از فرآیند تبدیل زغال سنگ و تغییرات آن تا محاسبات وابسته به دی ان ای و تولید دارو در فضا، این موارد نمونه هایی از اکتشافاتی هستند که بستر لازم را برای فناوری های نوین در دهه های آینده فراهم خواهند کرد.
در هنگام فکر کردن به آلبرت اینشتین، به احتمال زیاد اولین موردی که در ذهن تان می آید، نظریه نسبیت است که او در شکل گیری آن نقش بسزایی داشت. اما ممکن است تعجب کنید که او به خاطر این نظریه، جایزه نوبل را دریافت نکرده است. بلکه این افتخار به دلیل کشف اثر فوتوالکتریک نصیب وی شد. ممکن است نام این اثر را نشنیده باشید، اما تأثیرات آن را به طور روزمره شاهد هستید و این کشف، سنگ بنای تکنولوژی هایی همچون پنل های خورشیدی، تصویربرداری های پزشکی و دوربین های دیجیتال مدرن به شمار می آید.
بنابر گزارش فورس، بسیاری از فناوری هایی که امروزه به آنها وابسته ایم، حاصل پیشرفت های کوچک تری در علم و مهندسی هستند که سال ها یا حتی دهه ها پیش به وقوع پیوسته اند. در سراسر جهان، دانشمندان و مهندسان به طور مداوم در حال گسترش مرزهای دانش و کشف های جدیدی هستند که می تواند شکل دهنده آینده ای متفاوت باشد. در اینجا به پنج نوآوری برجسته در سال ۲۰۲۴ خواهیم پرداخت.
یک گام به سوی رایانه های مبتنی بر دی ان ای
از دهه ۱۹۹۰، پژوهشگران قابلیت های استفاده از دی ان ای برای انجام محاسبات را بررسی کرده اند، که از نظر نظری می تواند مزایای قابل توجهی از جمله کاهش نیاز به انرژی، پردازش موازی و ذخیره سازی اطلاعات فراهم آورد.
به عنوان نمونه، یک گرم دی ان ای می تواند تا حدود ۱۰ میلیون ساعت محتوای ویدئویی را در خود جای دهد؛ چیزی که در حال حاضر به یک سرور کامل نیازمند است. اگرچه رایانه مبتنی بر دی ان ای هنوز به مرحله عملیاتی نرسیده است، اما در سال جاری پیشرفت های قابل توجهی در این زمینه به وقوع پیوسته که ما را به آن نزدیک تر می کند.
در ماه اوت، گروهی از محققان دانشگاه جان هاپکینز و دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی مقاله ای را منتشر کردند که به طور اساسی اولین رایانه دی ان ای در نوع خود را به نمایش گذاشت که نه تنها قادر به انجام محاسبات بود، بلکه امکان دسترسی، افزودن و ویرایش داده ها را نیز فراهم می کرد. پژوهشگران توانستند از نمونه اولیه ی خویش برای حل مسائل ساده ای در بازی هایی نظیر شطرنج و سودوکو بهره برداری کنند.
پیشرفت دیگری در زمینه محاسبات دی ان ای نیز در سال جاری به وقوع پیوست. در ماه اکتبر، دانشمندان دانشگاه پکن مقاله ای ارائه کردند که نشان می دهد از دی ان ای به منظور ذخیره سازی اطلاعات در کد دودویی بهره برده و آن را با زبان های برنامه نویسی معمولی سازگارتر کرده اند. سوال اینجاست که کاربرد عملی این روش چیست؟ این کار به معنای کاهش نیاز به پژوهشگران آموزش دیده و تجهیزات تخصصی ای است که معمولاً برای چنین محاسباتی ضروری است و بدین ترتیب، دی ان ای به ابزاری ساده برای ذخیره سازی اطلاعات تبدیل می شود.
دانشمندان موفق به تولید نسخه ای واقعی از مایع تار مرد عنکبوتی شدند
در داستان های مصور، مایع تار مرد عنکبوتی به عنوان ماده ای فوق العاده و چندمنظوره شناخته می شود که می تواند به صورت مایع نگهداری شده، به اشیاء بچسبد و وزن های سنگینی را تحمل کند. در ماه اکتبر، محققان دانشگاه تافتز به استخراج الیاف از پیله پروانه ابریشم پرداخته و با افزودن مواد شیمیایی، مایعی را ایجاد کردند که هنگام فشرده شدن از سوزن و قرار گرفتن در معرض هوا، سفت و سخت می شود، و در واقع نسخه واقعی این ماده را توسعه دادند. این ماده چسبنده قادر به چسبیدن به اجسام بوده و بیش از ۸۰ برابر وزن خود را تحمل می کند.
گام بعدی برای پژوهشگران، تقویت استحکام این ماده است؛ چرا که ابریشم واقعی مرد عنکبوتی حدود ۱۰۰۰ برابر قوی تر از نسخه ساخته شده است. با این وجود، این ماده می تواند برای کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گیرد.
تولید دارو در فضا و انتقال آنها به زمین
در ماه مارس سال جاری، استارت آپ وردا اسپیس (Varda Space Industries) واقع در کالیفرنیا اعلام کرد که موفق به تولید داروی اچ آی وی (HIV) به نام ریتوناویر در یک آزمایشگاه کوچک و خودکار در فضا شده است. این شرکت همچنین توانسته داروها را با موفقیت به زمین بازگرداند که این امر نقطه عطفی را در نشان دادن پایداری داروهای تولید شده در شرایط میکروگرانش، هنگام بازگشت به زمین، به همراه دارد.
تولید داروها در مدار امکان کنترل دقیق تری بر فرآیند کریستالیزاسیون که در اکثر داروهای ساخته شده وجود دارد، فراهم می کند. این سطح از کنترل می تواند تفاوت های اساسی در نحوه عرضه دارو، چه به صورت قرص و چه به صورت وریدی، ایجاد نماید. به همین دلیل است که بزرگ ترین کارخانه های داروسازی نیز آزمایش های مشابهی را در ایستگاه فضایی بین المللی انجام داده اند.
فضاپیمای وردا به دلیل خودکار بودن، مزیتی نسبت به ایستگاه فضایی بین المللی دارد، چراکه نیازی به حضور فضانوردان ندارد. رئیس این شرکت در اوایل سال جاری تأکید کرد که این بدان معناست که آنها به برنامه پرواز فضانوردان ناسا وابسته نیستند و به این ترتیب، هزینه های مربوطه به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
ترسیم فرآیند سلولی می تواند به درمان های جدیدی برای بیماری ها منجر شود
یک دهه زمان برد، اما در ماه اکتبر، دانشمندان مرکز تنظیم ژنومی بارسلون نقشه ای از «اسپلایسئوسوم» یا «پیرایشگر» انسانی منتشر کردند. این جزء سلولی وظیفه خواندن و ویرایش دی ان ای فرد به منظور تولید پروتئین های مختلف را بر عهده دارد. بیش از ۹۰ درصد از ژن های انسانی از طریق این مکانیزم ویرایش می شوند، که به مراتب پیچیده تر از آنچه قبلاً تصور می شد، می باشد.
این طرح ها برای یکی از کلیدی ترین فرآیندهای سلولی، گام مهمی در جهت تولید داروهای نوین به شمار می روند. خطاهای مربوط به اسپلایسوم با طیف وسیعی از بیماری ها همبسته است؛ از جمله اختلالات عصبی مانند پارکینسون، اختلالات ژنتیکی و انواع مختلف سرطان. اکنون که دانشمندان به نقشه ای دقیق از نحوه عملکرد هر جزء آن دست پیدا کرده اند، ممکن است بتوانند اهداف نوینی برای توسعه دارو شناسایی کنند.
باتری خودروی برقی بعدی شما ممکن است به طور جزئی از زغال سنگ تشکیل شده باشد
یکی از مؤلفه های حیاتی در باتری های لیتیوم یون، گرافیت است، که انتظار می رود در دهه ۲۰۳۰ به علت تقاضای رو به افزایش خودروهای الکتریکی با کمبود مواجه شود. در حال حاضر، جهان به چین وابسته است، که تقریباً ۸۰ درصد از این ماده را تولید می کند. چین علاوه بر معادن، امکانات تولیدی دارد که می تواند گرافیت را به شکل مصنوعی تولید نماید، فرآیندی که در حال حاضر هزینه بر است.
در ماه دسامبر، پژوهشگران آزمایشگاه ملی اوک ریج راهی برای پیشگیری از این کمبودها پیدا کردند. آنها دو فرایند جدید را توسعه داده اند که قادر به تبدیل زغال سنگ به گرافیت هستند.
اولین فرآیند شامل تبدیل زغال سنگ در حالت جامد با استفاده از یک واکنش الکتروشیمیایی است. دیگری یک شکل مایع از زغال سنگ به نام دوغاب را فیلتر کرده و سپس آن را به طور الکتروشیمیایی پردازش می کند تا گرافیت را تولید کند. هر دو روش در مقایسه با تکنیک های مرسوم، انرژی کمتری مصرف می کنند و این ویژگی آنها را به گزینه ای مقرون به صرفه تبدیل می نماید.
این پیشرفت، نویدبخش آینده ای امیدوارکننده برای مناطقی است که زغال سنگ همچنان بر اقتصاد آنها حاکم است، چرا که جهان در حال حرکت به سمت انرژی های تجدیدپذیر است.