کوچک اما قدرتمند

[Mιѕѕ UηυѕυαL]

کوچک اما قدرتمند

بسیاری از پزشکان اغلب برای انجام جراحی های بسیار ظریف مانند ترمیم رگ های خونی، پیوند بافت ها یا اتصال دوباره اعضای جداشده از بدن، با چالش های جدی روبه رو می شوند. این فرآیندها بسیار پیچیده است و غالباً جراحی نمی تواند موثرترین راه حل باشد، زیرا ممکن است مخرب و انجام آن دشوار باشد. به زودی بسیاری از جراحان می توانند به نانوتکنولوژی روی بیاورند و کارهای ظریف پزشکی را به وسیله روبات های بسیار کوچکی که از دور کنترل می شوند، انجام دهند. این روبات ها به اندازه دانه برنج هستند و به راحتی می توانند درون بدن انسان حرکت کنند.
در دانشگاه توهوکو ژاپن، یک مهندس برق به نام «کازوشی ایشی یاما» به همراه گروه خود پیچ های چرخان کوچکی را طراحی کرده است که می تواند درون رگ های بدن شنا کند. این پیچ های بالقوه به داخل تومورها نقب می زنند تا آنها را بکشند یا داروهایی را به بافت مشخصی تحویل دهند. به دلیل آنکه این پیچ ها بسیار ریز هستند، می توان آنها را با استفاده از یک سوزن زیرپوستی به داخل بدن تزریق کرد. هنگامی که درون بدن قرار گرفتند، می توان به صورت مغناطیسی و با استفاده از یک میدان مغناطیسی سه بعدی و کنترل کننده آن، پیچ های مزبور را در بدن هدایت کرد. مهندس ایشی یاما عقیده دارد این قطعات ریز به ویژه برای جدا کردن تومورهای مغزی که انجام عمل جراحی روی آنها بسیار دشوار است، مفید هستند.
برخی از پژوهشگران به جای تکیه بر یک میدان مغناطیسی، در حال تولید میکروروبات هایی هستند که به وسیله موتورهای بسیار کوچک راه اندازی می شود، تا بتوانند درون بدن حرکت کرده و به تشخیص و معالجه بیماری های مشخصی کمک کنند. دکتر جیمز فرند و گروهی از مهندسان مکانیک شاغل در دانشگاه موناش (واقع در استرالیا) به تازگی موفق شده اند یک موتور کشتی بسازند که به اندازه یک دانه بلور نمک است. آنها اکنون به شدت در حال فعالیت هستند تا موتوری تولید کنند که حتی از مورد قبلی کوچک تر و فقط به اندازه دو تار موی انسان ضخامت داشته باشد. مکانیسم نیروی محرکه این موتور شبیه چیزی است که باکتری E.coli برای شناور شدن در بدن انسان استفاده می کنند. یک موتور چرخان دورشاخکی که پیرامون محور آن قرار دارد و شبیه شلاق دسته دار است، پیچ می خورد. هنگامی که این موتور در یک مایع قرار گرفته باشد، مسیر خود را با چرخیدن طی می کند. جیمز فرند می گوید؛ «یک پیتزاپز را در نظر بگیرید که یک مقدار خمیر را مانند توپ در دست می گیرد. هنگامی که او خمیر را به هوا پرتاب می کند، آن را می چرخاند، به طوری که خمیر با یک حرکت چرخشی بازمی گردد. موتور ما نیز همین کار را انجام می دهد، با این تفاوت که سرعت چرخش آن صد هزار دور در ثانیه است.»
ماشین های زنده؛ سایر میکروروبات هایی که تولید شده اند صرفاً ماشین نیستند. چند موسسه مشغول فعالیت بوده اند تا بافت زنده ارگانیک را با اجزای غیرارگانیک پیوند دهند تا قطعات ترکیبی (هیبرید) به وجود آورند که بخشی از آن ماشین و بخشی دیگر ارگانیسم باشد. نخستین مورد از این گونه قطعات، روبات های خیلی کوچکی بود که نیروی محرکه آنها از ماهیچه های قلب موجود زنده تامین می شد. این روبات ها به وسیله مهندسان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس (UCLA) ساخته شده است. هر روبات کوچک دارای قوس نازکی از طلا است که به پوشش ماهیچه قلبی (که از سلول های بدن موش گرفته شده و رشد یافته است) وصل می شود. هنگامی که این روبات در بدن رها شود، از گلوکز موجود در خون تغذیه می کند تا انرژی لازم برای حرکت خود را تامین کند. پژوهشگران برای آزمایش این میکروروبات ها، آنها را در یک محلول شکر و پروتئین که شباهت زیادی با شرایط داخل بدن دارد، فرو بردند. هنگامی که ماهیچه قلب منقبض و سپس رها می شد، میکروروبات می توانست به جلو حرکت کند.
از این روبات های خیلی کوچک می توان در جراحی های بسیار ظریف استفاده کرد، مثلاً برای جلوگیری از تشکیل پلاک ها در سرخرگ های بدن. فناوری نوین این قابلیت را نیز دارد که انگشتان یا پاهای جدیدی برای افرادی که این اعضای بدن خود را از دست داده اند، تولید کند. برای این منظور باید سلول های ماهیچه یی جدیدی روی استخوان های مصنوعی پرورش داد. البته پژوهش در این روش های متنوع هنوز در ابتدای راه خود قرار دارد و همچنان کاستی دارد.
مشکلات زیادی برای دستیابی به این هدف وجود دارد که دانشمندان باید بر آنها غلبه کنند. روبات هایی که به وسیله محققان دانشگاه UCLA ساخته شده اند تنها در یک جهت می توانند حرکت کنند و کنترل کردن آنها نیز کار آسانی نیست.
اکنون پژوهشگران می خواهند بدانند اگر به جای ماهیچه قلب از ماهیچه اسکلتی استفاده کنند، می توان به روبات ها کمک کرد تا به صورت آزادانه تری حرکت کنند؟ ماهیچه قلب می خواهد با ریتم طبیعی خودش ضربان داشته باشد، لذا کنترل کردن آن دشوار است. استفاده از جریان الکتریکی برای تحریک ماهیچه اسکلتی می تواند به پژوهشگران اجازه دهد روبات ها را هنگام لزوم روشن و خاموش کنند و کاربری آنها را به وسیله منابع تغذیه مختلف برای اعضای کوچک بدن یا مولدهای کوچکی که تراشه های کامپیوتری را راه اندازی می کنند، گسترش دهند. قطعاتی که در دانشگاه موناش تولید می شوند، بیش از حد بزرگ است و نمی توانند با آسودگی در تمام بدن انسان گردش کنند، زیرا طول این قطعات در بعضی موارد به قدری زیاد است که نمی توان آنها را با حفظ امنیت بدن در اطراف بعضی از پیچ و خم های رگ ها به گردش درآورد و ممکن است باعث گرفتگی رگ ها شوند. طبق اظهار دکتر فرند، همکاری بیشتر میان رشته های مختلف (مانند پزشکی و مهندسی) می تواند کمک زیادی به پیشرفت های آینده کند. او می گوید؛ «من معتقدم با گذشت زمان، محققان خواهند فهمید که دارا بودن معلومات مشخص در یک حوزه خاص کافی نیست تا بتوانیم تصویر کاملی از پدیده های پیچیده در مقیاس نانو را درک کنیم. بدین ترتیب در هر سیستمی که بزرگ تر باشد و از نانوتکنولوژی (ریزفناوری) استفاده کرده باشد، قطعات به درک و فراست بیشتری احتیاج دارد.