باحثون يصنعون عضلات باستخدام الطابعة

يعمل فريق من الباحثين من المختبرات الفدرالية السويسرية لعلوم وتكنولوجيا المواد "إمبا" (EMPA) على عضلات مصنوعة من مواد لينة. والآن، ولأول مرة، طوروا طريقة لإنتاج هذه المكونات المعقدة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد.
لا تقتصر العضلات الاصطناعية على تحريك الروبوتات فحسب، بل قد تتمكن يوما ما من دعم الأشخاص في العمل أو أثناء المشي أو استبدال الأنسجة العضلية المصابة. ومع ذلك، فإن تطوير عضلات اصطناعية تُضاهي العضلات الحقيقية يُمثل تحديا تقنيا كبيرا.
لمواكبة نظيراتها البيولوجية، يجب ألا تكون العضلات الاصطناعية قوية فحسب، بل مرنة وناعمة أيضا. تُسمى العضلات الاصطناعية في جوهرها بـ"المحركات"، وهي مكونات تُحوّل النبضات الكهربائية إلى حركة.
تُستخدم هذه المحركات أينما يتحرك شيء ما بضغطة زر، سواء في المنزل أو في محرك السيارة أو في المنشآت الصناعية المتطورة. ومع ذلك، لا تتشابه هذه المكونات الميكانيكية الصلبة مع العضلات كثيرا حتى الآن.
تتكون ما تسمى بالمحركات المرنة العازلة "دي إي إيه" (DEA) من مادتين مختلفتين مصنوعتين من السيليكون: مادة قطب كهربائي موصلة، ومادة عازلة غير موصلة. وتتشابك هذه المواد في طبقات.
يقول الباحث في "إمبا" باتريك دانر "يشبه الأمر تشبيك أصابعك". عند تطبيق جهد كهربائي على الأقطاب الكهربائية، ينقبض المُشغل كالعضلة. وعند انقطاع الجهد، يعود إلى وضعه الأصلي، وفق تصريحاته التي نقلها موقع يوريك أليرت.
ونشرت دراسة الباحثين في مجلة تقنيات المواد المتقدمة.
يعلم دانر أن طباعة مثل هذا الهيكل بطابعة ثلاثية الأبعاد ليست بالأمر الهين. فرغم اختلاف خصائصهما الكهربائية بشكل كبير، يجب أن تتصرف المادتان اللينتان بشكل متشابه للغاية أثناء عملية الطباعة. يجب ألا تختلطا، بل يجب أن تظلا متماسكتين في المُشغل النهائي.
يجب أن تكون "العضلات" المطبوعة لينة قدر الإمكان حتى يُحدث التحفيز الكهربائي التشوه المطلوب. يُضاف إلى ذلك المتطلبات التي يجب أن تلبيها جميع المواد القابلة للطباعة الثلاثية الأبعاد، حيث يجب أن تسيل تحت الضغط حتى يُمكن إخراجها من فوهة الطابعة.
وبعد ذلك مباشرة، يجب أن تكون لزجة بما يكفي للحفاظ على الشكل المطبوع. يقول دانر "غالبا ما تكون هذه الخصائص متناقضة تماما. إذا حسنت إحداها، تتغير ثلاث خصائص أخرى.. عادة إلى الأسوأ".
من واقع افتراضي إلى قلب نابض
بالتعاون مع باحثين من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، نجح دانر ودورينا أوبريس -التي تقود مجموعة أبحاث المواد البوليمرية الوظيفية- في التوفيق بين العديد من هذه الخصائص المتناقضة.
طُور حبران خاصان في "إمبا" وطُبعا في محركات مرنة عاملة باستخدام فوهة طورها الباحثان تازيو بليج ويان فيرمانت من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا. يُعد هذا التعاون جزءا من مشروع "اللمسات الحسية" الواسع النطاق، وهو جزء من المجال الإستراتيجي للتصنيع المتقدم في المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا. يهدف المشروع إلى تطوير قفاز يجعل العوالم الافتراضية ملموسة. صُممت العضلات الاصطناعية لمحاكاة مسك الأشياء من خلال المقاومة.
ومع ذلك، هناك تطبيقات محتملة أكثر بكثير للمحركات المرنة. فهي خفيفة الوزن وصامتة، وبفضل عملية الطباعة الثلاثية الأبعاد الجديدة، يمكن تشكيلها حسب الحاجة.
يمكن أن تحل محل المحركات التقليدية في السيارات والآلات والروبوتات. وإذا طُورت بشكل أكبر، فيمكن استخدامها أيضا في التطبيقات الطبية. تعمل دورينا أوبريس وباتريك دانر بالفعل على هذه التقنية. يمكن استخدام طريقتهما الجديدة ليس لطباعة الأشكال المعقدة فقط، بل أيضا الألياف المرنة الطويلة.
تقول دورينا أوبريس "إذا تمكنا من جعلها أرق قليلا، فسنقترب كثيرا من كيفية عمل ألياف العضلات الحقيقية".
يعتقد الباحث أنه قد يكون من الممكن في المستقبل طباعة قلب كامل من هذه الألياف. ومع ذلك، لا يزال هناك الكثير مما يجب القيام به قبل أن يصبح هذا الحلم حقيقة.

جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا

اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:

التعلم مع الذكاء الاصطناعيالتحقق من الحقائقتحويل النص إلى كلامملخص الذكاء الاصطناعي

أخبار ذات صلة

الجزيرة

٠٤-٠٥-٢٠٢٥

• الجزيرة

الميتفورمين يُخفف ألم التهاب مفصل الركبة

كشفت دراسة جديدة أن دواء الميتفورمين، الذي يُوصف عادة لعلاج داء السكري من النوع الثاني ، يُمكن أن يُخفف الألم لدى الأشخاص المصابين بالتهاب مفصل الركبة ويعانون من زيادة الوزن، مما قد يُؤخر الحاجة إلى استبدال الركبة. وأجرى الدراسة باحثون من جامعة موناش الأسترالية، ونُشرت في مجلة الجمعية الطبية الأميركية جاما (JAMA) في 24 أبريل/نيسان الماضي، وكتب عنها موقع يوريك أليرت. وقارنت التجربة بين تأثير الميتفورمين وتأثير الدواء الوهمي في تخفيف ألم الركبة لدى المرضى الذين يُعانون من التهاب مفاصل الركبة المصحوب بزيادة الوزن أو السمنة. شارك في الدراسة 73 امرأة و34 رجلا كانوا يُعانون من آلام التهاب مفاصل الركبة، وتناول بعضهم الميتفورمين يوميا لمدة 6 أشهر، في حين تناول آخرون دواء وهميا. ولم يُعانِ أيٌّ منهم من داء السكري. تم قياس ألم الركبة على مقياس من 0 إلى 100، حيث يُمثل 100 أشد الألم. وأفادت مجموعة الميتفورمين بانخفاض في الألم بمقدار 31.3 نقطة بعد 6 أشهر من العلاج، مقارنة بـ18.9 نقطة لمجموعة الدواء الوهمي. وقد اعتُبر هذا تأثيرا متوسطا على الألم. ووجد الباحثون أن هذه النتائج تدعم استخدام الميتفورمين لعلاج التهاب المفصل المصحوبة بأعراض في الركبة لدى الأشخاص الذين يعانون من زيادة الوزن أو السمنة. وصرحت الباحثة الرئيسية البروفيسورة فلافيا سيكوتيني، التي ترأس وحدة الجهاز العضلي الهيكلي بجامعة موناش ورئيسة قسم أمراض الروماتيزم في مستشفى ألفريد، بأن النتائج أظهرت أن الميتفورمين وسيلة جديدة وميسورة التكلفة لتحسين ألم الركبة لدى الأشخاص الذين يعانون من التهاب مفصل الركبة وزيادة الوزن أو السمنة.

الجزيرة

٠١-٠٥-٢٠٢٥

• الجزيرة

اختبار بسيط للعين يتنبأ بالهذيان بعد الجراحة لدى كبار السن

اكتشف باحثون أنه من الممكن التنبؤ بحدوث الهذيان أو الهلوسة بعد العمليات الجراحية من خلال فحص بسيط للعين يكشف عن سماكة أحد أجزاء شبكية العين ، مما قد يساعد على تحديد المرضى الأكثر عرضة لهذه الحالة بعد الجراحة. وأجرى الدراسة باحثون من مستشفى شنغهاي للصحة النفسية في الصين، ونُشرت نتائجها في مجلة الطب النفسي العام (General Psychiatry) في أبريل/نيسان الحالي، وكتب عنها موقع "يوريك أليرت". وتتمثل أهمية الدراسة في أنها توفر طريقة غير تدخليّة للكشف المبكر عن المرضى الذين قد يعانون من الهذيان بعد الجراحة، مما قد يساعد على تحسين الرعاية وتفادي المضاعفات الطويلة الأمد. ويصيب الهذيان المرضى المسنين بعد العمليات الجراحية وهو من المضاعفات الشائعة والخطيرة، وغالبا ما تؤدي إلى تمديد فترة الإقامة في المستشفى، وزيادة الحاجة إلى الرعاية الطويلة الأمد، وزيادة احتمال الإصابة بالتدهور المعرفي والخرف. دراسة واسعة على المرضى العجائز أجرى الباحثون هذه الدراسة على 169 مريضا يبلغون من العمر 65 عاما فما فوق خضعوا لعمليات جراحية مثل استبدال مفصل الورك أو الركبة أو جراحات الكلى والبروستاتا في مستشفى شنغهاي العاشر للشعب في الصين. وفي إطار تقييمهم قبل الجراحة، خضع المشاركون لاختبار تصوير العين باستخدام التصوير المقطعي البصري لقياس سُمك منطقة تسمى البقعة في شبكية العين، وهي المسؤولة عن الرؤية الدقيقة والمركزة. أظهرت النتائج أن 40 مريضا (نحو 24% من المشاركين) عانوا من الهذيان بعد الجراحة، وكان لديهم سماكة كبرى في الطبقة البقعية في العين اليمنى مقارنة بالآخرين. ووجدت الدراسة أيضا أن الطبقة البقعية الأكثر سمكا قبل الجراحة في العين اليمنى ارتبطت بزيادة احتمال الإصابة بالهذيان بعد الجراحة وزيادة شدة الحالة. ومن المثير للاهتمام أن الدراسة لم تجد أي ارتباط من هذا القبيل في العين اليسرى، وهو أمر لم يتمكن الباحثون من تفسيره حتى الآن. دور هذا الاكتشاف في الرعاية الطبية يشير الباحثون إلى أن اختبار العين باستخدام التصوير المقطعي البصري يمكن أن يُصبح أداة فحص فعّالة للكشف عن المرضى الأكثر عرضة للإصابة بالهذيان بعد التخدير والجراحة، والذين قد يحتاجون إلى علاج وقائي قبل الجراحة. ورغم أهمية النتائج، فإن للدراسة العديد من القيود بما في ذلك أن عدد المشاركين في الدراسة كان قليلا، وعدم أخذ بعض العوامل المؤثرة المحتملة بعين الاعتبار، وهذا يستدعي إجراء دراسات أوسع لتأكيد النتائج.

الجزيرة

٣٠-٠٤-٢٠٢٥

• الجزيرة

خوارزمية جديدة لتشخيص أسرع لسرطان الرئة

كشف باحثون عن طريقة مبتكرة تساعد الأطباء في تشخيص سرطان الرئة بوقت أبكر بكثير مقارنة بالطرق التقليدية. وتعتمد هذه الطريقة على خوارزمية طبية تستفيد من البيانات الطبية للأشخاص للتنبؤ في احتمالية الإصابة بسرطان الرئة، مما يسهم في تعزيز فرص الكشف المبكر وتحسين العلاج. وأجرى الدراسة باحثون من مركز جامعة أمستردام الطبي (Amsterdam UMC) في هولندا، ونشرت نتائجها في 22 أبريل/ نيسان الجاري في المجلة البريطانية للممارسة العامة "British Journal of General Practice"، وكتب عنها موقع "يوريك أليرت". ويُعد سرطان الرئة من أكثر أنواع السرطان شيوعا، ورغم التقدم في العلاجات، فإن تشخيص المرض المبكر لا يزال يُعتبر تحديا كبيرا، حيث غالبا ما يتم اكتشافه في مراحل متقدمة. الذكاء الاصطناعي في خدمة التشخيص المبكر حلّلت الخوارزمية بيانات أكثر من نصف مليون مريض للتنبؤ بالإصابة بسرطان الرئة، بما في ذلك التاريخ الطبي وملاحظات الأطباء على مر السنين. أظهرت النتائج أن هذه الطريقة ساعدت الأطباء في الكشف عن سرطان الرئة قبل 4 أشهر من التشخيص التقليدي، وهو ما سينعكس إيجابا على تقديم العلاج للمريض وزيادة فرص الشفاء وتقليل التكاليف الطبية. ووفقا للنتائج، قد توفر هذه الخوارزمية أيضا فرصة للكشف المبكر عن أنواع أخرى من السرطان، مثل سرطان البنكرياس والمعدة والمبيض، التي غالبا ما يتم اكتشافها في مراحل متقدمة. وتعد هذه النتائج الأولية خطوة واعدة نحو تحسين تشخيص سرطان الرئة في المراحل المبكرة، رغم الحاجة إلى تأكيد فعالية هذه الخوارزمية في أنظمة الرعاية الصحية.