1. ربات انسان‌نمایی که می‌تواند به مایع تبدیل شود و تغییر شکل دهد
پژوهشگران حوزه رباتیک موفق به ساخت ربات تغییرشکل‌دهنده شده‌اند که می‌تواند از حالت مایع به فلز و برعکس تغییر شکل دهد و توانایی حرکت در محیط‌های سخت و صعب‌العبور را دارد. این ربات‌های کوچک که برای ساخت آنها از خیار دریایی الهام گرفته شده، می‌توانند نرم یا سخت باشند و بر محدودیت‌های ربات‌های امروزی غلبه کنند. در آینده نزدیک امکان استفاده از این ربات‌ها در زمینه‌هایی مثل مونتاژ تجهیزات الکترونیکی که نیازمند دقت بالایی هستند یا حتا پزشکی وجود دارد.
پژوهشگران مدل‌های مختلفی از این ربات‌ها را طراحی کرده‌اند. به‌طور مثال، یک نمونه از این ربات‌ها در محیط آزمایشگاهی توانسته‌اند مسیرهای دارای موانع را طی کنند و مواد دارویی را به‌شکل دقیق به نقطه هدف که عضوی از بدن انسان بوده، برسانند. در نمونه دیگری، ربات‌ها با تغییر شکل ظاهری خود موفق به فرار از قفس شده‌اند. درست مشابه با آن چیزی که در فیلم ترمیناتور نظاره‌گر آن بودیم. مهندس چنگ فنگ پان از دانشگاه هنگ کنگ می‌گوید: «توانایی جابه‌جایی بین حالت مایع و جامد در ربات‌ها، عملکرد آنها را افزایش می‌دهد». ربات‌های کوچکی که می‌توانند از مکان‌های بسیار کوچک یا پیچیده با استفاده از ابزارهای معمولی عبور کنند، به‌طور حتم کاربردهای بالقوه زیادی خواهند داشت، از کارهایی همچون تعمیرات پیچیده گرفته تا رهایش دارو در نقاط خاصی از بدن انسان‌ها. به بیان دقیق‌تر، قادر هستند از سد محدودیت ربات‌هایی که توانایی تغییر شکل ظاهری خود را ندارند، عبور کرده و به همین دلیل امکان حرکت از میان مکان‌های بسیار تنگ و پرپیچ‌وخم را دارند.
تیم محققان به رهبری پان و همکارش، کینگ یوان وانگ، برای طراحی چنین ربات کارآمدی از طبیعت الهام گرفتند. موجوداتی مانند خیار دریایی می‌توانند میزان سفتی بافت‌های خود را برای بالا بردن ظرفیت بار و محدود کردن آسیب فیزیکی تغییر دهند و اختاپوس‌ها نیز می‌توانند میزان سفتی بازوهای خود را برای استتار، دستکاری اشیاء یا حرکت تغییر دهند.
به این ترتیب، محققان به یک ماده غیرسمی نیاز داشتند که بتواند به‌راحتی بین حالت نرم و سخت در دمای محیط تغییر حالت دهد. آنها به سراغ گالیم رفتند، فلزی نرم که نقطه ذوب آن 29.76 درجه سانتیگراد (85.57 درجه فارنهایت) در فشار استاندارد است که فقط چند درجه کمتر از میانگین دمای بدن انسان می‌باشد. دمای دست شما می‌تواند به راحتی گالیم را ذوب کند. از آن‌جایی که دمای بدن انسان بالاتر از نقطه ذوب گالیم خالص است، رباتی که برای اهداف زیست پزشکی طراحی می‌شود باید بتواند یک ماتریس آلیاژی مبتنی بر گالیم داشته باشد که ضمن حفظ عملکرد، نقطه ذوب را افزایش دهد. البته، تحقیقات بیشتری در زمینه استفاده از این ربات‌ها در حوزه زیست پزشکی باید انجام شود.
محققان یک ماتریس گالیم را با ذرات مغناطیسی ادغام کردند و چیزی را تحت عنوان «دستگاه انتقال فاز جامد- مایع مغناطیسی فعال» ایجاد کردند. کارمل مجیدی، مهندس مکانیک ایرانی از دانشگاه کارنگی ملون و از نویسندگان ارشد مقاله تیم تحقیقاتی، می‌گوید: «ذرات مغناطیسی در اینجا دو نقش دارند. یکی این‌که ذرات مغناطیسی ماده را در برابر یک میدان مغناطیسی متناوب واکنش‌پذیر می‌کنند، در نتیجه می‌توانید از طریق القاء، مواد را گرم کنید و باعث تغییر فاز شوید. دیگری این‌که ذرات مغناطیسی به ربات‌ها امکان و توانایی حرکت در پاسخ به میدان مغناطیسی را می‌دهند».
محققان پس از آن‌که برگشت‌پذیر بودن انتقال از جامد به مایع را در ربات‌ها آزمایش کردند، ربات‌های کوچک خود را در طیف وسیعی از کاربردها آزمایش کردند. ربات‌ها توانستند از روی خندق‌های کوچک بپرند، از موانع بالا بروند و حتا برای انجام وظایف مشارکتی در جابجایی اجسام با یک‌دیگر همکاری داشته باشند. محققان حتا یک نسخه انسان‌نمای کوچک شبیه لگو ساختند که برای فرار از سلول کوچک زندان از میله‌ها عبور می‌کند و در سمت دیگر میله‌ها همانند فیلم ترمیناتور ذوب می‌شود.
سپس، تیم تحقیقاتی مدلی از معده انسان طراحی کردند و ربات را وادار کردند که شیء کوچک درون معده را ببلعد و بیرون بیاورد که این امر می‌تواند برای مثال روش مفیدی برای استخراج باتری‌های بلعیده شده باشد و سپس عملیات را به‌طور معکوس انجام دادند و شیء‌ای را به همان روش وارد معده کردند. این تیم امیدوار است با این روش بتوانند شکل هدفمندی به فرآیند رهایش داروها در بدن انسان‌ها بدهند. جالب آن‌که، ربات‌ها می‌توانند در مدارهای الکترونیکی حرکت کنند و روی آن ذوب شوند تا همانند یک ماده رسانا یا لحیم‌کاری عمل کنند و یک اتصال‌دهنده باشند.
2. ماده‌ای خمیری با قابلیت رسانای الکتریکی
دانشمندان علوم آزمایشگاهی با شناسایی نوعی خمیر رسانا به موفقیتی دست یافته‌اند که اجازه می‌دهد نسل جدیدی از دستگاه‌های الکترونیکی را پدید آورد. این نوآوری، شبیه به یک خمیر بازی است که خاصیت رسانایی دارد و می‌توان آن‌را به اشکال دلخواه درآورد. بدین ترتیب ماده جدید دو ویژگی انعطاف‌پذیری و رسانایی را به‌گونه‌ای ترکیب می‌کند که امکان استفاده از آن در کاربردهای مختلف را به‌وجود می‌آورد.
موادی مثل آلومینیوم، مس یا فلزات دیگر که رسانای الکتریسیته هستند، در برخی موارد ویژگی‌های مشترکی دارند. آنها از ردیف‌های منظمی از اتم‌ها یا مولکول‌ها تشکیل شده‌اند که پیکربندی یکپارچه‌ای دارند و به الکترون‌ها امکان حرکت آزادانه را می‌دهند.
جیاز ژی (Jiaze Xie)، پژوهش‌گر دانشگاه شیکاگو، هنگامی که در حال آزمایش مواد مبتنی بر رشته‌های مولکولی ساخته‌شده از کربن و گوگرد بود که با اتم‌های نیکل درهم‌آمیخته شده بودند، در هنگام انجام آزمایش به نتایج غیرمنتظره‌ای دست پیدا کرد. او در کمال تعجب مشاهده کرد این ماده یک رسانای بسیار کارآمد الکتریسیته است و می‌تواند عملکرد خود را در شرایط نامناسب حفظ کند. زی که اکنون در دانشگاه پرینستون فعالیت دارد درباره این نتایج که در نشریه نیچر منتشر شده، گفته است: «ما این ماده را گرم کردیم، سرد کردیم، آن‌را در معرض هوا و رطوبت قرار دادیم و حتا اسید و باز روی آن ریختیم و هیچ مشکلی برای آن به‌وجود نیامد».
توانایی رسانایی این ماده در تضاد با ساختار مولکولی بی‌نظم آن است. پس از آزمایش و شبیه‌سازی، محققان به این نتیجه‌گیری کلی رسیدند که این امر به‌دلیل وجود پیکربندی لازانیا-مانند است که در آن مواد شبیه به ورقه‌های لازانیا در کنار یک‌دیگر قرار می‌گیرند و به الکترون‌ها اجازه می‌دهد به‌صورت افقی و به‌صورت عمودی حرکت کنند، حتا زمانی که لایه‌ها تراز نباشند. جان اندرسون (John Anderson)، نویسنده ارشد این تحقیق، می‌گوید: «از نگاه اصولی، این ماده نمی‌تواند فلز باشد، هرچند توضیح محکمی در این زمینه وجود ندارد».
دانشمندان بر این باور هستند که این ماده رسانا از لحاظ انعطاف‌پذیری و رسانایی الکتریسیته بی‌سابقه است، اندرسون آن‌را به «خمیربازی رسانا» تشبیه می‌کند که می‌توان آن‌را در محل مورد نظر قرار داد تا الکتریسیته را هدایت کند.
از طریق واکنش‌های شیمیایی، دانشمندان توانسته‌اند رساناهایی از مواد آلی بسازند که فراوری آنها آسان‌تر و انعطاف‌پذیر هستند، با این‌حال، رسانایی آنها در دماهای بالا یا رطوبت کاهش می‌یابد. با وجود مقاومت این ماده در برابر عوامل گفته‌شده، دانشمندان بر این باورند که پایه و اساس یک طبقه‌بندی جدید از مواد رسانا را ایجاد کرده‌اند. اندرسون می‌گوید: «در اصل، این امر باعث طراحی یک طبقه‌بندی کاملا جدید از مواد می‌شود که رسانای الکتریسیته هستند، شکل‌دهی آسان دارند و در شرایط معمولی بسیار مقاوم هستند».
بر خلاف فلزات یا مواد رسانای معمولی که نیاز به ذوب شدن به شکل‌هایی متناسب با دستگاه‌های الکترونیکی مختلف دارند، این ماده را می‌توان در دمای اتاق ساخت. این تیم امیدوار است که با آزمایش اشکال و عملکردهای مختلف، کاربردهای بیشتری برای ماده پیدا کند. ژی می‌گوید: «فکر می‌کنیم بتوانیم آن‌را دوبعدی یا سه‌بعدی یا متخلخل کنیم یا حتا با افزودن گره‌ها یا پیوندهای مختلف، عملکردهای دیگری برای آن تعریف کنیم».
3. تشخیص فلزات سنگین در عرق بدن با یک حسگر ارزان
فلزات سنگین مانند سرب و کادمیوم در باتری‌ها، لوازم آرایشی و بهداشتی، مواد غذایی و سایر مواردی که بخشی از زندگی روزانه ما هستند، وجود دارند. تجمع این فلزات در بدن سمی است و به‌طور بالقوه باعث بروز مشکلاتی در سلامت انسان می‌شوند، با این حال، تشخیص آنها در مایعات بدن، مستلزم وجود تجهیزات گران‌قیمت و محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده است. محققان دانشگاه سائوپائولو (USP) در برزیل یک حسگر قابل حمل ساخته‌اند که از مواد ساده‌ای ساخته شده و فلزات سنگین را در عرق بدن با نمونه‌برداری ساده، تشخیص می‌دهد. در این تحقیق گروهی از محققان موسسه‌های فیزیک (IFSC) و شیمی (IQSC) سائو کارلوس و محققانی از دانشگاه مونیخ آلمان و دانشگاه فناوری چالمرز سوئد حضور داشتند.
نتایج این تحقیق در مقاله‌ای در مجله «Chemosensors» منتشر شده است. پائولو آگوستو ریموندو پریرا، محقق و یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: «ما با اندازه‌گیری میزان فلزات موجود در بدن انسان به اطلاعات مهمی در مورد سلامت افراد دست پیدا کرده‌ایم. سطوح بالای کادمیوم می‌تواند منجر به مشکلات کشنده در مجاری تنفسی، کبد و کلیه شود. مسمومیت با سرب به سیستم عصبی مرکزی آسیب می‌رساند و باعث تحریک‌پذیری، اختلالات شناختی، خستگی، ناباروری و فشار خون بالا در بزرگسالان و تاخیر رشد در کودکان می‌شود».
انسان فلزات سنگین را عمدتا از طریق عرق و ادرار دفع می‌کند. تجزیه‌و‌تحلیل این سیالات زیستی، بخش مهمی از آزمایش‌های سم‌شناسی و درمان است. پریرا می‌گوید: «جهان به حسگرهای انعطاف‌پذیری نیاز دارد که راحت، سریع و ارزان به تولید انبوه برسند، همان‌گونه که دستگاه ما برای تشخیص در محل، نظارت مستمر و تجزیه‌و‌تحلیل غیرمتمرکز ترکیبات خطرناک، از این ویژگی‌ها برخوردار است».
برخلاف سایر آزمایش‌های استاندارد طلایی (Gold –Standard Test) برای تشخیص فلزات سنگین در سیالات زیستی، این حسگر از موادی ساخته شده که امکان تهیه آنها به‌سادگی وجود دارد. این دستگاه از پلی اتیلن ترفتالات (PET) ساخته شده که در بالای آن یک نوار چسب مسی انعطاف‌پذیر رسانا همراه با حسگری که روی آن چاپ شده و یک لاک محافظ ناخن قرار دارد. رابسون آر. دا می‌گوید: «مس با غوطه‌ور شدن در محلول کلرید آهن به‌مدت 20 دقیقه و سپس شسته شدن در آب مقطر، پاک می‌شود. همه این‌ها سرعت، مقیاس‌پذیری، کم‌مصرف بودن و کم‌هزینه بودن را تضمین می‌کند».
این دستگاه به یک پتانسیواستات متصل است، ابزاری قابل حمل که غلظت هر فلز را با اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل و جریان بین الکترودها، تعیین می‌کند. نتیجه اندازه‌گیری‌ها با استفاده از نرم‌افزار کاربردی مناسب بر روی کامپیوتر یا گوشی هوشمند نمایش داده می‌شود. این سیستم به‌اندازه‌ای عملکرد ساده دارد که می‌تواند توسط افراد غیرمتخصص بدون آموزش و متخصصان در مکان‌هایی مانند بیمارستان‌ها، کلینیک‌ها و مطب پزشکان استفاده شود. عملکرد این حسگر در تشخیص سرب و کادمیوم در آزمایش‌هایی با استفاده از عرق مصنوعی غنی‌شده در شرایط تجربی ایده‌آل، مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج موفقیت‌آمیز گزارش شده‌اند.
مارسلو ال. کالگارو (Marcelo L. Calegaro)، از دیگر نویسندگان این مقاله، می‌گوید: «تا زمان ثبت نهایی این دستگاه، ما هیچ گزارشی مبنی بر استفاده از حسگرهای مسی انعطاف‌پذیر برای تشخیص فلزات سمی در عرق پیدا نکردیم، اما جست‌وجوهای قبل از این ممکن است مورد مشابه‌ای را نشان دهد که به‌طور بالقوه مانع از درخواست ثبت اختراع می‌شود. برای غلبه بر این مشکل، روی اصلاحات و برنامه‌های اضافی کار می‌کنیم. یک ایده کاربردی در این زمینه استفاده از دستگاه فوق برای تشخیص آفت‌کش‌ها در آب و غذا است».
4. نظارت بر حالات چهره با حسگر پوشیدنی
دانشمندان چینی نوع خاصی از حسگرهای پوشیدنی طراحی کردند که قادر به نظارت بر حالات چهره است. این حسگر پوشیدنی فوق‌العاده نازک، ضد‌میکروب و سازگار با تنفس می‌تواند حرکات بدن انسان و حتا حالات ظریف چهره را زیر نظر بگیرد. این حسگر ماحصل تحقیقات تیم‌هایی از محققان دانشگاه چینهوا (Tsinghua) و دانشگاه پلی‌تکنیک شی‌آن است که یافته‌های آنها در مجله Nano Research منتشر شده است. این حسگر یک نانو ژنراتور سه لایه با ساختار ساندویچی است که می‌تواند انرژی مکانیکی تجدید‌پذیر و فراوان را با عملکرد بالا استخراج کند. نانوالیاف موجود در لایه میانی این حسگر انرژی مکانیکی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند و توسط دو غشای نانوالیافی در دو طرف پوشیده شده که یک طرف آن لایه نقره 110 نانومتری است که به‌عنوان لایه الکترود عمل می‌کند.
بر اساس مطالعه انجام‌گرفته، این ساختار ساندویچی تنها 91 میکرومتر ضخامت دارد و دارای ویژگی ضد‌باکتریایی قابل توجه است. پژوهشگران بر این باور هستند که حسگر فوق به‌دلیل حساسیت بالایی که دارد قادر است به حرکت انسان واکنش نشان دهد و امکان استفاده از آن در فناوری‌های پوشیدنی و نظارت بر سلامت وجود دارد.
5. دیدن اجسام و انسان‌ها در پشت دیوار با استفاده از روترهای وای‌فای
دانشمندان دانشگاه کارنگی ملون و واترلو در حال کار روی سامانه پیشرفته جدیدی هستند که توانایی مشاهده انسان‌هایی را دارد که در اتاق مجاور قرار دارند. پژوهشگران سال‌ها است روی روش‌هایی کار می‌کنند تا افرادی را که پشت دیوار قرار دارند بدون استفاده از دوربین یا سخت‌افزارهای گران‌قیمت مثل LiDAR مشاهده کنند. در سال 2013، گروهی از محققان موسسه فناوری ماساچوست روشی برای استفاده از سیگنال‌های تلفن همراه برای دیدن آن سوی دیوارها ابداع کردند. در سال 2018، گروه دیگری از محققان همین موسسه از وای‌فای برای شناسایی افراد در اتاق دیگر و ترسیم حرکات آنها به‌شکل آدمک استفاده کردند. اکنون، محققان دانشگاه کارنگی ملون و دانشگاه واترلو در حال ارتقاء توانایی این سیستم برای دیدن آن سوی دیوارها با استفاده از وای‌فای هستند. محققان دانشگاه کارنگی ملون، روش جدیدی را برای تشخیص اشکال و حرکات سه‌بعدی بدن انسان در یک اتاق و تنها با استفاده از روترهای وای‌فای توسعه داده‌اند. این گروه، از سیستمی تحت عنوان DensePose استفاده کردند که سیستمی برای نقشه‌برداری از تمام پیکسل‌های سطح بدن انسان در یک عکس است. در ادامه، اطلاعات در اختیار هوش مصنوعی قرار گرفت تا تصویر قابل درکی از اجسام ارائه دهد. در واقع این روشی برای گرفتن مختصات مرتبط با هر مفصل مانند بازو، سر، نیم‌تنه و غیره است که به‌عنوان یک نقطه کلیدی شناخته می‌شوند و می‌توانند حالت یک فرد را توصیف کنند. در روش فوق، پژوهشگران یک شبکه عصبی عمیق طراحی کردند که فاز و دامنه سیگنال‌های وای‌فای ارسال و دریافت شده توسط روترها را برای نقشه‌برداری مختصات بدن انسان ترسیم می‌کند.
این فناوری از طریق ارسال یک سیگنال وای‌فای کم‌مصرف از میان دیوار کار می‌کند که در اطراف اتاق طنین‌انداز می‌شود. این سیگنال تمام اشیاء موجود در اتاق را شناسایی می‌کند و اشیاء ساکن را نادیده می‌گیرد و هنگامی که سیگنال بازتاب می‌یابد از انعکاس اشیاء متحرک برای تولید تصویر رادار-مانند استفاده می‌کند. این سیگنال می‌تواند از میان دیوارهای معمولی استاندارد، نرده‌های چوبی و حتا دیوارهای بتنی عبور کند، اگرچه دامنه و دقت آن به نوع دیوار بستگی دارد.
فناوری و موضوع حقوق حریم خصوصی
محققان کارنگی ملون بر این باورند که سیگنال‌های وای‌فای می‌توانند به‌عنوان جایگزینی برای دوربین‌های معمولی RGB هنگام حس کردن افراد در یک اتاق، عمل کنند. آنها می‌گویند: «استفاده از وای‌فای می‌تواند بر موانعی همچون نور ضعیف و انسداد که لنزهای دوربین‌های معمولی با آن روبه‌رو هستند، غلبه کند. بنا بر استدلال آنها، این فناوری باعث بهبود حفظ حریم خصوصی افراد می‌شود، چون به دوربین متکی نیست و تجهیزات مورد نیاز را می‌توان با قیمت مناسب خریداری کرد. در حال حاضر، اکثر خانواده‌ها در خانه وای‌فای دارند و این فناوری ممکن است برای نظارت بر سلامت افراد مسن یا شناسایی رفتارهای مشکوک در خانه استفاده شود.
در همین ارتباط، محققان دانشگاه واترلو پهپادی به‌نام Wi-Peep ساخته‌اند که می‌تواند با استفاده از شبکه‌های وای‌فای اجسام پشت دیوارها را مشاهده کند. این دستگاه می‌تواند نزدیک یک ساختمان پرواز کند و از شبکه وای‌فای ساکنان برای شناسایی و مکان‌یابی دستگاه‌هایی که وای‌فای آنها روشن است و در ساختمان قرار دارد، استفاده کند. Wi-Peep در حین پرواز چند پیام را به یک دستگاه ارسال می‌کند و سپس زمان پاسخ‌گویی هر کدام را اندازه‌گیری می‌کند و به این ترتیب می‌تواند مکان دستگاه را در یک متری شناسایی کند.
چیزی که Wi-Peep را به‌طور ویژه قابل توجه می‌سازد، دسترسی و سهولت حمل‌و‌نقل آن است. محققان این پهپاد ویژه را با هزینه 20 دلار ساخته‌اند. این حرف بدان معنا است که هر کسی با کمی تخصص می‌تواند به‌راحتی یک دستگاه مشابه بسازد. کاربردهای بالقوه این فناوری بسیار زیاد است. به‌طور مثال، برای آتش‌نشانانی که به دنبال افراد در یک ساختمان در حال سوختن می‌گردند یا در عملیات جست‌وجو و نجات هستند، قادر به استفاده از فناوری فوق هستند. با این حال، پیامدهای حفظ حریم خصوصی نیز قابل توجه است و مهم است که در صورت استفاده از فناوری برای اهداف مختلف، عواقب بالقوه آن در نظر گرفته شود.
ماهنامه شبکه را از کجا تهیه کنیم؟
ماهنامه شبکه را می‌توانید از کتابخانه‌های عمومی سراسر کشور و نیز از دکه‌های روزنامه‌فروشی تهیه نمائید.
ثبت اشتراک نسخه کاغذی ماهنامه شبکه
ثبت اشتراک نسخه آنلاین
کتاب الکترونیک +Network راهنمای شبکه‌ها
- برای دانلود تنها کتاب کامل ترجمه فارسی +Network اینجا کلیک کنید.
کتاب الکترونیک دوره مقدماتی آموزش پایتون
- اگر قصد یادگیری برنامه‌نویسی را دارید ولی هیچ پیش‌زمینه‌ای ندارید اینجا کلیک کنید.
نظر شما چیست؟