تكنولوجيا المستقبل لتغيير عالمنا (2)

الروبوتات قراءة الدماغ
استخدام ذراع الروبوت مع إشارات الدماغ
لم يعد مجازًا للخيال العلمي ، فقد تحسن استخدام تقنية قراءة الدماغ بشكل كبير في السنوات الأخيرة. أحد الاستخدامات الأكثر إثارة للاهتمام والعملية التي رأيناها تم اختبارها حتى الآن يأتي من الباحثين في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان (EPFL).

بفضل خوارزمية التعلم الآلي ، وذراع الروبوت وواجهة الدماغ والحاسوب ، تمكن هؤلاء الباحثون من إنشاء وسيلة لمرضى الشلل الرباعي (أولئك الذين لا يستطيعون تحريك الجزء العلوي أو السفلي من الجسم) للتفاعل مع العالم.

في الاختبارات ، تقوم ذراع الروبوت بأداء مهام بسيطة مثل التحرك حول عقبة. ستقوم الخوارزمية بعد ذلك بترجمة الإشارات من الدماغ باستخدام غطاء تخطيط كهربية الدماغ وتحدد تلقائيًا متى قام الذراع بحركة اعتبرها الدماغ غير صحيحة ، على سبيل المثال التحرك بالقرب من العائق أو التحرك بسرعة كبيرة.

بمرور الوقت ، يمكن للخوارزمية أن تتكيف مع تفضيلات الأفراد وإشارات الدماغ. قد يؤدي هذا في المستقبل إلى استخدام كراسي متحركة يتحكم فيها الدماغ أو آلات مساعدة لمرضى الشلل الرباعي.

عظام مطبوعة ثلاثية الأبعاد
زراعة عظم مطبوعة ثلاثية الأبعاد © Ossiform
تعد الطباعة ثلاثية الأبعاد صناعة واعدة بكل شيء بدءًا من بناء المنازل الرخيصة وحتى الدروع القوية ذات الأسعار المعقولة ، ولكن أحد أكثر استخدامات التكنولوجيا إثارة للاهتمام هو بناء العظام المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

تتخصص شركة Ossiform في الطباعة الطبية ثلاثية الأبعاد ، وإنشاء بدائل خاصة بالمريض لعظام مختلفة من فوسفات ثلاثي الكالسيوم – وهي مادة لها خصائص مماثلة لعظام الإنسان.

يعد استخدام هذه العظام المطبوعة ثلاثية الأبعاد أمرًا سهلاً بشكل مدهش. يمكن للمستشفى إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي الذي يتم إرساله بعد ذلك إلى Ossiform الذي يقوم بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للزرع الخاص بالمريض المطلوب. يقبل الجراح التصميم وبعد ذلك بمجرد طباعته يمكن استخدامه في الجراحة.

ما يميز هذه العظام المطبوعة ثلاثية الأبعاد هو أنه بسبب استخدام فوسفات ثلاثي الكالسيوم ، سيعيد الجسم تشكيل الغرسات إلى عظام أوعية دموية. هذا يعني أنها ستمكّن من الاستعادة الكاملة لوظيفة العظم الذي تم استبداله. لتحقيق أفضل تكامل ممكن ، تكون الغرسات ذات بنية مسامية وتتميز بمسام وقنوات كبيرة لتلتصق الخلايا بالعظام وتصلحها.

صور ثلاثية الأبعاد واقعية
مثال على الصورة المجسمة مقابل التكنولوجيا الموجودة © جامعة كامبريدج
كانت الصور المجسمة تملأ كتب الخيال العلمي والأفلام والثقافة لسنوات حتى الآن ، وعلى الرغم من وجودها ، إلا أنه لا يزال من الصعب تحقيقها ، خاصة على نطاق واسع. ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا المحتملة التي يمكن أن تغير هذا هي هولوبريكس.

طوّر باحثون من جامعة كامبريدج وأبحاث ديزني ، الهولوبريكات ، وهي طريقة لتجميع الصور المجسمة المتعددة معًا لإنتاج صورة ثلاثية الأبعاد كبيرة وسلسة.

تكمن المشكلة في معظم الصور المجسمة في الوقت الحالي في مقدار البيانات التي يحتاجون إليها ، خاصةً عند القيام بها على نطاق واسع. يستغرق إنشاء شاشة HD عادية لصورة ثنائية الأبعاد حوالي 3 جيجابايت في الثانية. ستكون صورة ثلاثية الأبعاد ذات حجم ودقة مماثلة أقرب إلى 3 تيرابايت في الثانية وهي كمية هائلة من البيانات.

لمكافحة هذا ، ستوفر الهولوبريكات أقسامًا فردية لصورة ثلاثية الأبعاد كبيرة ، مما يقلل بشكل كبير من كمية البيانات المطلوبة. قد يؤدي هذا في النهاية إلى استخدام الصور المجسمة في الترفيه اليومي للمستهلك مثل الأفلام والألعاب والشاشات الرقمية.

الملابس التي تسمع
حققت التكنولوجيا القابلة للارتداء قفزات كبيرة على مر السنين ، لتضيف وظائف جديدة إلى الإكسسوارات والملابس التي نرتديها يومًا بعد يوم. أحد السبل الواعدة ينطوي على إعطاء آذان الملابس ، أو على الأقل نفس سعة الأذن.

ابتكر الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نسيجًا قادرًا على اكتشاف ضربات القلب أو التصفيق أو حتى الأصوات الخافتة جدًا. اقترح الفريق أنه يمكن استخدام هذه التقنية القابلة للارتداء للمكفوفين ، واستخدامها في المباني لاكتشاف الشقوق أو السلالات ، أو حتى نسجها في شباك صيد لاكتشاف صوت الأسماك.

في الوقت الحالي ، المواد المستخدمة سميكة وجاري العمل ولكنهم يأملون في طرحها لاستخدام المستهلك على مدى السنوات القليلة المقبلة.

منتجات الألبان المصنوعة في المعامل
لقد سمعتم عن “اللحوم” المزروعة وشرائح لحم الواغيو المزروعة خلية تلو الأخرى في المختبر ، ولكن ماذا عن المواد الغذائية الحيوانية الأخرى؟ يقوم عدد متزايد من شركات التكنولوجيا الحيوية في جميع أنحاء العالم بالتحقيق في منتجات الألبان المصنوعة في المختبر ، بما في ذلك الحليب والآيس كريم والجبن والبيض. ويعتقد أكثر من شخص أنهم تمكنوا من حل المشكلة.

صناعة الألبان ليست صديقة للبيئة ، ولا حتى قريبة. إنها مسؤولة عن 4 في المائة من انبعاثات الكربون في العالم ، أكثر من السفر الجوي والشحن مجتمعين ، ويتزايد الطلب على رش أكثر خضرة لتصب في أكواب الشاي وأوعية الحبوب.

بالمقارنة مع اللحوم ، ليس من الصعب صنع الحليب في المختبر. بدلاً من زراعته من الخلايا الجذعية ، يحاول معظم الباحثين تقديمه

تناوله في عملية التخمير ، بحثًا عن إنتاج بروتينات الحليب ومصل اللبن والكازين. بعض المنتجات موجودة بالفعل في الأسواق في الولايات المتحدة ، من شركات مثل Perfect Day ، مع العمل المستمر الذي يركز على إعادة إنتاج المذاق والفوائد الغذائية لحليب البقر العادي.

علاوة على ذلك ، يعمل الباحثون على جبن الموزاريلا المُنتَج في المختبر والذي يذوب تمامًا فوق البيتزا ، بالإضافة إلى أنواع الجبن والآيس كريم الأخرى.

طائرات الهيدروجين
تمثل انبعاثات الكربون مصدر قلق كبير عندما يتعلق الأمر بالرحلات التجارية ، ولكن هناك حل محتمل وقد تلقى الكثير من التمويل.

كشف مشروع بريطاني بقيمة 15 مليون جنيه إسترليني عن خطط لطائرة تعمل بالهيدروجين. يُعرف هذا المشروع باسم Fly Zero ويديره معهد تكنولوجيا الفضاء بالاشتراك مع حكومة المملكة المتحدة.

لقد توصل المشروع إلى مفهوم لطائرة متوسطة الحجم تعمل بالكامل بالهيدروجين السائل. سيكون لديها القدرة على الطيران ما يقرب من 279 راكبًا في منتصف الطريق حول العالم دون توقف.

إذا أمكن تحقيق هذه التقنية ، فقد يعني ذلك رحلة خالية من الكربون بدون توقف بين لندن وأمريكا الغربية أو لندن إلى نيوزيلندا مع توقف واحد.

“التوائم” الرقمية التي تتبع صحتك
س لوحة القيادة
لوحة معلومات Q Bio حيث يمكن للمستخدمين تتبع صحتهم © Q Bio
في Star Trek ، حيث نشأت العديد من أفكارنا حول التكنولوجيا المستقبلية ، يمكن للبشر السير إلى medbay وإجراء مسح رقمي لجسمهم بالكامل بحثًا عن علامات المرض والإصابة. إن القيام بذلك في الحياة الواقعية من شأنه ، كما يقول صانعو Q Bio ، تحسين النتائج الصحية وتخفيف العبء على الأطباء في نفس الوقت.

قامت الشركة الأمريكية ببناء ماسح ضوئي يقيس مئات المؤشرات الحيوية في حوالي ساعة ، من مستويات الهرمونات إلى تراكم الدهون في الكبد إلى علامات الالتهاب أو أي عدد من السرطانات. تنوي استخدام هذه البيانات لإنتاج صورة رمزية رقمية ثلاثية الأبعاد لجسم المريض – تُعرف باسم التوأم الرقمي – يمكن تتبعها بمرور الوقت وتحديثها مع كل عملية مسح جديدة.

يأمل الرئيس التنفيذي لشركة Q Bio ، جيف كاديتز ، أن يؤدي ذلك إلى حقبة جديدة من الطب الوقائي والشخصي حيث لا تساعد الكميات الهائلة من البيانات التي يتم جمعها الأطباء في تحديد أولويات المرضى الذين يجب رؤيتهم بشكل عاجل ، ولكن أيضًا لتطوير طرق أكثر تعقيدًا لتشخيص المرض . اقرأ مقابلة معه هنا.

التقاط الهواء المباشر
من خلال عملية التمثيل الضوئي ، ظلت الأشجار واحدة من أفضل الطرق لتقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ومع ذلك ، يمكن أن تؤدي التكنولوجيا الجديدة نفس الدور الذي تؤديه الأشجار ، حيث تمتص ثاني أكسيد الكربون بمستويات أعلى مع احتلال مساحة أقل من الأراضي.

تُعرف هذه التقنية باسم Direct Air Capture (DAC). يتضمن أخذ ثاني أكسيد الكربون من الهواء وتخزينه في كهوف جيولوجية عميقة تحت الأرض ، أو استخدامه مع الهيدروجين لإنتاج الوقود الاصطناعي.

في حين أن هذه التكنولوجيا لديها إمكانات كبيرة ، إلا أن لديها الكثير من التعقيدات في الوقت الحالي. توجد الآن منشآت لالتقاط الهواء مباشرة قيد التشغيل ، لكن النماذج الحالية تتطلب قدرًا هائلاً من الطاقة للتشغيل. إذا كان من الممكن خفض مستويات الطاقة في المستقبل ، فقد يثبت DAC أنه أحد أفضل التطورات التكنولوجية لمستقبل البيئة.

الجنازات الخضراء
أصبحت الحياة المستدامة أولوية بالنسبة للأفراد الذين يتعاملون مع حقائق أزمة المناخ ، ولكن ماذا عن الاحتضار الصديق للبيئة؟ يميل الموت إلى أن يكون عملية ثقيلة الكربون ، وختم أخير من بصمتنا البيئية. يقال إن متوسط ​​حرق الجثث يطلق 400 كجم من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، على سبيل المثال. إذن ما هي الطريقة الأكثر خضرة للذهاب؟

في ولاية واشنطن في الولايات المتحدة ، يمكن أن تتحول إلى سماد بدلاً من ذلك. توضع الجثث في غرف بها لحاء وتربة وقش ومركبات أخرى تعزز التحلل الطبيعي. في غضون 30 يومًا ، يتحول جسمك إلى تربة يمكن إعادتها إلى حديقة أو غابة. تدعي شركة Recompose ، الشركة التي تقف وراء هذه العملية ، أنها تستخدم ثُمن ثاني أكسيد الكربون في حرق الجثث.

تستخدم تقنية بديلة الفطريات. في عام 2019 ، دفن الممثل الراحل لوك بيري في “بدلة فطر” مصممة خصيصًا من قبل شركة ناشئة تدعى Coeio. تدعي الشركة أن بدلتها مصنوعة من الفطر والكائنات الحية الدقيقة الأخرى التي تساعد في التحلل وتحييد السموم التي تتحقق عندما يتحلل الجسم عادة.

معظم الطرق البديلة للتخلص من أجسادنا بعد الموت لا تعتمد على التكنولوجيا الجديدة. إنهم ينتظرون فقط قبول المجتمع للحاق بالركب. مثال آخر هو التحلل المائي القلوي ، والذي يتضمن تقسيم الجسم إلى مكوناته الكيميائية على مدى ست ساعات في غرفة مضغوطة. إنه قانوني في عدد من الولايات الأمريكية ويستخدم انبعاثات أقل مقارنة بالطرق التقليدية.

عيون اصطناعية
لطالما كانت العيون الإلكترونية الدعامة الأساسية للخيال العلمي لعقود من الزمن ، ولكن الآن بدأت أبحاث العالم الحقيقي في اللحاق برواة القصص البعيدين. تأتي مجموعة كبيرة من التقنيات إلى السوق لإعادة البصر للأشخاص الذين يعانون من أنواع مختلفة من ضعف البصر.

في كانون الثاني (يناير) 2021 ، زرع الجراحون الإسرائيليون أول قرنية صناعية في العالم

إلى رجل أعمى يبلغ من العمر 78 عامًا. عندما تمت إزالة الضمادات ، يمكن للمريض القراءة والتعرف على أفراد الأسرة على الفور. تندمج الغرسة أيضًا بشكل طبيعي مع الأنسجة البشرية دون أن يرفضها جسم المتلقي.

وبالمثل في عام 2020 ، طور العلماء البلجيكيون قزحية اصطناعية مزودة بالعدسات اللاصقة الذكية لتصحيح عدد من اضطرابات الرؤية. ويعمل العلماء حتى على زراعة دماغية لاسلكية تتجاوز العين تمامًا.

يعمل الباحثون في جامعة مونتاش في أستراليا على تجارب لنظام يرتدي المستخدمون بموجبه زوجًا من النظارات مزودًا بكاميرا. يرسل هذا البيانات مباشرة إلى الغرسة ، التي توضع على سطح الدماغ وتعطي المستخدم إحساسًا أوليًا بالبصر.

طوب تخزين الطاقة
وجد العلماء طريقة لتخزين الطاقة في الطوب الأحمر الذي يستخدم لبناء المنازل.

طور باحثون بقيادة جامعة واشنطن في سانت لويس في ميسوري بالولايات المتحدة طريقة يمكنها تحويل مواد البناء الرخيصة والمتاحة على نطاق واسع إلى “قوالب ذكية” يمكنها تخزين الطاقة مثل البطارية.

على الرغم من أن البحث لا يزال في مرحلة إثبات المفهوم ، يزعم العلماء أن الجدران المصنوعة من هذه الآجر “يمكن أن تخزن قدرًا كبيرًا من الطاقة” ويمكن “إعادة شحنها مئات الآلاف من المرات في غضون ساعة”.

جهاز من الطوب الأحمر طوره الكيميائيون في جامعة واشنطن في سانت لويس يضيء الصمام الثنائي الباعث للضوء الأخضر (مختبر دارسي: جامعة واشنطن في سانت لويس)
جهاز من الطوب الأحمر طوره كيميائيون في جامعة واشنطن في سانت لويس يضيء الصمام الثنائي الباعث للضوء الأخضر © مختبر دارسي / جامعة واشنطن في سانت لويس
طور الباحثون طريقة لتحويل الطوب الأحمر إلى نوع من أجهزة تخزين الطاقة يسمى المكثف الفائق.

تضمن ذلك وضع طلاء موصل ، يُعرف باسم Pedot ، على عينات من الطوب ، والتي تتسرب بعد ذلك من خلال البنية المسامية للطوب المحروق ، وتحويلها إلى “أقطاب كهربائية لتخزين الطاقة”.

وقال الباحثون إن أكسيد الحديد ، وهو الصباغ الأحمر في الطوب ، ساعد في هذه العملية.

ساعات ذكية تعمل بالطاقة العرق
طور المهندسون في جامعة جلاسكو نوعًا جديدًا من المكثفات الفائقة المرنة ، التي تخزن الطاقة ، لتحل محل الإلكتروليتات الموجودة في البطاريات التقليدية بالعرق.

يمكن شحنها بالكامل بأقل من 20 ميكرولتر من السوائل وهي قوية بما يكفي لتحمل 4000 دورة من أنواع الثنيات والانحناءات التي قد تواجهها أثناء الاستخدام.

يعمل الجهاز عن طريق طلاء قماش السليلوز البوليستر بطبقة رقيقة من البوليمر ، والتي تعمل كقطب مكثف فائق.

عندما يمتص القماش عرق مرتديه ، تتفاعل الأيونات الموجبة والسالبة في العرق مع سطح البوليمر ، مما يؤدي إلى تفاعل كهروكيميائي يولد الطاقة.

ساعات ذكية تعمل بالطاقة العرق
يقول البروفيسور رافيندر داهية ، رئيس مجموعة تقنيات الانحناء للإلكترونيات والاستشعار (Best) ، ومقرها جامعة كلية جيمس وات للهندسة في غلاسكو.

وهذا يجعل التخلص من الأجهزة القابلة للارتداء بأمان والتي من المحتمل أن تكون ضارة أمرًا صعبًا ، حيث يمكن لبطارية مكسورة أن تنسكب سوائل سامة على الجلد.

“ما تمكنا من القيام به لأول مرة هو إظهار أن العرق البشري يوفر فرصة حقيقية للتخلص من تلك المواد السامة تمامًا ، مع أداء شحن وتفريغ ممتاز.

“ الخرسانة الحية ” الشفاء الذاتي
تنمو البكتيريا وتمعدن في بنية الرمل هيدروجيل © جامعة كولورادو بولدر / بنسلفانيا
تنمو البكتيريا وتمعدن في بنية الرمل هيدروجيل © جامعة كولورادو بولدر / بنسلفانيا
طور العلماء ما يسمونه الخرسانة الحية باستخدام الرمل والهلام والبكتيريا.

قال الباحثون إن مادة البناء هذه لها وظيفة هيكلية تحمل الأحمال ، وهي قادرة على الشفاء الذاتي وهي أكثر ملاءمة للبيئة من الخرسانة – وهي ثاني أكثر المواد استهلاكًا على الأرض بعد الماء.

يعتقد فريق من جامعة كولورادو بولدر أن عملهم يمهد الطريق لبناء هياكل مستقبلية يمكنها “معالجة شقوقها ، وامتصاص السموم الخطرة من الهواء أو حتى التوهج عند القيادة”.

الروبوتات الحية
ابتكر العلماء “روبوتًا حيًا” © Douglas Blackiston / Tufts University / PA
© دوغلاس بلاكيستون / جامعة تافتس / بنسلفانيا
يمكن استخدام الروبوتات الهجينة الصغيرة المصنوعة باستخدام الخلايا الجذعية المأخوذة من أجنة الضفادع يومًا ما للسباحة حول أجسام البشر إلى مناطق محددة تتطلب الدواء ، أو لتجميع البلاستيك الدقيق في المحيطات.

قال جوشوا بونجارد ، عالم الكمبيوتر وخبير الروبوتات بجامعة فيرمونت ، الذي شارك في تطوير الروبوتات التي يبلغ عرضها ملليمترًا ، والمعروفة باسم xenobots: “هذه آلات حية جديدة”.

“إنهم ليسوا روبوتًا تقليديًا ولا نوعًا معروفًا من الحيوانات. إنها فئة جديدة من المنتجات: كائن حي وقابل للبرمجة. “