پیشرفت علم پزشکی با بکار انداختن میکروموتور ها به کمک باکتری‌ها + ویدیو

[ad_1]

فناوری میکروباتیک (Microbotics) در حوزه پزشکی و برای مبارزه با بیماری‌های مختلف کاربردهای فراوانی دارد؛ در همین رابطه، دانشمندان به تازگی موفق شده‌اند که با استفاده از باکتری‌ها انرژی لازم جهت چرخش میکروموتور ها (Micromotor) را تامین کنند.

در نگاه اول ایده چرخاندن یک میکروموتور به کمک باکتری شناور به نظر عجیب و علمی تخیلی است؛ با این وجود تیمی از فیزیکدانان برای اولین بار در دنیا توانسته‌اند که با تنظیم شرایط نوری محیط حاوی باکتری‌ها، پره‌های کوچک میکروبات‌ها (Microbot) را در یک جهت مشخص، بچرخاند. به کمک این تکنیک جدید، امکان تولید انبوه و ارزان میکروموتور ها فراهم شده است و ایده استفاده از فناوری میکروباتیک برای رساندن داروهای مشخص به اعضا و بافت‌های خاص بدن برای درمان بیماری‌ها، به واقعیت نزدیک‌تر شده است.

روبرتو دای لئوناردو (Roberto Di Leonardo)، نویسنده‌ی اصلی مقاله مربوط به این دستاورد علمی از دانشگاه ساپینزا رم در همین رابطه اظهار کرده است که از طریق تکنیک توسعه‌یافته توسط او و همکارانش، مجموعه‌های بزرگی از میکروموتور های مستقل از هم که از نور به عنوان منبع انرژی خود استفاده می‌کنند، قابل ساخت هستند. طرح این پژوهشگران در مقایسه با تلاش‌های پیشین برای استفاده از ساختارهای مسطح و حرکت نامنظم باکتری‌ها، در عین کاهش چشمگیری نوسانات سیستم، سرعت چرخش بالایی را فراهم می‌کند.

میکرو ربات‌ها با وجود ابعاد فوق کوچکشان (کمتر از یک میلی‌متر) قابلیت ایجاد تغییرات بزرگی را در حوزه‌های مختلف دارند؛ از بهبود دارورسانی (Drug delivery) و تشخیص بیماری‌ها گرفته تا به حرکت درآوردن و جابه‌جایی اجسام بزرگی مانند خودروها به صورت دسته‌جمعی و با هماهنگی تعداد زیادی از این ربات‌های فوق کوچک.

در طول یک دهه گذشته پژوهشگران مشغول کار بر روی روش‌هایی برای استفاده از باکتری‌ها به منظور تامین انرژی این ماشین‌های مینیاتوری بوده‌اند؛ در یک تحقیق مشابه نشان داده شده است که با کنترل حرکت باکتری‌ها به کمک سیگنال‌های نوری می‌توان ربات‌ های مینیاتوری را به حرکت وا‌داشت.

تا پیش از این محققان این امکان را داشتند که میکروموتورها را به چرخش وادارند، اما به دلیل حرکت نامنظم باکتری‌ها، در یک مجموعه‌ی متشکل از تعداد زیادی ربات هرکدام از این ربات‌ها با سرعتی متفاوت می‌چرخیند. نکته مهم اینجاست که مایعات حاوی باکتری تنها در صورتی به عنوان یک منبع انرژی مناسب برای میکروبات‌ها کاربرد دارند که باکتری‌های شناور همگی در یک جهت حرکت کنند.

پیشرفت علم پزشکی با بکار انداختن میکروموتور ها به کمک باکتری‌ها

برای برطرف کردن این چالش تیم محققان میکروموتوری ساختند که می‌تواند با یک جریان ملایم و حساس به نور از باکتری اشریشیا کُلی (E. coli) کار کند. در لبه‌های بیرونی بخش چرخان این موتور فوق کوچک 15 خان به همراه برآمدگی‌های زاویه‌داری قرار گرفته‌اند. زاویه‌ی هر برآمدگی به گونه‌ای است که در هنگام حرکت باکتری به سمت میکروموتور، آن‌ها را در جهت خاصی به سمت خان‌ها هدایت می‌کند و حرکت فلاژل یا همان تاژک باکتری‌ها هم با حالتی شبیه به حرکت آب در آسیاب، باعث چرخش میکروموتور می‌شود.

تیم دای لئوناردو در آزمایش‌های خود باکتری‌های شناور و مجموعه‌ی میکروموتور های طراحی‌شده را در مقابل یک منبع نور قرار دادند. شدت نور منبع هم به کمک یک الگوریتم بازخوردی که در فاصله‌های 10 ثانیه‌ای سیستم را در معرض نور قرار می‌داد، تنظیم می‌شد.

پیشرفت علم پزشکی با بکار انداختن میکروموتور ها به کمک باکتری‌ها

به کمک این تکنیک جدید و با تنظیم نور تابانده شده، محققان توانستند که هرکدام از میکروموتور های مجموعه را در یک جهت واحد و با سرعتی تقریبا برابر، بچرخانند.

دای لئوناردو در مورد بخشی از کاربرد روش کشف‌شده می‌گوید که در آینده، میکروبات‌ها از این طریق منبع فعال‌سازی ارزان قیمت و یک بار مصرفی را برای جمع‌آوری و مرتب‌سازی سلول‌ها در آزمایشگاه‌های زیست پزشکی مینیاتوری، در اختیار خواهند داشت.

ویدیوی از چرخش میکروموتور ها

[ad_2]

لینک منبع

هزینه 65 میلیون دلاری دارپا برای شش پروژه ارتباط مستقیم مغز با کامپیوتر

[ad_1]

توسعه هوش مصنوعی و کاربرد آن در زندگی، رویای دیرینه انسان‌هاست. در همین راستا، دارپا 65 میلیون دلار را صرف شش پروژه ارتباط مستقیم مغز با کامپیوتر می‌کند!

با راه‌اندازی کمپانی نئورالینک (Neuralink) و همچنین طراحی رابط مغز و کامپیوتر توسط فیسبوک، به نظر می‌رسد سال 2017 را می‌بایست آغازی بزرگ بر دستاوردهای جدی هوش مصنوعی به شمار آورد. امروزه شرکت‌های بزرگ دنیای فناوری، هزینه بسیاری را به توسعه دستاوردهای هوش مصنوعی اختصاص می‌دهند. از این جهت، کاربردهای فوق‌العاده هوش مصنوعی، دیگر محدود به سری فیلم‌های علمی و تخیلی نیست؛ چرا که در آینده‌ای نزدیک بسیاری از آنان را در زندگی واقعی خود نیز تجربه خواهیم کرد! اکنون، دارپا (DARPA) یا سازمان پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (Defense Advanced Research Projects Agency) با اختصاص هزینه‌‌ای 65 میلیون دلاری، 6 پروژه ارتباط مستقیم مغز با کامپیوتر را راه‌اندازی کرده است. این 6 پروژه بخشی از برنامه جدید طراحی سیستم مهندسی عصبی دارپا  به نام (NESD) خواهد بود.

برنامه NESD برای اولین بار از سوی دارپا در اوایل سال 2016 معرفی شد. دارپا در ابتدا پیشنهاداتی را با هدف انجام تحقیقات برای توسعه یک ایمپلنت عصبی سازگار با محیط زیست ارائه کرد. این ایمپلنت می‌تواند ارتباط مستقیم مغز با کامپیوتر را با ایجاد یک رابط کاربری دو طرفه بین مغز انسان و کامپیوتر امکان‌پذیر سازد.

دارپا در حال حاضر، شش قرارداد جدید را به عنوان قسمتی از این برنامه در دست دارد. این 6 قرارداد مربوط به یک شرکت خصوصی و 5 سازمان تحقیقاتی است. فاز اول این پروژه، بر پیشرفت سخت‌افزار، نرم‌افزار و علوم عصبی تمرکز دارد که پس از آن، نتایج را می‌ـوان بر روی حیوانات و سلول‌های کشت شده آزمایش کرد.

این شش پروژه، مرزهای تحقیقاتی دارپا را در زمینه‌هایی مختلف پوشش می‌دهد. دو پروژه در حال بررسی‌های شنوایی و گفتاری هستند. یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه براون (Brown University)، در نظر دارد با ساخت یک ایمپلنت قشر مغزی، پردازش‌های عصبی گفتاری را رمزگشایی کند. همزمان، شرکت خصوصی پارادرومیکز (Paradromics)، سعی دارد یک رابط مغزی را طراحی کند که به کمک الکترودهای میکروویو بتواند خوشه‌های نورون‌ها را ضبط، تحریک و شبیه‌سازی کند.

ارتباط مستقیم مغز با کامپیوتر

چهار پروژه باقی‌مانده در حال بررسی فرایند‌های مبتنی بر «مشاهده» در مغز هستند. یک تیم از دانشگاه کلمبیا در حال طراحی یک رابط بیوالکتریک است که می‌تواند محرک‌ها را به طور مستقیم به قشای بصری مغز منتقل کند. همچنین یک تیم از دانشگاه برکلی بر روی تولید یک میکروسکوپ کوچک کار می‌کند که قادر است تا یک میلیون نورون عصبی را در قشر مغزی مورد پردازش قرار دهد.

در همین حال، یک تیم تحقیقاتی دیگر به دنبال برقراری ارتباط بین شبکیه مصنوعی بر روی چشم‌ها و نورون‌های کورتکس بصری با استفاده از اوپتوژنتیک هستند. به همین ترتیب، تیم آزمایشگاه جان پیرس (John B. Pierce Laboratory) سعی دارد با طراحی یک پروتز اپتیکی برای قشر بصری، پاسخ تحریک‌های عصبی را با استفاده از شبکه عصبی نورون‌ها شبیه سازی کند.

تمامی این پروژه‌ها، سعی دارند با دقتی بسیار بالا داده‌های ناشناخته و پیچیده عصبی را مورد پردازش قرار داده و سپس آنان را رمزگشایی کنند. از سایر اهداف این پروژه‌ها، می‌توان به اکتشاف تکنیک‌هایی جهت ساخت نورون‌های مصنوعی اشاره کرد که می‌توانند صدا و تصویر را با دقت بسیار بالا به گیرنده‌ها تحویل دهند. از نتایج عملی این تحقیقات می‌توان برای طراحی یک رابط مغز و کامپیوتر و یا درمان بینایی از دست رفته اشخاص استفاده کرد.

ریچارد آلولدا (Richard Alvelda) به عنوان مدیر برنامه‌های NESD اظهار کرد:

در این مسیر، چالش‌های بسیاری وجود خواهد داشت. اما تیم‌های تحقیقاتی برنامه‌هایی جدی و عملی را برای دست‌یابی به پیشرفت‌های هماهنگ در تمامی زمینه‌ها در نظر دارند که در نهایت با دستاوردهایی مهم به ثمر خواهد نشست.

پس از پایان سال جاری، این برنامه به فاز دوم خود می‌رسد. در این مرحله، مطالعات بر روی انسان‌ها آغاز شده و مراحل قانونی مربوط به این مطالعات انجام خواهتد گرفت. برنامه NESD همچنین سعی دارد ضمن برقراری ارتباط با اداره غذا و داروی ایالات متحده (FDA)، همه این مطالعات را با در نظر گرفتن جنبه‌های نظارتی و ایمنی آنان به انجام برساند.

[ad_2]

لینک منبع