بقلم ريم آل بنود
تطوير شاشات ذكية ذاتية الترميم
ابتكر باحثون من المعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST) مادةً إلكترونيةً ذاتيةَ الترميم يمكنها إصلاح التشققات من تلقاء نفسها، وذلك باستعمال زيت بذر الكتان؛ وهو زيت عديم اللون يميل إلى الصفرة قليلًا، يُستخرج من البذور الجافة الناضجة لنبات الكتان. أضاف الباحثون هذا المكون الزيتي إلى بوليميد عديم اللون (CPI) - وهو بديل زجاجي يُستعمل في شاشات الهواتف الذكية القابلة للطي - فوجدوا أن هذا الزيت قادر على التسرب إلى الشقوق التي تحدث عند كسر شاشة CPI.
ولجعل هذا الترميم الذاتي ممكنًا، قام الباحثون أولاً بوضع زيت بذر الكتان في كبسولات دقيقة ثم خلطوها بمادة السيليكون، واستعملوها طلاءً. ووجدوا - نتيجة التجارب - أنه عندما تتشقق الشاشة تتكسَّر الكبسولات الدقيقة أيضًا ويتحرر الزيت ثم يتصلب عندما يتلامس مع الهواء.
ويمكن أن يحدث كل هذا في درجة حرارة الغرفة. وفي الظروف المثالية تحت الأشعة فوق البنفسجية يمكن للمادة أن تحل محل 91٪ من الشقوق في أقل من 20 دقيقة.
ومع أن إتاحة هذه التقنية تجاريًّا يحتاج إلى الكثير من العمل، فإن نتائج التجارب كانت مشجعة حقًّا. ويقول الباحثون: نتوقع أن تُستعمل هذه البوليمرات المتعددة التحفيز العديمة اللون الذاتية الترميم، على نطاق واسع في التطبيقات الخارجية، مثل شاشات العرض الشفافة والمجالات ذات الصلة بصريًّا بالإلكترونيات المرنة.
كاميرا ثلاثية الأبعاد قادرة على التقاط 100 مليار صورة في الثانية
ابتكر باحثون من معهد كاليفورنيا للتقانات كاميرا ثلاثية الأبعاد فائقة السرعة قادرة على التقاط 100 مليار صورة في الثانية. سُمِّيت هذه التقنية: (التصوير الفوتوغرافي الفائق السرعة المضغوط ذو الاستقطاب المجسَّم SP-CUP).
تعمل الكاميرا مثل عيون البشر بالتقاط صورة في عرضين، حيث تَجمع SP-CUP تآزريًّا بين الاستشعار المضغوط وتصوير الخطوط والتنظير المجسم والقياس والاستقطاب، وتوفِّر تصويرًا فائق السرعة سلبيًّا بلقطة واحدة يمكنه التقاط الظواهر غير القابلة للتكرار بدقة زمنية من رتبة بيكو ثانية.
ووفقًا لمعهد كاليفورنيا للتقانات، وبالمقارنة مع تقنيات التصوير الفائقة السرعة الأحادية اللقطة المتاحة، فإن لهذه التقنية مزايا في معدل نقل الضوء، وعمق التسلسل، والدقة الزمانية المكانية، وقابلية التوسع في التصوير العالي الأبعاد.
وأشار البروفسور Lihong Wang" ليهونغ وانغ" أن قسم الهندسة في معهد كاليفورنيا للتقانات طوَّر سابقًا تقنية يمكنها الوصول إلى سرعات لا تصدق، تصل إلى 70 تريليون صورة في الثانية. ولكن هذه التقانة لا يمكنها إلا إنتاج صور مسطحة ثنائية البعد.
وفي محاولة اتخاذ خطوة إلى الأمام طوَّر Wang "وانج" والباحثون في مختبره كاميرا ثلاثية الأبعاد يمكنها تسجيل الفيديو بسرعات مذهلة، حيث أضاف الفريق بعدًا ثالثًا لتقنيتهم السابقة لجعل الكاميرا ترى مثل البشر.
تستطيع الأدمغة البشرية صنع صورة ثلاثية الأبعاد في الوقت الذي تراقب فيه العيونُ الأشياءَ ومحيطَها من زاوية مختلفة قليلًا. وكذلك الكاميرا الثلاثية الأبعاد الحالية، فإنها تعمل أيضًا بطريقة مماثلة، حيث يقول Wang وانج: "لدينا عدسة واحدة، لكنها تعمل كنصفين يوفران مشهدين مع إزاحة".
وقد استعمل معهد كاليفورنيا للتقانات هذه التقنية لمراقبة آليات الاستقطاب لانبعاثات البلازما في الانهيار الناجم عن الليزر (LIB) الذي يحدث عندما يتفاعل ليزر femtosecond مع رقاقة السيليكون، وأظهر التصوير في هذه الحالة سرعة تمدد البلازما المعتمِدة على الزاوية، وتطور حالات الاستقطاب لانبعاث البلازما.
وعلَّق وانج على هذا الاختراق بأنه قد يساعد الباحثين على فهمٍ أفضلَ لفيزياء اللمعان الصوتي، وهي ظاهرة تُكوِّنُ فيها الموجاتُ الصوتيةُ فقاعاتٍ صغيرةً في الماء أو السوائل الأخرى. فعندما تنهار الفقاعات بسرعة بعد تكوينها تُصْدر دفقةً من الضوء. ويَعدُّ بعضهم هذا الحَدَثَ أحدَ أعظم الألغاز في الفيزياء.
وهذه العملية غامضة جدًّا، لأن كلَّ ذلك يحدث بسرعة كبيرة. ونحن نتساءل: هل تساعدنا آلات التصوير في اكتشاف ذلك مستقبلًا.
تقنية تمكن الحاسوب من التنبؤ بأفكارك ورسم الصور بناءً عليها
ابتكر فريق من الباحثين في جامعة هلسنكي تقنيةً هي الأولى من نوعها، حيث يقوم الحاسوب بنمذجة إدراكك البصري عن طريق مراقبة إشارات دماغك ومحاولة تخيل ما تفكر فيه.
وقد ظهر البحث مؤخرًا في مجلة Scientific Reports، وأشار إلى أن التقنية الجديدة تستند أساسًا إلى واجهة الدماغ والحاسوب BCI.
BCI ليس شيئًا جديدًا، ولكن معظم الأجهزة السابقة كان لها اتصال أحادي الاتجاه، حيث تُنْقَل الإشارات من الدماغ إلى الحاسوب فقط، ولكن في هذه الحالة جرى تصميم كلٍّ من عرض الحاسوب للمعلومات وإشارات الدماغ في وقت واحد باستعمال أساليب الذكاء الصنعي.
وأُنشئت الصور التي تطابق الخصائصَ البصرية التي ركَّز عليها المشاركون عن طريق التفاعل بين استجابات الدماغ البشري والشبكة العصبونية التوليدية. وباستعمال هذه النمذجة التي تسمى النمذجة التوليدية العصبونية، قيَّم الفريقُ فعاليةَ هذه التقنية بمساعدة 31 متطوعًا شاركوا في الدراسة؛ فقد عُرض على هؤلاء الأشخاص مئات الصور التي أُنشئت بواسطة الذكاء الصنعي لأشخاص متنوعي المظهر، وطُلب منهم التركيز على ميزات محددة مثل الوجوه التي تبدو قديمة أو تبتسم.
وبينما كان المتطوعون يركِّزون على هذه الميزات، غُذِّيت أجهزةُ تخطيطِ أدمغتهم بشبكة عصبونية بغرض إنشاء صورٍ بناءً على تلك البيانات. قيَّم المتطوعون بعد ذلك الصورَ التي أُنشئت بواسطة الحاسوب ومدى تطابقها. فكانت النتائج جيدة وبلغت نسبة دقتها 83٪.
تَجمع هذه التقنية بين الاستجابات البشرية الطبيعية وقدرة الحاسوب على إنشاء معلومات جديدة.
وقد طُلِبَ من المشاركين في التجربة إلقاء نظرة على الصور التي أُنشئت بالحاسوب، ليقوم الحاسوب بنمذجة الصور المعروضة ورد فعل المشارك تجاه الصور باستعمال استجابات الدماغ البشري.
ومن هذا المنطلق يمكن للحاسوب إنشاء صورة جديدة تمامًا تتناسب مع نية الشخص.
بطارية تتيح للروبوتات تخزين الطاقة مثل الدهون في البشر
أعلن فريق من الباحثين من جامعة ميشيغان أنه يمكن دمج بطارية زنك جديدة قابلة لإعادة الشحن في هيكل الروبوت لتوفير المزيد من الطاقة بحيث تكون هذه البطارية الحيوية في الروبوتات مثل الدهون الاحتياطية التي تخزِّن الطاقة لدى البشر.
يقول أستاذ الهندسة Nicholas Kotov "نيكولاس كوتوف" الذي قاد البحث: إن تصاميم الروبوتات مقيدة بالحاجة إلى البطاريات التي غالبًا ما تَشغل 20٪ أو أكثر من المساحة المتاحة داخل الروبوت، أو تمثل نسبة مماثلة من وزن الروبوت. واليوم يزداد الطلب على الروبوتات المتحركة لمجموعة متنوعة من التطبيقات؛ بدءًا من طائرات التوصيل بدون طيار إلى روبوتات المستودعات، ومن ثَم نحن بحاجة إلى طرق جديدة لتحسين كفاءة البطارية وعمرها، وحجم ووزن الروبوت. وتمتاز البطاريات الهيكلية المتعددة الوظائف بأنها تقلِّل المساحة والوزن، ولكن حتى الآن يمكن أن تُلحَقَ بالبطارية الرئيسية فقط، ولم يُبلَّغ عن بطارية هيكلية أخرى يمكن مقارنتها من حيث كثافة الطاقة بأحدث بطاريات الليثيوم المتطورة اليوم، وقد قمنا بتحسين نسختنا السابقة من بطاريات الزنك الهيكلية على 10 مقاييس مختلفة بعضها أفضل بمئة مرة.
ويقول الباحث Mingqiang Wang "مينجكيانج وانج": تعمل البطارية عن طريق تمرير أيونات الهيدروكسيد بين قطب الزنك والجانب الهوائي عبر غشاء إلكتروليت، ويتكون غشاء الإلكتروليت من شبكة من ألياف الأراميد النانوية (الألياف الكربونية الموجودة في سترات كيفلر) وهلام بوليمر جديد قائم على الماء. يساعد الجل على أخذ أيونات الهيدروكسيد بين الأقطاب الكهربائية.
وهذه البطارية الجديدة لها العديد من المزايا؛ فهي مصنوعة من مواد رخيصة، وغير سامة، وصديقة للبيئة، ولا تشتعل فيها النيران مثل بطاريات الليثيوم.
ولإثبات جودة بطارياتها جرب الباحثون لعبة روبوتات على شكل دودة وعقرب، فاستبدل الفريق ببطارياتهم الأصلية خلايا الزنك الهوائية وقاموا بتوصيل الخلايا بالمحركات وغطوها حول الجوانب الخارجية للزواحف المخيفة.
وقال "أحمد إيمري" Ahmet Emre وهو طالب دكتوراه في الهندسة الطبية الحيوية في مختبر كوتوف: إن البطاريات التي يمكنها القيام بوظيفة مزدوجة (الأولى لتخزين الشحنة والثانية لحماية أعضاء الروبوت) تكرِّر الوظائف المتعددة للأنسجة الدهنية التي تعمل على تخزين الطاقة في الكائنات الحية.
ونظرًا إلى أنَّ لكلِّ عملةٍ وجهَين، فهناك سلبيات لبطاريات الزنك أيضًا؛ منها أن هذه البطاريات تحافظ على قدرة عالية لنحو 100 دورة بدلًا من 500 أو أكثر التي نتوقعها من بطاريات الليثيوم أيون في هواتفنا الذكية، ويعود انخفاض العمر الافتراضي إلى أن معدن الزنك يشكل أشواكًا تخترق في النهاية الغشاء بين الأقطاب الكهربائية. لكن الباحثين حاولوا حلَّ هذه المشكلة إلى حدٍّ ما، فأُضيفت شبكة ألياف نانوية قوية من الأراميد بين الأقطاب الكهربائية لزيادة عمر بطارية الزنك نسبيًّا. يضاف إلى ذلك أن كون المواد رخيصة وقابلة لإعادة التدوير تجعل استبدال البطاريات أمرًا سهلًا.
