نوآوری ها و کشفیات علمی - نسخه‌ی قابل چاپ

دفتر یادداشتی که هرگز تمام نمی‌شود
مبتکران با الهام از تخته وایت بورد، دفتریادداشتی ساخته‌اند که هرگز تمام نمی‌شود.
این دفتر یادداشت به کاربر امکان می‌دهد یادداشت خود را روی صفحات آن بنویسد و پس از پاک کردن این متن‌ها هیچ رد و لکه‌ای باقی نماند.

این دفتر ضدآب که Esquoia نام دارد نتایج تحقیقات گروهی از دانشجویان دانشگاه بردفورد است. این کاغذ‌ها که به‌طور ویژه طراحی شده‌اند، شبیه کاغذ لمینت شده با سطوح صاف است. وقتی روی صفحات این دفتر چیزی نوشته می‌شود می‌توان به‌راحتی آن را با پاک‌کن، دستمال و حتی پارچه مرطوب پاک کرد.
این طراحی منحصربه‌فرد چسبان، صفحات را قادر می‌سازد از دفتر بیرون آورده شده و در دفتر دیگری قرار بگیرند. نمونه‌های اولیه این دفتر، تک ورقه‌ای از کاغذ لمینت شده هستند که هنوز برای استفاده راحت روزانه خیلی ساده نیست.

طراحان این دفتر می‌گویند هنوز تا تبدیل شدن این دفتر به یک دفتریادداشت زیبا راه طولانی مانده است. این دانشجویان قصد دارند نسل بعدی دفتریادداشت‌ها را به‌گونه‌ای پیش ببرند که صفحات آنها کاربردهای متفاوت داشته و خطوط و شبکه‌های چهارخانه‌ای باشد. آنها می‌خواهند صفحات بزرگ‌تری تولید کنند که شامل یک «خط تا» باشد که بتوان آن را پاره کرد.

پنکه هوشمند صرفه‌جو که شما را دنبال می‌کند!
محققان ژاپنی پنکه هوشمندی طراحی کرده‌اند که حرکات فرد در محیط منزل را رهگیری کرده و جهت باد را بصورت خودکار تنظیم می‌کند. در پنکه‌های معمولی جهت وزش باد باید بصورت دستی تغییر داده شود، اما پنکه هوشمند مجهز به حسگر مادون قرمز با رهگیری حرکات فرد، بصورت خودکار جهش وزش باد را تغییر می‌دهد.

بر روی پنکه LFDG-301K یک حسگر مادون قرمز نصب شده است که حرکات فرد در اتاق را رهگیری کرده و بر این اساس، جهت وزش باد را تنظیم می‌کند؛ درصورتیکه بیش از یک نفر در اتاق حضور داشته باشند، جهت چرخش بطور مداوم تغییر پیدا می‌کند تا کل محیط خنک شود.
پنکه هوشمند از قابلیت چرخش 85 درجه‌ای برخوردار است و با خارج شدن فرد از اتاق، دستگاه بصورت خودکار پس از یک دقیقه خاموش می‌شود که این مسأله به کاهش هزینه‌های برق کمک می‌کند.شرکت ژاپنی Iris Ohyama قصد دارد این محصول را سال آینده با قیمت 176 دلار در بازار این کشور عرضه کند.

چسبی که بینایی را حفظ می‌کند
دانشمندان چسب جدیدی ساخته اند که مانع از نابینایی ناشی از آسیب دیدگی شبکیه چشم می شود.
وقتی سربازان و دیگران دچار آسیب چشمی می شوند، ژل شیشه ای چشم باید مانع از جداشدگی شبکیه از کره چشم شود اما اگر قادر به این کار نباشد، بینایی فرد از بین می رود. با این حال در صورت بروز آسیب دیدگی نمی توان پانسمان را درست بر روی کره چشم قرار داد از این رو گروهی از محققان دانشگاه کالیفرنیا با ساخت یک چسب چشمی برگشت پذیر در صدد حل این مشکل برآمده اند.

این محلول یک پلیمر موسوم به pNIPAM است که اگر سرد باشد حالت غیر چسبنده دارد اما وقتی که با گرمای چشم، گرم شود چسبناک و محکم می شود. می توان در فاصله انتقال مصدوم به بیمارستان این چسب را به چشم وی افزود تا ژل طبیعی چشم بتواند کار خود را به درستی انجام دهد و شبیکه را درون چشم حفظ کند.

وقتی بیمار به بیمارستان می رسید پزشکان به راحتی با افزودن یک محلول نمکی سرد به این چسب آن را دوباره به حالت مایع بازگشت داده تا به طور بی خطری از چشم خارج شود.
در آزمایش های انجام شده بر روی چشم جسد خوک، مشخص شد عملکرد این چسب مانند "سیانوآکریلات" یا همان "ابر چسب" است که البته قطعا قابلیت استفاده در چشم را ندارد.این پژوهشگران نتایج تحقیقات خود را در نشست سالانه انجمن تحقیقات دید و چشم پزشکی س2014 عرضه کردند.

تولید چسب مخصوص برای پیشگیری از قطع پای دیابتی‌ها
بیماران مبتلا به دیابت بزودی می‌توانند با استفاده از یک چسب مخصوص، سلامت یا آسیب‌دیدگی عروق پا را براحتی در منزل مورد بررسی قرار دهند.
آسیب به اعصاب یا نوروپاتی دیابتی – اختلال در عملکرد اعصاب محیطی بدن – یکی از مشکلات شایع در دیابت‌های کنترل نشده محسوب می‌شود که 50 درصد بیماران را درگیر می‌کند.

سطوح بالای قند خون بیمار باعث آسیب دیدن شاخه‌های حسی اعصاب محیطی می‌شود؛ این مشکل با درد یا بی‌حسی همراه است، اما خطر اصلی زمانی بروز می‌کند که زخم جزئی به عفونت شدیدی تبدیل شده و با گسترش عفونت، بافت از بین رفته و پزشکان مجبور به قطع پای بیمار می‌شوند.
تشخیص به موقع نوروپاتی دیابتی در مراحل اولیه نیازمند کنترل منظم است؛ یکی از این روش‌های موجود «الکترومیوگرافی» است که شامل قرار دادن الکترودها درون عضلات و بررسی عملکرد اعصاب محیطی است.این روش در مراکز درمانی و زیر نظر متخصص انجام می‌شود، اما محققان روش ساده‌تری را ابداع کرده‌اند.

محققان با هدف جلوگیری از قطع پای بیماران دیابتی در اثر نوروپاتی دیابتی، چسب Neuropad را تولید کرده‌اند که با بررسی وضعیت عرق کردن، آسیب‌دیدگی عروق پا را تشخیص می دهد.
چسب پس از قرار گرفتن در کف پا در مدت 10 دقیقه میزان تعرق را بررسی می‌کند؛ تغییر رنگ چسب از آبی به صورتی نشان‌دهنده مناسب بودن شرایط و عدم تغییر رنگ در اثر نبود عرق به معنای وجود مشکل در اعصاب پا است.
محققان دانشگاه آکسفورد عملکرد چسب Neuropad را بر روی 3000 بیمار مبتلا به دیابت مورد بررسی قرار داده‌اند که نتایج بدست آمده حاکی از دقت 86 درصدی این چسب در تشخیص آسیب‌دیدگی عروق پا است.

تولید برچسب ضدجعل ارزان‌قیمت برای شناسایی کالاهای تقلبی
محققان کره‌ای با استفاده از نانوسیم‌های نقره، برچسب‌های ضدجعل ارزان قیمت ساخته‌اند که قیمت این برچسب‌ها کمتر از یک دلار بوده و کپی برداری از آنها تقریبا غیرممکن است.

یک گروه تحقیقاتی از کره‌جنوبی از الگوها و چیدمان تصادفی نانوسیم‌های نقره برای حل مشکل جعل اسناد استفاده کردند. این اثرانگشت نانومقیاس از نانوسیم‌های 20 تا 30 نانومتری نقره ساخته شده‌اند که به‌صورت تصادفی روی سطح فیلم پلاستیکی پخش شده‌اند. طول این نانوسیم‌ها می‌تواند بین 10 تا 50 میکرون باشد که به‌عنوان برچسب کالا می‌توان از آنها استفاده کرد.

این برچسب‌ها را می‌توان روی کالاهای الکترونیکی، داروها، اسکناس‌ها و کارت‌های اعتباری چسباند. نتایج این پژوهش در قالب مقاله‌ای در نشریه Nanotechnology به چاپ رسیده است.محققان این پروژه می‌گویند: جعل این برچسب تقریبا غیرممکن است زیرا چیدمان نانوسیم‌ها کاملا تصادفی بوده و به سختی می‌توان چیدمان این نانوساختارهای کوچک را دستکاری کرد.

نویسنده اصلی این مقاله هیوتچرای‌ها از موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره‌جنوبی می‌گوید: نسخه‌برداری از این برچسب‌ها تقریبا غیرممکن است زیرا این الگوهای بسیار کوچک را نمی‌توان دستکاری کرد. هزینه کپی‌برداری از این الگوها به قدری زیاد خواهد شد که احتمالا از قیمت خود کالا نیز فراتر خواهد رفت.

محققان این پروژه تخمین می‌زنند که هزینه تولید این برچسب کمتر از یک دلار برای هر الگو باشد. برای ساخت این برچسب‌ها، محققان نانوسیم‌های منفرد را درون محلول غوطه‌ور کرده و سپس روی آن را با سیلیکا پوشش دادند. سپس آنها را با استفاده از یک رنگ فلورسانس ویژه تقویت کرده و در نهایت به‌صورت تصادفی آنها را روی یک فیلم از جنس پلی‌اتیلن‌تترافتالات (PET) قرار دادند.

وجود رنگ‌های فلورسانس موجب می‌شود تا این الگوها که به چشم غیرمسلح کاملا نامرئی هستند قابل مشاهده توسط میکروسکوپ یا تجهیزات ویژه‌ای شوند.محققان معتقدند که از این برچسب‌های ضدجعل می‌توان به‌عنوان بارکد برای تشخیص سریع کالاها استفاده کرد.

محقق این طرح می‌گوید: این برچسب روی کالای مورد نظرنصب می‌شود، این کالا می‌توان اسکناس یا کارت اعتباری باشد، به مجرد این که دستگاه شناسایی رنگ فلورسانس موجود روی سطح کالا را رصد کند می‌تواند آن را با اطلاعات بانک اطلاعاتی خود مقایسه کرده و شناسایی کالا انجام شود.بیش از شش درصد از کالاهای جهان تقلبی بوده که فناوری‌هایی نظیر این برچسب می‌تواند این رقم را کاهش دهد.

کاهش سوانح رانندگی با جاده‌های هوشمند
در بزرگراهی در جنوب هلند برای اولین بار از خطوط درخشان جاده‌ای استفاده شد.
محققان معتقداند از این خطوط درخشان می‌توان به عنوان جایگزینی پایدار در مناطقی استفاده کرد که در آن نورهای معمول وجود ندارد و به کمک این خطوط، مسیر جاده‌ها برای رانندگان بوضوح قابل مشاهده خواهد بود.

یکی از مجریان این طرح می‌گوید خطوط درخشان، یکی از اولین ایده‌ها برای داشتن بزرگراه‌های هوشمند است. ما از نوعی رنگ استفاده کردیم که باعث می‌شود این خطوط روز‌ها ذخیره نور انجام دهند و شب‌ها درخشان گردند. بنابراین اگر به اندازه کافی نور آفتاب وجود داشته باشد قادر به ذخیره نورند و در صورت ابری بودن هوا می‌توان به کمک جریان بسیار ضعیف الکتریسیته آن‌ها را درخشان کرد. برای تامین این مقدار الکتریسیته نیز از تابلوهای خورشیدی استفاده می‌کنیم. بنابراین در کل این پروژه انرژی زیادی مصرف نمی‌شود.

محققان معتقداند کاهش سوانح رانندگی یکی از مهم‌ترین دستاوردهای استفاده از این خطوط درخشان است و روشهای دیگری نیز برای آن وجود دارد. به گفتهٔ محققان استفاده از چراغ‌های هوشمند یکی دیگر از این ایده هاست که این چراغ‌ها با نزدیک شدن خودرو‌ها روشن و پس از عبور آن‌ها خاموش می‌شوند. به این ترتیب در هنگام نبود عبور و مرور خودرو، انرژی خود را ذخیره خواهند کرد.

کار‌شناسان استفاده از یک میدان الکترو استاتیک در جاده‌ها برای از بین بردن مه را یک روش مفید و کاربردی قلمداد کرده و معتقداند بسیاری تصادفات ناشی از این عامل طبیعی کاهش خواهد یافت.

پژوهشگران موفق به تولید لباس از شکر شدند
در آینده ممکن است لباس‌هایی بپوشید که از شکر ساخته شده اند. پژوهشگران موسسه مهندسی زیستی و نانوتکنولوژی (IBN) یک فرآیند شیمیایی جدید را کشف کرده‌اند که می‌تواند شکر را به طور مستقیم به اسید آدیپیک تبدیل کند.

از نظر تجاری اسید آدیپیک از مواد شیمیایی مبتنی بر نفت از طریق فرآیند اکسیداسیون اسید نیتریک تولید می‌شود که مقدار زیادی اکسید نیتروژن منتشر می‌کند که یک گاز اصلی گلخانه‌یی است و باعث گرم شدن کره زمین می‌شود.

استاد جکی یانگ، مدیر اجرایی IBN در این خصوص گفت: در مواجهه با افزایش نگرانی‌های زیست‌محیطی بر اثر استفاده از سوخت‌های فسیلی و کاهش منابع طبیعی، نیاز رو به رشدی برای یک منبع تجدیدپذیر برای تولید انرژی و مواد شیمیایی وجود دارد. ما راه‌حلی پایدار و سازگار با محیط‌زیست را برای تبدیل شکر به اسید آدیپیک از طریق فناوری به ثبت رسیده‌ای طراحی کرده‌ایم که شامل فرآیند کاتالیزوری است.

اسید آدیپیک زیستی را می‌توان از اسید موکیک (Mucic acid) تولید کرد که از شکر اکسید شده است و اسید موکیک را می‌توان از لایه‌های میوه به دست آورد. فرآیند کنونی را می‌توان یا با استفاده از مراحل متعدد با کارایی محصول و عملکرد پایین اجرا کرد و یا تحت شرایط واکنش‌های سخت با استفاده از گاز هیدروژن با فشار بالا و اسیدهای قوی که پرهزینه و پرخطر هستند.

پروتکل کاتالیزوری شیمیایی جدید که توسط IBN طراحی شده، ساده، کارآمد و سازگار با محیط زیست است. برای تبدیل اسید موکیک به اسید آدیپیک، واکنش هدف، «داکسی دهیدوراسیون» (deoxydehydration) است که طی این واکنش اکسیژن و آب به طور همزمان با کاهش و از دست دادن آب حذف خواهند شد. پژوهشگران دریافتند که با ترکیب واکنش داکسی دهیدوراسیون و واکنش انتقال hydrogenation (با اضافه کردن الکل حلال) در یک راکتور، آنها می‌توانند به مقدار زیادی از اسید آدیپیک به میزان 99 درصد دستیابند. پروتکل‌های موجود تنها می‌توانند به عملکرد 60 درصد دست یابند.

این روش برای توسعه صنعتی ایده‌آل است چراکه این فرآیند را می‌توان در یک یا دو مرحله اجرا کرد، محصول نهایی خالص است و شرایط واکنش ملایم و بی‌خطر است. به گزارش مرکز اطلاعات بیوتکنولوژی ایران، دکتر یوگن ژانگ، رهبر گروه IBN در شیمی سبز و انرژی می‌گوید: «این کار پتانسیل فوق‌العاده‌ای را از توسعه اسید آدیپیک زیستی نشان داده است. ما از اینکه پروتکل جدید ما می‌تواند به طور کارآمدی باعث تبدیل شکر به اسید آدیپیک شود و این روش ما را یک قدم به تجاری‌سازی نزدیک کرده است، هیجانزده هستیم. برای تکمیل این فناوری سبز ما در حال حاضر بر روی استفاده از زیست‌توده خام به عنوان ماده اولیه کار می‌کنیم.»

این یافته به تازگی در نسخه بین‌المللی مجله پیشرو در شیمی به نام AngewandteChemie منتشر شده است. بودجه این کار توسط شورای مهندسی و علوم مرکزA*STAR برای توسعه مواد شیمیایی از زیست‌توده تامین شده بود.

همچنین این گروه پژوهشی به سرپرستی ژانگ قصد دارند از این فناوری با حق انحصاری برای تبدیل دیگر واسطه‌های شیمیایی با ارزش مانند (5-hydroxymethylfurfural (HMF) و(furfuraldicarboxylic acid (FDCA از شکر استفاده کنند.گفتنی است که HMF ماده شیمیایی پلت‌فرم مهمی است که می‌تواند به سوخت‌های زیستی و بیوشیمیایی تبدیل شود و FDCA را می‌توان برای ساخت پلاستیک و پلی‌استر مورد استفاده قرار داد.
موسسه IBN به دنبال همکاری‌های صنعتی برای تجاری‌سازی نمونه کارهای خود از فناوری سبز است.

تولید عضله مصنوعی خودترمیم‌گر با عملکرد واقعی
آسیبهای جدی ورزشی و بیماریها می‌تواند به عضلات انسان صدمه زده و بر کیفیت زندگی وی تاثیر بگذارد اما دانشمندان آمریکایی در تلاشی نویدبخش موفق به تولید یک عضله مصنوعی شده‌اند که نه تنها مانند نمونه واقعی عمل می‌کند، بلکه همچنین می‌تواند خود را ترمیم کند.
محققان دانشگاه دوک در کارولینای شمالی برای اولین بار نشان داده‌اند که یک عضله مصنوعی می‌تواند با قدرتی مشابه یک عضله طبیعی منقبض شود.این بافت آزمایشگاهی که از سلولهای نابالغ پیش‌ساز – سلولهای خونی که برای کاربری خاص برنامه‌ریزی نشده‌اند- ساخته شده، در موشها بکار گرفته شد.این درحالیست که به باور محققان، دستاورد آنها یک گام اساسی به سوی پرورش عضله با دوام جایگزین در انسانها محسوب می‌شود.

برخلاف نمونه‌های قبلی عضلات زیست‌مهندسی شده، الیاف عضله مصنوعی جدید با شدتی مشابه نمونه طبیعی آن منقبض می‌شوند.
سلولهای ماهواره‌ای- سلولهای بنیادی خفته‌ای که در اثر صدمه برای بازسازی بافت آسیب‌دیده فعال می‌شوند- در مرکز مکانسیم خود-ترمیم‌گر قرار دارند.تحریک بافت با پالسهای الکتریکی به منظور ایجاد انقباض نشان داد که عضله مهندسی شده بیش از 10 برابر قویتر از عضله آزمایشگاهی پیشین است.

پس از آسیب‌دیدن عضله با سم مار، سلولهای ماهواره‌ای وارد عمل شده و الیاف آسیب‌دیده عضله را فعال، تکثیر و ترمیم کردند.دانشمندان به مشاهده فرآیند ادغام و بلوغ عضله در یک حیوان زنده از طریف دریچه‌های شیشه‌ای کوچکی که در پشت موشها وارد کرده بودند، پرداختند.

یک اصلاح ژنتیکی که منجر به تولید نورهای فلورسنت در زمان انقباض الیاف عضله می‌شد، این امکان را فراهم کرد تا قویتر شدن آن بطور بلادرنگ قابل مشاهده شود. هرچه قدرت االیاف بیشتر می شد، نور آنها نیز درخشانتر می‌شد.
نتایج این پژوهش در مجله مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.

لنز تماسی جدید با دید مادون قرمز
با دستاورد محققان دانشگاه میشیگان، در آینده نزدیک لنز تماسی با دید مادون قرمز به ابزار موثری برای جاسوسی مبدل خواهد شد.
حذف مولکول‌های نمک از آب، ساخت جلیقه‌های محافظ بسیار نازک، جذب انرژی نور و خاموش کردن الکترون‌های متعدد، بخشی از کاربردها و ویژگی‌های گرافن محسوب می‌شوند.گرافن به نازکی یک تار مو است، بنابراین نمی‌تواند مقدار زیادی از نور را در خود جذب کند.

گروهی از محققان دانشگاه میشیگان برای حل این مشکل، از دو لایه گرافن با یک دی‌الکتریک در بین آنها استفاده کرده‌اند؛ زمانی که نور از لایه بالایی گرافن عبور می‌کند، الکترون‌ها با کمک ماده دی‌الکتریک به لایه زیرین حرکت می‌کنند.
این روند افزایش الکترون‌ها باعث افزایش 100 برابری تولید الکترون‌ها شده و در نتیجه یک فوتو ترانزیستور ساخته می‌شود که از حساسیتی معادل یک دوربین دیجیتال استاندارد برخوردار است.

چگونگی ایجاد دید مادون قرمز در یک لنز تماسی
گرافن به طول موج‌های متعدد نور خارج از طیف مرئی مانند مادون قرمز و فرابنفش حساس است.ساندویچ گرافن تولید شده توسط محققان به نور مرئی و مادون قرمز حساس است؛ بدلیل نازک بودن گرافن، یکپارچه‌سازی آن با یک لنز تماسی می‌تواند دید مادون قرمزی را در لنز ایجاد کند که علاوه بر کاربردهای نظامی، در پزشکی نیز قابل استفاده خواهد بود.

باتری نفس‌کش به کمک خودروهای آینده می‌آید
باتری جدیدی که نفس می‌کشد، روزی جایگزین باتری‌های لیتیم-یون برای نیرودهی خودروهای الکتریکی خواهد شد.فروش وسایل نقلیه الکتریکی در سال 2013 تقریبا دو برابر شد اما بسیاری از آن‌ها فقط با یک بار شارژ نمی‌توانستند بیش از 100 مایل را طی کنند.
به منظور افزایش این میزان تا سه برابر یا بیشتر، محققان باتری را ارائه داده‌اند که نفس می‌کشد و شاید روزی جایگزین فناوری باتری لیتیم-یون به کاررفته در وسایط نقلیه شود.

تفاوت اصلی بین باتری‌های لیتیم-یون و لیتیم-هوا در این است که باتری لیتیم-هوا کاتد معمولی (جزء کلیدی دخیل در جریان الکتریکی) را با هوا جایگزین می‌کند. این موضوع باتری فلز-هوای قابل‌شارژ را سبک‌تر کرده و آن را قادر می‌سازد انرژی بیشتری را در مقایسه با همتای تجاری‌اش در خود جای دهد.
دانشمندان دانشگاه Mie ژاپن، جزئیات ابداع خود را در دویست و چهل و هفتمین «نشست و نمایشگاه ملی انجمن شیمی امریکا» در دالاس ارائه دادند.