بحجم النانو.. طريقة جديدة تسرع الخطى نحو "الروبوتات المجهرية"
ويستخدم مصطلح "الإستنسل" في الحياة اليومية عند رسم غرافيتي بوضع قالب مُفرغ بشكل معين والرش فوقه، كما يستخدمه الأطفال لرسم الأشكال بجودة عالية عبر استخدام أوراق مفرغة والتلوين فوقها لتطبع الشكل الذي يرغبون فيه. هذا يشبه ما استخدمه الباحثون ولكن على المستوى المجهري تحت اسم "الميكروستنسل".
تشرح كندرا كراينبرينك، الباحثة في برنامج علوم وهندسة المواد، جامعة كولورادو بولدر الأميركية، في تصريحات حصرية للجزيرة نت: "التقنية الجديدة التي عرضناها في دراستنا تتيح صناعة (الأجسام النشطة) البُقعية بأي شكل نريده، وبدقة غير مسبوقة، وذلك باستخدام أسلوب الطباعة المجهرية عبر فوتونين مع أقنعة إستنسل دقيقة".
روبوتات أم ماذا؟
وبحسب الدراسة ، التي نشرها الفريق في دورية "نيتشر كومينيكيشنز"، فالجسيمات النشطة هي جسيمات صغيرة جدا، غالبا مجهرية أو نانوية، يمكنها التحرك ذاتيا باستخدام طاقة تتحصل عليها من البيئة المحيطة بها، مثل الضوء أو الحرارة أو مواد كيميائية أو غيرها. بعكس الجسيمات العادية التي تتحرك فقط إذا دُفعت من الخارج، فهذه الجسيمات "نشطة" لأنها تولّد الحركة بذاتها مستغلة بيئتها.
تقول كندرا: "تتطلب الجسيمات النشطة وجود نوع من اللاتناظر كي تتحرك على المستوى الميكروسكوبي. ونُحدث هذا اللاتناظر في الشكل العام للجسيم أو عبر مناطق مختلفة في سطحه، عبر ما نسميه بالبقع".
تخيّل قطرة صغيرة من الزيت في كوب ماء، هذه القطرة ستبقى ساكنة ما لم تحرّكها أنت. والآن تخيّل أن هذه القطرة مزودة بمحرك صغير في أحد طرفيها يجعلها تسبح من تلقاء نفسها، أو مكعب صغير طُبع عليه بقعة مغناطيسية، فيمكن توجيهه بمغناطيسات خارجية فيتحرك في أي اتجاه تريده عبر المغناطيس، ما يفعله المغناطيس هو دور البقع في حالة هذه الجسيمات الدقيقة.
إن اعتماد الجسيمات النشطة على اللاتناظر في شكلها وتركيبها السطحي يمكّنها من الحركة بفعالية، وقد استخدم العلماء أشكالا مختلفة للجسيمات لعقود كما أضافوا بقعًا معدنية، إلا أن تقنيات تصنيع هذه البقع الدقيقة كانت محدودة في دقتها ومرونتها.
منهج موحد لأنظمة متنوعة
استخدم الفريق طابعة ضوئية فائقة الدقة تُسمى طابعة ثنائية الفوتون. هذه الطابعة ترسم جسيمات مجهرية صغيرة جدا على شكل كرة أو قرص أو حرف "ل" على سطح شفاف، حيث تطبع فوق كل جسيم قالبا أو قناعا صغيرا جدا والمسمى "إستنسل" مُفرغا بثقب صغير على شكل البقعة المطلوبة للطباعة. ثم يُرَشّ المعدن على السطح، فلا يصل إلى الجسيم إلا ما يمر عبر فتحة القالب أو الإستنسل.
تقول كندرا: "الميزة الكبرى هي أنك تستطيع استخدام مجموعة متنوعة من المواد، سواء في الجسيم نفسه أو في البقعة بتغيير نوع المعدن أو المادة المستخدمة في التبخير الفيزيائي".
أظهرت الدراسة قدرة هذه التقنية على التحكم في حركة الجسيمات بـ3 أنظمة مختلفة هي الحقول الكهربائية، والتفاعلات الكيميائية، والمجالات المغناطيسية، ما يجعلها أداة موحدة لابتكار جسيمات نشطة تناسب عدة تطبيقات.
تضيف كندرا: "قبل هذه التقنية، لم نمتلك القدرة على دراسة كل أشكال البقع الممكنة، لذلك لم نكن نعلم أنواع الحركات التي يمكننا تحقيقها. الآن، وبفضل هذه التقنية، نستطيع دراسة تأثير كل نوع من البقع بشكل منهجي، وقد نكتشف قيودا جديدة مثل اتجاه الحقول الكهربائية أو خصائص البيئة التي قد تمنع بعض الحركات أو تُفضل غيرها".
أحد الاكتشافات اللافتة في الدراسة هو أن شكل البقعة المعدنية يمكن أن يُغير تماما حركة الجسيم، فقد صنعت كندرا وزملاؤها جسيمات لها بقع على شكل "دمعة" أو "مروحة"، ووجدوا أن كل شكل يؤدي إلى نمط حركة لولبي مختلف عند تعريض الجسيم لحقل كهربائي متردد.
وتوضح كندرا أهمية هذا قائلة: "أعتقد أن الخطوة الأولى هي أن نفهم كيف يؤثر شكل البقعة على حركة الجسيم ككل. لطالما كانت لدينا دراسات نظرية، لكن الآن أصبح بإمكاننا إجراء دراسات تجريبية دقيقة. وبعد الفهم الكامل، يمكننا تصميم جسيمات تتحرك بطرق تناسب البيئات المعقدة داخل الجسم، كأن تخترق الأنسجة أو المخاط أو تصل لأماكن يصعب إيصال الأدوية إليها حاليا".
روبوتات مجهرية ذاتية التنظيم
في خطوة أخرى، عرضت الدراسة تصميم جسيمات مغناطيسية على شكل حرف "L" مزودة ببقعة معدنية محددة على جانب واحد. عند تعرض هذه الجسيمات لمجال مغناطيسي موحد، تتجمع لتشكيل أزواج، مما يتيح لها أداء وظائف ميكانيكية دقيقة.
تظهر هذه الجسيمات سلوكا يعرف بـ"الروبوتات المجهرية ذاتية التحديد"، حيث تتجمع وتفصل تلقائيًا بناء على تصميمها المغناطيسي. هذه القدرة على التجميع الذاتي والتحكم في الحركة تجعلها واعدة في تطبيقات مثل توصيل الأدوية داخل الجسم، حيث يمكنها التنقل في الأنسجة بدقة عالية.
وتعلّق كندرا: "الميزة في هذا التصميم هي أنه يمنحنا سيطرة أكبر على عدد الروبوتات المجهرية الناتجة. ومن دون خاصية التحديد الذاتي، قد تتجمع الجسيمات بشكل عشوائي وغير محدود، مما يعيق التحكم في أدائها. أما مع التجمع الثنائي فقط، فلدينا نمط واضح يمكن توجيهه للحركة أو للالتقاط أو لأغراض أخرى".
إن القدرة على تجميع عدد محدد من الجسيمات النشطة في شكل معين قد يتيح ابتكار وظائف لما نتخيل إمكانية فعلها على المستوى المجهري، كالإحاطة بشيء ما، أو الإمساك بجسم معين كأنك تمسكه بقبضتك أو تصطاده ولكن على المستوى المجهري.
لكن التوسع من أزواج بسيطة إلى مجموعات أكثر تعقيدا ليس بالأمر السهل، حسب كندرا، إذ تقول: "التحدي الأكبر حاليا هو أنه لا توجد طريقة فعالة لتوجيه الجسيمات لتتجمع في ترتيب معين. فكلما أضفنا جسيمًا جديدًا، زادت فرص التجمعات العشوائية، وقلّت نسبة التجمعات التي نريدها فعلا. وإذا تمكنا من التحكم في ترتيب الجسيمات داخل التجمع، حينها يمكننا بناء روبوتات مجهرية تؤدي وظائف أكثر تعقيدا".
الهدف من عمل تجمعات للأجسام النشطة التي تمت الإشارة إليها في الدراسة، هو تحقيق تفاعلات معينة أو أداء مهام معقدة بشكل أكثر دقة وكفاءة. وفي حالة الجسيمات المغناطيسية ذات الشكل "L" ، تتجمع هذه الأجسام لتشكيل أزواج أو مجموعات يمكنها تنفيذ وظائف مثل التوجيه والتحكم الذاتي (التحرك والتفاعل بشكل منظم مما يجعلها مثالية للروبوتات المجهرية القادرة على التنقل داخل الجسم أو بيئات معقدة، مثل توصيل الأدوية إلى أماكن معينة في الجسم أو استهداف خلايا مريضة، وهي مهام تتطلب تحكما دقيقا وتحفيزا معينا.
كما أن التجمعات يمكن أن تُحسّن من قدرة الأجسام على التفاعل مع محيطها، مثل التواصل مع خلايا معينة أو استجابة لعوامل بيئية مثل درجة الحرارة أو الحقول الكهربائية.
هذا التقدم لا يُشكل فقط طفرة تقنية، بل يخلق جسرًا جديدًا بين العلم الأساسي على المستوى المجهري والتطبيقات الواقعية، من روبوتات تسبح في الجسم لعلاج الأمراض، إلى نظم دقيقة لتنظيف المياه أو بناء المواد، كأننا نصنع آلافا من "الرجل النملة" الخارقين لخدمتنا.
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
الجزيرة
منذ 2 أيام
- الجزيرة
الجسيمات الشبحية في باطن النجوم قد تكشف عن "فيزياء جديدة" غامضة
النيوترينو هو جسيم دون ذري خفيف جدا لدرجة أن كتلته تكاد تكون معدومة مقارنة بالجسيمات الأخرى، وبالكاد يتفاعل مع المادة، إذ يمكنه المرور عبر الأرض أو حتى جسم الإنسان من دون أن يتأثر أو يُحدث أي تفاعل. ومن هنا جاءت التسمية الأشهر لتلك الجسيمات الدقيقة جدا (الجسيمات الشبحية)، بل إنه في كل لحظة صغيرة من الزمن، يمر عدد هائل من النيوترينوات عبر جسمك من دون أن تشعر بها، يُقدّره العلماء بحوالي 100 تريليون نيوترينو. تأتي هذه الجسيمات الأولية بثلاث "نكهات" معروفة، هي: الإلكترون نيوترينو، والميون نيوترينو، والتاو نيوترينو. وتتولد هذه الجسيمات من العمليات النووية، مثل تلك التي تحدث داخل النجوم، وفي الانفجارات النجمية العملاقة (المستعرات العظمى)، أو في التفاعلات النووية على الأرض أو مصادمات الجسيمات. قلب النجم المتفجر وفي دراسة نشرت في دورية "فيزيكال ريفيو ليترز"، قام فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو بمحاولة لفحص تأثير التفاعلات "السرية" بين النيوترينوات على انهيار النجوم الضخمة. فعندما تنهار النجوم الضخمة، تنتج كميات هائلة من النيوترينوات، تسرق (تمتص) الطاقة الحرارية من النجم، فتفقده قدرا من الطاقة، الأمر الذي يؤدي بالتبعية إلى انكماش النجم. في النهاية، تصبح كثافة النجم المنهار عالية جدا لدرجة أن النيوترينوات تحاصر وتصطدم ببعضها، ولكن في هذا السياق، توصل العلماء إلى ملاحظة غريبة، فإذا كانت التفاعلات بين النيوترينوات تقتصر على النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، ستكون النيوترينوات في الغالب ذات نكهة إلكترونية، وستكون المادة "باردة" نسبيا، ومن المرجح أن يُخلف الانهيار بقايا نجم نيوتروني. النموذج القياسي للفيزياء هو النظرية التي تشرح التفاعلات بين الجسيمات الأولية التي تشكل المادة والطاقة في الكون، ويعتمد هذا النموذج على فكرة أن كل شيء يتكون من جسيمات أصغر مثل الكواركات والإلكترونات، وأن التفاعلات بين هذه الجسيمات تتم عبر قوى أساسية، ويعتبر هذا النموذج الأساس لفهمنا للكون على مستوى التركيب الصغير جدا. أما إذا كانت النيوترينوات تتفاعل بطرق غير معروفة حتى الآن، فقد يؤدي ذلك إلى إنتاج أنواع مختلفة من نكهات النيوترينوات، الأمر الذي يؤدي إلى خلق نواة نجمية ساخنة وغنية بالنيوترونات، فيزيد ذلك من احتمال تحول النجم إلى ثقب أسود بدلا من نجم نيوتروني. فيزياء جديدة ولكن إلى أي طريق منهما تفضل جسيمات النيوترينو المضي قدما وعلى أي أساس؟ لا يزال هذا السؤال بلا إجابة، ومن المحتمل أن تساعد "تجربة النيوترينو العميقة تحت الأرض للنيوترينوات" (ديون) التي ستجريها مختبرات فيرمي الوطنية في اختبار هذه المقترحات البحثية. ومن المتوقع أن تبدأ التجربة في عام 2029، حيث ستركب أجهزة الكشف في موقع تحت الأرض في ولاية داكوتا الجنوبية، وقد يبدأ تشغيل الحزمة النيوترينية في عام 2031، بعد الانتهاء من بناء المنشآت اللازمة. بالإضافة إلى ذلك، قد تسهم الملاحظات المستقبلية للنيوترينوات أو الموجات الجاذبية الناتجة عن انهيار النجوم في تقديم أدلة لتأكيد هذه التفاعلات السرية التي ربما تمثل فيزياء جديدة لم نكتشفها بعد.
الجزيرة
منذ 3 أيام
- الجزيرة
تقرير حقوقي: انتهاكات جسيمة في مراكز احتجاز المهاجرين بولاية فلوريدا الأميركية
كشفت منظمة "هيومن رايتس ووتش" في تقرير حديث عن أزمة حقوقية خطيرة داخل مراكز احتجاز المهاجرين بولاية فلوريدا بالولايات المتحدة الأميركية. وأشارت المنظمة إلى أن آلاف المحتجزين هناك يعيشون أوضاعا مأساوية ويواجهون انتهاكات جسيمة لحقوقهم، وذلك في ظل غياب الرقابة والشفافية. وقالت نيكول ويدرشايم، نائبة مدير مكتب واشنطن في المنظمة، إن فريقها زار عدة مراكز احتجاز في الولاية -أبرزها مركز "كروم" ومركز "براورد" ومركز الاحتجاز الفدرالي- ولاحظ خلال الشهور الماضية اكتظاظا شديدا، بحيث أصبح يشغل الزنازين المخصصة لـ66 شخصا أكثر من 150 محتجزا أحيانا. وأضافت أن المحتجزين باتوا ينامون على الأرض أو في ممرات ضيقة ولساعات طويلة دون أدنى شروط الصحة والسلامة. ورصد التقرير شكاوى واسعة من تراجع الخدمات الأساسية، إذ تم تقليص الوجبات إلى النصف، وأُلغيت وجبات الإفطار الساخنة، وفرض على المحتجزين تناول الطعام في أسرّتهم بدلا من قاعة الطعام. كما حُرم المحتجزون من الرياضة إلا مرة واحدة أسبوعيا في بعض الأحيان، واقتصرت إمكانية طلب الرعاية الصحية على 5 أشخاص فقط يوميا، مع تعليق الخدمة أحيانا بالكامل. وسلطت هيومن رايتس ووتش الضوء على حالات وفاة مؤلمة لمهاجرين، بينهم شخص أوكراني وآخر من هايتي، قالت أسرهم وزملاؤهم إن إدارة المركز رفضت مرارا نقلهم للعلاج رغم تدهور حالتهم الصحية، كما تم حرمان بعض المصابين بأمراض مزمنة من الحصول على أدويتهم الحيوية. وأعرب التقرير عن قلقه من أن هذه الانتهاكات قد تتسع مع افتتاح مركز احتجاز جديد يُطلق عليه "أليغاتور ألكاتراز" في منطقة إيفرغلادز بفلوريدا، والذي يتوقع أن يستوعب نحو 3 آلاف مهاجر في ظل غياب رقابة إعلامية حتى الآن. وحمّل التقرير السلطات الفدرالية وسلطات ولاية فلوريدا المسؤولية عن تصاعد الانتهاكات، خاصة بعد التوسع في تطبيق سياسات تتيح للشرطة المحلية صلاحيات موسعة في اعتقال المهاجرين وتوقيفهم. وحذرت المنظمة من أن هذه السياسات تؤدي إلى تزايد الخوف ونزع الثقة بين المهاجرين وأجهزة الأمن، مما يدفع الكثيرين -حتى ضحايا الجريمة- للعزوف عن اللجوء للشرطة خشية الاعتقال والترحيل. ونقل التقرير عن إحدى السيدات قولها إنها تفضل عدم إبلاغ الشرطة بأي جريمة تتعرض لها خوفا من الاعتقال. ودعت هيومن رايتس ووتش إلى ضرورة إنهاء سياسة الاحتجاز باعتبارها إجراء روتينيا في التعامل مع المهاجرين، وإلى اقتصارها على الحالات الاستثنائية فقط، مع مراجعة شاملة لاتفاقيات التعاون بين السلطات المحلية والفدرالية، وضمان معاملة إنسانية تحفظ كرامة وحقوق جميع المحتجزين.
الجزيرة
منذ 3 أيام
- الجزيرة
تقرير: 22 دولة فقط التزمت بتعهداتها الأممية حول الطاقة المتجددة
أشار تقرير لمؤسسة "إمبر" البحثية إلى أن معظم دول العالم فشلت في تنفيذ تعهد الأمم المتحدة لعام 2030 بمضاعفة قدرة العالم على إنتاج الطاقة المتجددة بحلول عام 2030، في ظل عدم تحقيق تقدم ملموس بالدول المسؤولة عن معظم الانبعاثات الكربونية وخصوصا الولايات المتحدة وروسيا والصين. ومن المرجح أن يستمر الاعتماد على الوقود الأحفوري، ولن يتم تحقيق هدف مؤتمر الأطراف الـ28 المتمثل في الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي إلى أقل من 1.5 درجة مئوية، وهو ما يعني أن العالم سوف يتخلف كثيراً عن تحقيق أهدافه بمجال الطاقة النظيفة. وكشف التقرير الصادر عن مؤسسة "إمبر" لأبحاث المناخ أن 22 دولة فقط، معظمها داخل الاتحاد الأوروبي، زادت طموحاتها في مجال الطاقة المتجددة منذ أن انضمت أكثر من 130 دولة إلى ميثاق الطاقة المتجددة في محادثات المناخ "كوب 28" التي نظمتها الأمم المتحدة في دبي قبل عامين تقريبا. ويعني ذلك -حسب التقرير- أن إجمالي الأهداف الوطنية للطاقة المتجددة العالمية أصبح الآن أعلى بنسبة 2% فقط مما كان عليه في مؤتمر دبي. ومع ذلك فإن الحكومات ستتخلف كثيرا عن 11 تيراواط اللازمة لتحقيق الهدف الأممي المتمثل في مضاعفة الطاقة المتجددة 3 مرات، وفقا للمحللين. وذكر التقرير أن مضاعفة الطاقة الإنتاجية العالمية من مصادر الطاقة المتجددة 3 مرات بحلول عام 2030 تُعدّ أكبر إجراء منفرد هذا العقد للبقاء على المسار الصحيح نحو مسار المناخ الذي لا يتجاوز درجة الحرارة 1.5 درجة مئوية. كما أشار إلى أنه رغم اتفاق مؤتمر الأطراف الـ28 التاريخي للوصول إلى 11 ألف غيغاواط من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2030، فلا تزال الأهداف الوطنية دون تغيير إلى حد كبير، وهي أقل من المطلوب. ووجد التقرير أنه باستثناء الاتحاد الأوروبي، هناك 7 دول فقط قامت بتحديث أهدافها المتعلقة بالطاقة المتجددة منذ توقيع الاتفاقية، بما في ذلك المكسيك وإندونيسيا اللتان خففتا من أهدافهما. ومن بين الدول التي فشلت في التحرك الولايات المتحدة والصين وروسيا، والتي تعتبر من بين أكبر مستهلكي الطاقة في العالم، وهي مسؤولة مجتمعةً عن ما يقرب من نصف الانبعاثات الكربونية السنوية في العالم. ويرى التقرير أن مصير اتفاقية الطاقة المتجددة العالمية قد يعتمد على سياسات بكين التي من المتوقع أن تُنهي خطتها الخمسية الـ 15 للطاقة في وقت لاحق من هذا العام، والتي تغطي الفترة من 2026 إلى 2030. وفي المقابل، لا توجد أهداف محددة للطاقة المتجددة في واشنطن وموسكو لعام 2030، ومن غير المتوقع أن يضع قادتهما السياسيون أي أهداف وفقا لتقرير مؤسسة إمبر. كما ظلت أهداف الطاقة النظيفة بالهند دون تغيير أيضا، لكن طموح البلاد لبناء 500 غيغاواط من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2030 يتماشى بالفعل مع الهدف العالمي لمضاعفة قدرة الطاقة المتجددة 3 مرات، وفقا للتقرير. ويشير التقرير إلى أن فيتنام هي الدولة التي أبدت أكبر طموح في مجال الطاقة المتجددة منذ مؤتمر الأطراف الـ28، والتي تعهدت هذا العام بزيادة قدرتها الإنتاجية بمقدار 86 غيغاواط بحلول نهاية العقد، بينما وعدت أستراليا والبرازيل بزيادة إنتاجهما المحلي من الطاقة المتجددة بمقدار 18 و15 غيغاواط. كما حدّثت المملكة المتحدة خططها للطاقة المتجددة العام الماضي، مع تعهدها ببناء 7 غيغاواط إضافية من الطاقة المتجددة بحلول عام 2030، لتحقيق هدف حكومة حزب العمال المتمثل في إنشاء نظام كهرباء خالٍ تقريبا من الكربون. في حين يتوقع أن تنمو مصادر الطاقة المتجددة في كوريا الجنوبية بمقدار 9 غيغاواط بحلول عام 2030.
