دانشجویان مهندسی مکانیک شهرکرد

جان راجرز محقق چهل و پنج ساله بیش از 15 سال است که به تولید ابزارهای الکترونیکی پرداخته است که نمی شکنند و براحتی خم می شوند . ابزارهای او، از بخیه های جراحی گرفته که دمای پوست را بررسی می کند تا حسگرهایی که وقتی عمر مفیدشان تمام شد حل می شوند و از بین می روند را شامل می شود. این گروه آخر براحتی وارد محیط نرم و مرطوب بدن موجودات زنده می شوند و اثری از خود برجای نمی گذارند.

راجرز و همکارانش با ساخت این ابزارها قصد دارند بسیاری از محدودیت های موجود را حذف کنند.

چشم مرکب

آیا تا به حال پیش آمده که با مگس کش به جان مگسی بیفتید اما موفق نشوید او را گیر بیندازید؟ مگس به دلیل دامنه دید وسیع و در نتیجه ترتیب توانایی بسیار بالایش در شناسایی هر حرکت کوچکی، می تواند خود را از مهلکه نجات دهد. در واقع چشم های مرکب این حشره، اطلاعات را با کمک صدها هزار گیرنده بصری به نام ریزچشمک که کل سطح منحنی چشم مگس را پوشانده ، اطلاعات را جمع آوری می کند. هرچه گیرنده بیشتر باشد اطلاعات بیشتری جمع آوری شده و این حشره دقیق تر می بیند.

راجرز و تیمش اخیرا یک دوربین عکاسی با الهام از چشم مرکب این حشره ساخته اند. آنها به جای ساختن یک لنز منحنی جهت متمرکز کردن نور درون یک صفحه مسطح، بسته ای حاوی تعداد زیادی لنز با اندازه های بسیار ریز ساختند. هریک از این لنز ها به یک حسگر نور متصل است و چیزی که این دوربین را منحصر به فرد می کند این است که در آن واحد می تواند تمام جهت ها را مشاهده کند. همچنین می تواند روی اشیای دور و نزدیک کاملا فوکوس کند. هر لنز فقط باید میدان دید بسیار کوچکی را پوشش دهد.

این دوربین برای دستگاه های پزشکی چون آندوسکوپی بسیار مفید است. البته رزولوشن این دوربین نسبتا پایین است و راجرز در نظر دارد تعداد ریزچشمک ها را تا آنجا افزایش دهد که قدرت دیدشان را قوی تر از هر موجود زنده ای کند.

مراقب الکترونیکی

روزی را تصور کنید که الگویی نامنظم از جریان الکتریکی در قلبتان رخ دهد و موجب نامنظم زدن ضربان قلبتان شود، اما درست قبل از این که قلبتان گرفتار بی نظمی پایدار شود و جانتان را به خطر اندازد، شبکه ای از صدها حسگر وارد عمل می شوند. این شبکه، مجموعه ای از ضربان های الکتریکی به قلبتان وارد می کند و ریتم نرمال قلب را بازمی گرداند و شما ذره ای هم از مشکلات فوق را حس نمی کنید. راجرز با ایجاد ردیفی از حسگرهایی که درست مانند بدن انسان شکل می گیرند به این ابزار پیشرفته دست یافته است.

حسگرهای قلب از مواد سبک و انعطاف پذیر ساخته شده اند و درون پوشش الکترونیکی بسیار نازک شبیه قلب جاسازی شده و اندازه گیری های مربوط به فعالیت های قلبی را بلادرنگ انجام می دهند. بنا به گفته راجرز، هدف، شناسایی علایم اولیه آریتمی قلب و وارد کردن اندازه ولتاژ مناسب به اندام به جای وارد کردن حجم وسیعی از ولتاژ در چند نقطه از بدن به صورت شوک های الکتریکی است.

این جریان ملایم و مناسب جلوی انقباض الیاف قلب را می گیرد. این ابزار که نام غشای خارجی قلب مصنوعی به خود گرفته است روی خرگوش ها آزمایش شده و بزودی در بیماران هم به کار گرفته می شود.

ابزار دیگر راجرز، به ردیابی علایم اولیه حمله صرع تخصیص داده شده است. این ابزار برخلاف پیوندهای دیگر مغز که یا روی جمجمه قرار می گیرند یا مجبورند وارد بافت مغزی شوند، روی سطح مغز می نشیند. از طرفی الکترودهای امروزی فقط می توانند یا بخش وسیعی از مغز را اسکن کنند، یا جزئیات مربوط به بخش کوچکی از مغز را در اختیار محقق قرار دهند در حالی که ابزار راجرز هر دو کار را با هم و بخوبی انجام می دهد.

فقط کمی آب روی آن بریز

به طورکلی ابزارهای الکتریکی از موادی ساخته می شوند که هرچند آب عملکرد آنها را مختل می کند اما هیچ وقت در آب حل نمی شوند. اما راجرز و همکارانش دستگاه های الکترونیکی ای طراحی کرده اند که دقیقا مخالف این شرایط عمل می کنند.

این ابزارها پس از گذشت مدت زمان مشخص که می تواند از چند دقیقه تا چند سال باشد، حل شده و بدون این که کوچک ترین ردی از خود برجا بگذارند ناپدید می شوند. چنین دستگاه های الکترونیکی ناپایداری می توانند در مکان های جراحی مراقب عفونت ها بوده، از ورود آنها جلوگیری کنند و سپس طی برنامه ای از پیش تعیین شده جذب بدن شوند.

آنها همچنین می توانند مثلا مورد استفاده حسگرهای محیطی، کنترل نشت نفت یا محیط آلوده به مواد شیمیایی قرار گیرند و سپس به محض رخداد فاجعه ای در آن مواد حل شده و به پاکسازی محیط مشغول شوند و به این ترتیب کار شاق عملیات پاکسازی را براحتی انجام دهند. دستگاه های الکترونیکی ناپایدار همچنین برای ارتش باارزش هستند، چراکه می توانند با کمک این حسگرها، اطلاعات حساس را جمع آوری کرده و سپس در هوا یا در صورت امکان در آب ناپدید شوند. این ابزارهای ناپایدار نه تنها در محیط حل می شوند، بلکه بی ضرر هم هستند تا آنجا که راجرز برای اثبات بی ضرر بودنشان یکی از آنها را بلعید.

راجرز و گروهش، حتی ابزارهای غیرعایقی ساختند تا در عرض ده تا 20 ثانیه حل شوند، اما می شود آنها را به گونه ای ساخت که از چند ثانیه تا چند سال هم دوام داشته باشند. آنها با استفاده از الکتریسیته، غشای منعطفی طراحی کردند تا به جای دارو به کشتن باکتری ها بپردازد.

می توان با کمک جریان الکتریکی ضعیف این ابزار، عوامل بیماری زا را با حرارت از بین برد. این روش در حیوانات باعث می شود جلوی مقاوم سازی شان در برابر آنتی بیوتیک گرفته شود.

در آزمایشی که اخیرا انجام شده است این ابزار توانست هم میکروب های موجود در ظرف مخصوص کشت میکروب در آزمایشگاه و هم میکروب های زیر پوست موش آزمایشگاهی را از میان بردارد. در واقع بیماران جراحی دو هفته وقت لازم دارند تا از خطر عفونت های پس از جراحی در امان بمانند.

پوست دوم

ابزارهایی که انقباض های ماهیچه ای و دیگر فعالیت های بیولوژیکی بدن را بررسی می کنند حجیم تر از آن هستند که همه جا مانند بیمارستان یا آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار بگیرند. راجرز و همکارانش امیدوارند این ابزارها را با کمک صفحه مدارهای بی سیم به خیابان و خانه ها بیاورند، به طوری که مستقیما روی پوست چاپ شوند و به بررسی یک سری عملکردهای بیولوژیکی از جمله میزان ضربان قلب، دمای پوست، فعالیت ماهیچه و مقدار آب بدن بپردازند.

محققان گروه راجرز در نسخه قبلی پوست الکترونیکی شان یک سری حسگر دما، ردیاب های نور و دیگر اجزا، درون ورقه ای از جنس پلاستیک جمع آوری کرده بودند و این پوست به صورت خالکوبی موقت روی بدن قرار می گرفت و بدون این که بشکند براحتی خم می شد و کش می آمد.

اما مدل فعلی کمتر از یک میکرون ضخامت دارد، نیازی به حمایت پلیمر ندارد و به طور مستقیم روی پوست مهر می شود و به وسیله نوعی اسپری، بانداژ شده و سرجایش محکم قرار می گیرد. این ابزار چنان راحت است که فرد می تواند حضور آن را بخوبی تحمل کند و دو هفته بعد مانند لایه مرده پوست از بدن جدا می شود. در ضمن بسیار بی آزار بوده و در هر نقطه ای از بدن مانند پوست گلو براحتی کار گذاشته می شود.