شکاراولین “بادفضایی”به دست جیمزوب

بهارسادات موسوی
یک جرعه ازجهان دانش

[ گزارش ازپژوهش های تازه]

شکار اولین «باد فضایی» به دست جیمز وب

تلسکوپ فضایی جیمز وب اولین تصویر از بادهایی را که از یک قرص تشکیل سیاره در اطراف یک ستاره جوان می‌آیند، ثبت کرده است.

تشکیل سیاره فرآیندی پیچیده و طولانی است و دانشمندان تاکنون در تلاش برای درک فرآیندهای زیربنایی متعددی بوده‌اند که بر شکل‌گیری سیاره‌ها حاکم است و اکنون نسل جدید تلسکوپ‌های فضایی که جیمز وب نام دارد، به کمک آن ها آمده است.

به نقل از آی‌ای، تلسکوپ فضایی جیمز وب اولین تصویر از بادهایی را شکار کرده است که از یک قرص تشکیل سیاره که نسبتا قدیمی است، می‌آیند.

پژوهشگران دانشگاه آریزونا و موسسه جستجوی هوش فرازمینی(SETI) از تلسکوپ فضایی جیمز وب برای مطالعه دیسکی که ستاره جوان TCha را احاطه کرده بود، استفاده کردند.
ستاره TCha در مقایسه با خورشید باشکوه ما یک ستاره نسبتا جوان است. این ستاره درون یک دیسک فرسایشی با شکاف گرد و غبار بزرگ در شعاع حدود ۳۰ واحد نجومی قرار گرفته است.

این دیسک در حال پراکندگی فعال محتوای گاز خود یا به عبارتی تولید باد است. اکنون این گاز در حال پراکنده شدن با کمک چهار خط گازهای نجیب نئون(Ne) و آرگون(Ar) تصویربرداری شده است.

خط نئون اولین بار در سال ۲۰۰۷ با استفاده از تلسکوپ فضایی اسپیتزر مشاهده شد و کارشناسان این خط را به عنوان نشانگر بادها شناسایی کردند. در این مطالعه جدید، پژوهشگران به یافتن دلیل تشکیل این بادهای گازی پراکنده پرداختند.

نامان باجاج، سرپرست این مطالعه از دانشگاه آریزونا می‌گوید: این بادها می‌توانند توسط فوتون‌های ستاره‌ای پرانرژی(نور ستاره) یا میدان مغناطیسی که دیسک تشکیل‌دهنده سیاره را احاطه می‌کنند، هدایت شوند.
پژوهشگران می‌گویند این یافته می‌تواند شناخت آن ها را از شکل‌گیری سیاره‌ها گسترش دهد.
در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران آمده است: دانستن زمانی که گاز پراکنده می‌شود، مهم است، زیرا زمان باقی‌مانده برای سیارات نوپا را برای مصرف گاز از محیط اطراف خود محدود می‌کند. علاوه بر این، این یافته‌ها می‌توانند بینش‌هایی را در مورد فرآیند زیربنایی که منجر به تکامل سیارات در منظومه شمسی ما شد، ارائه دهند.

منظومه شمسی ما شامل سیاره‌های سنگی و گازی است. سیارات درونی آن یعنی عطارد، زهره، زمین و مریخ، همگی سنگی هستند. در عین حال، چهار سیاره بیرونی آن یعنی مشتری، زحل، اورانوس و نپتون همگی غول‌های گازی هستند. با این حال، فرضیه سازی شده است که جرم اولیه در قرص‌های تشکیل سیاره عمدتاً گازی است.
این موضوع، یک پرسش گیج کننده را ایجاد می‌کند. این که این گاز چه زمانی و چگونه پراکنده می‌شود و بر نتیجه تشکیل سیاره چه تأثیری می‌گذارد؟ پیامدهای این یافته‌ها بینش جدیدی را در مورد فعل و انفعالات پیچیده‌ای ارائه می‌دهد که منجر به پراکندگی گاز و غبار حیاتی برای تشکیل سیاره می‌شود.

در بیانیه مطبوعاتی پژوهشگران توضیح داده شده است که با درک مکانیسم‌های پشت پراکندگی دیسک، دانشمندان می‌توانند زمان‌بندی و محیط‌های مساعد برای تولد سیارات را بهتر پیش‌بینی کنند.
پژوهشگران همچنین شبیه‌سازی‌هایی را برای درک بهتر پراکندگی ناشی از فوتون‌های ستاره‌ای انجام دادند و این شبیه‌سازی‌ها با داده‌های واقعی مقایسه شد. شبیه‌سازی‌ها تأیید کردند که این یافته با پراکندگی ناشی از فوتون‌های ستاره‌ای با انرژی بالا توضیح داده می‌شود. اندازه‌گیری هر چهار خط گازهای نجیب توسط جیمز وب همچنین بینش‌هایی را در مورد میزان گاز پراکنده شده ارائه کرد.

توسعه ربات‌های تغییر شکل دهنده با کمک کریستال‌های مایع

محققان روشی برای دستکاری کریستال های مایع با کمک نور یافته اند که به توسعه ربات های تغییر شکل دهنده کمک می کند.

به گزارش اینترستینگ انجینرینگ، تحقیقی جدید یک روش ساده و خلاقانه برای دستکاری ویژگی های مولکولی کریستال های مایع به وسیله قرار گرفتن در معرض نور را توصیف کرده است.

آلوین مودین محقق حوزه فیزیک در دانشگاه جان هاپکینز این پژوهش را رهبری کرده است. محققان برای ایجاد یک روش ارزان قیمت جهت شکل دادن به مولکول های کریستال مایع در حالت سه بعدی از ابزارهای معمولی مانند میکروسکوپ و لنز استفاده کردند.

این فرایند به آزمایشگاه ها و تولید کنندگان در سراسر جهان کمک می کند پتانسیل کریستال های مایع در خلق نسل آینده ربات ها و دوربین ها را آزاد کنند. مودین در این باره می گوید: با کمک این روش هر آزمایشگاهی با یک میکروسکوپ و مجموعه ای از لیزرها می تواند کریستال های مایع را در الگوهای دلخواه خود تنظیم کند. آزمایشگاه های صنعتی و تولید کنندگان احتمالا طی یک روز بتوانند این روش را به کار گیرند.

یکی از دلایل محبوبیت کریستال های مایع توانایی آن ها برای جریان یافتن مانند مایعات است. این مواد همزمان می توانند مانند جامدات یک جهت ثابت را حفظ کنند. آن ها بخشی مهم از نمایشگرهای ال سی دی، ابزارهای عکسبرداری پزشکی زیستی و دیگر دستگاه های نیازمند کنترل دقیق نور هستند.

با این وجود دستکاری تنظیمات آن ها در حالت سه بعدی پرهزینه و فرایندی حساس است. بنابراین محققان در معرض نور قرار گرفتن یک ماده حساس به نور روی شیشه را کنترل کردند و با موفقیت جهت گیری سه بعدی کریستال های مایع را دستکاری کردند.

این آزمایش بسیار جالب است. محققان نور قطبش یافته و قطبش نیافته را به وسیله میکروسکوپ روی کریستال های مایع تاباندند. آن ها متوجه شدند در نور قطبش یافته، امواج نوری به جای آن که به طور تصادفی در جهات مختلف نوسان کنند، در جهات خاصی حرکت می کنند. این ویژگی نور قطبش نیافته است.

محققان با کمک این روش از کریستال های مایع لنزهای میکروسکوپی ساختند که قادر به متمرکز کردن نورشدند که وابسته به قطبش نوری بودکه از آن می تابید. این امر فرصت های زیادی برای ابزارهای قابل برنامه ریزی ایجاد می کند که می توانند خود را با محرک ها منطبق کنند. به عنوان مثال ربات هایی مانند لاستیک می توانند اشیای پیچیده یا لنزهای دوربین را کنترل کنند که در شرایط نوری مختلف فوکوس آن ها تغییر می کند.
کاربردهای احتمالی این ابزار بسیار وسیع است. به عنوان مثال می توان با کمک آن ربات هایی ساخت که برای حرکت روی سطوح چالش برانگیز شکل خود را تغییر می دهند.

ساخت تراشه نانویی که شبیه بینی انسان عمل می‌کند

با ایجاد چندین حسگر روی یک تراشه نانویی، محققان ابزاری ساختند که می‌تواند با حساسیت بالا انواع بو‌ها را تشخیص دهد.
یک گروه تحقیقاتی از دانشکده مهندسی دانشگاه علوم و فناوری هنگ کنگ (HKUST) موفق شدند بر یکی از چالش‌های دیرینه در ساخت حسگر‌های بویایی مصنوعی غلبه کنند. آن‌ها برای این کار آرایه‌ای از حسگر‌های مختلف گازی را ساختند که کارایی بسیار بالایی دارد.

تراشه‌ی بویایی بیومیمیکی (BOC) تازه توسعه یافته آن ها با ترکیب آرایه‌های حسگری حاوی نانولوله بر روی بستری از جنس مواد متخلخل ایجاد شده است که می‌توان هزار حسگر گازی را روی یک تراشه ایجاد نمود. این حسگر عملکردی شبیه به بینی انسان یا حیوانات دارد.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان «Biomimetic olfactory chips based on large-scale monolithically integrated nanotube sensor arrays» در نشریه Nature Electronics منتشر شده است.

محققان در سراسر جهان به دنبال تقلید از سیستم بویایی بیولوژیکی برای تشخیص مؤثر مخلوط بو‌ها بوده و در این مسیر انواع بینی‌های مصنوعی را ساخته‌اند. یکی از چالش‌های اصلی آن ها، دشواری کوچک سازی سیستم و افزایش قابلیت‌های تشخیص در تعیین گونه‌های دقیق گاز و غلظت آن ها در مخلوط‌های بو است.

برای حل این مشکل محققان تراشه‌ای ساختند که حاوی انواع مختلف حسگر‌ها روی یک ساختار نانومتری است. با استفاده از هوش مصنوعی، این تراشه می‌تواند حساسیت بالایی نسبت به انواع گاز‌ها داشته باشد به طوری که با کارایی بالا می‌تواند مخلوط گاز‌ها را از هم تمییز دهد. آن ها این تراشه را برای تشخیص ۲۴ بوی مختلف طراحی کرده‌اند. این گروه، تراشه خود را روی یک سگ روبات قرار دادند و در نهایت سیستمی ارائه کردند که می‌تواند در فضای تاریک هدف مورد نظر را پیدا کند.

این تراشه‌های بویایی مصنوعی نه تنها کاربرد‌های گسترده در سیستم‌های مصنوعی و حسگری الکترونیکی در فرآیند مواد غذایی، محیط زیست، پزشکی و صنعتی و … دارد، بلکه می‌تواند در روبات‌ها و دستگاه‌های هوشمند قابل حمل استفاده شود و در ماموریت‌های گشت امنیتی و عملیات نجات استفاده شود.

در حال حاضر دیجیتالی شدن در حوزه‌های مختلف به سرعت در حال انجام است، اما در بخش بو به دلیل فقدان حسگر‌های کارآمد هنوز فضا‌های دست نخورده زیادی وجود دارد. این دستاورد محققان می‌تواند به تسریع حرکت در این مسیر کمک کند.

ساخت دستگاه نانودیالیز

محققان دستگاه نانودیالیزی ساختند که از آن می‌توان برای اندازه‌گیری و پیمایش مواد شیمیایی درون بافت‌های بدن استفاده کرد.

به تازگی حسگر نانویی ساخته شده که می‌تواند فضاهایی هزار برابر کوچکتر از حسگرهای فعلی را بررسی کرده و کوچک‌ترین تغییرات مواد شیمیایی در بافت‌ها را شناسایی کند.

این نانوحسگر سیلیکونی که در دانشگاه ایلینویز ساخته شده است، از روش‌های تولید حوزه میکروالکترونیک بهره‌مند شده است. اندازه کوچک آن، این حسگر را قادر می سازد تا محتوای شیمیایی را با کارایی نزدیک به ۱۰۰ درصد در فضاهایی بسیار کوچک در بافت ، در کسری از ثانیه جمع کند.

یوری والسوف از محققان این پروژه می‌گوید: «با دستگاه نانودیالیز، ما روشی به منظور مطالعه بافت‌ها ارائه می‌دهیم. این دستگاه با کمک روش‌های میکروالکترونیک و با استفاده از سیلیکون تولید شده است.»

نانودیالیز دارای یک کاوشگر با یک غشای نازک است که به بافت بیولوژیکی وارد می شود. مواد شیمیایی از غشای به مایعی منتقل می‌شود که این مایع در ادامه برای تجزیه و تحلیل به بیرون پمپ می‌شود. توانایی نمونه برداری مستقیم از بافت، تأثیر عمده ای در زمینه‌هایی مانند علوم اعصاب، فارماکولوژی و پوست دارد.

میکرودیالیز سنتی محدودیت هایی دارد. برای مثال پروب در ابعاد چند میلی متر مربع بوده، بنابراین مناطق نسبتاً بزرگ در بافت قابل پیمایش است. همچنین ابعاد بزرگ پروب موجب می‌شود که به بافت آسیب برسد و پمپ مایع به خارج نیز با سرعت بالایی انجام می‌شود که بر کارایی و صحت نتایج اثر می‌گذارد. اما این دستگاه جدید، کوچک و قابل حمل بوده و می‌توان آن را با کمترین آسیب استفاده کرد. ابعاد کوچکتر به معنای دقت بیشتر بوده و وضوح مکانی و زمانی نیز بهبود می‌یابد.

مهمترین ویژگی نانودیالیز سرعت کم جریان مایع پمپ شده از طریق کاوشگر است. این دستگاه با ایجاد سرعت جریان ۱۰۰۰ برابر کندتر از میکرودیالیز سنتی، مواد شیمیایی از منطقه‌ای ۱۰۰۰ برابر کوچکتر از روش‌های سنتی را جمع آوری می‌کند و در عین حال ۱۰۰ ٪ راندمان را حفظ می‌کند.

یوری والسوف می‌گوید: «کاهش چشمگیر سرعت جریان، به مواد شیمیایی پخش شده در پروب اجازه می‌دهد تا غلظت مواد خارج شده از بافت حالت طبیعی خود را حفظ کند. تصور کنید که رنگ را با لوله ای با آب روان اضافه می کنید. اگر جریان خیلی سریع باشد، رنگ به غلظت هایی که تشخیص آن دشوار است رقیق می شود.»
محققان از روش‌های توسعه یافته برای تولید تراشه الکترونیکی برای ایجاد این دستگاه استفاده کردند.