکرد فتوولتائیک، یک سلول فتوولتائیک نسبتاً سرد را بر روی زمین فرض میکند که در تابش درخشانی که از جسم بسیار داغتری مانند خورشید میآید غرق شده است.
آنالوگ سرد یک سلول فتوولتائیک روی زمین است که رو به فضای خالی است. در اینجا، زمین در مقایسه با فضا داغ است و تفاوت دما به این معنی است که سلول فتوولتائیک متصل به زمین، تشعشع خالصی را به فضا منتشر می کند.
در چنین حالتی، الکترون ها و حفره های نیمه رسانا فوتون ها را دوباره ترکیب میکنند و تابش میکنند و فرآیند جذب نور را معکوس میکنند. این نوع ترکیب جمعیت الکترون ها و حفره ها را می خورد و حفره ها را از سمت p و الکترون ها را از سمت n دور می کند. بدون تشعشع ورودی برای متعادل کردن نوترکیبی تشعشعی، تخلیه بارها در هر دو انتها باعث ایجاد ولتاژ منفی در سمت p نسبت به سمت n می شود.
یک بار را به هم وصل کنید و الکترون ها از سمت p جریان می یابند. قطبیت ولتاژ برعکس سناریویی است که در آن یک سلول فتوولتائیک سرد، تابش خورشید داغ را جذب میکند – اما همچنان الکتریسیته است. این پدیده که یک سلول خورشیدی هنگام مواجهه با یک جسم سرد انرژی تولید می کند، تعجب آور نیست. آن را در حد شناخته شده شاکلی-کویسر، که حداکثر بازده نظری یک سلول خورشیدی را توضیح می دهد، اشاره دارد.
اخیراً، گروه تحقیقاتی ما و دیگران امکان استفاده از چنین وسیله ای را برای برداشت الکتریسیته از تشعشعات گرمایی که زمین به جهان میفرستد مورد مطالعه قرار دادند. ما این نور “منفی” را به دلیل انتشار خالص تشعشع آن می نامیم تا آن را از روشنایی “مثبت” که در یک سلول خورشیدی رخ می دهد متمایز کنیم. برخی دیگر آن را برداشت انرژی حرارتی می نامند.
برای اینکه نور منفی برای برداشت انرژی روی زمین کار کند، نیاز است که سلول فتوولتائیک تشعشعاتی را در طول موج در پنجره انتقال اتمسفر منتشر کند. در این پنجره، الکترون ها و حفره ها میتوانند به تابش خروجی دوباره ترکیب شوند.
در خارج از پنجره، تابش برگشتی از جو فرآیند ایجاد ولتاژ منفی را از بین می برد. برای ضربه زدن به آن پنجره انتقال، ما باید سلول فتوولتائیک را از یک نیمه هادی با فاصله باند کوچک (حدود 0.09 الکترون ولت) ایجاد کنیم که مطابق با لبه پنجره انتقال در طول موج 13 میکرومتر است.
این در واقع ممکن است، اگرچه با سیلیکون نیست. در اولین آزمایش آزمایشگاهی خود، از یک سلول فتوولتائیک تلورید کادمیوم جیوه (MCT) با فاصله باند حدود 0.1 eV استفاده کردیم. ما اثر روشنایی منفی را با نشان دادن سلول MCT در یک سطح کنترل شده با دما تأیید کردیم.
این تنظیمات به ما اجازه میدهد تا سطح را گرم کنیم تا تشعشع بیشتری ساطع کنیم (به سلول MCT ما اجازه میدهد تحت نور مثبت کار کند) و سپس سطح را خنک کنیم و به سلول MCT اجازه میدهیم تا به نور منفی تبدیل شود. با تغییر دمای سطح، ما توانستیم انتقال بین نور مثبت و روشنایی منفی را از تغییر متناظر در ولتاژ خروجی سلول مشاهده کنیم.
سپس سلول MCT خود را از آزمایشگاه بیرون آوردیم و آن را به سمت آسمان شب گرفتیم تا اثر را با استفاده از جهان سرد آزمایش کنیم. ما الکتریسیته تولید کردیم، اما با چگالی توان تنها 64 نانووات بر متر مربع، که بسیار کمتر از روش مبتنی بر امیتر ما است.
یکی دو چیز مقصر بود. اولاً، فاصله باند سلول MCT برای قرار گرفتن در پنجره انتقال ایده آل کمی بیش از حد زیاد است. دوم، نیمه هادی های باند گپ کوچک به شدت از فرآیندهای غیر تشعشعی رنج می برند، یعنی نوترکیبی های الکترون-حفره ای که تشعشع ساطع نمی کنند. در مجموع، اینها قدرتی را که سلول ما می توانست ارائه دهد کاهش داد.
سوق دادن فناوری به آینده
در یک دنیای تقریباً کامل، که در آن بهترین مواد را برای امیترها و سلول های فتوولتائیک نور منفی کشف کرده ایم و تمام مشکلات طراحی دیگر خود را حل کرده ایم، محاسبه میکنیم که حداکثر چگالی توان برای سیستم امیتر ترموالکتریک و رویکردهای نور منفی حدود 5 وات بر متر مربع است.
این مقدار تقریباً یک سی ام چیزی است که سلولهای خورشیدی تجاری در اوج نور خورشید ارائه میکنند یا تقریباً همان چیزی است که یک سلول خورشیدی در یک دفتر با نور روشن تولید میکند.
در یک سناریوی واقعی تر، ما فکر می کنیم که می توانیم به چگالی توانی در حد 1 وات بر متر مربع برسیم. این ممکن است زیاد به نظر نرسد، اما برای روشن کردن نور LED و سنسورهای کیفیت هوا و شارژ باتری گوشی های هوشمند کافی است.
در دراز مدت، تصور زندگی در یک کابین دور، خارج از شبکه، بدون باتری، با استفاده از تشعشعات ورودی و خروجی از دورتر از جو زمین برای گرم کردن، خنک کردن و تولید برق در روز و شب، شاید غیرمنطقی نباشد.
دستگاه جدیدی که می تواند مانند یک قرص بلعیده شود، می تواند علائم حیاتی مانند تنفس و ضربان قلب را از داخل بدن ردیابی کند. این دستگاه که در 17 نوامبر 2023 در ژورنال Device گزارش شد، می تواند راهی ساده و راحت برای مراقبت از افرادی که مستعد مصرف بیش از حد مواد افیونی هستند، ارائه دهد.
جیووانی تراورسو، نویسنده اصلی این مطالعه، دانشیار مهندسی مکانیک در MIT و متخصص گوارش در بیمارستان بریگهام و زنان میگوید: “این دستگاه میتواند به تشخیص و نظارت بر بسیاری از شرایط سلامتی بدون نیاز به مراجعه به بیمارستان کمک کند، که میتواند مراقبت های بهداشتی را در دسترستر و حمایت کننده تر برای بیماران کند.”
این دستگاه بخشی از زمینه رو به رشد دستگاه های قابل بلعیدن است که می تواند عملکردهای مختلفی را در داخل بدن انجام دهد. برخلاف دستگاه هایی که نیاز به کاشت جراحی دارند، مانند ضربان ساز، دستگاه های بلع آسان برای استفاده هستند و شامل روش های تهاجمی نیستند. به عنوان مثال، پزشکان از دوربین های کوچک قابل بلع برای انجام کولونوسکوپی استفاده می کنند که معمولاً نیاز به بستری شدن در بیمارستان دارد.
بنجامین پلس، یکی از نویسندگان مطالعه و بنیانگذار Celero Systems، یک شرکت تجهیزات پزشکی در ماساچوست، می گوید: “ایده این است که یک پزشک می تواند این کپسول ها را تجویز کند و بیمار فقط باید آنها را ببلعد. مردم به مصرف قرص عادت کرده اند و هزینه استفاده از دستگاه های بلع بسیار کمتر از انجام آزمایش های پزشکی سنتی است.”
دستگاه VM Pill و کنترل علائم حیاتی
دستگاه VM Pill با حس کردن ارتعاشات کوچک بدن مربوط به تنفس و فعالیت قلب کار می کند. این دستگاه می تواند تشخیص دهد که آیا تنفس فرد از داخل روده متوقف می شود.
برای آزمایش قرص VM، محققان آن را در معده خوک هایی که بیهوش شده بودند قرار دادند. سپس به خوک ها دوز فنتانیل دادند، یک ماده افیونی قوی که می تواند باعث نارسایی تنفسی در انسان شود. این دستگاه میزان تنفس خوک ها را به صورت واقعی اندازه گیری کرد و به محققان هشدار داد که توانستند مصرف بیش از حد را معکوس کنند.
محققان همچنین برای اولین بار این دستگاه را با دادن آن به افرادی که از نظر آپنه خواب ارزیابی شده بودند، روی انسان آزمایش کردند. این اختلال باعث قطع تنفس در هنگام خواب می شود. بسیاری از افراد مبتلا به آپنه خواب از وضعیت خود بی اطلاع هستند، تا حدی به این دلیل که تشخیص آن مستلزم گذراندن یک شب در آزمایشگاه خواب متصل به دستگاه های خارجی است که علائم حیاتی آنها را کنترل می کند.
پلس می گوید: “از آنجایی که ما به ایمنی مواد افیونی علاقه مندیم، متوجه شدیم که آپنه خواب علائم مشابه مشکلات تنفسی ناشی از مواد افیونی را دارد.”
محققان قرص VM را به 10 بیمار مبتلا به آپنه خواب در دانشگاه ویرجینیای غربی دادند. این دستگاه تشخیص میدهد که تنفس بیمار متوقف میشود و میزان تنفس او را با دقت 92.7 درصد کنترل میکند. در مقایسه با دستگاه های خارجی، این قرص می تواند ضربان قلب را با دقت حداقل 96 درصد کنترل کند. این آزمایش همچنین نشان داد که دستگاه بی خطر است و همه بیماران در چند روز بعد از آزمایش از دستگاه عبور کردند.
علی رضایی، یکی از نویسندگان این مطالعه و متخصص اعصاب در موسسه علوم اعصاب راکفلر، دانشگاه ویرجینیای غربی، میگوید: “کیفیت و ثبات این ضبط ها در مقایسه با مطالعات بالینی استانداردی که ما در آزمایشگاه های خواب خود انجام دادیم، عالی بود. این دستگاه ما را قادر می سازد تا علائم حیاتی بیماران را بدون سیم، سرنخ یا کادر پزشکی از راه دور کنترل کنیم، که امکان نظارت بر بیماران را در محیط طبیعی آنها به جای درمانگاه یا بیمارستان باز می کند.”
تراورسو میگوید نسخه فعلی قرص VM فقط برای یک روز در بدن باقی میماند، اما آنها روی بهبود دستگاه کار میکنند تا بتواند برای نظارت طولانیمدت بیشتر بماند. آنها همچنین امیدوارند که دستگاه را ارتقا دهند تا بتواند به طور خودکار داروها را برای معکوس کردن شرایطی مانند مصرف بیش از حد مواد افیونی پس از تشخیص علائم، تحویل دهد.
به گفته تراورسو، این وسیله قابل بلعیدن می تواند در شرایط مختلف در آینده مانند مصرف بیش از حد مواد افیونی، مشکلات تنفسی و مشکلات قلبی مفید باشد.
چین عملیات اولین راکتور هسته ای نسل چهارم جهان را آغاز کرده است که برخلاف نیروگاه های معمولی که از آب تحت فشار استفاده می کنند، از گاز برای خنک سازی استفاده می کند. این نیروگاه هسته ای در راستای تلاش های گذشته چین در استفاده از این فناوری است.
خبرگزاری دولتی شین هوا دسامبر 2023 گزارش داد، نیروگاه ساخته شده در استان شاندونگ چین از دو راکتور با دمای بالا که به جای آب با گاز خنک می شوند، برق تولید می کند.
راکتورهای شکافت هسته ای معمولاً با شکستن اتم ها و استفاده از انرژی آزاد شده برای تولید بخاری که توربین ها را راه اندازی می کند، نیرو تولید می کنند. سپس بخار توسط آب در یک مدار کندانسور خنک می شود و آب داغ به برج خنک کننده می رود.
در حال حاضر راکتورهای خنک کننده با آب بیش از 95 درصد از کل راکتورهای برق غیرنظامی فعال در سطح جهان را تشکیل می دهند در حالی که راکتورهای خنک کننده با گاز حدود سه درصد در سراسر جهان را تشکیل می دهند.
علاقه به راکتورهای خنک کننده گازی در سطح جهان در حال افزایش است، زیرا این رآکتورها میتوانند برق کارآمد و مقرون به صرفه را ارائه دهند. به گفته آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) چنین راکتورهای مدولار کوچکی همچنین می توانند گرمای فرآیندی با دمای بالا را برای کاربردهای صنعتی مانند تولید هیدروژن، نمک زدایی آب دریا و گرمایش منطقه ای تولید کنند.
راکتور خلیج شیدائو (چین) اولین نیروگاه هسته ای خنک شده با گاز جهان است که برای نمایش تجاری ساخته شده است. توسط هلیوم خنک می شود و می تواند به دمای بالا تا 750 درجه سانتیگراد برسد.
به گزارش خبرگزاری فرانسه، ساخت این نیروگاه در سال 2012 آغاز شد و اولین راکتور آن در سال 2021 به شبکه برق کشور متصل شد. به گفته کارشناسان، چنین رآکتورهایی به دلیل معماری فشرده و طراحی مدولار که باعث کاهش زمان و هزینه ساخت میشود، میتوانند نقش مهمی در کمک به کشورها در انتقال انرژی ایفا کنند.
بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی اتمی، در حال حاضر بیش از 80 پروژه SMR در 18 کشور در حال توسعه است. چین قبلاً به دنبال تبدیل شدن به یک رهبر جهانی در تولید برق هسته ای بوده است و این کشور قصد دارد تا سال 2035 حدود 10 درصد از تولید برق خود را از این نوع نیروگاه ها بسازد.
راه اندازی جدیدترین نیروگاه همچنین نشان دهنده تلاش چین برای دور شدن از نیروگاه های زغال سنگ و کاهش وابستگی خود به فناوری های خارجی در بحبوحه تنش های فزاینده با کشورهای غربی است.
اکنون، کاربران معمولی ChatGPT، افرادی مانند من و شما، میتوانند در حالت صوتی با ربات چت تعامل کنند. این ویژگی در ماه سپتامبر معرفی شد و تا نوامبر فقط برای کاربران پلاس و اینترپرایز در دسترس بود. این ویژگی فقط برای موبایل است، اما در هر دو دستگاه اندروید و iOS در دسترس است.
در پیش نمایش ها، می توان شنید که چت بات چند ثانیه طول می کشد تا به سؤال مطرح شده توسط کاربر پاسخ دهد. تقریباً همان مدت زمانی که چت بات معمولاً برای پاسخ دادن به یک سؤال صرف می کند.
OpenAI در 22 نوامبر زمانی که شرکت پس از برکناری سم آلتمن، مدیر عامل شرکت در روز جمعه، همچنان در آشفتگی قرار داشت، گسترش این ویژگی را اعلام کرد. خبر بازگرداندن آلتمن دقایقی پس از راه اندازی ویژگی صوتی منتشر شد.
دستیار صوتی ChatGPT چگونه کار می کند
هنگامی که کاربر ChatGPT را باز می کند، می تواند نماد هدفون را در سمت راست پایین صفحه مشاهده کند. هنگامی که کاربر روی آن کلیک کرد، ChatGPT از آنها می خواهد که ابتدا از بین پنج گزینه صوتی انتخاب کنند. صداهایی که Juniper، Ember، Breeze، Cove و Sky نام دارند، از زنانه تا مردانه متغیر هستند. با این حال، این می تواند بعدا تغییر کند.
پس از انتخاب، یک دایره خاکستری در وسط ظاهر می شود که وقتی چت ربات به صحبت کاربر گوش می دهد، سفید می شود. از آنجایی که ChatGPT برای فرمولبندی پاسخ زمان میبرد، دایره به یک تصویر متحرک ابرمانند سفید تبدیل میشود.
هنگامی که دستیار صوتی شروع به صحبت می کند، دایره به چهار بیضی کوچک تبدیل می شود و زمانی که چت بات اطلاعات خود را به صورت شفاهی می گوید، تغییر شکل می دهد.
دستیار صوتی هنگام پاسخ دادن به سؤالات مکث هایی شبیه انسان انجام می دهد. “اگر می خواهید چت کنید من اینجا هستم. در ذهن شما چه می گذرد.”
یکی از چیزهایی که نگران کننده به نظر می رسید این بود که عملکرد صوتی در ChatGPT مدام از شما می پرسد که آیا می تواند کمکی باشد، حتی زمانی که کاربر در چند دقیقه کلمه ای نگفته بود. همچنین نمی داند چگونه خود (برنامه) را خاموش کند. کاربر این گزینه را دارد که از برنامه خارج شود و آن را در پسزمینه در حین انجام کارهای دیگر در حال اجرا نگه دارد. این برای موقعیتهایی مانند خواندن یک مقاله و خواستن اطلاعات بیشتر در همان زمان عالی است.
به عنوان جایگزینی برای چت مبتنی بر متن، دستیار صوتی بیشتر مکالمه و شبیه انسان است.
محققان موسسه کارولینسکا در حال بررسی ایده ارسال پهپادهای مجهز به دستگاه شوک الکتریکی خارجی خودکار (AED) برای بیماران مبتلا به ایست قلبی به جای آمبولانس بوده اند. آنها اکنون دریافته اند که در بیش از نیمی از موارد، پهپادها سه دقیقه جلوتر از وسایل نقلیه بوده اند. علاوه بر این، در اکثر مواردی که بیمار در ایست قلبی قرار داشت، از دفیبریلاتور ارسال شده توسط پهپاد برای جلوگیری از بدتر شدن وضعیت یا منجر به مرگ استفاده شد.
ساده ترین عامل
آندریاس کلاسون، دانشیار مرکز تحقیقات ایست قلبی در بخش تحقیقات و آموزش بالینی موسسه کارولینسکا و محقق اصلی این مطالعه گفت: “استفاده از دستگاه شوک الکتریکی خارجی خودکار تنها مهم ترین عامل در نجات جان افراد است. ما از تابستان 2020 پهپادهای مجهز به AED را مستقر کرده ایم و در این مطالعه بعدی نشان می دهیم که پهپادها می توانند قبل از آمبولانس تا چند دقیقه به محل حادثه برسند. این زمان به این معنی است که AED می تواند توسط افراد حاضر در صحنه در چندین مورد استفاده شود.”
ایست قلبی یک وضعیت پزشکی بالقوه کشنده است و زمانی اتفاق می افتد که قلب ناگهان از کار می افتد. این می تواند در نتیجه حمله قلبی، آریتمی (ضربان نامنظم قلب) یا سایر اختلالات قلبی رخ دهد. برای حفظ جان یک فرد، مداخله فوری لازم است.
استفاده از دفیبریلاتورها یکی از مهمترین مداخلات برای ایست قلبی است. دفیبریلاسیون یک روش پزشکی است که در آن دوز درمانی انرژی الکتریکی با هدف بازگرداندن ریتم طبیعی قلب به قلب ارسال می شود. AED ها به طور معمول برای این منظور در مکان های عمومی، خانه ها و محیط های بیمارستانی استفاده می شوند. به این ترتیب، رساندن آنها به مکان هایی که ایست قلبی در آن اتفاق می افتد، کلیدی است.
پهپادهای مجهز در تابستان 2022 تست شدند
موسسه کارولینسک ایده ارسال پهپادهای مجهز به AED را همزمان با آمبولانس برای کاهش زمان دفیبریلاسیون از سال 2020 آزمایش کرده است. این پروژه با همکاری منطقه Västra Götaland، SOS Alarm و اپراتور هواپیماهای بدون سرنشین Everdrone انجام شده است. این کار شامل حدود 200000 نفر در غرب سوئد بود و اولین نتایج تولید شده در تابستان 2020 نشان داد که این مفهوم قابل اجرا و ایمن است.
در این مطالعه تحقیقاتی از هواپیماهای بدون سرنشین برای تحویل دستگاه شوک الکتریکی خارجی خودکار در 55 مورد مشکوک به ایست قلبی استفاده شد. تحویل قبل از آمبولانس در 37 مورد از این موارد (67 درصد) با میانگین فاصله 3 دقیقه و 14 ثانیه اتفاق افتاد.
کلاسون گفت: “مطالعه ما اکنون یک بار برای همیشه نشان می دهد که امکان تحویل AED با هواپیماهای بدون سرنشین وجود دارد و این می تواند چند دقیقه قبل از رسیدن آمبولانس در ارتباط با ایست قلبی حاد انجام شود.
به دلیل صرفه جویی در زمان، مرکز فوریت های بهداشتی توانسته است به فردی که با 911 تماس گرفته است دستور دهد در برخی شرایط قبل از آمدن آمبولانس، AED را بازیابی و استفاده کند.”
مدیر ارشد طراحی سابق اپل، جانی آیو، ظاهراً در حال مذاکره با OpenAI برای ساخت «آیفون هوش مصنوعی» است که با کمک مالی بیش از یک میلیارد دلاری از سوی ماسایوشی سون، مدیرعامل سافتبانک، انجام میشود.
بر اساس گزارش جدید فایننشال تایمز، سام آلتمن، مدیر عامل OpenAI، به دنبال استفاده از شرکت طراحی لاوفرم آیو برای توسعه اولین دستگاه مصرفی OpenAI است و این دو در جلسات طوفان فکری در استودیوی آیو در سانفرانسیسکو بحث کرده اند که چنین محصولی چگونه خواهد بود.
به گفته سه نفر از آشنایان با این طرح، آیو و آلتمن قصد دارند دستگاهی بسازند که “تجربه کاربری طبیعی تر و بصری تر” را برای تعامل با هوش مصنوعی فراهم کند.
این دو از این الهام گرفته اند که چگونه فناوری صفحه لمسی در آیفون اصلی به ایجاد انقلابی در تعامل ما با اینترنت تلفن همراه کمک کرد. سون بودجه ای را برای این تلاش ارائه می دهد و طبق گزارشات، شرکت طراحی تراشه Arm (که سون 90 درصد از سهام آن را در اختیار دارد) برای ایفای نقش اصلی فشار آورده است.
در حالی که آیو نقش مهمی در ساخت اولین آیفون ایفا کرد، طراح سابق اپل قبلاً در مورد تلفن های هوشمند که باعث رفتار اجباری می شوند ابراز نگرانی کرده بود. در مصاحبه ای با فایننشال تایمز در سال 2018، آیو گفت که اپل یک “مسئولیت اخلاقی” برای کاهش ماهیت اعتیادآور فناوری خود دارد و شرکت های فناوری باید سعی کنند تا حد امکان عواقب ناخواسته را هنگام طراحی محصولات جدید پیش بینی کنند.
به گفته منابع فایننشال تایمز، پروژه با OpenAI می تواند به آیو اجازه دهد تا به ایجاد یک دستگاه محاسباتی تعاملی که کمتر به صفحه نمایش وابسته است کمک کند. آلتمن قبلاً به لطف سرمایه گذاری های خود در Humane (یک استارتآپ سخت افزار و نرمافزار که توسط کارمندان سابق اپل تأسیس شده است) تجربه ای در این زمینه دارد که در حال توسعه یک دستگاه هوش مصنوعی پوشیدنی بدون صفحه است که برای جایگزینی گوشی های هوشمند طراحی شده است.
پروژه Altman, Ive, and Son هنوز در مراحل اولیه است و چندین ایده مختلف برای دستگاه هنوز در حال بررسی است. در حالی که هیچ معامله ای تایید نشده است و جزئیات مربوط به پروژه بسیار اندک است، گفته می شود که بحث ها “جدی” است.
تیمی از محققان دانشگاه واترلو از یک جهش قابل توجه در فناوری پزشکی و استفاده از میکرو ربات های گیاهی پرده برداری کرده اند. آنها مواد پیشرفته و هوشمندی ایجاد کرده اند که به عنوان پایه و اساس عصر جدیدی از میکرو ربات های پزشکی نرم عمل میکنند، که کلید تغییر احتمالی رویه های پزشکی از طریق کم تهاجمی تر و کارآمدتر کردن آنهاست.
این تحقیق به رهبری پروفسور حامد شاهسون از گروه مهندسی شیمی، رویکردی جامع برای طراحی، سنتز، ساخت و دستکاری میکرو ربات ها را در بر میگیرد.
این ربات های کوچک میتوانند مانند بدن انسان در محیط های محدود و پر از مایع حرکت کنند و محموله های شکننده مانند سلول ها یا بافت ها را به مکان های دقیق تحویل دهند. علاوه بر این، این رباتها زیست سازگار و غیرسمی هستند و برای کاربردهای پزشکی ایده آل هستند.
این ربات ها که از کامپوزیت های هیدروژل پیشرفته ساخته شده اند، از نانوذرات سلولز پایدار مشتق شده از گیاهان استفاده میکنند. این ترکیب منحصر به فرد از مواد امکان کنترل و مانور دقیق را فراهم می کند.
شاهسون در بیانیه ای گفت: “در گروه تحقیقاتی من، ما در حال پل زدن بین قدیم و جدید هستیم. ما میکرو ربات های گیاهی نوظهور را با استفاده از مواد نرم سنتی مانند هیدروژل ها، کریستال های مایع و کلوئیدها معرفی میکنیم.”
شگفتی های شکل دهنده و خود ترمیم کننده در میکرو ربات های گیاهی
یکی از برجسته ترین ویژگی های این مواد هوشمند، توانایی آنها در تغییر شکل در هنگام قرار گرفتن در معرض تحریک شیمیایی خارجی است که به محققان این امکان را میدهد تا تغییر شکل حیاتی برای ساخت ربات های نرم کاربردی را برنامه ریزی کنند.
بنابراین، رباتها را میتوان برای کارهای پزشکی خاص، مانند بیوپسی و انتقال سلول و بافت، طراحی کرد.
علاوه بر این، این میکرو ربات های گیاهی دارای کیفیت خود ترمیم شوندگی منحصر به فردی هستند که نیاز به چسب های سنتی را از بین می برد. محققان می توانند مواد را برش داده و به هم بچسبانند و اشکال مختلفی را برای رویه های مختلف ایجاد کنند.
این ماده همچنین می تواند با مغناطیس تغییر یابد تا حرکت این ربات های نرم در بدن انسان تسهیل شود. به عنوان اثبات مفهوم، محققان با کنترل یک ربات کوچک با استفاده از یک میدان مغناطیسی، یک ربات کوچک را در پیچ و خم مانور دادند. اثبات مفهوم همچنین تحرک ربات را در محیطی پر از HCl به نمایش گذاشت.
این امر دامنه ای از امکانات را برای تحویل دقیق و هدفمند دارو، ترمیم بافت و کاوش در بدن انسان باز می کند.
شاهسون تاکید کرد: “مهندسان شیمی نقش مهمی در پیشبرد مرزهای تحقیقات میکرو رباتیک پزشکی دارند. رویارویی با بسیاری از چالشهای بزرگ در میکرو رباتیک مستلزم مهارت و دانش مهندسین شیمی از جمله انتقال گرما و جرم، مکانیک سیالات، مهندسی واکنش، پلیمرها، علم ماده نرم و سیستم های بیوشیمیایی است.
ما به لطف دانش و مهارت های چند رشته ای خود، موقعیت منحصر به فردی برای معرفی راه های نوآورانه در این زمینه نوظهور داریم.”
مسیر رسیدن به مقیاس های زیر میلی متری
نقطه اوج این تحقیق پایان نیست، بلکه آغاز یک سفر هیجان انگیز است. چالش بعدی شاهسون و گروه تحقیقاتی او این است که این میکرو ربات های گیاهی را به اندازه های زیر میلیمتری کاهش دهند. باید دید آیا آنها می توانند موفقیت دیگری را در این زمینه رقم بزنند.
گروه تحقیقاتی پروفسور شاهسون با پروفسور تیزازو مکونن از گروه مهندسی شیمی واترلو، پروفسور شرلی تانگ، دانشیار رئیس علوم (پژوهش) و پروفسور امیررضا آقاخانی از دانشگاه اشتوتگارت آلمان همکاری نزدیک داشت.
تشخیص دیابت و اینکه آیا فردی مبتلا به دیابت است شامل آزمایش ها و ارزیابی های تشخیصی مختلفی مانند رویکرد هموگلوبین گلیکوزیله (A1C)، همراه با آزمایش گلوکز خون ناشتا (FBG) و OGTT است که همگی شامل سفر به مطب پزشک شما و شامل یک دوره انتظار طولانی است. .
اما اگر روش ساده تری وجود داشت چه میشد؟
فقط چند خط برای تشخیص دیابت لازم است
بر اساس یک مطالعه پیشگام از شرکت نرم افزاری Klick Labs، روش جدیدی که فناوری گفتار را با هوش مصنوعی ترکیب میکند، گام مهمی در تشخیص سریع و کارآمد دیابت است. این رویکرد به سادگی به این صورت عمل می کند که از شخصی بخواهد چند خط در تلفن هوشمند خود صحبت کند تا به سرعت تشخیص دهد که آیا دیابتی است یا خیر.
در تشخیص دیابت جدید، سن، جنس، قد و وزن افراد با شش تا ده ثانیه صحبت آنها ترکیب شد تا یک مدل هوش مصنوعی ساخته شود که می تواند تشخیص دهد که آیا فردی دیابت نوع 2 دارد یا خیر.
دیابت نوع 1 معمولاً خود ایمنی است و نیاز به درمان انسولین دارد، در حالی که دیابت نوع 2 ممکن است در ابتدا با تغییر سبک زندگی، داروهای خوراکی یا انسولین بسته به شدت کنترل شود.
دقت مدل برای زنان 89 درصد و برای مردان 86 درصد بود.
توسعه این برنامه جدید باعث شد که محققان در آزمایشگاه کلیک از 267 شرکت کننده دیابتی دعوت کنند تا هر روز شش بار به مدت دو هفته یک جمله را در تلفن هوشمند خود ضبط کنند. سپس دانشمندان 14 پارامتر شنوایی را از بیش از 18000 ضبط مورد بررسی قرار دادند تا تفاوت بین افراد دیابتی نوع 2 و افراد غیر دیابتی را بررسی کنند.
کوفمن، نویسنده اول مقاله و دانشمند تحقیقاتی در آزمایشگاه های کلیک، گفت: “تحقیق ما تفاوت های صوتی قابل توجهی را بین افراد مبتلا به دیابت نوع 2 و بدون دیابت نشان می دهد و می تواند نحوه غربالگری جامعه پزشکی را برای دیابت تغییر دهد.
روشهای کنونی تشخیص میتواند به زمان، سفر و هزینه زیادی نیاز داشته باشد. فناوری صوتی این پتانسیل را دارد که این موانع را به طور کامل از بین ببرد.”
انواع ویژگی های صوتی
تیم آزمایشگاه کلیک توانستند از هوش مصنوعی برای بررسی انواع ویژگی های صدا، از جمله تغییرات زیر و بم و شدت، که برای گوش انسان قابل شنیدن نیست، استفاده کنند. دانشمندان با استفاده از پردازش سیگنال توانستند تغییرات در صدای ناشی از دیابت نوع 2 را شناسایی کنند.
یان فوسات، معاون آزمایشگاه کلیک و محقق اصلی این مطالعه گفت: “تحقیق ما بر پتانسیل فوق العاده فناوری صدا در شناسایی دیابت نوع 2 و سایر شرایط بهداشتی تاکید دارد. فناوری صوتی می تواند شیوه های مراقبت های بهداشتی را به عنوان یک ابزار غربالگری دیجیتال در دسترس و مقرون به صرفه متحول کند.”
روش غیر سرزده و سریع توسعه یافته توسط آزمایشگاه های کلیک این پتانسیل را دارد که تعداد زیادی از افراد را آزمایش کند و به شناسایی تعداد قابل توجهی از موارد دیابت نوع 2 که شناسایی نشده اند کمک کند.
طبق گفته فوسات، مراحل بعدی تکرار این مطالعه و گسترش تحقیقات تیم به شرایط اضافی از جمله فشار خون بالا، سلامت زنان و پیش دیابت است که همگی با صدا و هوش مصنوعی قابل تشخیص هستند.
