تبلیغات
نانو - نانو ربات‌های درمانگر و مواد هوشمند
زندگی بهتر با نانو

نانو ربات‌های درمانگر و مواد هوشمند

یکشنبه 29 آذر 1388 12:50 ق.ظ

نویسنده : iran ستوده
دكتر نادر جلیلی، استاد دانشگاه كلمسون آمریكا و مدیر تحقیقاتی آزمایشگاه مواد هوشمند و نانو این دانشگاه است.

 او به همشهری می‌گوید: من در آبان 1349 در یك خانواده فرهنگی متولد شدم. در سال 1367 در رشته مهندسی مكانیك با گرایش جامدات در دانشگاه صنعتی شریف پذیرفته شدم و4 سال بعد با درجه عالی در تمام گرایشات فارغ‌التحصیل شدم و همان سال به‌عنوان دانشجوی برتر مهندسی مكانیك از ریاست‌جمهوری وقت (هاشمی رفسنجانی) جایزه گرفتم.

در آزمون كارشناسی‌ارشد با رتبه یك رقمی در همین دانشگاه در رشته مهندسی مكانیك گرایش طراحی كاربردی قبول شدم و در سال 74 با درجه عالی و به‌عنوان شاگرد اول دانشكده مكانیك و شاگرد دوم دانشگاه در مقطع كارشناسی ارشد، مدرك خود را اخذ كردم و به همین دلیل از وزیر علوم وقت نیز (دكتر معین) جایزه نفیس دیگری دریافت كردم و به خاطر علاقه به این رشته و پشتكار زیاد از یكی از دانشگاه‌های آمریكا با بورس كامل در مقطع دكترا پذیرفته شدم و مهندسی مكانیك را ادامه دادم و در1997 میلادی (دی‌ماه 1377) موفق به اخذ مدرك دكترا با درجه ممتاز a+ شدم و بلافاصله در دانشگاه ایالتی ایلینویز به‌عنوان استاد‌یار آموزشی دانشكده مهندسی مكانیك در سن 25 سالگی به‌كارگرفته شدم. پس از یك سال و نیم و به‌دلیل موفقیت‌های علمی كسب شده به دانشگاه كلمسون آمدم و هم‌اكنون دانشیار دانشكده مهندسی مكانیك و رئیس گروه دینامیك و كنترل دانشكده و مدیر تحقیقاتی آزمایشگاه مواد هوشمند و نانو هستم.

  • در حال حاضر روی چه پروژه‌ای در حال كار هستید؟ درباره نتایج آن توضیح بفرمایید.

من به‌طور تخصصی روی مواد هوشمند كار می‌كنم. از چند سال پیش فعالیت اصلی من بر مطالعه و تحقیق روی این مواد متمركز بوده است. این تحقیقات و دستاورد‌های حاصل از آن در تشخیص بسیاری از مواد شیمیایی و بیولوژیكی مانند باكتری‌ها، ویروس‌ها و حتی DNA كاربرد وسیعی دارد. ما با استفاده از مهندسی مكانیك و بهره‌گیری از روش‌های فوق پیشرفته آنالیز ارتعاشاتی و كنترل این مواد می‌توانیم ذرات بسیار كوچك را تشخیص دهیم كه این ذرات می‌تواند طیف وسیعی از باكتری‌ها مانند ایكلای باشد كه در مواد غذایی و روده انسان به‌وفور یافت می‌شود.

همچنین در حال حاضر مشغول انجام تحقیقاتی هستیم تا این مواد و ربات‌های بسیار كوچك را با دقت كنترل كنیم و از آنها در جابه‌جایی DNA و حتی تغییر ماهیت آن و در نتیجه تغییر ماهیت سلولی استفاده كنیم. ما در آینده نزدیك با استفاده از ربات‌های بسیار كوچك در ابعادی حدود یك‌هزارم قطر موی انسان كه با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند و فرستادن آنها به داخل بدن و كنترل دقیق آنها از خارج از بدن انسان، قادر خواهیم بود

جراحی‌های فوق‌العاده مهم و پیشرفته را بدون بازكردن محل جراحی با موفقیت انجام دهیم و آنها را در جراحی‌هایی مانند باز كردن رگ‌های قلب و حتی خُردكردن برخی تومور‌ها مانند تومور مغزی به كار بگیریم. بنابراین بیشترین كاربرد نتایج پروژه من در پزشكی است ولی هم‌اكنون بخش اصلی پایه‌ای تحقیق یعنی درك و فهم رفتار‌های مواد هوشمند در حال انجام است تا با كنترل دقیق حركت، آنها در همان مسیری حركت كنند كه مد نظر ما است وهمان كاری را در آن نقطه به‌خصوص انجام دهند كه ما می‌خواهیم و این مهم‌ترین بخش كار است كه نیاز به تحقیق زیادی در زمینه مهندسی مكانیك هم از لحاظ دینامیك مواد و هم كنترل آنها دارد.

  • شما قرار است در یك كنفرانس بین‌المللی در تهران صحبت كنید، سخنرانی شما در باره چه موضوعی است؟

در27 اردیبهشت ماه امسال هفدهمین كنفرانس سالانه بین‌المللی مؤسسه مكانیك كه در دانشگاه تهران برگزار می‌شود من به‌عنوان سخنران كلیدی درباره ماهیت و چگونگی جابه‌جایی و حركت مواد هوشمند در ابعاد نانو صحبت خواهم كرد.

  • مواد هوشمند چیست؛ چرا با اینكه توسط انسان كنترل می‌شوند به این مواد هوشمند می‌گویند؟

مواد هوشمند به موادی اطلاق می‌شود كه بتوانند به تحریك‌های خارجی مثل میدان‌های الكتریكی پاسخ‌دهند به‌طوری كه ما بتوانیم با استفاده از این پاسخ‌ها رازهای نهفته درون آنها را كشف كنیم. بنابر این، این مواد قابلیت شناسایی تحریكات خارجی را دارند؛ عاملی كه باعث می‌شود اینها به تحریك‌های خارجی پاسخ دهند جفت كردن میدان‌های مختلف مثل میدان الكتریكی، مغناطیسی و مكانیكی است.

ساختار كریستالی این مواد به‌گونه‌ای است كه نیروی وارد شده از طرف یك میدان خارجی باعث تغییر شكل و ایجاد میدان الكتریكی توسط ساختار كریستالی جدید می‌شود، این میدان الكتریكی جریان الكتریكی را به‌وجود می‌آورد كه به‌عنوان پاسخ این مواد قابل مشاهده است. بنابراین به این مواد هوشمند می‌گویند؛ چون در برابر نیروی وارده از طرف ما، جواب مناسبی می‌دهند یا به زبان خود با ما سخن می‌گویند. تفاوتی كه این مواد با بقیه مواد (غیرهوشمند) دارند این است كه در این مواد به نوعی هوشمندی طبیعی نهفته است كه می‌توانند مثل موجود زنده به تحریك خارجی پاسخ مناسب بدهند.

همانطور كه اگر شما بخواهید یك موجود زنده را وادار به حركت كنید عكس‌العمل نشان می‌دهد و حتی مقاومت می‌كند، این مواد هم در برابر تحریكات خارجی وارد شده (كه به‌صورت مكانیكی، مغناطیسی و الكتریكی است) واكنش‌های مناسبی از خود بروز می‌دهند. این مواد با تبدیل 2میدان مختلف مكانیكی و مغناطیسی به میدان الكتریكی پاسخ و واكنش خود را در برابر تحریكات به ما نشان می‌دهند و این پاسخ معمولا به‌صورت تغییر و جابه‌جایی یا ایجاد جریان الكتریكی است كه ما می‌توانیم با اندازه‌گیری میزان جابه‌جایی یا جریان الكتریكی یا میزان خمیدگی آنها بفهمیم این مواد چه میزان حركت كرده‌اند و میزان پاسخ آنها چه مقدار بوده است. تحلیل و پردازش این اطلاعات می‌تواند به ما كمك كند تغییر و جابه‌جایی آنها را به‌صورت كنترل شده و مورد دلخواه انجام دهیم.

مواد هوشمند شامل 3بخش اصلی است:1- سنسور یا حسگر كه تحریك را حس می‌كند 2- بخش عملگر یا اكتیوژن كه می‌تواند حركت را انجام دهد 3- بخش مهم آنكه پردازشگر است و مغز مواد هوشمند را تشكیل می‌دهد كه با پردازش عملكرد بخش حسگر و عملگر، هماهنگی مناسبی را از نظر كارایی برای آنها رقم می‌زند.

  •  یعنی این مواد به‌طور طبیعی دارای حافظه هستند؟

حافظه پردازشگر در خود این مواد نهفته است. كوارتزها از جمله این مواد هستنند كه خواص آنها بیش از 2قرن پیش شناخته شد ولی تا‌كنون در زمینه كاربردی كردن آنها كار زیادی صورت نگرفته است. چون این مواد در ابعاد بسیار كوچك و نانو هستند. آلیاژهای مثبت نیز جزء مواد هوشمند محسوب می‌شوند؛ زیرا با تغییر حرارت می‌توانند تغییر شكل بدهند و این ویژگی كاربردهای زیادی در دانش‌های مختلف دارد. اینها موادی هستند كه حافظه دارند و می‌توانند زمان تحریك وارد شده و نیز زمان تغییرحركت صورت گرفته خود را به نوعی ثبت و نگهداری كنند وما با استفاده ازتحلیل این حافظه می‌توانیم رفتار آنها را كشف كنیم و در دانشی مانند پزشكی به كار بگیریم؛ یعنی همان كاری كه در قالب یك پروژه بزرگ تحقیقاتی به من سپرده شده است تا با مطالعه رفتار این مواد، آنها را به خدمت انسان درآوریم.

  •  آیا فقط مواد خاصی دارای ویژگی هوشمندی هستند، اصولا مواد هوشمند چه تفاوتی با سازه هوشمند دارد؟

باید توجه داشت كه سازه هوشمند متفاوت از ماده هوشمند است. مواد هوشمند به‌طور طبیعی دارای این خاصیت هستند مانند بعضی نمك‌های ساحلی، برخی آلیاژها و سنگ‌ها و كوارتز،  در حالی كه سازه‌های هوشمند توسط انسان و از مواد هوشمند ساخته می‌شوند. یعنی سازه هوشمند باید در بخشی از خود علاوه بر مواد و تركیبات دیگر مواد هوشمند داشته باشد. البته موادی مصنوعی هم وجود دارند كه تحت فرایندهای خاصی هوشمندی در آنها ایجاد می‌شود مانند مواد پی‌ایزوالكتریك یا مواد هوشمند سنتتیك كه در اثر جریان الكتریكی بسیار بالا این خاصیت در آنها ایجاد می‌شود. به عبارت بهترمواد خاصی اگر در مدت زمان زیادی تحت‌تأثیر شوك الكتریكی قرار گیرند مواد مصنوعی هوشمند را به‌وجود می‌آورند كه كاربرد‌های زیادی هم دارد و معمولا بیشتر از مواد هوشمند طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • شما برای چه مدت روی این پروژه بزرگ كار كرده‌اید و بودجه تحقیقاتی اختصاص یافته به آن چقدر بوده است؟

بنیاد علوم آمریكا 6 سال پیش(2003 ) این پروژه را به من واگذار كرد. بودجه تحقیقاتی بالایی به آن اختصاص یافت به‌گونه‌ای كه در مرحله اول در آغاز كار نیم‌میلیون دلار (500 هزار دلار) و 2سال بعد نیز نیم میلیون دلار دیگر به آن تزریق شد و به‌طور كلی تا‌كنون حدود 5/1میلیون دلار بودجه صرف تحقیقات و تامین تجهیزات اندازه‌گیری حركت این مواد، شده است.(یك سوم این بودجه به تامین تجهیزات آزمایشگاهی اختصاص یافته است.)

  • آیا در كشور‌های دیگر هم روی نانوربات‌ها كار شده است؟

بله، در اروپا و ژاپن. ولی كاری كه ما در بخش حركت و كنترل آنها انجام داده‌ایم و نوآوری‌هایی كه در این بخش ما به آن دست یافته‌ایم در حال حاضر در دنیا منحصر به فرد است. ما از نوع خاصی از مواد هوشمند و كنترلرهای ویژه‌ای برای این ربات‌ها در سیستم خود استفاده می‌كنیم كه از این نظر از گروه‌های تحقیقاتی دیگر جلوتر هستیم.

  •  در سال 2009 چه میزان بودجه تحقیقاتی در آمریكا در نظر گرفته شده است؟

برای بنیاد علوم آمریكا كه بزرگ‌ترین بودجه تحقیقاتی محض را به‌خود اختصاص می‌دهد 10 تا 12 میلیارد دلار بودجه در نظر گرفته می‌شود این بنیاد تحقیق صرف انجام می‌دهد و تحقیقات كاربردی در مراكز و سازمان‌های دیگری مانند وزارت دفاع و وزارت انرژی و سلامت انجام می‌شود. كه بودجه تحقیقاتی جداگانه‌ای دارند. به‌طور كلی در بخش پژوهش‌ها و تحقیقات پایه‌ای حدود 25 تا 30 میلیارد دلار و 2برابر این مبلغ در بخش پژوهش‌های كاربردی بودجه اختصاص می‌یابد.

  • شما در ایران تحصیل كرده‌اید و طی سال‌های اخیر نیز به ایران آمده و در دانشگاه‌های مختلف حضور داشته‌اید. به اعتقاد شما چه تفاوتی میان پروژه‌های تحقیقاتی، نحوه انجام و نیز بودجه‌های اختصاص یافته به آن در ایران و آمریكا وجود دارد؟ چرا در ایران تحقیقات كاربردی كم است یا تحقیقات كمتر به مرحله كاربردی می‌رسند؟

من دانشگاه‌های صنعتی‌شریف، تهران، امیركبیر و بعضی دانشگاه‌های شهرستان‌ها را بازدید و مشاهده كرده‌ام كه محدودیت‌های زیادی برای انجام پروژه‌های تحقیقاتی وجود دارد. البته شاید همین محدودیت‌ها در برخی موارد باعث نوآوری‌هایی شده و مثلا با بودجه‌های كمتری تحقیقات پایه‌ای خوبی صورت گرفته است ولی زمانی كه تحقیق به مرحله كاربردی شدن می‌رسد باید تجهیزات مورد نیاز وجود داشته باشد یا برای تامین آن بودجه مناسبی در نظر گرفته شود كه در این مرحله متأسفانه به خاطر بودجه‌های كم، كار به كندی و سرعت پایین پیش می‌رود و نتایج آن بسیار دیر نمایان می‌شود یا اصلا متوقف می‌شود.

به عبارت بهتر انجام تحقیقات كاربردی در ایران بسیار مشكل است در حالی كه در پروژه‌هایی كه پایه‌ای و محض است و نیازی به تجهیزات خاصی ندارد استادان و دانشجویان ایرانی بسیار خوب درخشیده‌اند و پا به‌پای دانشجویان در آمریكا پیش می‌روند. به هر حال عملیاتی كردن پروژه‌ها با محدودیت همراه است كه مانع بزرگی بر سر راه پیشرفت و توسعه ایران است.

باید سیستم پیوسته‌ای وجود داشته باشد تا یك تحقیق كاربردی شود. در غیراین صورت حاصل تحقیق فقط چاپ مقاله و فارغ‌التحصیل شدن دانشجو خواهد بود و هیچ مشكلی از جامعه رفع نخواهد كرد. یك تفاوت دیگر این است كه در آمریكا نیاز جامعه، اساس و پایه پروژه‌های تحقیقاتی را شكل می‌دهد تا دانشگاهیان با كار روی آنها نیاز جامعه را برآورده كنند، پروژه تحقیقاتی صرفا یك ایده دانشجویی یا عضو هیئت علمی نیست كه بعد از انجام تحقیقات و صرف بودجه ندانند آن را در كجا به‌كار بگیرند.

بنابراین ابتدا بنیادهای مختلف موجود مثل بنیاد علوم، در جامعه نیازسنجی می‌كنند و با اولویت‌بندی نیاز‌ها، آنها را به‌صورت پروژه‌هایی با بودجه‌های مناسب در اختیار پژوهشگران در دانشگاه‌ها قرار می‌دهند. به‌عنوان مثال جراحی بدون باز كردن و شكافتن بدن انسان یك نیاز مهم در جامعه است كه به‌عنوان پروژه تحقیقاتی تعریف و در اختیار من قرار گرفته است. به‌طور كلی كاربردی كردن یك تحقیق نیاز به یك زنجیره به هم پیوسته دارد كه در اینجا حلقه‌های زنجیر یكی بعد از دیگری وارد عمل می‌شوند و به همین دلیل تحقیقات تقریبا به سرعت كاربردی و به ‌صورت محصول نهایی وارد جامعه می‌شود.

در ایران این زنجیره به خاطر حلقه‌های مفقود شده از هم گسسته است و بنابراین بسیاری از تحقیقات خوب فقط تا مرحله چاپ مقاله پیش می‌روند و به نتیجه نمی‌رسند. من كه عضو هیئت تحریریه 2مجله معتبر علمی ( مجله مهندسان مكانیك آمریكا كه مطالب آن در زمینه دینامیك و كنترل است و مجله مهندسان برق و الكترونیك كه به چاپ مقاله در رشته مكاترونیك می‌پردازد) هستم مقالات علمی بسیار ارزشمندی از ایران دریافت می‌كنم ولی نتیجه این مقالات در جامعه ایران مشاهده نمی‌شود چون اصلا به مرحله بهره برداری نمی‌رسد.

  • چرا تبادل تجربیات و انتقال دانش نخبگان ایرانی خارج از كشور با ایران بسیار كم است؟

زیرا این امر مهم اصلا سازمان یافته و ارگانیزه  شده نیست به‌عنوان مثال من به خاطر علاقه‌ای كه به دانشجویان تشنه آموختن ایرانی دارم به جز 2سفر اخیر با هزینه شخصی آمده‌ام و از دانشگاه‌های مختلف دیدن كرده‌ام و تبادلاتی با آنها داشته‌ام ولی در اینجا دانشمندان ایرانی زیادی هستند كه به دلایل مختلف فرصت انتقال تجربیات و اطلاعات به آنها داده نمی‌شود یعنی سیستم خاص یا پایگاه‌های اطلاعاتی وجود ندارد كه این افراد نخبه خارج از ایران و قابلیت‌هایشان به‌طور رسمی شناسایی و از آنها دعوت به همكاری شود و سفرهای مطالعاتی و تحقیقاتی با تسهیلات بیشتری صورت گیرد.

اگر سیستم یكپارچه مدیریتی مناسبی وجود داشته باشد كه زمانی كه‌ این استادان و متخصصان در ایران هستند در یك چارچوب مشخص و با پرداخت هزینه مناسب از دانش آنها استفاده شود یا دعوت به تدریس شوند دانشجویان مستعد و متخصصان و استادان ایرانی از دانش هموطنانشان در خارج از كشور بهره‌مند خواهند شد و این انتقال اطلاعات صورت خواهد گرفت.

 اگر این ارتباط به‌صورت رسمی و از بالا و به‌طور منظم انجام گیرد باعث افزایش ارتباطات علمی با ایرانیان خارج از كشور می‌شود كه نتیجه بسیار خوبی در پی خواهد داشت. این كار نیاز به مدیریت خوب دارد نه سرمایه زیاد. فكر می‌كنم در میان مسئولان رده بالا یا حتی بخش خصوصی باید همت زیادی به‌وجود‌آید تا این ارتباط افزایش و به‌طور مرتب و منظم تداوم یابد و از پراكندگی و غیرمتمركز بودن آن جلو‌گیری شود.




دیدگاه ها : نظرات
آخرین ویرایش: - -