ماهیچه مصنوعی
طبیعت فناوری های خود را طی میلیون ها سال است که ایجاد کرده و در حال توسعه ی آن است. ما هم باید با مشاهده روشهایی که طبیعت مشکلاتش را حل می کند، مثل وجود عضلات، فناوری های خود را پیشرفته تر کنیم. آزمایشگاه ماهیچه مصنوعی بسیار کوچکی را میسازد که با پیچاندن رشته های نامرئی نانوتیوب های کربنی، تبدیل به یک رشته ی فوق العاده می شود. واحد به واحد این رشته، محکم تر از فولاد است؛ در عین این که آن قدر سبک است که می تواند در هوا شناور بماند.
این نانوتیوبها سیلندرهای ریز توخالی هستند که از همان لایههای گرافیت مورد استفاده در مغز مدادهای استاندارد ساخته شدهاند.با این وجود که عضلات جدید 10 هزار برابر کوچکتر از قطر موی انسان هستند، اما آنها قادرند بیش از 100 هزار برابر وزن خود را از جا بلند کنند که این میزان تقریباً 85 برابر قدرت ماهیچه طبیعی با سایز معادل عنوان شده است.
عضلات طراحی شده از یک نخ تاب خورده سیلندرهای کربنی در ابعاد نانو می باشند این نخ پوشیده شده از موم است و به صورت الکتریکی یا توسط جرقهیی از نور حرارت داده میشود. این امر موجب انبساط موم، افزایش حجم نخ و انقباض طول ماده میشود. این انقباض ماهیچهیی یا تحریک (actuation) میتواندفقط در 25 هزارم ثانیه رخ دهد.
با در نظر گرفتن هر دو عمل تحریک و معکوس تحریک، محققان موسسه فناوری ماساچوست چگالی نیروی 4.2 kW/kg یعنی چهار برابر کسر نیرو بر وزن یک موتور احتراق داخلی را برای این ماهیچه ثبت کردند.
درحالیکه این فناوری میتواند دارای کاربردهای متعددی باشد،هنوز این قابلیت وجود ندارد که در بدن انسان مورد استفاده قرار بگیرد.
گفته میشود سیستم ارائه شده میتواند در گستره وسیعی از حوزهها از جمله کاترهای مورد استفاده در جراحیهای با حداقل درصد خطا، اسباببازیها و رباتها قابل کاربرد باشد.
این عضلات همچنین میتوانند در مواد هوشمند از قبیل لباسهای حافظتی که به تغییرات موجود در دمای محیطی واکنش نشان میدهند، به کار روند.
افزون بر این، لولههای کربنی مجهز به موم قادر به تحمل درجه حرارت هزار درجه سلسیوس بالاتر از نقطه ذوب فولاد هستند که هیچ محرک کنونی قادر به عملکرد در این دما نیست.
گام بعدی پیش روی دانشمندان، افزایش مقیاس عضلات تک الیافی و تبدیل آنها به سیستمهای بزرگتر و پیچیدهتر است که از هزاران ماهیچه الیافی تشکیل شده باشند.
همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر و نحوه ی کار این عضلات که بسیار جالب و دیدنی است می توانید از فیلمی که در اختیارتان قرار داده شده است استفاده کنید.
همچنین دانشمندان موفق به ساخت ماهیچه های مصنوعی و فرای نیروی انسان، با استفاده از الکل و هیدروژن شدند. این ترکیب مواد نتایج بسیار بهتری را در ساخت اعضای مصنوعیِ بدن تا کنون داده است. توان این اعضای ساخته شده 100 مرتبه بیشتر از اعضای بدن خود انسان می باشد و محققان بر این باورند که می توان روزی آنها را اصلاح کرده و برای حرفه های ویژه ای مانند آتش نشانی، فضانوردی و حتی برای سربازان به صورت پوشش محافظ خارجی استفاده شود.
دو نوع ماهیچه ساخته شده است که هنگام مواجهه (مصرف) اکسیژن انرژی شیمیایی سوخت هایی مانند هیدروژن و الکل را از خود ساطع می کنند. هر دو نوع درست مانند مرحله ی تنفس عمل می کنند یعنی همان دریافت اکسیژن. نسخه های فعلی از این ماهیچه های مصنوعی با استفاده از باتری های مخصوص به خود کار می کنند.
در هر حال باید به این نکته هم اشاره داشت که هیچ کدام از این ماهیچه ها، حتی ذره ای هم به ماهیچه های معمولی شباهت ندارند، چرا که از سیم و پایه های نگه دارنده و بطری های شیشه ای ساخته شده اند.
ساخت رباتهای زنده یک میلیمتری که با نیروی ماهیچهای کار میکند
این ابزارها از طریق رشد دادن سلولهای موش صحرایی بر روی تراشههای
سیلیکونی میکروسکوپی ساخته شدهاند.این رباتهای بسیار ریز با طول کمتر از
یک میلی متر میتوانند بدون استفاده از هرگونه منبع انرژی خارجی، حرکت کنند
که این کار، مثالی رویایی از پیوند زیست فناوری با دنیای کوچک است.
در
فناوری نانو، محققان برای کارهای خود اغلب از طبیعت الهام میگیرند، اما
دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، از طبیعت نه برای ایده گرفتن، بلکه به عنوان
مواد اولیه استفاده میکند.
این تیم علمی در گذشته از پروتئینهای طراحی
شده ژنتیکی برای تولید نانوموتورهای چرخشی استفاده کرده است و در حال
حاضر، بافتهای ماهیچهای را بر روی اسکلتهای رباتیکی ریز رشد میدهد.
این
دانشمندان از سلولهای قلب موش برای ایجاد ابزارهای ریزی استفاده کردند که
هنگام انقباض سلولها، حرکت میکنند، وسیله دیگری که آنها ساختند شبیه یک
جفت پای ریز قوراغه میباشد.
استخوانهایی که به کار رفته پلاستیکی یا
بر پایه سیلیکون بودند، بنابراین ، این ساختارهای واقعا ریز را به نحوی
ساختهاند که دارای لولا بوده و توان حرکت و خم شدن را داشته باشند.
سپس
از طریق کنترل شیمی سطح در مقیاس نانو، سلولهای ماهیچهای را به نقطه خاصی
هدایت میشوند تا به آن نقطه متصل شوند و از اتصال به نقاط دیگر خودداری
نمایند.
بدین ترتیب سلولهای ماهیچهای کنار هم جمع میشوند و یک ماهیچه
واقعی را شکل میدهند، حال شما وسیلهای دارید که دارای یک اسکلت و یک
ماهیچه بوده و میتواند حرکت کند.
در زیر میکروسکوپ میتوان قطعه دوپایی به نام " "Bio-Botsرا مشاهده کرد که به این طرف و آن طرف میخزد.
میتوان ماهیچههایی مانند اینها را بر روی ابزارهای میکروسکوپی مستقر کرد.
این ابزارها حتی برای به راه انداختن ژنراتورهای الکتریکی کوچک برای استفاده در تراشههای رایانهای کاربرد دارند.
زمانی
که سلولهای زیستی به سیلیکون متصل می شوند، کاملا زندهاند به این معنی
که رشد یافته، تکثیر و تجمیع پیدا می کنند و ساختار خود را خودشان تشکیل
میدهند.
به گزارش دیسکاوری، ابزارهایی از این دست، زودتر از آن که شما تصورش را میکنید، وارد زندگی واقعی خواهند شد! در سال 2007/ 1386، اولین سیاهه محصولات فناوری نانو نشان داد که درسراسر جهان، در حدود 500 محصول، از جمله مواد غذایی، پوشاک و لوازم بهداشتی، در ساخت خود از فناوری نانو بهره گرفتهاند. امروزه استفاده از فناوری نانو در تهیه بسیاری از ملزومات زندگی روزمره ما حسابی جا باز کرده است. همچنین پزشکی نانو، سهم مهمی در درمان اختلالات متفاوت دارد و در آیندهای نزدیک، انتظار پیشرفتهای بسیار بیشتری در این زمینه وجود دارد.
اما فناوری نانو واقعا میتواند به ما کمک کند قویتر شویم، یا این که روی مغز ما تاثیر بگذارد و از ما فرد متفاوتی بسازد؟ در این مطلب، میکوشیم پاسخ این سوال را پیدا کنیم.
تناسب و قدرت بدنی
اگر آنقدر سرتان شلوغ است که وقتی برای رفتن به باشگاههای ورزشی ندارید، شاید فناوری نانو بتواند در حفظ تناسب اندام به شما کمک کند. در واقع فناوری نانو میتواند فراتر از هر رژیم غذایی از ما یک فرد متناسب بسازد.در سال 2006/ 1385، محققین دانشگاه تگزاس اعلام کردند که موفق شدهاند ماهیچههای مصنوعی با سوخت هیدروژن و الکل بسازند که 100 برابر قویتراز ماهیچههای طبیعی است و قادر است صد برابر بیشتر کار کند. با مطالعات متنوع بر روی ماهیچههای مصنوعی و همزمان، سلولهای سوخت، میتوان به طیفی از دستاوردها، از ماهیچههای مصنوعی گرفته تا روباتهای خودکار رسید.
هوش بیشتراگر فناوری نانو میتواند به شما بدن قویتری بدهد، آیا میتواند از شما فرد باهوشتری هم بسازد؟البته هنوز داشنمندان به چنین نتیجهای نرسیدهاند. اما به گفته مهندسان زیستپزشکی دانشگاه میشیگان، استفاده از فناوری نانو در مغز میتواند به درمان طیف وسیعی از اختلالات، از ناشنوایی و نابینایی گرفته تا اختلال پارکینسون کمک کند.همچنین استفاده از فناوری نانو، به انتقال مستقیم اطلاعات به مغز افراد کمک میکند. این نتیجه را مهندسین ارتباط از راه دور، در حال انجام یک آزمایش عجیب در مورد تلگراف و تلفن، به دست آوردهاند!
فراتر از دیدن
شاید در فیلمها دیده باشید که یک نفر با استفاده از لنزهای تماسی در چشمش، میتواند دنیایی مجازی را در برابر خود ببیند. اما در واقع محققین دانشگاه واشنگتن مدتی است مطالعات خود را برای تولید چنین لنزی شروع کردهاند. آنها میخواهند به لنز، یک مدار درونی اضافه کنند.
با استفاده از سیمهای فلزی با ضخامت تنها چند نانومتر، میتوان این فناوری را روی لنزهای تماسی نصب کرد. بدین ترتیب، استفاده از چشمهای طبیعیمان راحتتر خواهد بود!محققین باور دارند که به زودی نمایشگر مجازی خود را معرفی خواهند کرد، البته به این زودی انتظار کیفیت تصویر خیلی بالا از آن نداشته باشید!
شما به باتری تبدیل میشوید!
از این که دائم به دنبال پریز برق یا کابل یو.اس.بی برای شارژ موبایل، دوربین یا سایر ابزارهای خود بگردید خسته شدهاید؟ خب، به زودی خودتان باتری همه آنها خواهید بود، آن هم به کمک فناوری نانو.محققین دانشگاه کالیفرنیا و آزمایشگاه ملی لاورنس برکلی، راهکار تازهای برای شارژ ابزارهای شخصی ابداع کردهاند. در این روش، با استفاده از سیمهای نانو، انرژی که بدن شما به صورت گرما از دست میدهد، منبع انرژی میشود.از همین فناوری میتوان در بهرهگیری از گرمای حاصل از سایر منابع، برای شارژ استفاده کرد. گزارشها حاکی از هدر رفتن حدود 15 تریلیون وات انرژی از موتورها، بخار و توربینهای گازی به صورت گرما است. چرا از این انرژی محیطی استفاده نکنیم؟
درمان زخمها
گاهی درمان کامل جراحت پوستی و یا بافت ماهیچهای، هفتهها طول میکشد. آسیب مغز یا سلولهای عصبی ممکن است هرگز درمان نشود.خبر خوب این که با پزشکی نانو، هیدروژلهای حاوی ذرات نانو، میتواند در بافت آسیب دیده رگهای خونی تازه ایجاد کند و سلولهای بنیادی را تحریک کند تا بافت مرده را با سلولهای تازه درمان کنند. بدین ترتیب، آسیبهای مغزی و استخوانی هم درمان خواهند شد.این ژل، ساخته دانشمندان دانشگاه سلمون است و هنوز سالها مطالعه و آزمایش بر روی حیوانات و بعد انسانها برای آغاز استفاده عمومی از آن لازم است.جراحتهایی که به سیستم عصبی یا نخاع آسیب میزنند، دشوارترین جراحتها برای درمان هستند. اما فناوری نانو میتواند درهای تازهای به روی بازسازی سلولهای عصبی آسیبدیده برای ما بگشاید. همچنین ابداع دیوید نیسبت از دانشگاه موناش، استفاده از فناوری نانو برای برانگیختن سلولهای بنیادی را در بر میگیرد که امیدی تازه برای درمان پارکینسون است.
جلوگیری از پیری
علاوه بر درمان آسیبها، فناوری نانو میتواند امیدی برای مبازه با پیری و در نتیجه عمر طولانیتر باشد. دانشمندان دانشگاه نورثوسترن ژل نانویی ساختهاند که سلولهای بنیادی را تحریک میکند و غضروفهای از بین رفته در مفاصل را دوباره میسازد. با بالا رفتن سن، غضروفها از بین میروند و افراد مشکل دردناکی پیدا میکنند که درمان آن بسیار هم مشکل است.از سوی دیگر، دانشمندان دانشگاه مرکزی فلوریدا، در مطالعهای جداگانه به این نتیجه رسیدهاند که با استفاده از مواد نانوی صنعتی، میتوانند عمر سلولهای مغزی را سه یا حتی چهار برابر بیشتر کنند. چنان که آنها ادعا میکنند، بدین ترتیب، میتوان عمر افراد را بیشتر کرد، در حالی که کمتر از بیماریهای مربوط به افزایش سن رنج ببرند.
مبارزه با سرطان
امسال، حدود 1.5 میلیون بیمار مبتلا به سرطان جدید تشخیصگذاری شدهاند. بنابراین شکی نیست که یکی از مهم ترین کاربردهای فناوری نانو برای بهبود سلامت بشر، تشخیص، کنترل و درمان انواع مختلف سرطان است.از انتقال داروها به هدف گرفته تا حمله مستقیم کرمهای نانو به رشد تومور، امروزه دانشمندان میکوشند از فناوری نانو برای حمله درست و دقیق به سلولهای سرطانی استفاده نمایند.