تبدیل نورخورشیدوآب به سوخت هیدروژنی
یک جرعه ازجهان دانش
بهارسادات موسوی
[ گزارش ازپژوهش های تازه ]
دانشمندان ژاپنی ابزار جدیدی برای تبدیل آب به سوخت هیدروژنی با استفاده از نور خورشید ابداع کرده‌اند.این فناوری جدید با استفاده از یک فوتوکاتالیست ویژه می‌تواند به عرضه سوخت هیدروژن ارزان‌تر ، فراوان‌تر و پایدار برای کاربردهای مختلف کمک کند.
در حال حاضر ، بیشتر هیدروژن آزاد از مواد اولیه گاز طبیعی به دست می‌آید ، به این معنی که دور شدن از سوخت‌های فسیلی برای این گزینه سبزتر یک گزینه نیست. با این حال ، این روش جدید با انرژی خورشیدی که به راحتی ساخته می‌شود ، می‌تواند برای تبدیل شدن هیدروژن به یک جایگزین در آینده ، حیاتی باشد.
پروفسور کازوناری دومن(Kazunari Domen) از دانشگاه شینشو(Shinshu) و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید : تجزیه آب تحت نور خورشید با استفاده از فوتوکاتالیست‌ها یک فناوری ایده‌آل برای تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی خورشیدی به شیمیایی است و پیشرفت‌های اخیر در مواد و سیستم‌های فوتوکاتالیستی امیدها را برای تحقق آن افزایش می‌دهد. وی افزود: با این حال، چالش‌های زیادی باقی مانده است.
اصل اساسی در پس این فرآیند جدید ، تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن است. این فرآیند در حالی که ساده به نظر می‌رسد ، انرژی‌بر است و به یک کاتالیزور و در این مورد ، کاتالیزورهای خاصی به نام فوتوکاتالیست نیاز دارد. این کاتالیزورها هنگامی که در معرض نور قرار می‌گیرند ، واکنش‌های شیمیایی را تسهیل می‌کنند و آب را به قطعات تشکیل دهنده خود تجزیه می‌کنند. این مفهوم جدید نیست ، اما اکثر موارد موجود ، به اصطلاح «یک مرحله‌ای» و ناکارآمد هستند و نرخ تبدیل انرژی خورشید به هیدروژن ناچیز است.
سیستم برانگیختگی دو مرحله‌ای پیچیده‌تر دیگری نیز وجود دارد که کارآمدتر است. در این سیستم‌ها ، یک فوتوکاتالیست از آب ، هیدروژن تولید می‌کند، در حالی که دیگری اکسیژن تولید می‌کند.
تیم ژاپنی این فرآیند دوم «دو مرحله‌ای» شکافت آب را انتخاب کرد. دکتر تاکاشی هیساتومی(Takashi Hisatomi) از دانشگاه شینشو یکی دیگر از نویسندگان مطالعه گفت : فناوری تبدیل انرژی خورشیدی نمی‌تواند در شب یا در آب و هوای بد کار کند اما با ذخیره انرژی نور خورشید به عنوان انرژی شیمیایی مواد سوختی ، امکان استفاده از آن در هر زمان و هر مکان وجود دارد.
محققان با بهره‌برداری از یک راکتور ۱۰۰ متر مربعی به مدت سه سال ، اثبات موفقی از این مفهوم را ارائه کردند. این راکتور حتی در نور خورشید واقعی بهتر از شرایط آزمایشگاهی عمل کرد.
هیساتومی گفت : در سیستم ما با استفاده از یک فوتوکاتالیست پاسخگو به اشعه فرابنفش ، بازده تبدیل انرژی خورشیدی زیر نور طبیعی خورشید حدود یک و نیم برابر بیشتر بود.
بازده تبدیل انرژی خورشیدی می‌تواند در مناطقی که نور طبیعی خورشید دارای طول موج کوتاه بیشتری است ، بالاتر باشد. با این حال ، در حال حاضر بازدهی در زیر نور استاندارد شبیه‌سازی شده خورشید در بهترین حالت یک درصد است و در زیر نور طبیعی خورشید بازده به پنج درصد هم نمی‌رسد. محققان برای پیشبرد این فناوری و شکستن این سد پنج درصدی به توسعه فوتوکاتالیست‌های کارآمدتر و ساخت راکتورهای آزمایشی بزرگ‌تر نیاز دارند.
دومن توضیح داد : مهم‌ترین جنبه‌ای که باید توسعه یابد ، کارایی تبدیل انرژی خورشیدی به شیمیایی توسط فوتوکاتالیست‌هاست. اگر به سطح عملی ارتقا یابد ، بسیاری از محققان به طور جدی روی توسعه فناوری تولید انبوه ، فرآیندهای جداسازی گاز و ساخت نیروگاه‌ها در مقیاس بزرگ کار خواهند کرد. این امر همچنین باعث تغییر رویکرد افراد از جمله سیاستگذاران در مورد تبدیل انرژی خورشیدی و تسریع توسعه زیرساخت‌ها ، قوانین و مقررات مربوط به سوخت خورشیدی خواهد شد.
شکستن هک کوانتومی با کریستال‌های معیوب
دانشمندان کره جنوبی از نقص‌های کریستالی برای رمزگذاری ایمن بهره برده‌اند و راه را برای حفاظت از داده‌های کوانتومی هموار کرده‌اند. این دانشمندان دستگاه جدیدی ابداع کرده‌اند که ممکن است کلید امنیت آینده دیجیتالی ما را در برابر تهدید احتمالی هک کوانتومی داشته باشد. این نوآوری که برای ایجاد خطاهای کنترل‌شده طراحی شده است ، می‌تواند اجرای رمزنگاری پساکوانتومی عملی و قوی را امکان‌پذیر سازد و از داده‌های حساس رایانه‌های کوانتومی قوی در برابر هک شدن محافظت کند.
به گزارش ادونسد ساینس نیوز ، به دنبال پیشرفت محاسبات کوانتومی با سرعت بی‌سابقه ، صنایع از حوزه بهداشت و درمان به علم مواد روی خواهند آورد. از سوی دیگر ، این پیشرفت‌ها ممکن است پروتکل‌های رمزگذاری سنتی محافظ ارتباطات ایمن را در سراسر جهان تهدید کنند.
دانشمندان برای مقابله با این چالش ، در حال بررسی رمزنگاری پساکوانتومی هستند که یک رویکرد پیشرفته برای امنیت داده‌هاست. این نشان‌دهنده یک گام مهم رو به جلو است که دنیای دیجیتالی ایمن‌تر و مقاوم‌تر را در حوزه کوانتوم نوید می‌دهد.
امروزه رمزگذاری بر مسائل ریاضی اتکا دارد که حل آن ها با کلید درست آسان است اما بدون آن از نظر محاسباتی غیر ممکن خواهد بود. هنگام رد و بدل شدن پیام‌های رمزگذاری‌شده دو طرف ، یک کلید مشترک تضمین می‌کند که فقط آن ها از عهده رمزگشایی اطلاعات برمی‌آیند. با وجود این ، رایانه‌های کوانتومی در حال تغییر دادن قوانین هستند.
الگوریتم‌هایی مانند «الگوریتم شور»(Shor’s algorithm) که به طور ویژه برای سیستم‌های کوانتومی طراحی شده‌اند ، در فاکتورگیری اعداد بزرگ برتری دارند. این کار ستون فقرات طرح‌های رمزنگاری مدرن را تشکیل می‌دهد. اگرچه رایانه‌های معمولی برای شکستن این رمزگذاری به زمان غیر عملی نیاز دارند که بیشتر از سن جهان است اما یک رایانه کوانتومی به اندازه کافی پیشرفته می‌تواند این کار را در عرض چند ثانیه انجام دهد و روش‌های رمزگذاری پرکاربرد را منسوخ کند. این امر به توسعه روش‌های ارتباطی کوانتومی مانند توزیع کلید کوانتومی انجامیده است. این روش‌ها از اصول مکانیک کوانتومی برای ایجاد رمزگذاری غیر قابل شکستن استفاده می‌کنند. با وجود این ، توزیع کلید کوانتومی به سخت‌افزار تخصصی مانند منابع تک‌فوتونی نیاز دارد که تولید قابل اعتماد آن در مقیاس بزرگ چالش‌برانگیز است. راه حل ممکن است در حوزه رمزنگاری پساکوانتومی نهفته باشد که به توسعه الگوریتم‌های رمزگذاری اختصاص داده شده است و می‌تواند بدون اتکا به سخت‌افزار کوانتومی تخصصی در برابر حملات کوانتومی مقاومت کند.
یکی از امیدوارکننده‌ترین روش‌ها ، معرفی عمدی خطاهای ویژه است که معمولا به عنوان «نویز گاوسی»(Gaussian noise) شناخته می‌شوند. این خطاهای عمدی ، اطلاعات را برای رایانه‌های کوانتومی غیر قابل درک می‌کنند اما کاربران قانونی مجهز به اطلاعات از پیش منتشرشده می‌توانند به راحتی نویز را معکوس کنند تا پیام اصلی را به دست بیاورند.
به رغم ظرافت نظری این روش ، اجرای کارآمد آن چالش‌های مهمی را به همراه دارد. رویکردهای مبتنی بر نرم‌افزار برای تولید نویز گاوسی ، منابع فشرده هستند و توان محاسباتی و حافظه قابل‌توجهی را مصرف می‌کنند. این محدودیت ، پژوهشگران را به کشف راه‌حل‌های سخت‌افزاری سوق داده است.
«سونگهو کیم»(Sungho Kim) پژوهشگر «دانشگاه زنان اوها»(Ewha Womans University) در کره جنوبی و گروهش ، یک رویکرد پیشرفته را ابداع کرده‌اند. آن ها یک مولد نویز گاوسی مبتنی بر سخت‌افزار را با استفاده از خواص منحصربه‌فرد دی‌سولفید قلع توسعه داده‌اند که یک ماده دوبعدی با رفتار الکترونیکی جذاب است.
نقص در ساختار کریستالی دی‌سولفید قلع ، ناشی از اتم‌های ازدست‌رفته یا لایه‌های نامنظم موسوم به تله‌های بزرگ است که یک نقش کلیدی را ایفا می‌کنند. این تله‌ها رفتار الکترون‌های مجاور را تغییر می‌دهند و حالت‌های کوانتومی را ایجاد می‌کنند که بر سیگنال‌های الکتریکی در حال عبور از ماده تأثیر می‌گذارند.
هنگامی که تله‌ها در معرض پالس‌های الکتریکی دقیق قرار می‌گیرند ، الکترون‌ها را جذب و آزاد می‌کنند و نوساناتی را در جریان الکتریسیته به وجود می‌آورند. پژوهشگران نشان دادند که این نوسانات بدون نیاز به الگوریتم‌های پرهزینه محاسباتی ، نویز گاوسی ایده‌آل را برای رمزگذاری تولید می‌کنند.
پژوهشگران در مقاله این پروژه نوشتند : اجرای خطاهای توزیع‌شده گاوسی به دلیل بار محاسباتی و حافظه چالش‌برانگیز است. بنابراین، این پژوهش یک نمونه‌گیر خطای گاوسی را پیشنهاد می‌کند که ویژگی‌های گاوسی ذاتی دستگاه را در مقیاس نانومتر به کار می‌برد. نمونه‌گر خطای گاوسی پیشنهادی به طور قابل توجهی بار محاسباتی و حافظه را کاهش می‌دهد.
۶
تحریک عمیق مغز ، یک مرد فلج را درمان کرد
یک حادثه در اسکی باعث شد ولفگانگ جگر ۵۴ ساله در سال ۲۰۰۶ فلج شود. او از زمان این آسیب نخاعی روی صندلی چرخدار نشسته است ، اما به لطف یک درمان جدید ، او به آرامی در حال بازیابی تحرک خود و انجام پیاده‌روی در مسافت‌های کوتاه است.
به گزارش ایسنا ، جگر (Wolfgang Jäger) در کارآزمایی بالینی آسیب نخاعی (SCI) که توسط مؤسسه فناوری فدرال سوئیس (EPFL) و بیمارستان دانشگاه لوزان (CHUV) انجام شد ، شرکت کرد.
به نقل از آی‌ای ، در این کارآزمایی بالینی ، شرکت‌کنندگان تحریک عمیق مغزی (DBS) را در ناحیه شگفت‌انگیز مغز به نام هیپوتالاموس جانبی (LH) دریافت کردند.
مدت ها تصور می‌شد که این منطقه فقط در عملکردهای اساسی مانند تغذیه نقش دارد. اما اکنون مشخص شده است که با کنترل حرکت پاها و حتی بازیابی حرکتی مرتبط است. در کمال تعجب ، نتایج ، بهبود قابل توجهی را در عملکرد اندام تحتانی در افراد تحت کارآزمایی نشان داد. این درمان ، توانایی راه رفتن شرکت کنندگان را بدون نیاز به هیچ کمکی افزایش داد.
جگر می‌گوید : سال گذشته در تعطیلات ، مشکلی نداشتم که چند پله پایین بروم و با استفاده از تحریک مغزی به دریا برسم. او افزود : همچنین می‌توانم به چیزهایی در کمدهایم در آشپزخانه دسترسی داشته باشم.
تحریک عمیق مغزی یک روش جراحی مغز و اعصاب است که برای درمان اختلالات حرکتی مانند بیماری پارکینسون استفاده می‌شود. این روش شامل کاشت الکترودهایی برای تعدیل فعالیت عصبی برای کنترل حرکت می‌شود.
این رویکرد جدید شامل استفاده از تحریک عمیق مغزی در هیپوتالاموس جانبی برای درمان فلج نسبی است. با تحریک این ناحیه ، محققان توانسته‌اند مسیرهای عصبی خفته را بیدار کنند.
اثرات تحریک عمیق مغزی هم فوری و هم طولانی مدت بود. به عنوان مثال ، این درمان بلافاصله توانایی راه رفتن را در طول توانبخشی بهبود بخشید. علاوه بر این ، منجر به بهبود پایدار در عملکرد حرکتی شد.
این درمان باعث سازماندهی مجدد رشته‌های عصبی باقیمانده شد که پس از آسیب زنده می‌مانند. این فرآیند منجر به بهبودهای عصبی پایدار شد.
گرگوار کورتین ( Grégoire Courtine ) ، استاد دانشگاه علوم اعصاب، می‌گوید : ما دریافتیم که چگونه می‌توان به ناحیه کوچکی از مغز که در تولید راه رفتن نقشی ندارد ، ضربه زد تا این اتصالات باقیمانده را درگیر کنیم و بهبودی عصبی را در افراد مبتلا به آسیب نخاعی تقویت کنیم.
برای این جراحی ابتدا اسکن دقیق مغز بیماران انجام شد. اسکن‌ها امکان قرار دادن دقیق الکترودهای کوچک را در ناحیه مغز فراهم کردند. پس از این ، در حالی که بیمار کاملا هوشیار بود ، تحریکات انجام شد. در طول تحریک ، بیماران در لحظه ، بازخورد ارائه کردند.
به عنوان مثال ، اولین بیمار بلافاصله گزارش کرد که پاهای خود را احساس می‌کند و افزایش تحریک او را بر آن داشت که بگوید : من میل به راه رفتن را احساس می‌کنم!
جوسلین بلوخ ( Jocelyne Bloch ) ، جراح مغز و اعصاب و پروفسور در بیمارستان دانشگاه لوزان ( CHUV ) ، می‌گوید : این بازخورد بلادرنگ تأیید کرد که ما منطقه درست را هدف قرار داده‌ایم ، حتی اگر این منطقه هرگز با کنترل پاها در انسان مرتبط نبوده باشد.
محققان یک رویکرد چند مرحله‌ای را برای شناسایی نقش هیپوتالاموس جانبی در بازیابی راه رفتن ایجاد کرده‌اند.
