اختراعات سال ۲۰۲۱ که زندگی بشر را متحول خواهند کرد
گرچه افراد سراسر جهان در سال ۲۰۲۱ به دلیل شیوع گسترده ویروس کرونا و سرک کشیدن این ویروس منحوس در سراسر جهان، سالی تقریبا ناخوشایند را سپری کردند و دانشمندان نیز به دنبال درمانی برای نابودی ویروس کرونا بوده و هستند؛ اما باید گفت مسیر فناوری حتی با وجود این ویروس همچنان هموار بوده و امسال نیز همانند گذشته محققان موفق به ثبت اختراعات متنوعی شده‌اند.
ماهنامه آمریکایی "پاپیولار ساینس" اخیرا چندین اختراع برتر سال اخیر در حوزه‌های مختلف را منتشر کرده است که در اینجا به معرفی ۱۶ اختراع که در نوع خود می‌تواند زندگی بشر را متحول سازد، پرداخته‌ایم.
درمان پیری زودرس در کودکان
داروی زوکینوی(Zokinvy) اولین درمان تایید شده توسط سازمان غذا و دارو آمریکا برای پیری زودرس یا پروگریا(Progeria) که همچنین با عنوان سندرم هاچینسون-گیلفورد پروگریا و سندرم هاچینسون-گیلفورد نیز شناخته می‌شود، است. پیری زودرس یک وضعیت بسیار نادر ژنتیکی است که در آن علائم و نشانه‌های پیری و کهولت در سنین بسیار کم تجلی می‌نمایند. کودکان مبتلا به این اختلال ژنتیکی معمولا در اوایل نوجوانی به دلیل بیماری قلبی جان خود را از دست می‌دهند اما آزمایش‌های اخیر نشان داده است آن دسته از کودکانی که داروی زوکینوی(Zokinvy) را مصرف کرده‌اند، به طور متوسط ۲.۵ سال بیشتر عمر می‌کنند. این اختلال ژنتیکی موروثی نیست اما ناشی از جهش ژنتیکی است و موجب تجمع مضر در سلول‌های پروتئینی به نام پروگرین می‌شود. داروی زوکینوی مانع تجمع این پروتئین می‌شود.
اولین آزمایش خانگی کووید- ۱۹
واکسن‌ها تا حد زیادی خطر ابتلا و انتشار کووید-۱۹ را کاهش می‌دهند، اما بهترین راه نیستند. آزمایش کووید-۱۹ در خانه "Ellume" اولین آزمایش خانگی کووید-۱۹
بود که مجوز سازمان غذا و دارو آمریکا را دریافت کرد و به مصرف‌کنندگان این امکان را می‌داد تا وضعیت ابتلای خود به کووید-۱۹ را بدون مراجعه به پزشک بررسی کنند. این آزمایش شامل یک سواب بینی، یک قطره چکان، مایع پردازش و یک آنالیزور است. یک برنامه نیز کاربران را جهت استفاده از آن راهنمایی می‌کند. کاربران باید آنالیزور را از طریق بلوتوث وصل کنند، سپس مایع پردازش را در قطره چکان خالی کنند و سواب بینی را در هر دو سوراخ بینی فرو کنند سپس سواب را به قطره چکان وصل کرده و پنج قطره روی آنالیزور بچکانند و ۱۵ دقیقه منتظر بمانند تا از نتیجه آزمایش باخبرشوند.
سی تی اسکن هوشمند
سی تی اسکن تصاویر دقیقی از داخل بدن انسان ارائه می‌دهد که به تشخیص و ردیابی بیماری و آسیب کمک می‌کند. اسکنرهای معمولی با ترکیب کل انرژی حاصل از چندین اشعه ایکس، چند تصویر ایجاد می‌کنند. در طی این فرآیند، بخشی از انرژی حاصل از اشعه ایکس از دست می‌رود که این امر به وضوح کمتر تصاویر منجر می‌شود. اسکنر جدید شرکت آلمانی نامی زیمنس که " Naeotom Alpha" نام دارد، مجهز به آشکارسازهایی است که فوتون‌هایی که برای اندازه‌گیری ذرات نوری وارد بدن می‌شوند را محاسبه می‌کنند و این امر به تصاویر واضح‌تر و دارای کنتراست بالاتر از عملکرد درونی بدن منجر می‌شود.
ردیاب هوشمند اپل
اِیرتَگ(AirTag) یک دستگاه ردیابی است که توسط شرکت اپل توسعه یافته‌است. ایرتگ طوری طراحی شده‌است که مانند کلیدیاب، در یافتن کلیدها و سایر موارد با بهره‌گیری از فناوری پهنای باند فوق وسیع امکان پیدا شدن آنها را در برنامه‌ای به نام Find My ارائه دهد. این ردیاب برای ردیابی لوازمی مانند کلیدها، کیف پول و لوازمی از این قبیل که بیشتر در معرض گم شدن هستند طراحی شده است.
ویژگی‌های نسل سوم حلقه هوشمند اورا
حلقه هوشمند نسل سوم شرکت "اورا"(Oura) قابلیت ردیابی خواب و حتی میزان سلامت باروری فرد را دارد. حلقه هوشمند اورا می‌تواند داده‌های فیزیولوژیکی مانند درجه حرارت بدن، تغییر ضربان قلب، ضربان قلب در حال استراحت، ضربان تنفس و الگوهای خواب را جمع‌آوری کند. اورا می‌تواند فعالیت، سلامت و خواب کاربر را مورد بررسی قرار دهد. این حلقه هوشمند، کیفیت خواب روزانه کاربر را تعیین می‌کند و اطلاعاتی در مورد کیفیت استراحت، ضربان قلب و میزان حرکت او ارائه می‌دهد که کاربران می‌توانند این اطلاعات را از طریق یک برنامه در گوشی هوشمند خود مشاهده کنند. نسل سوم این حلقه می‌تواند از نوسانات رخ داده در گرمای بدن کاربران برای پیش‌بینی زمان شروع قاعدگی آنها تا ۳۰ روز قبل از آغاز قائدگی استفاده کند.
توسعه سمعک‌هایی با قابلیت تنظیم صدا
"سازمان غذا و دارو آمریکا"(FDA) اخیرا یک سمعک را به تایید رساند که صدای آن می‌تواند توسط خود کاربر تنظیم شود. تولید کننده این سمعک شرکت "بوز"(Bose) است و کاربران آن می‌توانند تنظیمات سمعک را در زمان واقعی و از طریق یک اپلیکیشن موبایل انجام دهند. "مالوینا ایدلمن"(Malvina Eydelman) مدیر بخش چشم و گوش سازمان غذا و دارو آمریکا اظهار کرد، از دست دادن شنوایی مسئله‌ای مهم در حوزه سلامت عمومی به خصوص در میان افراد مسن است. این سمعک جدید تاییدیه قانونی خود را گرفته است و به بزرگسالانی که کم‌شنوا هستند، این امکان را فراهم می‌سازد که بدون مراجعه به پزشک، شنوایی خود را به حد مطلوبی برسانند. این سمعک از قابلیتی موسوم به "SoundControl" بهره می‌برد که این قابلیت، امکان افزایش صدا را برای بزرگسالانی که کم شنوایی خفیف تا متوسط دارند، آسان می‌کند.
نظارت بر سلامت زنان باردار با یک فناوری پوشیدنی
محققان "دانشگاه ویرجینیای غربی" دستگاهی را برای نظارت بر سلامت کلی زنان باردار تولید کرده‌اند. به گفته پزشکان، بسیاری از زنان باردار ممکن است اطلاعات کاملی درباره نحوه ایمن بودن و سالم نگه داشتن خود و تناسب اندام در دوران بارداری دریافت نکنند اما دستگاه پوشیدنی جدیدی که توسط "شون روان" از دانشکده پزشکی و پزشکی ناباروری دانشگاه ویرجینیای غربی انجام شده است می‌تواند در این زمینه به زنان باردار کمک کند. این دستگاه پوشیدنی"WHOOP" نام دارد و قادر به جمع آوری اطلاعات در مورد سلامت کلی کاربر است و می‌تواند اطلاعاتی از جمله ضربان قلب در حالت استراحت، نوسان در ضربان قلب، نرخ تنفس و اطلاعات خواب آنها را جمع آوری کند. کاربران می‌توانند به راحتی این دستگاه را روی مچ خود ببندند. اگرچه ممکن است با سایر موارد موجود در بازار مانند فیت بیت قابل مقایسه باشد اما این موضوع که می‌تواند نوسان در ضربان قلب یک فرد را تعیین کند آن را از دیگر دستگاه‌ها متمایز می‌کند.
یک سیستم موشکی غول پیکر قابل استفاده مجدد
شرکت اسپیس ایکس آینده خود را بر روی یک وسیله نقلیه بسیار بزرگ موسوم به استارشیپ شرط‌بندی کرده است. استارشیپ یک پرتابگر فوق سنگین دومرحله‌ای با قابلیت استفاده مجدد است. هدف اسپیس ایکس از ساخت این فولاد ضد زنگ با ارتفاع تقریبی ۱۶۵ فوت، رسیدن به مدار زمین، ماه یا حتی مریخ و سپس فرود عمودی آن است. اسپیس‌ایکس امیدوار است بتواند در نهایت، صدها استارشیپ را به تولید انبوه برساند و از آنها برای انتقال انسان‌ها و محموله در منظومه شمسی استفاده کند. برای انجام چنین کاری موشک‌های چندبار مصرف باید چندین بار پرتاب شوند و فرود بیایند. این شرکت خصوصی قصد دارد سکوهای نفتی بلااستفاده را تبدیل به سکوی پرتاب برای موشک‌های استارشیپ کند. به گفته‌ی ماسک این سکوها در سراسر جهان قرار می‌گیرند و سال آینده تعداد محدودی از آنها عملیاتی می‌شود. استارشیپ‌ها برای سفر به ماه ساخته می‌شوند و اسپیس‌ایکس قراردادی چند میلیارد دلاری برای بازگرداندن فضانوردان به ماه طی برنامه آرتمیس بسته است. تاکنون پرتاب‌های استارشیپ با موفقیت کمتری همراه بوده است و تنها یکی از این موشک‌ها با موفقیت روی سکو فرود آمده و سایر موشک‌ها منفجر شده‌اند. گفته می‌شود که اسپیس‌ایکس قصد دارد پرتاب‌های استارشیپ را در سال ۲۰۲۲ به یک پرتاب در هر دو هفته برساند. او از کارمندانش خواسته که توسعه موشک‌ها را اولویت اول شرکت قرار دهند.
آموزش واقعیت افزوده برای خلبانان جنگنده
خلبانان نظامی در شبیه سازهای روی زمین در هواپیماهای واقعی در آسمان آموزش می‌بینند اما فناوری جدید شرکتی به نام Red ۶ این دو ایده را با هم ترکیب کرده است. یک خلبان جنگنده می‌تواند با یک "سیستم واقعیت افزوده تاکتیکی هوابرد" یا "آتارس"(ATARS) هنگام پرواز واقعی کلاه ایمنی پوشیده و دشمنان مجازی یا دوستان هوایی خود را بر روی صفحه این کلاه ببیند. انجام این کار بسیار واقعی‌تر از شبیه‌سازی حضوری این عملیات است.
جمع‌آوری زباله فضایی با فضاپیمای آهن‌ربایی
زباله‌های فضایی یکی از مشکلات جدی در فضا هستند. گسترش بقایای ماهواره‌های فرسوده و سایر موارد شناور در فضا، مدار زمین را برای فضاپیماهای فعال که با سرعت زیاد در حرکتند تبدیل به محیطی خطرناک کرده است. در سال‌های اخیر چندین پیشنهاد برای مقابله با این معضل ارائه شده است. از جمله این پیشنهادات می‌توان به اتصال دستگاهی برای افزایش کشش جوی بر روی ماهواره‌ها و دستگاه‌های جمع‌آوری کننده زباله فضایی اشاره کرد. یکی از مشکلات اساسی این است که ماهواره‌ها یا سایر اجسام فضایی هیچ برقی ندارند و از کنترل خارج شده‌اند.
فضاپیمای شرکت خصوصی "استرو اسکیل"(Astroscale) که به جمع‌آوری زباله‌های فضایی می‌پردازد برای اولین بار موفق به جمع‌آوری شبیه‌ساز زباله فضایی خود در مدار شد. فضاپیمای آزمایشی "ELSA-d" شامل یک ماژول ۱۷۵ کیلوگرمی است که به پاکسازی زباله‌های فضایی می‌پردازد و همچنین یک ماژول ۱۷ کیلوگرمی که نقش زباله فضایی را ایفا می‌کند. "ELSA-d"قرار است با کمک سیستم مغناطیسی خود به جمع‌آوری زباله‌های فضایی بپردازد.
این فضاپیما در روز ۲۲ مارس ۲۰۲۱ از پایگاه فضایی بایکونور به فضا پرتاب شد و در مدار ۵۵۰ کیلومتری از سطح زمین قرار گرفت. این ماهواره که اکنون در مرحله ۳a آزمایش قرار دارد موفق به اثبات توانایی خود در ضبط و رهاسازی مکرر شبیه‌ساز زباله فضایی شده است.
در آزمایشی که در ۲۵ اوت سال جاری میلادی انجام گرفت ماژول اصلی مکانیسم جمع‌آوری زباله فضایی خود را گسترش داد. زباله فضایی شبیه‌سازی شده چندین بار از آن جدا شد و دوباره به این ماهواره وصل شد. گروه هدایت کننده این ماموریت در زمین روند انجام این عملیات را نظارت کردند و حسگرهای محل اتصال را کالیبره کردند.
این پروژه قرار است به زودی وارد فاز ۳b شود که طی آن ماهواره "ELSA-d" به طور خودکار مانور جمع‌آوری زباله فضایی را اطراف این شبیه‌ساز که بی حرکت مانده است اجرا می‌کند. سپس در مرحله‌ی بعد ماژول اصلی باید شبیه‌ساز زباله فضایی را در حال حرکت جمع‌آوری کند. در فاز پنجم این آزمایش، "ELSA-d" به سمت شبیه‌ساز زباله فضایی رفته و آن را مورد بازرسی قرار می‌دهد در نهایت این فضاپیما همراه با ماهواره شبیه‌ساز به سمت جو زمین بازمی‌گردند و پیش از رسیدن به جو سوخت و مایع باتری خود را تخلیه می‌کنند. طبق گفته‌ی آژنس فضایی اروپا ۳۴ هزار قطعه‌ی بزرگ‌تر از چهار اینچ و ۱۳۰ هزار قطعه‌ی کوچک‌تر در فضا وجود دارد و تخمین زده می‌شود این مقدار ناشی از ۵۶۰ برخورد، انفجار و شکسته شدن باشد.
عملیات سوختگیری در آسمان
برای اولین بار پهپاد بوئینگ که یک هواگرد بدون خدمه است با موفقیت توانست سوخت هواگرد دیگری را در حالی که هر دو در آسمان در حال پرواز بودند، تامین کند. در این آزمایش هواپیمای بدون سرنشین MQ-۲۵ T۱ بوئینگ توانست عملیات سوختگیری هوایی را با موفقیت انجام دهد و سوخت را به هواگرد اف/ای-۱۸ سوپر هورنت نیروی دریایی ایالات متحده منتقل کند. پس از آنکه بوئینگ قرارداد ۸۰۵ میلیون دلاری نیروی دریایی ایالات متحده را برنده شد، MQ-۲۵ T۱ که در نیروی دریایی با نام "Stingray" شناخته می‌شود، در تاسیسات بوئینگ در سنت لوئیس میسوری طراحی و ساخته شد. نمونه اولیه این هواپیمای بدون سرنشین اولین پرواز مستقل خود را در فرودگاه میدامریکا سنت لوئیس در سال ۲۰۱۹ انجام داد. البته در آن زمان عملیات سوختگیری هوایی انجام نشد. طی عملیات اخیر خلبان جنگنده در نزدیکی و پشت هواپیمای بدون سرنشین شروع به پرواز کرد، در آن زمان MQ-۲۵ ابزار مخروطی شکل خود برای سوختگیری را آزاد کرد. این ابزار یک مخزن قیف مانند است که در انتهای یک شلنگ بلند قرار دارد. سپس خلبان به گونه‌ای حرکت کرد که آن ابزار توانست با مخزن سوخت اف/ای-۱۸ سوپر هورنت جفت شود و در این هنگام سوخت از MQ-۲۵ به اف/ای-۱۸ سوپر هورنت منتقل شد.
یک ایستگاه فضایی جدید
اکنون یک ایستگاه فضایی که چین ساخته نیز در فضا به دور زمین می‌چرخد. ایستگاه فضایی چینی‌ها تیانگونگ نام دارد. چین ماژول اصلی ایستگاه فضایی تیانگونگ(کاخ آسمانی) را در ۲۹ آوریل به فضا پرتاب کرد. چین در تلاش برای رقابت با ایستگاه فضایی بین‌المللی با موفقیت اولین بخش اصلی ایستگاه فضایی خود را در مدار نزدیک زمین پرتاب کرد. این ماژول ۲۲ تنی که "تیانه /Tianhe" یا "هارمونی آسمان‌ها" نام دارد، اکنون محل اقامت سه خدمه ایستگاه فضایی چین است. تیانه از مرکز پرتاب فضایی ون‌چانگ، چین و سوار بر موشک لانگ مارچ ۵ بی(بزرگترین موشک حامل چین) پرتاب شد. تیانه یکی از سه بخش اصلی اولین ایستگاه فضایی توسعه یافته چین است که با ایستگاه فضایی بین‌المللی رقابت می‌کند. کار بر روی برنامه این ایستگاه فضایی یک دهه پیش آغاز شد. ایستگاه فضایی چین حداقل ۱۰ سال در فضا خواهد ماند، در حالی که انتظار می‌رود ایستگاه فضایی بین‌المللی در سال ۲۰۳۰ به فعالیت خود پایان دهد. چین قصد دارد تا سال ۲۰۳۰ به قدرت اصلی فضایی تبدیل شود تا با رقبای خود از جمله ایالات متحده، روسیه و آژانس فضایی اروپا همگام شود و پیشرفته‌ترین ایستگاه فضایی را که به دور زمین می‌چرخد، ایجاد کند.
پیش‌بینی ساختار سه بعدی پروتئین‌ها با هوش مصنوعی
هوش مصنوعی، فناوری مهمی است که در حوزه‌های گوناگونی کارآیی دارد و در حال حاضر نیز کاربرد قابل توجهی را در مقابله با کووید-۱۹ نشان داده است. هوش مصنوعی می‌تواند ساختار پروتئین‌های مهمی را که به ورود و تکثیر ویروس کمک می‌کنند، پیش‌بینی کند و بینش مفیدی را در مورد آنها ارائه دهد که راه را برای ارائه دارو در زمان کوتاه هموار می‌سازد. الگوریتمی موسوم به "AlphaFold" می‌تواند به پیش‌بینی ساختارهای پروتئینی بپردازد که تاثیر قابل توجهی در کشف و ارائه دارو دارند. برنامه دیگری موسوم به "DeepTracer" نیز شبکه‌های عصبی عمیق را به کار می‌گیرد تا ساختار پیچیده پروتئین خوشه‌ای کروناویروس را بررسی کند. به لطف این الگوریتم مهندسان زیستی و پزشکان اکنون می‌توانند ساختار واقعی هزاران پروتئین دی.ان.ای انسان را مشاهده کنند.
روش‌های جدید خنک سازی
سیستم‌های تهویه هوا و فن‌ها در حال حاضر ۱۰ درصد از برق جهان را مصرف می‌کنند. پیش‌بینی می‌شود استفاده از سیستم‌های تهویه هوا تا سال ۲۰۵۰ سه برابر شود که این امر با افزایش مصرف انرژی همراه است. اما پنل‌های اسکای کول(SkyCool) با کمک فناوری نانو و پنل‌های پشت بامی که نور را منعکس می‌کنند، در حال تغییر این روند خطرناک هستند. این پنل‌های آلومینیومی که با لایه‌های متعددی از نوارهای نوری پوشانده شده‌اند، تشعشعات را در طول موج‌های بین ۸ تا ۱۳ میکرومتر منعکس می‌کنند. با انجام این کار دمای پنل تا ۱۵ درجه فارنهایت کاهش می‌یابد. این سیستم یک سیستم خنک کننده بدون انتشار است. نمونه اولیه این سیستم که پاییز سال گذشته در یک فروشگاه مواد غذایی در کالیفرنیا نصب شد، لوله‌های آب زیر پنل‌ها را خنک کرد و همین امر موجب خنک شدن سیستم تبرید فروشگاه نیز شد و در نهایت سبب صرفه‌جویی ۶۰۰۰ دلاری در قبض برق شد. سردسازی یا تبرید(Refrigeration) به فرایند انتقال گرما از مخزنی دما-پایین به مخزنی با دمای بالاتر گفته می‌شود.
رباتی برای معدنکاری
معدنکاری یا کانِش یکی از خطرناک‌ترین کارهای جهان است، اما کسانی که مجبور به انفجار تونل‌ها هستند، آسیب‌پذیر هستند نه لزوما به این دلیل که در معرض مواد منفجره هستند، بلکه به دلیل اثر فعالیت‌های لرزه‌ای یا ریزش سنگ که در حین این عملیات رخ می‌دهد و ممکن است آسیب ببینند. ربات آواتل(Avatel) به افراد اجازه می‌دهد تا به راحتی به به طلا، مس و سنگ آهن دسترسی پیدا کنند. افرادی که در معدن کار می‌کنند از داخل یک کابین محافظت شده، یک جفت بازوی این ربات را برای قرار دادن مواد منفجره در بخش‌های خاصی دستکاری می‌کنند و در همین حال مهندسان و زمین شناسان در اتاق کنترل از راه دور با تغییر شرایط، توصیه‌های بی‌درنگی ارائه می‌دهند. پس از تنظیم کارها، راننده این ربات را حرکت می‌دهد و به صورت بی‌سیم سیگنالی برای انفجار ارسال می‌کند.
سیستم سرنگونی پهپادها
هجوم پهپادها جدیدترین و بزرگترین مسئله در جنگ‌ها است و کشورها در حال حاضر به دنبال راه‌حل‌های ابتکاری هستند که بتواند در میادین جنگ علیه این مسئله مورد استفاده قرار گیرد.
سیستم "THOR" که قاتل و ساقط کننده پهپادها است، به یک سیستم جدید سلاح مایکروویو مجهز شده است. اخیرا آزمایشگاه تحقیقاتی نیروهای مسلح(AFRL) با موفقیت نمونه اولیه خود موسوم به "پاسخگوی عملیاتی تاکتیکی با قدرت بالا"(THOR) را آزمایش کرده و در حال برنامه‌ریزی است تا از دانش فنی خود در این زمینه برای ساختن یک سیستم تسلیحاتی الکترونیکی پیشرفته برای سرنگونی انبوه هواپیماهای بدون سرنشین(پهپادها) استفاده کند.
از آنجا که هزینه توسعه پهپادها هر روزه کاهش می‌یابد، تهدیدها برای اهداف غیرنظامی نیز در حال افزایش است. بنابراین اقدامات ضد پهپادی از روش‌های سنتی به روش‌های ابتکاری و جدید در حال حرکت است. استفاده از تابش اشعه مایکروویو با انرژی بالا و هدایت آن به منظور ساقط کردن پهپادها یکی از این روش‌ها است که به طور گسترده مورد آزمایش قرار گرفته است.
اکنون "AFRL" بیش از دو سال است که در حال آزمایش این فناوری است. نمونه اولیه آن موسوم به "THOR" شامل یک کانتینر قابل حمل و نقل با یک بشقاب(دیش) ماهواره‌ای در بالای آن است. این سیستم قادر است پهپادها را به صورت انتخابی مورد هدف قرار داده و آنها را به آسانی سرنگون کند. "THOR" با برق محلی کار می‌کند.
