فروشگاه کانواس (بوم مدل کسبوکار) آرباکو

یافته‌ها شاید به پیشرفت هوش مصنوعی کمک کنند

 

چکیده

محققان دریافته‌اند که یادگیری (ویژگی کلی و مطلق هوش در موجودات زنده) می‌تواند در مواد مصنوعی (سنتزی) تقلید شود، کشفی که به نوبه خود می‌تواند الگوریتم‌های جدیدی را برای هوش مصنوعی القاء نماید.

موضوع اصلی

محققان روتگرز (Rutgers) و همکارانشان دریافته‌اند که یادگیری (ویژگی کلی هوش در موجودات زنده) می‌تواند از مواد سنتزی پیروی کند، کشفی که خود می‌تواند القاکننده و الهام‌بخش الگوریتم‌های جدیدی برای هوش مصنوعی (AI) باشد. این مقاله در ژورنال PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences اقدامات آکادمی ملی علوم) ارائه شده است.

یکی از مشخصات بنیادین انسان‌ها توانایی یادگیری مداوم از محیط‌های متغیر و تطبیق با آن‌ها است. ولی تا این اواخر، هوش مصنوعی به طور دقیقی روی پیروی و تقلید از منطق انسان متمرکز بوده است. حالا محققان به دنبال تقلید از درک و شناخت انسان در دستگاه‌هایی هستند که می‌توانند روشی که مغز انسان انجام می‌دهد را یاد بگیرند و یادآوری کنند و تصمیم بگیرند.

پیروی و تقلید از چنین ویژگی‌هایی در حالت جامد می‌تواند الگوریتم‌هایی را در هوش مصنوعی و محاسبات نورومورفیک (ریخت عصبی) القا کند که برای یافتن تناقضات، بلاتکلیفی‌ها و دیگر ابعاد زندگی هرروزه انعطاف‌پذیری خواهند داشت.محاسبات نورومورفیک تا حدی با ساخت سیستم‌های عصب مصنوعی برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی که از سیگنال‌های مغز پیروی می‌کنند، از ساختار عصبی و عملیات مغز انسان تقلید می‌کند.

محققان از روتگرز (Rutgers)، پورژ (Purdue) و دیگر مؤسسات به مطالعه این مطلب پرداختند که رسانای الکتریکی اکسید نیکل که نوع خاصی از مواد عایق می‌باشد، زمانی که محیطش مکرراً در فواصل زمانی مختلف تغییر داده شد، چگونه واکنش نشان داد.

سوبهاسیش ماندال (Subhasish Mandal)، پست دکترای بخش فیزیک و نجوم در برونسویک نیو-روتگرز گفت: "هدف، یافتن ماده‌ای است که رسانای الکتریکی بتواند با تعدیل غلظت نقایص اتمی با محرک خارجی مانند اکسیژن، ازن و نور تنظیم شود. ما به مطالعه این مطلب پرداختیم که وقتی ما اکسیژن یا هیدروژن را به سیستم اضافه می‌کنیم، این ماده چگونه رفتار می‌کند و مهم‌تر از همه اینکه، تحریک خارجی چگونه خواص الکترونیکی این ماده را تغییر می‌دهد."

محققان دریافتند که وقتی محرک گاز سریعاً تغییر کرد، این ماده نتوانست کامل واکنش بدهد. در یکی از دو محیط در حالتی ناپایدار باقی ماند و واکنشش شروع به کم‌شدن نمود. وقتی محققان محرک مضری مانند ازن را وارد کردند، واکنش این ماده به طور قوی‌تری مجدداً شروع به کم‌شدن نمود.

ماندال (Mandal)، گفت: "جالب‌ترین بخش نتایج ما این است که مشخصات یادگیری کلی مانند اعتیاد (خوگیری) و حساس‌سازی را نشان می‌دهند که ما عموماً در گونه‌های زنده پیدا می‌کنیم. این مشخصات مادی می‌توانند برای هوش مصنوعی، الگوریتم‌های جدیدی را القا کنند. بسیاری به‌عنوان حرکت جمعی پرندگان یا ماهی‌ها هوش مصنوعی القا شده دارند، ما معتقدیم که رفتار جمعی الکترون‌ها در جامد کوانتومی می‌تواند در آینده همین کار را بکند."

او افزود: "زمینه روبه‌رشد هوش مصنوعی نیازمند سخت‌افزاری است که می‌تواند میزبان خواص حافظه تطبیقی ماورای آنچه که در کامپیوترهای امروزی استفاده می‌شود باشد. ما درمی‌یابیم که عایق کننده‌های اکسید نیکل که از نظر تاریخی به فعالیت‌های دانشگاهی محدود شده‌اند، شاید در آینده برای ربات‌ها و کامپیوترهای الهام گرفته از مغز انسان، نامزدهای جالبی برای تست باشند."

این مطالعه شامل استاد کارین ریب (Karin Rabe)، از روتگرز (Rutgers) و محققانی از آزمایشگاه ملی آرگون (Argonne National Laboratory) ، دانشگاه جورجیا (University of Georgia) و دانشگاه پورژ (Purdue University) بودند.

 

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه روتگرز (Rutgers University) تهیه شدند. مطلب اصلی توسط جان کرامر (John Cramer) نوشته شده است.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

ژورنال مرجع:

Zhen Zhang, Sandip Mondal, Subhasish Mandal, Jason M. Allred, Neda Alsadat Aghamiri, Alireza Fali, Zhan Zhang, Hua Zhou, Hui Cao, Fanny Rodolakis, Jessica L. McChesney, Qi Wang, Yifei Sun, Yohannes Abate, Kaushik Roy, Karin M. Rabe, Shriram Ramanathan.

 

یادگیری نورومورفیک با عایق مات اکسید نیکل

Neuromorphic learning with Mott insulator NiO

 

ژورنالPNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences اقدامات آکادمی ملی علوم) ، 2021؛ 118 (39): e2017239118 DOI: 10.1073/pnas.2017239118

این بازوی رباتیک داده‌ها را با یک دوربین و آنتن ترکیب می‌کند تا اشیاء را حتی اگر زیر وسایل زیادی مدفون شده باشند، بیابد.

 

چکیده

محققان یک بازوی رباتیک کاملاً یکپارچه‌ای را ابداع کرده‌اند که داده‌های تصویری را با یک دوربین و اطلاعات فرکانس رادیویی (RF) یک آنتن در هم می‌آمیزد تا اشیاء را حتی اگر زیر توده‌ای وسایل مدفون باشند یا خارج از دید باشند پیدا کرده و مجدداً برمی‌گردانند.

موضوع اصلی

مسافر هرروزه آماده بیرون رفتن است، تنها برای تحقق این مطلب که آن‌ها کلیدهایشان را سر جایش نگذاشته‌اند و باید مقدار زیادی از وسایل را جستجو کنند تا آن‌ها را بیابند. با گشتن سریع در بین خرت‌وپرت‌ها، آن‌ها آرزو می‌کنند که بتوانند بفهمند که کلیدها زیر کدام وسایل، پنهان شده بودند.

محققان در MIT،یک سیستم رباتیک ابداع کرده‌اند که می‌تواند دقیقاً این کار را انجام دهد. این سیستم، RFusion، یک بازوی رباتیک دارای دوربین و آنتن RF متصل به چنگک است. سیگنال‌های حاصل از آنتن را با ورودی تصویری از دوربین ترکیب می‌کند تا یک شیء را یافته و برگرداند، حتی اگر آن شیء زیر انبوهی از وسایل مدفون شده و کاملاً خارج از دید باشد.

نمونه اصلی RFusion را که محققان ابداع کرده‌اند متکی بر برچسب‌های RFID هستند که برچسب‌های بدون باتری و ارزانی هستند که می‌توانند به یک شیء بچسبند و سیگنال‌های ارسال شده توسط آنتن را بازتاب نمایند. چون سیگنال‌های RF می‌توانند به درون اکثر سطوح حرکت کنند (مانند توده رخت‌های چرک که ممکن است کلیدها در آنجا پنهان شده باشند)، RFusion قادر است که یک شیء برچسب خورده را در بین انبوه وسایل پیدا نماید.

با استفاده از یادگیری ماشینی، بازوی رباتیک به طور خودکار، محل دقیق شیء را هدف‌گیری می‌کند، اشیاء بالای آن را تکان می‌دهد، شیء را به چنگ می‌آورد و بررسی می‌کند که آیا چیز درستی را برداشته است یا نه. دوربین، آنتن، بازوی رباتیک و هوش مصنوعی تماماً یکپارچه هستند، پس RFusion می‌تواند در هر محیطی بدون نیاز به تمهیدات خاصی کار کند.

ازآنجایی‌که یافتن کلیدهای گم شده سودمند است، RFusion می‌تواند کاربردهای وسیع‌تری در آینده داشته باشد. مانند مرتب کردن انبوهی از وسایل برای انجام سفارشات در یک انبار، شناسایی و نصب اجزاء در یک کارخانه تولیدی خودرو، یا کمک به افراد سالخورده در انجام وظایف روزانه در منزل. هرچند نمونه اصلی فعلی هنوز کاملاً به‌اندازه کافی برای این‌جور کاربردها سریع نمی‌باشد.

مؤلف ارشد، فادل ادیب (Fadel Adib)، استادیار بخش علوم کامپیوتر و مهندسی برق و مدیرعامل گروه Signal Kinetics در آزمایشگاه رسانه‌های MIT (مؤسس فناوری ماساچوست)، گفت: "ایده توانایی یافتن اشیاء در یک‌دنیای پرهرج‌ومرج یک مشکل آشکاری است که چند سالی است روی آن کار می‌کنیم. داشتن ربات‌هایی که قادرند اشیاء زیر کلی لوازم را جستجو نمایند، یک نیاز روبه‌رشد در صنعت امروز است. درست اکنون که شما می‌توانید به این موضوع به‌عنوان یک Roomba (جاروبرقی رباتیک هوشمند) برای داروهای استروئیدی فکر کنید، ولی در کوتاه‌مدت، این می‌تواند کاربردهای بسیاری در محیط‌های تولیدی و انباری داشته باشد."

همکاران نویسنده شامل تارا بوروشاکی (Tara Boroushaki)، کمک محقق، نویسنده اصلی؛ اسحاق پرپر (Isaac Perper)، دانشجوی فوق‌لیسانس علوم کامپیوتر و مهندسی برق؛ مرگن ناچین (Mergen Nachin) همیار محقق و آلبرتو رودریگویوئز (Alberto Rodriguez)، استادیار کلاس 1957 در بخش مهندسی مکانیک می‌باشند. این تحقیق در ماه آینده در انجمن کنفرانس ماشین‌آلات کامپیوتری (حسابگر) در سامانه حسگر شبکه‌ای توکار ارائه خواهد شد.

ارسال سیگنال‌ها

RFusion با استفاده از آنتنش شروع به جستجوی یک شیء می‌کند که سیگنال‌ها را از برچسب RFID (مانند نور خورشید که از آینه منعکس می‌شود) منعکس می‌کند تا یک منطقه کروی را که برچسب در آن قرار دارد را شناسایی کند. سپس آن منطقه کروی را با ورودی دوربین ترکیب می‌کند تا مکان شیء را محدود کند. برای مثال، شیء نمی‌تواند در منطقه‌ای از میز که خالی است، قرار بگیرد.

اما زمانی که ربات، جایی که شیء قرار دارد را حدس می‌زند، نیاز دارد که بازویش را به طور وسیعی اطراف اتاقی که اندازه‌های بیشتری دارد، حرکت دهد تا بر مکان دقیق چیره شود که آهسته و ناکافی می‌باشد.

محققان از یادگیری تقویتی استفاده کردند تا یک شبکه عصبی را بیاموزند که می‌تواند خط سیر ربات تا شیء را بهینه نماید. در یادگیری تقویتی، الگوریتم از طریق آزمون‌وخطا با یک سیستم پاداش آموزش داده می‌شود.

بوروشاکی (Boroushaki) توضیح می‌دهد: "این نشان می‌دهد که چگونه مغز ما یاد می‌گیرد. ما از محققان خود، والدین خود، از یک بازی کامپیوتری، ... پاداش گرفتیم. همان چیزی که در یادگیری تقویتی انجام می‌شود. ما اجازه می‌دهیم که این عامل، اشتباه کند یا کاردرست را انجام دهد و سپس شبکه را تنبیه کرده یا تشویق می‌کنیم. این نشان می‌دهد که چگونه شبکه چیزی را یاد می‌گیرد که واقعاً مدل‌سازی آن سخت است."

در مورد RFusion ، به الگوریتم بهینه‌سازی زمانی پاداش داده شد که تعداد حرکاتی را محدود کند که مجبور بود انجام دهد تا شیء را پیدا کند و همچنین فاصله‌ای را محدود کند که می‌بایست برود تا آن را بردارد.

زمانی که سیستم نقطه درست دقیق را شناسایی می‌کند، شبکه عصبی از RF ترکیبی و اطلاعات تصویری استفاده می‌کند تا پیش‌بینی نماید که چگونه بازوی رباتیک باید شیء را به چنگ بیاورد که شامل زاویه دست و پهنای چنگک می‌باشد و اینکه آیا باید اشیاء دیگر را ابتدا بردارد یا نه. همچنین برچسب اشیاء را برای آخرین بار اسکن می‌کند تا مطمئن شود که شیء درست را برداشته است.

غلبه بر خرت‌وپرت‌ها (گذر از میان خرت‌وپرت‌ها)

محققان RFusion را در محیط‌های مختلف متعددی تست کردند. آن‌ها دسته‌کلیدها را در یک جعبه پر از خرت‌وپرت دفن کردند و یک ریموت کنترل را هم زیر انبوهی از لوازم و اشیاء در یک کاناپه پنهان نمودند.

اما اگر آن‌ها تمام داده‌های دوربین و اندازه‌گیری‌های RF را برای الگوریتم یادگیری تقویتی تأمین کنند، سیستم را سراسر خواهند پوشاند. پس با طراحی روشی که GPS برای تحکیم داده‌ها از ماهواره‌ها استفاده می‌کند، آن‌ها اندازه‌گیری‌های RF را جمع‌بندی کرده و داده‌های تصویری را به منطقه‌ای درست در جلو ربات محدود می‌کند.

رویکرد آن‌ها خوب کارکرد (RFusion زمانی 96% موفقیت داشت که اشیایی را برگرداند که کاملاً زیر انبوهی از وسایل پنهان بودند).

بوروشاکی (Boroushaki) می‌گوید: "گاهی اگر فقط به معیارهای RFتکیه کنید، در حال طردشدن خواهید بود و اگر متکی به تصویر باشید، گاهی از دوربین اشتباهی سر خواهد زد، اما اگر آن‌ها را ترکیب کنید، همدیگر را تصحیح خواهند کرد. یعنی آنچه که سیستم ساخته این‌قدر قوی است."

در آینده، محققان امیدوارند که سرعت سیستم را طوری افزایش دهند که به‌جای اینکه به طور متناوب توقف کند تا اندازه‌ها را بگیرد، بتواند یکنواخت حرکت کند. این موضوع RFusion را قادر خواهد کرد تا در یک محیط انباری یا تولیدی پرشتاب مستقر گردد و گسترش یابد.

بوروشاکی (Boroushaki) می‌گوید که ماورای استفاده‌های صنعتی بالقوه، سیستمی مانند این می‌تواند حتی با خانه‌های هوشمند آینده یکی شود تا به افراد دارای وظایف متعدد خانه‌داری کمک کند.

متیو س. رینولد (Matthew S. Reynolds)، عضو انجمن ابداعات CoMotion و استادیار مهندسی کامپیوتر و برق در دانشگاه واشینگتن که در این تحقیق هیچ دخالتی نداشته است، می‌گوید: "هرساله، میلیاردها برچسب برای شناسایی زنجیره‌های عرضه پیچیده امروز شامل لباس و بسیاری از کالاهای مصرفی دیگر استفاده می‌شود. رویکرد RFusion به روش ربات‌های خودگردانی اشاره می‌کند که می‌توانند انبوهی از اشیاء مخلوط را کشف کنند و آن‌ها را با استفاده از داده‌های ذخیره شده در برچسب‌های RFID مرتب نمایند که خیلی بیشتر از بررسی تکی هر شیء بازدهی دارد، مخصوصاً وقتی که اشیاء شبیه به سیستم تصویری کامپیوتری باشند. رویکرد RFusion گام بزرگی در عملیات رباتیک در زنجیره‌های عرضه پیچیده‌ای است که شناسایی و برداشتن اشیاء به طور صحیح و سریع، هم کلید رسیدن به سفارشاتی است که به‌موقع انجام شده و هم کلید خوشحال نگه‌داشتن مشتریان تقاضاکننده می‌باشد."

این تحقیق تحت حمایت بنیاد ملی علوم، فلوشیپ تحقیقات اسلوان (Sloan)، NTT DATA، Toppan، Toppan Forms و آزمایشگاه سیستم‌های آب و غذای عبداللطیف جمیل (Abdul Latif Jameel)، می‌باشد.

ویدئو در سیستم RFusion: https://www.youtube.com/watch?v=iqehzw_aLc0&t=4s

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط مؤسسه فناوری ماساچوست (Massachusetts Institute of Technology) تهیه شدند. مطلب اصلی توسط آدام زیوی (Adam Zewe) نوشته شده است.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

محققان نشان می‌دهند که پروتئین میکروب‌ها، از بخشی از منابع کشاورزی معمولی استفاده می‌کند.

چکیده:

یک تیم تحقیقی بین‌المللی نشان داده است که استفاده از پنل‌های خورشیدی برای تولید پروتئین میکروبی، نسبت به محصولات کشاورزی معمولی، تحمل بیشتر و بازدهی بالاتری داشته و نسبت به آن ها رابطه دوستانه بیشتری با محیط‌زیست دارد. پروتئین‌های میکروبی، نه‌تنها غنی از پروتئین هستند بلکه سرشار از مواد مغذی دیگر نیز می‌باشند. در این روش از انرژی خورشیدی، زمین، مواد مغذی و دی‌اکسیدکربن هوا استفاده می‌کند.

موضوع اصلی:

میکروب‌ها، هزاران سال است که نقش مهمی در غذا و نوشیدنی‌های ما ایفا کرده‌اند، بااین‌وجود اثراتشان بر مواد مغذی ممکن است حتی مهم‌تر نیز باشد. همان‌طوری که جمعیت انسان علاوه بر تقاضایش به محصولات با منابع حیوانی، به طور مشتاقانه‌ای در حال افزایش است، دنیا هم با چالش‌های غذایی روبه‌رشدی مواجه می‌شود. اگر این نیازها فقط با کشاورزی عمومی برآورده گردد، هزینه محیطی بسیار هنگفتی به بار خواهد آمد. یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی با همکاری فارغ‌التحصیلی از دانشگاه گوتینگن (Göttingen University) در حال حاضر نشان داده است که استفاده از پنل‌های خورشیدی برای تولید پروتئین میکروبی نسبت به محصولات کشاورزی معمولی، تحمل پذیرتر و پربازده‌تر بوده و حتی رابطه دوستانه‌تری با محیط‌زیست دارد. این متد از انرژی خورشیدی، زمین، مواد مغذی، و دی‌اکسیدکربن هوا هم استفاده می‌کند.

این تحقیقات در اقدامات و پیشرفت‌های آکادمی ملی علوم منتشر شده است.

با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری که مستقیماً از نتایج آزمایشگاهی طراحی می‌گردد، محققان امکانات و تسهیلات تولید غذای میکروبی را در مقیاس کلان که برای رشد میکروب‌ها از انرژی خورشیدی، هوا، آب و مواد مغذی استفاده می‌کند، مدل‌سازی نمودند. بیومس غنی از پروتئین، برداشت و فرآوری می‌شود و پودر حاصل می‌تواند به‌عنوان خوراک برای حیوانات و به‌عنوان غذا برای انسان استفاده گردد. این مطالعه، انرژی مورد نیاز هر مرحله را تجزیه‌وتحلیل نموده به‌طوری‌که از شروع زیاد تا محصول نهایی را در نظر می‌گیرد و شامل تولید برق (از پنل‌های خورشیدی)، تولید الکتروشیمیایی غنی از انرژی برای میکروب‌ها، کاشت میکروب‌ها، برداشت و فراوری بیومس غنی از پروتئین، می‌باشد. برای شناخت بالاترین بازدهی، انواع میکروب‌ها و استراتژی‌های رشد باهم مقایسه گردید.

این مطالعه دریافت که برای هر کیلو پروتئین تولید شده، در مقایسه با حتی پربازده‌ترین محصول گیاهی یعنی سویا، میکروب‌های خورشیدی تنها به 10% از زمین نیاز دارند. این مطالعه محاسبه نمود که حتی در اقلیم‌های شمالی که طلوع کمتری به چشم می‌خورد، با حداقل مصرف آب و کود، بازدهی غذاهای میکروبی خورشیدی به‌مراتب می‌تواند بهتر از محصولات اصلی باشد. شایان‌ذکر است که این تولید می‌تواند در نواحی که برای کشاورزی هم زیاد مناسب نیست مانند صحراها، انجام شود.

در تحقیقات قبلی، پروتئین این نوع میکروب‌ها، اثرات سودمندی را در زمان تغذیه دام‌ها نشان داده‌اند و در حال حاضر در مقیاس کلانی نیز در اروپا تولید می‌شوند. اولین مؤلف دوریان لگر (Dorian Leger)، در حین مطالعه در دانشگاه گوتینگن (Göttingen University)، به همراه همکارانش از ایتالیا و اسرائیل که این کار را در MPI فیزیولوژی گیاهی مولکولی انجام داد، توضیح می‌دهد: "ما انتظار داریم که پروتئین‌های میکروبی به‌عنوان مکمل‌های رژیمی نیز مفید باشند؛ چراکه یک منبع پروتئینی با کیفیتی متشکل از اسید امینه‌های ضروری و همچنین ویتامین‌ها و مواد معدنی را تولید می‌نمایند. " این تکنولوژی، با وجودی که از آسیب به محیط‌زیست جلوگیری می‌کند، پتانسیل حمایت از تولید غذا را هم دارد. روش‌های مرسوم کشاورزی موجب آلوده شدن اکوسیستم‌ها و تخلیه ذخایر آبی در سطح جهان شده است.

با وجودی که هنوز ده درصد افراد جهان از سوءتغذیه رنج می‌برند ولی در حال حاضر، 30% تا 40% از زمین‌های کره زمین برای زراعت و کشاورزی استفاده می‌شوند. لگر می‌گوید: " تکمیل کاشت میکروب‌های غنی از پروتئین با سیستم‌های انرژی تجدیدپذیری همچون پنل‌های خورشیدی، این پتانسیل را دارد که با وجود منابع کمتر، غذای بیشتری را تولید نماید. این موضوع می‌تواند مقادیر وسیعی از زمین کشاورزی را در اختیار قرار داده و بعلاوه آن، از تخریب بیشتر اکوسیستم‌های طبیعی جلوگیری کرده و درنتیجه در حین ترویج قابلیت دسترسی غذا در سرتاسر جهان، نقش ارزشمندی در حفاظت و تحمل‌پذیری ایفا نماید ".

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه گوتینگن ( University of Göttingen) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب ویرایش شده باشد.

ژورنال رفرنس:

دوریان لگر Dorian Leger، سیلویا ماتاسا Silvio Matassa، الاد نور Elad Noor، آلون شپوآن Alon Shepon، ران میلو Ron Milo، آرن بار ایون Arren Bar-Eve. تولید پروتئین میکروبی به‌وسیله سلول‌های فوتوولتائیک می‌تواند نسبت به محصولات عمومی از زمین و نور خورشید با بازدهی بیشتری استفاده نماید. اقدامات و پیشرفت‌های آکادمی علوم ملی. 2021؛118 (26): e2015025118 DOI ؛ 10.1073/pnas.2015025118.

ایجاد حسگرهای زیستی مؤثر، کم‌هزینه و راحت با چاپ فلزات روی لباس

 

چکیده

محققان یک سنسور بیوالکتریکی (حسگر زیست الکتریکی) را ابداع کرده‌اند که کم‌هزینه و راحت است. این حسگر، سیگنال‌های الکترومیوگرافی (برق نگاری ماهیچه) را اندازه‌گیری می‌کنند، این سیگنال‌ها در زمان انقباض در عضلات تولید می‌شوند و برای مطالعه خستگی و ریکاوری عضله مفید هستند و این پتانسیل را دارند که تشخیص و درمان بیماری‌های عصبی عضلانی را اطلاع‌رسانی کنند. بیو سنسور (حسگر زیستی) که از خمیر نقره با لایه‌ای از نانوذرات طلا در قسمت بالایی آن، ساخته شده، مستقیماً درون یک قطعه از لباس جای‌داده می‌شود. آنچه که به دست آمد یک ردیابی بود که هم رسانا بوده و هم پوست را نمی‌سوزاند.

موضوع اصلی

حسگرهای زیست الکتریکی روی پوست می‌توانند برای اندازه‌گیری سیگنال‌های الکتریکی در بدن مانند فعالیت قلب و انقباض عضله استفاده شوند و ازآنجایی‌که اطلاعات ارزشمندی را برای متخصصان بالینی فراهم می‌کنند، تکنولوژی حسگر زیست الکتریکی رایج می‌تواند تولیدی غیر مؤثر، سخت و گران داشته باشد.

در ژورنال APL Materials که توسط انتشارات AIP انجام شد، محققان دانشگاه یوتا (University of Utah) و دانشگاه ملی جایئونگسانگ (Gyeongsang National University) در کره جنوبی، یک حسگر زیست الکتریکی ابداع کرده‌اند که راحت و کم‌هزینه است.

این حسگر، سیگنال‌های الکترومیوگرافی (برق نگاری ماهیچه (EMG)) که در زمان انقباض در عضلات تولید می‌شوند را اندازه‌گیری می‌کند. سیگنال‌های EMG برای مطالعه خستگی و ریکاوری عضله مفید هستند و این پتانسیل را دارند که تشخیص و درمان بیماری‌های عصبی عضلانی را اطلاع‌رسانی کنند.

مؤلف هیوآنان ژانگ (Huanan Zhang) گفت: "سیگنالی که ما اندازه می‌گیریم یک ولتاژ در طی زمان است، هر لحظه که انگشتتان را حرکت دهید، پتانسیل بدن و همچنین پتانسیل عضله، تغییر می‌کند. پس می‌توانیم آن اختلاف پتانسیل را اندازه‌گیری کنیم."

حسگر زیستی مستقیماً درون قطعه‌ای از لباس جای‌داده می‌شود. حسگر زیستی مزایایی فراتر از راحتی و رفاه دارد (لباس نرم به معنای تماس بهتر با پوست و سیگنال بهتر می‌باشد).

ابتدا محققان خمیر نقره را مستقیماً روی پارچه چاپ کردند. نقره رسانا است و ماده خوبی برای ردیابی سیگنال‌های الکتریکی است. اگرچه کمی هم سمی است ولی در معرض طولانی قرارگرفتن با نقره می‌تواند سبب آزردگی و سوزش پوست گردد.

برای کنترل خواص مفید نقره در حین حل مشکلاتی که دارد، این تیم یک‌لایه از نانوذرات طلا را روی نقره قرار دادند. طلا کاملاً ذرات نقره را پوشاند و مانع تماس با پوست شد.نتیجه یک ردیاب بود که هم رسانا بود و هم پوست را نمی‌سوزاند. مقادیر طلا و نقره آن‌قدر کم است که هزینه کمی را هم در بر دارد.

دانشمندان کارایی حسگر زیستی را تست کردند بدین ترتیب که آن را در عضله دوسر بازو و انگشتان قرار دادند و سیگنال‌های ردیابی شده را در آن عضلاتی که در تمرینات گوناگون پیشرفت می‌کنند، بازبینی کردند.

چون حسگر بخشی از پارچه است و طوری طراحی شده که مدت‌های مدیدی استفاده شود، باید در برابر شستشو استقامت داشته باشد. این تیم کارایی حسگر را بعد از شستشوهای متعدد دوباره تست کردند و دریافتند که کارایی آن بالا مانده است.

ژانگ (Zhang) گفت: "این کار نه‌تنها یک دستگاه پوشیدنی طراحی می‌کند که عامل راحتی دارد بلکه کارایی عالی نیز داشته و زیست‌سازگار هم می‌باشد".

این تیم معتقد است که استفاده از این تکنیک‌های چاپ روی پارچه‌ها می‌تواند در حسگرهای زیست الکتریکی آینده انقلابی ایجاد نماید.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط مؤسسه فیزیک آمریکا (American Institute of Physics) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

 

ژورنال مرجع:

تائهوان لیم (Taehwan Lim)، هیوآنان ژانگ (Huanan Zhang)، سوهی لی (Sohee Lee).

 

منسوجات الکترونیکی زیست سازگار و زیست پایدار پایه ترکیبات نانویی طلا و نقره برای حسگر های برق نگاری ماهیچه ای (الکترومیوگرافیکی)

Gold and silver nanocomposite-based biostable and biocompatible electronic textile for wearable electromyographic biosensors

 

ژورنال APL Materials، 2021؛ 9 (9): 091113 DOI: 10.1063/5.0058617

چکیده

محققان یک فرمول ریاضی جهانی را کشف کرده‌اند که می‌تواند تخم هر پرنده موجود در طبیعت را رسم کند (که یک گام مهمی در درک نه‌تنها شکل خود تخم بلکه چگونگی و دلیل پدیدارشدن آن به شمار می‌رود)، لذا کاربردهای تکنولوژیکی و بیولوژیکی گسترده‌ای را به وجود می‌آورد.

موضوع اصلی

محققان دانشگاه کنت، مؤسسه تحقیقاتی ویتامارکت و درمان محیط (the Research Institute for Environment Treatment and Vita-Market Ltd)، یک فرمول ریاضی جهانی را کشف کرده‌اند که می‌تواند تخم هر پرنده موجود در طبیعت را ترسیم کند، شاهکاری که تا کنون ناموفق بوده است.

مدت‌ها است که شکل تخم‌مرغی توجه ریاضی‌دانان، مهندسان و زیست‌شناسان را از نظر تحلیلی به خود جذب کرده است. این شکل به‌خاطر تکاملش زیاد موردتوجه بوده است به‌طوری‌که در جوجه‌آوری برای یک جنین به‌اندازه کافی بزرگ بوده و در خروج از آن به بهترین نحو برای بدن به‌اندازه کافی کوچک بوده، در زمان تخم گذاردن چرخانده نشده، برای تحمل وزن پرنده از نظر ساختاری به‌اندازه کافی مستحکم بوده و در بسیاری از گونه‌ها شروع یک زندگی می‌باشد. این تخم "شکل کامل" نامیده شده است.

در تجزیه‌وتحلیل شکل تمام تخم‌ها، از چهار شکل هندسی یعنی کروی، بیضوی، تخم‌مرغی و گلابی شکل (مخروطی) با یک فرمول ریاضی که هنوز شکل گلابی از آن ریشه می‌گیرد، استفاده شده است.

برای اصلاح این قضیه، محققان یک تابع اضافی به فرمول تخم‌مرغی وارد کردند تا یک مدل ریاضی را ایجاد کنند، این مدل مطابق با یک‌شکل هندسی کاملاً جدیدی است که به‌عنوان آخرین مرحله در تکامل شکل کروی - بیضوی مشخص می‌گردد، به‌طوری‌که برای شکل هندسی هر تخم‌مرغی کاربردی می‌باشد.

این فرمول ریاضی جهانی جدید برای شکل تخم بر اساس چهار پارامتر می‌باشد: طول تخم، حداکثر عرض (پهنا)، تغییر مکان محور عمودی و قطر در یک‌چهارم طول تخم.

این فرمول جهانی مجهول طویل، گام مهمی را برداشته است تا نه‌تنها شکل خود تخم را بلکه چگونگی و دلیل پدیداری آن را نیز درک نماییم، بنابراین کاربردهای تکنولوژیکی و بیولوژیکی را امکان‌پذیر می‌نماید.

ترسیم و توصیف ریاضیاتی شکل اصلی تمامی تخم‌ها در حال حاضر کاربردهایی را در تحقیقات غذایی، مهندسی مکانیک، کشاورزی، علوم زیستی، معماری، و هوانوردی پیدا نموده‌اند. به‌عنوان‌مثال این فرمول می‌تواند در ساخت مهندسی لوله‌های دیواره نازک تخم‌مرغی شکل بکار برود که باید قوی‌تر از انواع کروی آن باشد.

این فرمول جدید یک پیشرفت و کشف غیرمنتظره مهمی با کاربردهای گوناگونی مانند زیر می‌باشد:

1- توصیف علمی متعلق به یک موضوع بیولوژیکی حالا که یک تخم می‌تواند از طریق فرمول ریاضی توصیف شود، کار در زمینه‌های سیستماتیک بیولوژیکی، بهینه‌سازی پارامترهای تکنولوژیکی، جوجه‌کشی تخم و انتخاب طیور بسیار ساده خواهد شد.

2- تعیین ساده و صحیح مشخصه‌های فیزیکی یک موضوع بیولوژیکی خواص بیرونی یک تخم برای محققان و مهندسینی حیاتی به شمار می‌رود که تکنولوژی‌هایی را برای جوجه‌کشی، فرآوری، نگهداری و مرتب کردن تخم‌ها گسترش می‌دهند. فرایند شناسایی ساده‌ای لازم است که از حجم، مساحت سطحی، شعاع منحنی و دیگر شاخص‌هایی که خطوط و انحناءهای تخم را بیان می‌کند، استفاده می‌شود که این فرمول همه این موارد را در خود گنجانده است.

3- مهندسی با الهام از بیولوژی آینده تخم یک سیستم بیولوژیکی طبیعی است که برای طراحی سیستم‌های مهندسی و پیشرفته‌ترین تکنولوژی‌های روز دنیا مطالعه شده است. شکل هندسی تخم‌مرغی در معماری مانند پشت‌بام سیتی هال لندن (London City Hall) ، Gherkin و ساختمان مورد قبول واقع می‌شود به‌طوری‌که می‌تواند بیشترین بارها را با مصرف کمترین مصالح تحمل نماید، با اینکه این فرمول می‌تواند اکنون به‌راحتی بکار برده شود.

استاد ژنتیک دانشگاه کنت و PIدر این تحقیق، دارن گریفین (Darren Griffin) گفت: "فرایندهای تکاملی بیولوژیکی مثل تشکیل تخم به‌خاطر اینکه ازنظر ریاضیاتی به‌عنوان اصلی برای تحقیق در بیولوژی تکاملی توصیف می‌شود، باید مورد بررسی واقع شود، همان‌طوری که در این فرمول نیز اثبات شده است. این فرمول جهانی می‌تواند در نظام‌های بنیادین مخصوصاً صنعت طیور، صنایع غذایی بکار برده شود و انگیزه بررسی‌های بیشتری باشد، بررسی‌هایی که از تخم‌مرغ به‌عنوان یک موضوع تحقیقاتی الهام می‌گیرند."

محقق بازدیدکننده دانشگاه کنت، دکتر میکائیل رومانوو (Dr Michael Romanov) گفت: "این معادله ریاضی درک و فهم ما را از یک هارمونی فلسفی معین بین ریاضیات و زیست‌شناسی مورد تاکید قرار می‌دهد و از آن دو یعنی ریاضیات و زیست‌شناسی، یک مسیری به سمت فهم بیشتر ما از جهان ایجاد می‌گردد تا به‌راحتی شکل یک تخم را درک نماییم."

محقق بازدیدکننده سابق در دانشگاه کنت، دکتر والریای ناروشین (Dr Valeriy Narushin) گفت: "ما برای درک کاربرد این فرمول در صنایع، از هنر گرفته تا تکنولوژی، از معماری گرفته تا کشاورزی، فقط به جلو می‌اندیشیم. این کشف یا پیشرفت غیرمنتظره معلوم می‌کند که چرا چنین تحقیقات کمک‌کننده‌ای از نظام‌های جداگانه الزامی می‌باشد."

مقاله "تخم‌مرغ و ریاضی: معرفی یک فرمول جهانی برای شکل تخم‌مرغ (Egg and math: introducing auniversal formula for egg shape)" در سالنامه‌های آکادمی علوم نیویورک (Annals of the New York Academy of Sciences) منتشر می‌شود (والریلی ج. ناروشین (Valeriy G. Narushin)، مؤسسه تحقیقات ویتا مارکت و درمان محیط (Research Institute for Environment Treatment and Vita-Market Ltd) در اوکراین؛ دکتر میکائیل ن. رومانو (Dr Michael N. Romanov)، دانشگاه کنت؛ استاد دارن ک. گریفین (Professor Darren K. Griffin) ، دانشگاه کنت).

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه کنت (University of Kent) تهیه شدند. مقاله اصلی توسط سام وود (Sam Wood) نوشته شده است.

 

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

ژورنال مرجع:

والریلی ج. ناروشین (Valeriy G. Narushin)، میکائیل ن. رومانو (Michael N. Romanov)، دارن ک. گریفین (Darren K. Griffin).

تخم‌مرغ و ریاضیات: معرفی یک فرمول جهانی برای شکل تخم‌مرغ

Egg and math: introducing a universal formula for egg shape

 

سالنامه‌های آکادمی علوم نیویورک، 2021؛ DOI: 10.1111/nyas.14680

این تکنیک چاره‌ای برای استفاده از جنین‌های اهدایی حاصل از IVF می‌باشد.

 

چکیده

محققان یک ترکیب شبه جنین از سلول‌های بنیادین انسان ساختند که راه جدیدی را برای مطالعه قدیمی‌ترین مراحل نمو پدید آورد.

موضوع اصلی

برای درک قدیمی‌ترین مراحل رشد و نمو انسان، تحقیق روی جنین‌های انسان حیاتی است. معمولاً این تحقیق روی جنین‌های اضافی مشتاقانه اهدا شده به افرادی انجام می‌شود که باروری درون آزمایشگاهی را تحمل کرده‌اند. بااین‌وجود، این تحقیق به دسترسی جنین‌ها و محدودیت‌های زمانی اصولی بین‌المللی سخت درباره مدت‌زمان (حداکثر 14 روز) لازم برای نمو یک جنین در آزمایشگاه، محدود می‌شود.

حالا، محققان کلتک (Caltech) ترکیبات شبه جنینی از سلول‌های بنیادین انسان خلق کرده‌اند. بر خلاف جنین‌های طبیعی که با ترکیب اسپرم و تخم تشکیل می‌شوند، این ترکیبات با ترکیب سلول‌های بنیادین اصطلاحاً چند توان تشکیل می‌شوند که توانایی گسترش و نمو به انواع خاص سلول‌ها را دارند. اگرچه این ترکیبات شبه جنین چند تفاوت اصلی با جنین واقعی دارند، ولی تکنولوژی ساخت آن‌ها در پاسخ به سؤالات باز مربوط به نمو انسان بدون نیاز به جنین‌های اهدایی، حائز اهمیت خواهد بود.

تحقیق در آزمایشگاه ماگدالینا زرنیکا-گوئتز (Magdalena Zernicka-Goetz) ، برن (Bren) استاد زیست‌شناسی و مهندسی زیست‌شناختی در کلتک (Caltech) انجام شد و در 21 سپتامبر در مقاله‌ای نوشته شده در ژورنال Nature Communications تشریح شد.

ترکیبات از یک نوع سلول بنیادی چند توان (pluripotent stem cell) ساخته می‌شوند که با انواع مشخصی از سلول‌ها رشد می‌کنند تا در یک ساختاری با مورفولوژی کاملاً شبیه ساختار یک جنین خودشان جمع شوند که بافت‌های جنینی و فوق جنینی مشخصی دارند.

سلول‌های بنیادی چند توان ابتدا توسط محققان دیگری از یک جنین واقعی انسان جدا شدند و سپس در محیط آزمایشگاهی نگهداری شده‌اند.

به طور چشمگیری، سلول‌ها می‌توانند هنوز هم یادآور شوند که وقتی توسط شرایط محیطی درستی حمایت می‌شوند چگونه در یک جنین جمع می‌شوند.

زرنیکا-گوئتز (Zernicka-Goetz) می‌گوید: "توانایی متراکم شدن ساختار اصلی جنین ظاهراً خاصیت درونی این قدیمی‌ترین سلول‌های جنینی است که به‌سادگی فراموش نمی‌شوند، بااین‌وجود یا حافظه آن‌ها مطلقاً دقیق نیست یا بازهم بهترین راه کمک به بهبود حافظه سلول‌ها را نمی‌دانیم. ماقبل از اینکه بتوانیم به سلول‌های بنیادی انسان برسیم تا صحت نموی را به دست آوریم که با سلول‌های بنیادی معادل در موش امکان‌پذیر می‌باشد، هنوز همکارهایی زیادی داریم که باید انجام دهیم ."

توانایی تولید ترکیبات شبه جنین از سلول‌های بنیادی بدین معناست که جنین‌های اهدایی اضافی لازم نیستند؛ بعلاوه، این ترکیبات می‌توانند در مقادیر بزرگ ساخته شوند؛ لذا سیستم این مدل شاید منجر به درک نمو جنینی قدیمی می‌شود که مانع دسترسی محدود جنین‌های انسان نمی‌شوند. برای نمونه، می‌توان ژن‌های ویژه‌ای را به هم زده و تأثیر حاصله بر فرایند نموشان را مطالعه نمود. بعلاوه، این سیستم می‌تواند برای درک این مطلب نیز استفاده گردد که چگونه اجزای مختلف سلولی رشد و نموشان را در مراحل ابتدایی و تأثیر این تداخل سلولی را بر مراحل نموی بعدی هماهنگ می‌کنند.

این مقاله تحت عنوان "بازسازی ابعاد جنین‌زایی انسانی با سلول‌های بنیادی چند توان" می‌باشد. اولین مؤلفان این مطالعه، پژوهشگر سابق پست دکترای کلتک (Caltech)، برنا سوزین (Berna Sozen) که اکنون در دانشگاه یال (Yale University)، می‌باشد و دانشجوی فوق‌لیسانس کلتک (Caltech)، ویکتوریا جورگنسن (Victoria Jorgensen)، بودند. علاوه بر زرنیکا-گوئتز (Zernicka-Goetz)، مؤلفان بیشتری از جمله بایلی ویثربی (Bailey Weatherbee) و منگ ژو (Meng Zhu)، هر دو عضو آزمایشگاه سابق زرنیکا-گوئتز (Zernicka-Goetz) در دانشگاه کمبریج و سیسی چن (Sisi Chen)، دانشمند تحقیقاتی ارشد کلتک (Caltech)، می‌باشند. سرمایه اولیه توسط Wellcome Trust، بنیاد جمعیت سیلیکون والی/بنیاد خیریه باز (Open Philanthropy/Silicon Valley Community Foundation)، بنیاد وستون هاونز (Weston Havens Foundation) و بنیاد شورل و کای کورسی (Shurl and Kay Curci Foundation) تأمین شد. ماگدالینا زرنیکا-گوئتز (Magdalena Zernicka-Goetz)، یک عضو هیئت‌علمی وابسته به مؤسسه تیانکیائو و کریسی چن (Tianqiao and Chrissy Chen Institute) در زمینه علوم اعصاب در کلتک (Caltech) می‌باشد.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط مؤسسه فناوری کالیفرنیا (California Institute of Technology) تهیه شدند. مقاله اصلی توسط لوری داجوس (Lori Dajose) نوشته شده است.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

ژورنال مرجع:

 

برنا سوزین (Berna Sozen)، ویکتوریا جورگنسن (Victoria Jorgensen)، بایلی ویثربی (Bailey Weatherbee)، سیسی چن (Sisi Chen)، منگ ژو (Meng Zhu)، ماگدالینا زرنیکا-گوئتز (Magdalena Zernicka-Goetz).

 

بازسازی ابعاد جنین‌زایی انسان با سلول‌های بنیادی چند توان

Reconstructing aspects of human embryogenesis with pluripotent stem cells

 

ژورنال Nature Communications، 2021؛ 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-25853-4

چکیده

تا سال 2050 تکنولوژی‌های فوتوولتائیک که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنندانرژی کافی مصرفی کل خانه‌ها را تولید خواهند کرد.

موضوع اصلی

تا سال 2050 تکنولوژی‌های فوتوولتائیک که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند ساختمان‌های تک خانوار و چند خانوار بسیاری را در سوئیس قادر می‌سازند تا انرژی موردنیاز مصرفی خودشان مانند شارژ وسایل نقلیه الکتریکی را تولید نمایند. اورسین جی استوهل (Ursin Gstöhl) و استفان پی فنینگر (Stefan Pfenninger) از ETH زوریخ این یافته را در 4 مارس 2020 در ژورنال عمومی PLOS ONEگزارش می‌کنند.

استفاده از داده‌های در دسترس در حال حاضر محققان محدوده تقاضاهای انرژی و انواع مختلف ساختمان را کشف کرده‌اند.

کم‌شدن اعتماد به سوخت‌های فسیلی کانون تلاش‌های عمده است که تغییرات اقلیمی را کاهش می‌دهد. فوتوولتائیک گزینه نویدبخشی را پیشنهاد می‌کند که می‌تواند خودکفایی انرژی را در سطح خانوارهای تکی نیز بالا ببرد. از اینجایی که مطالعات گذشته ابعاد گوناگون خانوارهایی را بررسی کرده که انرژی خودشان را تولید می‌کنند، هیچ‌کدام دید کاملی از امکاناتشان در کشور معتدلی مانند سوئیس نداشته‌اندوبرای یافتن این فاصله، جی استوهل (Gstöhl) و پی فنینگر (Pfenninger) امکانات مالی و تکنیکی خودکفایی انرژی را در خانوارهایی که وسایل نقلیه الکتریکی داشتند و تمام نیازشان تبدیل الکتریسیته فوتوولتائیک به نیرو شامل حرارت بود بررسی کردند. با استفاده از داده‌های در حال حاضر در دسترس، محققان انواع مختلف ساختمان‌ها و تقاضای انرژی‌شان را کشف نمودند.

آنالیز حاکی از این است که تا سال 2050 در محدوده موردنظر خودکفایی کامل مجتمع‌های چند خانواری و تک خانواری در سوئیس امکان‌پذیر می‌شود. در ساختمان‌های تک خانواری که تغییر رفتاری در راستای پایین آوردن تقاضای انرژی و استفاده از الگوهای مصرف وسایل نقلیه شهری داشته‌اند، خودکفایی به‌راحتی حاصل می‌شود. بر عکس ساختمان‌های چند خانواری که تقاضای انرژی معمولی داشته و از الگوی مصرف وسایل نقلیه روستایی استفاده کرده‌اند، باید در جهت کارآمدی و کفایت تکنولوژی فوتوولتائیک پیشرفت کنند.

امکانات پیش‌بینی‌شده مالی خودکفایی به عوامل متعددی بستگی دارد که شامل انگیزه‌های دولت و هزینه تکنولوژی‌های ذخیره انرژی می‌باشد. ساختمان‌های کاملاً خودکفا، گران‌تر از ساختمان‌هایی هستند که کاملاً برق‌رسانی شده‌اند ولی هنوز به شبکه متصل هستند، اما همین‌طور خانواده‌هایی هستند که هنوز هم از سوخت‌های فسیلی برای گرم‌کردن و وسایل نقلیه استفاده می‌کنند. به‌عبارت‌دیگر، برق‌دار کردن قطعاً از نظر اقتصادی برای خانوارهایی مفید و سودمند است که خودکفایی خود را با هزینه‌های اضافی پرداخت می‌کنند.

هنوز هم ترکیبی از کاهش هزینه‌های انبار، افزایش قیمت‌های سوخت فسیلی، و معیارهای سیاسی می‌تواند سبب فراگیری بیشتر خانوارهای کاملاً خودکفا در سوئیس گردد. این یافته‌ها می‌توانستند برای کشورهای بسیار صنعتی شده دیگری که دارای اقلیمی معتدل هستند بکار برده شوند.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط PLOS تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

اورسین جی استوهل (Ursin Gstöhl) و استفان پی فنینگر (Stefan Pfenninger)

 

خانوارهای خودکفا در انرژی دارای وسایل نقلیه برقی و فوتوولتائیک در اقلیم معتدل امکان‌پذیر است

Energy self-sufficient households with photovoltaics and electric vehicles are feasible in temperate climate

 

ژورنالPLOS ONE، 2020؛ 15 (3): e0227368 DOI: 10.1371/journal.pone.022736

 

مطالعه خواص فیزیکی ماورای رابط‌های میکروی مقعر بازتابی (سازه بازتاب‌کننده نور به روش‌های خیره‌کننده)

 

چکیده

این مطالعه جدید به علم ماورای MCIها (رابط مقعر میکرو) می‌پردازد، یعنی سازه‌هایی که نور را منعکس می‌کنند تا پدیده‌های نوری مفید و زیبایی را به وجود آورند. محققان می‌گویند که کاربرد آن ها در آینده می‌تواند به وسایل نقلیه خودران کمک کند تا علائم ترافیکی را تشخیص بدهند. تصاویر متعددی وجود دارند مثلاً علامتی که با استفاده از این مواد ایجاد شده است.

موضوع اصلی

مطالعه جدیدی به علم ماورای این MCI(رابط مقعر میکرو) ها می‌پردازد، یعنی سازه‌هایی که نور را منعکس می‌کنند تا پدیده‌های نوری مفید و زیبایی را به وجود آورند.

کیائوکیانگ گان (Qiaoqiang Gan) محقق مهندسی دانشگاه بوفالو، با ذکر این نکته که کاربرد آن ها در آینده می‌تواند به وسایل نقلیه خودران در تشخیص علائم ترافیکی کمک کند، می‌گوید: "اینکه بتوانیم توضیح دهیم که یک تکنولوژی قبل از پذیرفتنش، چگونه عمل می‌کند، امری حیاتی است. مقاله جدید ما تعریف می‌کند که چگونه نور با رابط‌های میکروی مقعر تعامل می‌نماید. "

این تحقیق به‌صورت آنلاین در 15 آگوست در ژورنال Applied Materials Today (مواد کاربردی امروزی) منتشر و در نشریه سپتامبر همین ژورنال نیز نمایش داده شده است.

گان (Gan) دارای PhD و استاد مهندسی برق مدرسه مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه بوفالو (UB)، این مطالعه مساعدتی را مدیریت کرد که توسط تیمی از دانشگاه بوفالو، دانشگاه علم و فناوری شانگهای، دانشگاه فودان، دانشگاه فنی تگزاس و دانشگاه هوبی اجرا شد. اولین مؤلفان جاکوب رادا (Jacob Rada)، دانشجوی دکترای مهندسی برق و هایفنگ هو (Haifeng Hu)، دکترا و استاد مهندسی کامپیوتر و برق دانشگاه علم و فناوری شانگهای هستند.

 

بازتاب‌های تشکیل‌دهنده حلقه‌های نور متحدالمرکز

این مطالعه روی مواد پس - بازتابی (یک‌لایه نازکی که متشکل از میکروسفرهای پلیمری (ریز کره‌های پلاستیکی) بوده و بر روی قسمت چسبناک یک نوار شفاف قرار گرفته) تمرکز می‌کند. قسمتی از این میکروسفرها روی نوار تعبیه می‌شوند و قسمت‌هایی که بیرون می‌مانند، MCIs را تشکیل می‌دهند.

مقاله جدید گزارش می‌کند که تابش نور سفیدروی این لایه‌نازک به طریقی بازتاب می‌شود که سبب ایجاد حلقه‌های رنگین کمانی متحدالمرکز می‌شود و به‌نوبت، برخورد مواد با لیزر تک‌رنگ (در این مورد قرمز، سبز یا آبی) الگوی حلقه‌های روشن و تاریک را به وجود می‌آورد. بازتاب‌های لیزرهای مادون‌قرمز نیز سیگنال‌های مشخصی را ایجاد می‌کند که دارای حلقه‌های متحدالمرکزی می‌باشند.

رادا (Rada) اولین مؤلف همکار از دانشگاه بوفالو می‌گوید که این مقاله تحقیقی به طور مفصل این اثرات را شرح می‌دهد و آزمایشاتی را گزارش می‌کند که مثلاً از این لایه‌نازک در علامت stop استفاده نموده‌اند. الگوهای تشکیل شده به‌وسیله این مواد، هم در دوربین چشمی که ردیاب نور مرئی است و هم در دوربین LIDAR (تصویربرداری، ردیابی و محدوده بندی لیزری) که ردیاب سیگنال‌های مادون‌قرمز است به‌وضوح دیده شده‌اند.

گان (Gan) می‌گوید: "معمولاً سیستم‌های خودران در تشخیص علائم ترافیکی مخصوصاً در شرایط واقعی با چالش‌های زیادی روبرو هستند. علائم ترافیکی هوشمند ساخته شده از مواد ما می‌توانند برای سیستم‌های آینده علائم بیشتری را ایجاد کنند، سیستم‌هایی که برای شناسایی علائم ترافیکی مهم از تشخیص الگوی مرئی و LIDAR با هم استفاده می‌کنند. این وضع برای بهبود ایمنی ترافیکی ماشین‌های خودران مفید باشد."

رادا (Rada) می‌گوید: "ما برای تشخیص بهتر الگوی مرئی و سیگنال LIDAR، یکاستراتژی ترکیبی جدیدی را ارائه کردیم که معمولاً هم با دوربین‌های مادون‌قرمز و هم مرئی انجام می‌شوند. کار ما نشان داد که MCI هدف ایده آلی برای دوربین‌های LIDAR است، چرا که به طور ثابت سیگنال‌های قویی تولید می‌کند. "

حق ثبت اختراع و امتیاز نامه U.S. به‌خاطر ماده پس بازتابی صادر شده است، همچنین رونوشتی در چین، از طرف دانشگاه فودان و دانشگاه بوفالو به‌عنوان دارندگان امتیاز نیز اعطا شده است. این تکنولوژی در حال گرفتن مجوز می‌باشد.

گان (Gan) می‌گوید طرح‌های آینده عبارت‌اند از آزمایش لایه‌نازک به‌وسیله طول موج‌های مختلف نور و استفاده از مواد متفاوت برای میکرو سفر ها، به‌منظور بالابردن کارایی کاربردهایی مثل علائم ترافیکی که برای سیستم‌های خودران آینده طراحی شده‌اند.

 

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه بوفالو (University at Buffalo) تهیه شده است. نوشته اصلی توسط شارلوت هسو (Charlotte Hsu)، انجام شده است.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

ژورنال مرجع:

جاکوب رادا (Jacob Rada)، هیفنگ هو (Haifeng Hu)، لایو ژو (Lyu Zhou)، جینگ زنگ (Jing Zeng)، هائومین سونگ (Haomin Song)، اکسای زنگ (Xie Zeng)، شکیل شیمول (Shakil Shimul)، وین فان (Wen Fan)، کیوئیون ژان (Qiwen Zhan)، وی لی ( Wei Li)، لیمین وئو (Limin Wu)، کیائوکیانگ گان (Qiaoqiang Gan).

 

رنگین‌کمان‌های متحدالمرکز متعدد القا شده توسط رابط‌های میکروی مقعر برای نمایش‌های بازتابی

Multiple concentric rainbows induced by microscale concave interfaces for reflective displays

 

ژورنال Applied Materials Today (مواد کاربردی امروزی)، 2021؛ 24: 101146 DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101146

چکیده:

تحقیقات جدید نشان می‌دهند که مردان و زنان به روش‌های گوناگونی نگران کرونا هستند. مثلاً مردان بیشتر نگران پیامدهای مالی کرونا هستند درحالی‌که زنان توقعات منفی‌تر و ترس بیشتری از پیامدهای مرتبط با سلامتی را گزارش می‌کنند.

موضوع اصلی:

تحقیقات ویرجینیا تکنولوژی (Virginia Tech)، حاکی از این است که مردان و زنان به طرق مختلف نگران کووید -19 هستند. برای مثال مردان احتمالاً بیشتر نگران مسائل مالی حاصل از کرونا بوده درحالی‌که زنان از بعد مراقبت بهداشتی و سلامت بیشتر به کرونا فکر می‌کنند.

محققان شریل بال (Sheryl Ball) و الک اسمیت (Alec Smith)، یک بررسی دقیق آنلاین در آپریل 2020 انجام دادند تا عواطف، رفتارها و انتظارات مرتبط با جنسیت و پاندمیک (بیماری فراگیر) را اندازه بگیرند. این مطالعه در Frontiers in Psychology (مرزهای روان‌شناسی) زودتر از این ماه منتشر شد.

اسمیت (Smith) گفت: "ما دریافتیم که زنان ترس بیشتری از خطرات سلامت کووید 19 را نسبت به مردان گزارش می‌کنند. مردان ترس بیشتری درباره اثرات اقتصادی پاندمیک نسبت به زنان را نشان می‌دهند."

در روزهای اولیه پاندمیک، بال (Ball) و اسمیت (Smith) علاقه‌مند شدند که بدانند چگونه پاندمیک کووید 19، اولویت‌های اقتصادی افراد را تغییر می‌دهد (چیزهایی مانند چگونه خواسته افراد، پذیرفتن ریسک مالی یا اعتماد به کسی می‌باشد). تحقیقات قبلی نشان می‌دهد که زنان نسبت به مردان غالباً کمتر خواهان ریسک‌پذیری هستند.

بال (Ball) گفت: "یک فرد معمولی احتمالاً اکنون کمتر از کووید 19 نسبت به آپریل 2019 می‌ترسد. دلیلی که ما این موضوع را باور می‌کنیم این است که ما اساساً داده‌ها را در ابتدا، اواسط و اواخر آپریل 2020 جمع‌آوری کردیم و دریافتیم که ترس اساساً حتی در طی آن ماه کاهش می‌یابد. ما انتظار داریم که آن ادامه یابد تا زمانی که از این به بعد کم شود."

اسمیت (Smith) گفت: "دورنمای بزرگ تحقیق ما این است که افراد راجع به پاندمیک هم نگرانی اقتصادی و هم نگرانی سلامتی دارند. ما می‌دانیم که معیارهای پیشگیرانه‌ای مانند زدن ماسک مؤثر است. ما فکر می‌کنیم که معیارهایی که افراد را به گرفتن معیارهای پیشگیرانه تشویق می‌نماید شاید نه‌تنها بر منافع و پیامدهای سلامتی بلکه بر منافع اقتصادی نیز تاکید نماید."

استاد شریل بال (Sheryl Ball) و الک اسمیت (Alec Smith) در بخش اقتصاد دانشگاه ویرجینیا تکنولوژی (Virginia Tech)، با تمرکز روی اقتصاد رفتاری به تدریس مشغول هستند.

 

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه تکنولوژی ویرجینیا ( Virginia Tech ) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

عبدالعزیز الشراوی (Abdelaziz Alsharawy)، راس اسپون ( Ross Spoon)، الک اسمیت (Alec Smith)، شریل بال (Sheryl Ball).

تفاوت‌های جنسیتی در درک ریسک و ترس از پاندمیک کووید -19.

( Gender Differences in Fear and Risk Perception During the COVID-19 Pandemic)

Frontiers in Psychology (مرزهای روان‌شناسی) ، 2021؛ 12 DOI: 10.3389/fpsyg.2021.689467

 

استرس به طرق مختلفی می‌تواند ایجاد و بررسی شود؛ ولی آیا نتایج مشابهی نیز دارد؟

 

چکیده

دانشمندان از تست‌های مختلفی استفاده می‌کنند تا به بررسی این مطلب بپردازند که در مغز افرادی که استرس را تجربه می‌کنند چه اتفاقی می‌افتد؟ اینکه روش‌های گوناگون در افرادی که تحت استرس واقع می‌شوند تا چه حدی با همدیگر قابل‌مقایسه هستند، نامعلوم است. در یک متاآنالیز، محققان 31 مطالعه قبلی را مقایسه کردند که در آن ها استرس را با استفاده از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی بررسی کرده بودند. این تیم سرانجام نتیجه گرفت که کدام نواحی مغز در طی استرس به‌صورت استاندارد فعال می‌شوند و کدام تست‌های استرس مشابه الگوی فعال‌سازی عمل می‌کنند.

موضوع اصلی

دانشمندان از تست‌های مختلفی استفاده کردند تا به بررسی این مطلب بپردازند که در مغز افرادی که استرس را تجربه می‌کنند چه اتفاقی می‌افتد؟ اینکه روش‌های گوناگون در افرادی که تحت استرس واقع می‌شوند تا چه حدی با همدیگر قابل‌مقایسه هستند، نامعلوم است. در متاآنالیز، یک تیم زیست - روان‌شناس از دانشگاه روهر در بوخوم آلمان، 31 مطالعه قبلی را مقایسه کردند که در آن ها استرس را با استفاده از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی کاربردی (fMRI) بررسی کرده بودند. این تیم سرانجام نتیجه گرفت که کدام نواحی مغز در طی استرس به‌صورت استاندارد فعال می‌شوند و کدام تست‌های استرس مشابه الگوی فعال‌سازی عمل می‌کنند. آن ها این نتایج را در ژورنال Neuroscience and Biobehavioral Reviewsتشریح کردند که به‌صورت آنلاین در 5 فبریه 2021 منتشر شده است.

برای اجرای این کار، گیزا برتز (Gesa Berretz)، دکتر جولیان پاخیسر (Julian Packheiser)، و پروفسور سباستین اوکلنبورگ (Sebastian Ocklenburg)، از بخش زیست روان‌شناسی با پروفسور روبرت کومستا (Robert Kumsta)، روان‌شناس ژنتیک و پروفسور اولیور ولف (Oliver Wolf)، روان‌شناس شناختی همکاری کردند.

الگوی فعال‌سازی مقایسه شده از 31 مطالعه

گیزا برتز (Gesa Berretz)، می‌گوید: "ما می‌دانیم که این استرس بر کل مسیر پردازش اطلاعات مثل توجه، حافظه کاری و حافظه درازمدت، اثر می‌گذارد، ولی هیچ اتفاق نظری تا کنون روی این مطلب وجود نداشته است که این وضعیت‌های گوناگون چگونه احساس استرس مشابهی را القا می‌کنند و در مغز چه اتفاقی می‌افتد." بسیاری از محققان سعی می‌کنند که این مسئله را روشن نمایند و از روش‌های مختلفی استفاده می‌کنند تا استرس را در شرکت‌کنندگان حاضر در مطالعه‌شان القا نمایند. در حین انجام این کار، آن ها با استفاده از fMRI فعالیت مغز افراد را اندازه می‌گیرند. الگوهای فعال‌سازی به‌صورت مختصات در فضای سه‌بعدی آغاز می‌گردد که نشان دهنده آن نواحی از مغز است که در طی تست استرس فعال بودند.

تیم بوخوم آلمان با استفاده از آنچه که به تحلیل برآورد احتمال فعال‌سازی معروف است، 31 مطالعه را ارزیابی نمودند. در طی این کار محققان مختصات الگوهای فعال‌سازی را از تمام مطالعات مقایسه کردند و از نظر آماری کنترل کردند که تا چه حدی این الگوها مشابه بودند. داده‌ها از 1279 نفر بودند. نتیجه این شد که: محدوده‌ای از نواحی مغز شامل انسولا (insula)، کلایستروم (claustrum)، هسته عدسی (lentiform nucleus) و شکنج قدامی تحتانی (inferior frontal gyrus) همیشه فعال بودند و هیچ اهمیتی ندارد که تست استرس بکار گرفته شده یا نشده است. گیزا برتز (Gesa Berretz)، خلاصه می‌کند: "این نواحی از مغز ظاهراً نقش اصلی را در استرس دارند."

نقش بالقوه نواحی مغز در استرس

انسولا مثل چیزهای دیگر به درک درد، خودآگاهی، درک اجتماعی وابسته بوده و اطلاعات هیجانی درونی و حسی را یکپارچه می‌کند. انسولا در کنترل واکنش استرس هورمونی دخالت اضافی دارد. کلایستروم نیز مسئول یکپارچه‌سازی اطلاعات گوناگون بوده و برای هوشیاری مهم می‌باشد. بر طبق گفته محققان فعال‌سازی این نواحی نشان می‌دهد که شرکت‌کنندگان در این مطالعه، در زمانی که تحت استرس هستند، توجهشان را به فرایندهای هیجانی عاطفی جلب می‌کنند.

شکنج قدامی تحتانی نیز مسئول پردازش معنایی و آوایی و همچنین حافظه کاری می‌باشد و مؤلفان فرض می‌کنند: "فعال‌سازی احتمالاً بدین خاطر روی می‌دهد که بسیاری از روش‌ها در تقاضای وظایف شناختی دخالت دارند."

هسته عدسی شکل به حرکت و همکاری وابسته می‌باشد. نقش آن در زمینه استرس ناشناخته است. گیزا برتز (Gesa Berretz) توضیح می‌دهد: "ما گمان می‌کنیم که استرس حاد به طور کل منجر به افزایش کشش عضلانی و آمادگی برای واکنش ستیز یا گریز می‌باشد."

دوتست استرس به‌عنوان یک مورد برجسته ظاهر می‌شوند

این تحلیل نیز درمی‌یابد که روش‌های بکار رفته نتایج ثابتی را حاصل کرده و لذا برای بررسی استرس بسیار خوب ظاهر شده‌اند. تنها دو روش به نام‌های تماشای بیزاری (aversive viewing) و توپ سایبری (Cyberball) استثناءها را نشان دادند. در روش اول، افراد از نظر اجتماعی از توپ‌بازی مجازی محروم شدند. الگوی فعالیت مغز که توسط این تست استرس، ایجاد شده بود، وجوه اشتراک کمتری را با الگوهای فعال‌سازی حاصل از روش‌های دیگر را نشان داد. در روش تماشای بیزاری، افراد صحنه‌های تکان‌دهنده فیلم را با محتوای خشونت تماشا می‌کنند، درحالی‌که به آن ها تحت شرایط کنترل شده‌ای، موضوعات بی‌طرفانه فیلم نشان داده می‌شود. در برخی آزمایش‌های دخیل در این روش، متاآنالیز هیچ تفاوتی بین استرس و شرایط کنترل نشان نداده است. در نتیجه، بر اساس حرف محققان، در زمان تفسیر مطالعاتی که از این روش‌ها استفاده می‌کنند، مراقبت‌های ویژه‌ای باید صورت بگیرد.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه روهر در بوخوم آلمان (Ruhr-University Bochum) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

گیزا برتز (Gesa Berretz)، جولیان پاخیسر (Julian Packheiser)، روبرت کومستا (Robert Kumsta)، اولیور ت. ولف (Oliver T. Wolf)، سباستین اوکلنبورگ (Sebastian Ocklenburg).

مغز تحت استرس

یک مرور سیستماتیک و متاآنالیز برآورد احتمال فعال‌سازی تغییرات در سیگنال BOLDوابسته به در معرض استرس حاد

The brain under stress—A systematic review and activation likelihood estimation meta-analysis of changes in BOLD signal associated with acute stress exposure

ژورنال Neuroscience & Biobehavioral Reviews، 2021؛ 124: 89 DOI: 10.1016/j.neubiorev.2021.01.001

بخش قطران و بخش سرکه چوب در روغن زیستی (bio-oil) تولید شده از تجزیه حرارتی (پیرولیز) پوست‌های گردو در دمای C 400 تا C 1000

چکیده:

محققان روی خواص فیزیکی شیمیایی و فعالیت آنتی‌اکسیدانتی بخش قطران و بخش سرکه چوب در روغن زیستی (bio-oil) تولید شده از پیرولیز پوست گردو در دمای 400 تا 1000 درجه سلسیوس کار می‌کنند. محققان دریافتند که قطران و سرکه چوب به‌جای‌مانده بعد از سوختن پوسته‌ها حاوی فنلی ترین مواد می‌باشد که پایه و اساس تحقیقات بعدی درباره خواص آنتی‌اکسیدانتی قرار می‌گیرد.

موضوع اصلی:

بیومس (Biomass)، علاقه محققان را به‌عنوان منبعی از انرژی پاک، قابل‌تحمل و تجدیدپذیر به خود جلب می‌نماید و می‌تواند با روش‌های ترموشیمیایی مثل گازی سازی، مایع سازی، و تجزیه حرارتی (پیرولیز) به روغن زیستی تبدیل شود، و سوخت، مواد شیمیایی و مواد زیستی یا بیومتریال تولید نماید.

در ژورنال انرژی قابل‌تحمل و تجدیدپذیر (Renewable and Sustainable Energy)، محققان آکادمی علوم ماشین‌آلات کشاورزی هیلانگ جیانگ (Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences) در چین کارشان روی خواص فیزیکی شیمیایی و فعالیت آنتی‌اکسیدانتی بخش قطران و بخش سرکه چوب در روغن زیستی تولید شده از پیرولیز پوسته‌های گردو در 400 تا 1000 درجه سلسیوس را به اشتراک می‌گذارند.

سرکه چوب غالباً در زمین‌های کشاورزی به‌عنوان دافع حشره، کود و بازدارنده یا ترویج دهنده رشد گیاه استفاده می‌شود و می‌تواند به‌عنوان یک بو بر، نگهدارنده چوب و افزودنی به خوراک حیوانی بکار رود.

مؤلف لیو زیفنگ (Liu Xifeng) گفت: "بعدازاین نتایج، قطران و سرکه چوب به‌دست‌آمده از پوسته‌های گردو باقیمانده می‌توانست به‌عنوان منبع بالقوه‌ای از انرژی تجدیدپذیر مرتبط با مشخصات خودش در نظر گرفته شود."

محققان دریافتند قطران و سرکه چوب به‌جای‌مانده بعد از سوختن پوسته‌های حاوی فنلی ترین مواد است که پایه و اساس تحقیقات بعدی درباره خواص آنتی‌اکسیدانتی قرار می‌گیرد.

این آزمایش‌ها در یک رآکتور پیرولیز کوره لوله‌ای انجام شد. نمونه‌های پوست گردو که حدود 20 گرم وزن داشتند از قبل در ناحیه انتظار لوله کوارتزی قرار داده شدند. وقتی به دمای هدف رسیدند و ثابت نگه‌داشته شدند، مواد خام به ناحیه واکنش هدایت شده و به مدت 20 دقیقه حرارت داده شدند.

اصلاح‌کننده زیستی (biochar) به‌صورت نسبت وزن بیومس و زغال پیرولیتیک تعیین شد و محصول روغن زیستی با وزن اضافی کندانسور محاسبه شد.

برای تفکیک دو بخش روغن زیستی به طور کافی، فراورده مایع به مدت 8 دقیقه با سرعت 3200 دور در دقیقه سانتریفیوژ شد و بخش آبی، سرکه چوب نامیده شد. بخش قطران جدا شده به مدت 24 ساعت بدون ظاهرشدن فاز آبی، راکد باقی ماند.

سرکه چوب و قطران به ترتیب در یک لوله پوشش‌دار نگهداری شده و برای آنالیز تجربی در یک یخچال در 4 درجه سانتیگراد محافظت شد و گاز حاصل نیز با توجه به حجم ترکیبش محاسبه شد.

محققان دریافتند که دمای پیرولیز اثر چشمگیری بر محصول و خواص بخش قطران و بخش سرکه چوب در روغن زیستی به‌دست‌آمده از پوسته گردو دارد. سرکه چوب بخش مایع غالب با حداکثر محصول 31.23 درصد وزنی در 700 درجه می‌باشد که به غلظت بالای آب نسبت داده می‌شود.

این تحقیق، زمینه کاری را برای کاربردهای روغن زیستی حاصل از پیرولیز پوسته‌های دورریختنی گردو، فراهم کرده و کاربردش در فعالیت آنتی‌اکسیدانتی نیز گسترش‌یافته است.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط مؤسسه فیزیک آمریکا (American Institute of Physics) تهیه شدند.

 

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

ژورنال مرجع:

آییهوی چن (Aihui Chen)، زیفنگ لیئو (Xifeng Liu)، هایبین ژانگ (Haibin Zhang)، هائو وو (Hao Wu)، دانگ ژو (Dong Xu)، بو لی (Bo Li)، چنکسی ژائو (Chenxi Zhao).

 

تأثیر دمای پیرولیز بر روغن زیستی تولید شده از پوسته‌های گردو: خواص فیزیکی شیمیایی و فعالیت آنتی‌اکسیدانتی بخش قطران و بخش سرکه چوب.

Influence of pyrolysis temperature on bio-oil produced from hazelnut shells: Physico-chemical properties and antioxidant activity of wood vinegar and tar fraction

 

ژورنال انرژی تجدیدپذیر. 2021 ؛ 13 (4): 043102 DOI: 10.1063/5.0051944

چکیده:

محققان از منافع یک منبع انرژی غیرقابل‌انتظار درست در زیر پاهای ما یعنی کف‌پوش‌های چوبی بهره می‌برند. این نانو ژنراتور می‌تواند از چوب زیر پاهای ما، انرژی تولید کند. محققان همچنین چوب بکار رفته در این نانو ژنراتور را با ترکیبی از روکش سیلیکونی بهبود دادند و نانوکریستال‌ها را تعبیه نمودند، و وسیله‌ای را ساختند که 80 برابر بازدهی بیشتری برای روشن‌کردن لامپ‌ها و قطعات ریز الکترونیکی داشت.

موضوع اصلی:

محققان سوئیسی قصد دارند از منبع انرژی غیر قابل انتظاری دقیقاً زیر پاهایمان، یعنی همین کف‌پوش‌های چوبی که راه می‌رویم، بهره‌برداری کنند. این ژنراتورهای نانو که در اول سپتامبر در ژورنال Matter منتشر شده، می‌توانند از چوب زیر پاهایمان انرژی تولید کنند. همچنین چوب بکار رفته در ژنراتورهای نانو با ترکیبی از روکش سیلیکونی بهبود داده شد و نانوکریستال‌هایی در آن جاسازی شد، در نتیجه دستگاهی را پدید آورد که 80 برابر بازدهی بیشتری داشت که برای روشن‌کردن لامپ‌های LED و قطعات الکترونیکی کوچک کافی و مناسب بود.

این تیم با ساندویچی کردن دو قطعه چوب بین الکترودها، شروع به تبدیل چوب به نانو ژنراتور کردند. مثل یک جوراب چسبیده به پیراهن تازه بیرون‌آمده از خشک‌کن، قطعات چوبی با قطع و وصل‌های دوره‌ای در زمان قدم‌زدن روی آن ها، شارژ می‌شوند که پدیده‌ای بنام اثر الکتریسیته مالشی (the triboelectric effect) را پدید می‌آورند. الکترون‌ها می‌توانند از یک شیء به شیء دیگری منتقل شوند، برق تولید کنند. به‌هرحال ساخت نانو ژنراتوری در خارج از چوب مشکلی است که وجود دارد.

مؤلف ارشد گوایدو پانزاراسا (Guido Panzarasa)، رهبر گروه و استاد علوم مواد چوبی واقع در (Eidgenössische Technische Hochschule) در زوریخ {ETH} و آزمایشگاه‌های فدرال تکنولوژی و علوم مواد سوئیس (Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology) در دوبندورف{Empa} می‌گوید: "اساساً چوب triboneutral (از نظر مالشی خنثی) است، یعنی چوب هیچ تمایل طبیعی به گرفتن یا از دست‌دادن الکترون ندارد." پانزاراسا (Panzarasa) توضیح می‌دهد که این موضوع توانایی مواد را در تولید الکتریسیته محدود می‌کند. پس، این چالش، چوبی را می‌سازد که توانایی جذب و ازدست‌دادن الکترون‌ها را دارد.

برای ارتقاء خواص تریبو الکتریکی چوب، دانشمندان یک قطعه چوب را با پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) پوشاندند که یک سیلیکونی است که الکترون‌ها را در تماس قرار می‌دهد، درحالی‌که قطعه چوبی دیگر که با نانوکریستال‌هایی که خودبه‌خود رشد می‌کنند بنام چهارچوب ایمیدازولیت زئولیتیک -8 (ZIF-8)، عامل دار می‌شوند. ZIF-8 یک شبکه هیبریدی از یون‌های فلزی و مولکول‌های ارگانیک است که تمایل بیشتری به ازدست‌دادن الکترون‌ها دارد. آن ها انواع مختلف چوب را نیز آزمایش کردند تا گونه‌های مشخص یا جهتی که در آن چوب برش می‌خورد را تعیین و شناسایی کنند که اگر به‌عنوان داربست بهتری برای روکش کردن بکار برود، آیا می‌تواند بر خواص تریبوالکتریکی آن اثر بگذارد.

محققان دریافتند که یک نانو ژنراتور تریبوالکتریک که با صنوبری که در طول شعاع برش خورده، ساخته شده است، و یک چوب معمولی برای ساختمان‌سازی در اروپاست، بهترین گزینه می‌باشد. این اعمال کارایی نانوژنراتور تریبو الکتریک را بالا بردند یعنی 80 برابر الکتریسیته بیشتری از چوب طبیعی تولید کردند. خروجی الکتریسیته این دستگاه تحت نیروهای یکنواخت تا بیش از 1500 دور، ثابت بود.

محققان دریافتند که یک نمونه اصلی از کف‌پوش چوبی با مساحت سطح کمی کوچک‌تر از یک قطعه کاغذ می‌تواند انرژی کافی برای روشن‌کردن لامپ‌های LEDخانگی و دستگاه‌های کوچک برقی مثل ماشین‌حساب‌ها را تولید کنند. آن ها موفق شدند که در زمان قدم‌زدن یک فرد بزرگسال و تبدیل قدم‌ها به الکتریسیته، یک لامپ را با این نمونه اصلی روشن کنند.

پانزاراسا (Panzarasa) می‌گوید: "تمرکز ما روی این موضوع بود که چوب را با روندهای نسبتاً دوستدار محیط‌زیست کمی تغییر دهیم تا خاصیت تریبوالکتریک در آن پدیدار گردد. صنوبر ارزان و در دسترس است و خواص مکانیکی مطلوبی دارد. رویکرد عامل سازی کاملاً ساده است و می‌تواند در سطح صنعتی قابل قیاس باشد، چرا که از نظر مهندسی حائز اهمیت است."

علی‌رغم کافی بودن، قابل‌تحمل بودن و قابل قیاس بودن، نانو ژنراتورهایی که جدیداً توسعه‌یافته‌اند، از ویژگی‌هایی محافظت می‌کنند که چوب را به‌خاطر رنگ‌های گرمش و عظمت مکانیکی‌اش برای طراحی‌های داخلی قابل‌استفاده می‌کند. محققان می‌گویند که این ویژگی‌ها ممکن است بتوانند به استفاده از نانو ژنراتورهای چوب به‌عنوان منبع انرژی سبز در ساختمان‌های هوشمند کمک نمایند. آن ها همچنین می‌گویند که ساختار چوب می‌تواند با جداسازی CO2 از محیط در کل طول عمر ماده به کاهش تغییرات اقلیمی کمک کند.

گام بعدی برای پانزاراسا (Panzarasa) و تیمش بهینه‌سازی بیشتر نانو ژنراتورها با روکش‌های شیمیایی است که طرف‌دار محیط‌زیست بوده و اجرای ساده‌تری داشتند. پانزاراسا (Panzarasa) می‌گوید: "حتی اگر ما در ابتدا روی تحقیق اصلی تمرکز کردیم ولی در نهایت تحقیقی که انجام می‌دهیم باید به کاربردهایی در دنیای واقعی منتهی شود. هدف نهایی ما این است که پتانسیل‌های چوب را بیش از آنچه که در حال حاضر می‌دانیم درک نموده و برای ساختمان‌های هوشمند قابل‌تحمل آینده، چوبی با خواص جدید را ارائه نماییم."

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط (Cell Press) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

جیانگو سون (Jianguo Sun)، کونکون تو (Kunkun Tu)، سایمون بوچیلی (Simon Büchele)، سوفیا ماریه کوچ (Sophie Marie Koch)، یونگ دینگ (Yong Ding)، شیواپراکاش ن. راماکریشنا (Shivaprakash N. Ramakrishna)، سندرو استوکی (Sandro Stucki)، هنگایو گئوو (Hengyu Guo)، چانگشین وئو (ChangshengWu)، توبیاس کپلینگر (Tobias Keplinger)، جاویر پیریز-رامیریز (Javier Pérez-Ramírez)، اینگو بورگرت (IngoBurgert)، گویدوپانزاراسا (Guido Panzarasa).

 

چوب عامل سازی شده با خاصیت قطبیت مالشی (تریبو پولاریتی) برای نانوژنراتورهایی که به‌اندازه کافی خواص الکتریسیته (تریبو الکتریک) مالشی دارند

Functionalized wood with tunable tribopolarity for efficient triboelectric nanogenerators

ژورنال Matter، 2021؛ 4 (9): 3049 DOI: 10.1016/j.matt.2021.07.022

چکیده

با افزایش فقط چند وسیله نقلیه خودران (AVs) در جاده‌ها، در آینده‌ای نزدیک جریان ترافیک می‌تواند سریع‌تر، سبزتر و ایمن‌تر شود. محققان مجموعه ساده‌ای از راهبردها و آیین‌نامه‌ها را ارائه می‌کنند تا با خودگردانی AVs به ستاره‌هایی برسند که کل جریان ترافیک را حتی با وجود وسایل نقلیه خودران کمتر از 5% در جاده‌ها، فعالانه کنترل کنند.

موضوع اصلی

با افزایش فقط چند وسیله نقلیه خودران (AVs) در جاده‌ها، جریان ترافیک می‌تواند در آینده‌ای نزدیک سریع‌تر، سبزتر و ایمن‌تر شود.

این مقاله که در ژورنالPhysics A: Mathematical and Theoretical (ریاضیاتی و تئوریکی) منتشر شده است، روی جریان ترافیکی هیبریدی پیش‌بینی‌شده آینده، تمرکز کرده است به‌طوری‌که وسایل نقلیه سنتی و دارای راننده را با تعداد کمی از AVs ترکیب می‌کند. این سناریو سؤالات زیادی را ایجاد می‌کند ازجمله آیا جریان ترافیک واقعاً بهتر می‌شود؟ و اگر چنین است، چند AVs لازم است تا تغییر چشمگیری حاصل گردد؟

به نظر می‌رسد که تعداد زیادی AVs لازم است تا بر جریان ترافیک، مخصوصاً آزادراه‌های چند لاینی تأثیر شگرفی داشته باشد. به طوری که رانندگان به‌سادگی می‌توانند AVs را نادیده گرفته و از کنارش بگذرند. ولی الزاماً این‌گونه نیست. در تحقیقشان، دکتر امیر گلدنتال (Amir Goldental) و پروفسور ایدو کانتر (Ido Kanter) از بخش فیزیک دانشگاه بار - ایللان (Bar-Ilan University) مجموعه ساده‌ای از راهبردها و آیین‌نامه‌ها را ارائه می‌کنند تا با خودگردانی AVs به ستاره‌هایی برسند که کل جریان ترافیک را فعالانه کنترل کنند.

محققان راهبردهایی را برای آیین‌نامه‌های مؤثر پیشنهاد می‌دهند، بدین صورت که AVs می‌توانند در جریان ترافیک همکاری کرده و حتی در زمانی که کمتر از پنج درصد وسایل نقلیه در جاده‌ها، خودران هستند، جریان ترافیک را به طور چشمگیری بالا ببرند، همان‌طوری که در تصویر و ویدئوی ارسالی مشاهده می‌شود. در مقاله آن‌ها، محققان توصیف می‌کنند که AVs در آزادراه‌ها چگونه باید رفتار کنند تا به گروه‌هایی تبدیل شوند که جریان ترافیک را به دودسته قابل‌کنترل مساوی تقسیم کنند. مشاهده شده که رسیدن به جریان ترافیکی سریع، ایمن و سبز، از لحظه شروع یک ترافیک شلوغ، کمتر از دو دقیقه زمان می‌برد.

دکتر گلدنتال (Goldental) می‌گوید: "بدون آیین‌نامه‌های مربوط به AVs، ما با یک نمونه قدیمی از پارادوکس تئوری بازی، مثل معضل زندانیان، مواجه هستیم درحالی‌که هر وسیله نقلیه سعی می‌کند سرعت راندنش را بهینه نماید ولی جریان کل ترافیک جریان بهینه‌ای نیست. در تحقیقمان، ما آزمایش می‌کنیم که چگونه با آیین‌نامه‌های مناسب، تعداد بسیار اندکی از AVs با همکاری هم می‌توانند جریان کل ترافیک را به طور چشمگیری بهبود بخشند."

از نظر کمی، مؤلفان افزایش بیش از 40% سرعت جریان ترافیک با کاهش 25% مصرف سوخت را گزارش می‌کنند. همچنین به‌محض اینکه ترافیک مرتب‌تر شود و تغییر لاین کمتری روی دهد، ایمنی ترافیک بیشتر می‌شود. این مطالعه نشان می‌دهد که بدون عامل مرکزی ناظر بر AVs و بدون ارتباط بین AVs با استفاده از زیرساخت‌های معمول، این بهبودی‌ها حاصل نمی‌شود.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه بار-ایلان (Bar-Ilan University) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

ژورنال مرجع:

امیر گلدنتال (Amir Goldental)، ایدو کانتر (Ido Kanter).

اقلیتی از وسایل نقلیه خودکار خودگردان جریان ترافیک آزادراهی را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

A minority of self-organizing autonomous vehicles significantly increase freeway traffic flow

ژورنال Physics A: Mathematical and Theoretical، 2020؛ DOI: 10.1088/1751-8121/abb1e1

 

چکیده:

وقتی در یک ساختمان بزرگ یا یک مکان صنعتی نشتی گاز ایجاد می‌شود، لازم است که آتش‌نشانان با ابزارآلات و تجهیزات حسگر گاز به آنجا بروند. یافتن نشتی گاز ممکن است میزان قابل‌توجهی زمان ببرد و زندگی آتش‌نشانان را در معرض خطر قرار دهد. محققان اکنون اولین گروه پهپادی کوچک (و بسیار ایمن) را که می‌تواند به طور خودکار، محل منبع گاز را در فضای شلوغ و به‌هم‌ریخته ردیابی و تعیین نماید، ابداع کرده‌اند.

موضوع اصلی:

وقتی در یک ساختمان یا مکانی صنعتی نشتی گاز گزارش می‌شود، آتش‌نشانان معمولاً باید با تجهیزات حسگر گاز به آنجا بروند. پیداکردن محل نشتی گاز زمان زیادی می‌برد و ممکن است زندگی آن ها در معرض خطر قرار رهد. محققان دانشگاه تکنولوژی دلف در هلند، دانشگاه بارسلونا، و دانشگاه هاروارد اولین گروه پهپادی کوچک را ابداع کرده‌اند که می‌تواند به طور خودکار محل نشتی گاز را در فضای به‌هم‌ریخته سربسته پیدا کند.

چالش اصلی که محققان باید به حل آن می‌پرداختند، برای این کار پیچیده، طراحی هوش مصنوعی بود که با محدودیت حافظه و محاسبات دقیق پهپادهای کوچک همراه شده بود. محققان با استراتژی‌های تحقیقاتی و ناوبری زیست - الهام (با الهام از زیست‌شناسی) این چالش را حل نمودند. این مقاله علمی در سرور مقاله ArXiv ، در معرض عموم قرار گرفته و کمی بعد در همین سال در کنفرانس رباتیک IROS ارائه خواهد شد. این اثر، گام مهمی در مسیر هوش ربات‌های کوچک برمی‌دارد و موجب می‌شود تا بدون هیچ‌گونه خطری برای زندگی افراد در شرایط واقعی، نشتی گاز با بازدهی بیشتری یافت شود.

محل یابی خودکار منبع گاز

محل یابی خودکار منبع گاز، کار پیچیده‌ای به نظر می‌رسد. از یک نظر، در ردیابی مقادیر کم گاز و حساس ماندن به تغییرات سریع غلظت و تراکم گاز، حسگرهای گاز مصنوعی معمولاً نسبت به بینی و شامه حیوانات، قابلیت کمتری دارند. بعلاوه، محیطی که در آن گاز پراکنده می‌شود، می‌تواند پیچیده باشد. در نتیجه، بسیاری از تحقیقات دراین‌رابطه روی ربات‌های واحد متمرکز شده‌اند، ربات‌هایی که در محیط‌های نسبتاً کوچک و بدون مانع که یافتن منبع گاز آسان‌تر است، به دنبال منبع گاز می‌باشند.

گروه‌های پهپادی کوچک:

استاد تمام آزمایشگاه وسایل نقلیه ریز هوایی دانشگاه تکنولوژی دلف ( Micro Air Vehicle laboratory of TU Delft)، گویدو د کرون (Guido de Croon)، می‌گوید: "ما مجاب می‌شویم که گروه‌های پهپادی کوچک، مسیر نویدبخشی را در محل یابی خودکار منبع گاز طی می‌کنند. اندازه کوچک این پهپادها موجب می‌شود که برای هر فرد و ملکی که در حال ساخت است، بسیار ایمن عمل کند، در حالیه که قابلیت پرواز پهپادها به آن ها این اجازه را می‌دهد که منبع را در نهایت در سه بعد، جستجو نمایند. بعلاوه، اندازه کوچک پهپادها سبب می‌شود که آن ها به هر ناحیه‌ای بتوانند پرواز نمایند. سرانجام، داشتن گروه‌های پهپادی کوچک، به آن ها این امکان را می‌دهد که با وجود فرار حداکثر گاز از محل نشت در طی یافتن منبع صحیح، منبع گاز را سریع‌تر بیایند.

بهر حال این خصوصیات، واردکردن پهپادها را به دنیای کاری و درک آن ها را با وجود هوش مصنوعی لازم برای محل یابی منبع گاز، سخت می‌کند. به‌استثناء نوعی از الگوریتم‌های هوش مصنوعی که ماشین‌های خودران را خودکفا می‌کند، پردازش و حس کردن کلیه تجهیزات بر روی انواع وسایل نقلیه، بی‌نهایت محدود می‌گردد. بعلاوه، کار و انجام عملیات با این گروه‌های پهپادی، خودش چالش‌برانگیز است، چون پهپادها باید به‌خاطر همکاری با هم و جلوگیری از برخورد از همدیگر مطلع باشند.

هوش مصنوعی زیست - الهام (الهام گرفته از محیط‌زیست)

بارت دیوسترهف (Bart Duisterhof) که روی پایان‌نامه کارشناسی ارشدش در دانشگاه تکنولوژی دلف تحقیق کرده بود، می‌گوید: "واقعاً در طبیعت مثال‌های فراوانی از محل یابی منبع بو و راهبری موفق با وجود محدودیت‌های منبع، وجود دارند. مثلاً فقط به این موضوع فکر کنید که چگونه کرم‌های میوه با مغزهای کوچک 100.000 نرونی خودشان، بدون هیچ‌گونه نقص و خطایی موزها را در آشپزخانه‌تان در تابستان پیدا می‌کنند. آن ها این کار را به طور شاهکارانه با ترکیب رفتارهای ساده‌ای مانند پرواز بر روی باد یا عمود بر باد، بسته به احساس بو و رایحه‌ها، انجام می‌دهند. اگرچه ما به‌خاطر عدم وجود حسگرهای جریان هوای نصب شده بر روی ربات‌هایمان، مستقیماً نمی‌توانیم این رفتارها را تقلید کنیم، ولی ربات‌هایی با رفتارهای ساده و مشابه را کم‌کم وارد کارکرده‌ایم تا از پس این کار برآییم"

به‌ویژه، این پهپادهای کوچک، الگوریتم جدید"باگ bug " را برای راهبری خودشان اجرا می‌کنند که اصطلاحاً "Sniffy Bug(حشره بو کشیده) " نامیده می‌شود. تا زمانی که هیچ پهپادی، بوی گازی را حس نکند، تا حد ممکن بدون برخورد با موانع و با یکدیگر در محیط پراکنده می‌شوند. اما به‌محض اینکه یکی از پهپادها، بوی گازی را در موقعیتش احساس نماید، با بقیه پهپادها ارتباط برقرار می‌کند. از این نقطه به بعد، پهپادها با یکدیگر همکاری می‌کنند تا جایی که ممکن است هر چه زودتر منبع گاز را بیایند. مخصوصاً، گروه پهپادی با الگوریتمی بنام PSO(بهینه‌سازی انبوه ذره) که هر پهپادی که یک "ذره" تلقی می‌شود، به جستجوی تراکم حداکثری گاز می‌پردازد. این الگوریتم اساساً بعد از رفتار اجتماعی و حرکت دسته‌جمعی پرندگان، مدل‌سازی شده است. هر پهپادی بر اساس بالاترین محل تراکم گاز تصور شده خودش، بالاترین محل گروه پهپادی، و اینرسی در جهت حرکت معمولش، در حال حرکت است. به‌عنوان یک استراتژی تحقیقاتی، PSO این مزیت را دارد که فقط به اندازه‌گیری تراکم گاز نیاز دارد و به جهت باد یا شیب تغییرات تراکم گاز هیچ احتیاجی ندارد. مضافاً اینکه، سبب می‌شود تا گروه پهپادی، در محیط‌های پیچیده، حداکثر تراکم گاز موضعی را نادیده بگیرد.

مسیری برای کاربردهای دنیای واقعی

گویدو Guido می‌گوید: "این تحقیق نشان می‌دهد که گروه‌های پهپادی کوچک می‌توانند کارهای خیلی پیچیده‌ای را انجام دهند. ما امیدواریم که این کار در دیگر محققان رباتیک این الهام را به وجود آورد تا دوباره برای نوعی از هوش مصنوعی که برای جنگ خودکار لازم است، به فکری وادار شوند."

توسعه این نوع تکنولوژی برای یک محصول کامل هنوز به کار بیشتری نیاز دارد. برای نمونه، کار فعلی هنوز حرکت در سه بعد را برای یافتن محل منبع گاز در ارتفاعات را در نظر ندارد. بعلاوه، قبل از اینکه پهپادها برای یک موقعیت اورژانسی واقعی آمادگی لازم را پیدا کنند، باید نیرومندی و قدرت راهبری، بهبود داده شود.

به‌هرحال، این کار بسیار نویدبخش است. الگوریتم‌های توسعه‌یافته نه‌تنها برای ردیابی نشتی گاز در ساختمان‌ها سودمند باشد، بلکه برای مأموریت‌های علمی مانند ردیابی متان در سیاره مریخ یا کاربردهای اقتصادی از جمله ردیابی بیماری‌ها یا آفات در گلخانه‌ها، نیز مفید می‌باشد.

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه تکنولوژی دلف ( Delft University of Technology) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

ژورنال مرجع:

بی پی دیوستروف (B.P. Duisterhof)، اس. لی. جی. بورگویز (S. Li, J. Burgués)، وی. جی. ردی (V.J. Reddi)، جی. سی. اچ. ای. د کرون (G.C.H.E. de Croo). حشره بو کشیده: یک گروه کاملاً خودکار کوادکوپترهای نانو گاز یاب در محیط‌های بسته شلوغ و به‌هم‌ریخته.(Sniffy Bug: A Fully Autonomous Swarm of Gas-Seeking Nano Quadcopters in Cluttered Environments) که در کنفرانس بین‌المللی IEEE/RSJ درباره سیستم‌ها و هوش مصنوعی. مورد قبول واقع شده است.2021. (IROS 2021)

 

تکنولوژی اوریگامی سه‌بعدی چاپ شده در قلب دستگاه‌های تهویه قابل‌حمل کم‌هزینه باهدف بهبود درمان پندمی و دگرگونی ارائه مراقبت‌های بهداشتی

 

چکیده

محققان یک‌شکل هنری مشخصی را تکرار می‌کنند (تاکردن زیرکانه اوریگامی) تا تکنولوژی‌های قابل چاپ سه‌بعدی باهدف مبارزه با کووید 19 را به وجود آورند و به دکترها در شناسایی و تشخیص شرایط گوناگون سلامت کمک کنند.

موضوع اصلی

محققان در آزمایشگاه تولید افزودنی‌های دانشگاه سایمون فریسر در حال تکرار یک‌شکل هنری مشخص (تاکردن زیرکانه اوریگامی) هستند تا تکنولوژی‌های قابل چاپ سه‌بعدی را به وجود آورند که هدفشان مبارزه با کووید 19 می‌باشد و با این کار به دکترها در شناسایی و تشخیص شرایط گوناگون سلامت کمک کنند.

این کار توسط وو سو کیم (Woo Soo Kim)، استادیار مدرسه مهندسی سیستم‌های مکاترونیک دانشگاه سایمون فریسر، انجام شد، آن یک دستگاه تهویه سه‌بعدی چاپ شده کم‌هزینه است که توسط یک لوله ثبت اختراع شده اوریگامی سه‌بعدی چاپ شده هوشمند کار می‌کند. بررسی موشکافانه طراحی و توسعه این اختراع که اخیراً توسط یک تیم محلی از درمانگرهای تنفسی ارزیابی شده، در ژورنال الکترونیک چاپ شده و انعطاف‌پذیر (Flexible and Printed Electronics) منتشر شده است.

دستگاه تهویه مکانیکی قابل‌حمل طوری طراحی شده که با انقباض یک لوله اوریگامی سه‌بعدی چاپ شده، به‌جای فشردن یک ماسک دریچه کیسه‌ای معمولی (BVM) به تنفس فرد کمک می‌کند، به‌طوری‌که اندازه کلی ماشین کمک تنفسی باقدرت مکانیکی بالا را کاهش می‌دهد. مواد سبک‌وزن و طراحی چاپ سه‌بعدی هم هزینه‌های تولید را کم می‌کند.

او می‌گوید: "در دستگاه تهویه اوریگامی قابل‌حمل، بیش از 95 درصد اجزاء می‌توانند سه‌بعدی چاپ شوند که دلیل واقعاً مقرون‌به‌صرفه بودن آن نیز همین است. دیگر دستگاه‌های تهویه قابل‌حمل می‌توانند تا بیش از 2000 دلار هزینه داشته باشند ولی این دستگاه ما با حدود 200 دلار تولید و تهیه می‌شود."

کیم (Kim)، می‌گوید که طراحی کوچک و سبک‌وزن، بعلاوه هزینه تولید پایین، سبب می شود که دستگاه تهویه قابل‌حمل آن ها، برای درمان بیماران کرونایی مفید باشد و یا برای بیمارانی سودمند باشد که برای خارج از محیط بیمارستان، مثل مراقبت درازمدت در منزل یا نواحی دوردست روستایی و یا کشورهای درحال‌توسعه به یک دستگاه قابل‌حمل و نقل نیاز داشته باشند.

این تیم با شرکت چاپ سه‌بعدی دلتا و طرح پانتئون Tinkerine (تولیدکننده دستگاه تهویه ونکوور)، با حمایت از برنامه اتحاد و ائتلاف شورای تحقیق مهندسی و علوم طبیعی کانادا (NSERC) شریک شده است. این تیم به دنبال شرکای سرمایه‌گذار و توسعه‌دهنده بیشتر باهدف تولید انبوه نیز می‌باشد.

توسعه الکترودهای خشک اوریگامی سه‌بعدی برای حس ربات‌ها به کمک به متخصصان مراقبت بهداشتی

کیم (Kim)، الکترودهای خشک اوریگامی سه‌بعدی را توسعه و ثبت اختراع می‌کند که می‌توانند برای بازبینی سلامت بیماران استفاده شوند. این تکنولوژی تحت همان استراتژی دارایی‌های معنوی تکنولوژی‌های اوریگامی چاپ سه‌بعدی است. الکترودهای خشک می‌توانند سیگنال‌های فیزیولوژیکی مثل ضربان قلب، تنفس، دما و حرکات عضله را ردیابی و بازبینی کنند که همه آن ها با لمس ساده الکترودهای خشک اوریگامی سه‌بعدی کار می‌کنند.

کیم (Kim)، پیش‌بینی می‌کند که این تکنولوژی در آینده، می‌تواند به کمک دکترها و پرستاران آمده و به آن ها اجازه دهد تا سلامت بیماران را از راه دور و از طریق یک ربات کمک‌کننده ارزیابی کنند.

ربات انسان‌نما نیز قادر خواهد بود تا سطوح اکسیژن را بازبینی کند (در مواردی مفید است که بیمار کرونای شدید دارد). داده‌ها می‌توانند در لحظه روی مانیتور ربات نمایش داده یا مستقیماً به ارائه‌دهنده مراقبت بهداشتی ارسال شوند.

کیم (Kim) می‌گوید: "الکترود خشک نیازی نیست که به سنسور ربات مجهز باشد (الکترود خشک می‌تواند در محیط‌های بیمارستانی استفاده شود و جایگزین الکترود نوع ژل مرطوب شود که برای الکتروفیزیولوژی یعنی الکتروکاردیوگرام (نوار قلب) یا اندازه‌گیری فشارخون استفاده می‌شوند). الکترودهای خشک فقط یکی از تکنولوژی‌های تحت این سیستم تکنولوژی اوریگامی سه‌بعدی است که در دانشگاه سایمون فریسر در حال گسترش می‌باشد.

 

منبع موضوع:

مواد و موضوعات توسط دانشگاه سایمون فریسر (Simon Fraser University) تهیه شدند.

نکته: محتوا ممکن است از نظر سبک نگارشی و طول مطلب، ویرایش شده باشد.

 

ژورنال مرجع:

تائه - هو کیم (Tae-Ho Kim)، ایکسین مین (Xin Min)، داینا بیکر (Daina Baker)، وونچیول لی (Wonchul Lee)، وو سو کسم (Woo Soo Kim).

 

لوله‌های حسی هوا با معماری سه‌بعدی برای یک دستگاه تهویه مکانیکی قابل‌حمل

3D architectured air sensing tubes for a portable mechanical ventilator

 

ژورنال الکترونیک چاپ شده و انعطاف‌پذیر (Flexible and Printed Electronics)، 2021؛ 6 (3): 035010 DOI: 10.1088/2058-8585/ac1fd6