عام 2021، بدأت أول محطة كبيرة لإزالة الكربون، في امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء في زاوية نائية من آيسلندا. أما الآن، فقد افتتحت شركة «كلايموركس (Climeworks)»، التي أنجزتها، نسخة أكبر بعشر مرات.

الأكبر في العالم

إنها أكبر محطة من نوعها في العالم. ففي داخل صناديق بحجم حاوية الشحن، تقوم المراوح بسحب الهواء الخارجي من خلال المرشحات التي تلتقط ثاني أكسيد الكربون. وتعتمد العملية على الطاقة المتجددة من محطة الطاقة الحرارية الأرضية المجاورة.

وبعد احتجاز ثاني أكسيد الكربون، تقوم شركة تدعى «كاربفيكس» بإذابته في الماء وضخه إلى أعماق الأرض، حيث يتفاعل بشكل طبيعي مع صخور البازلت ويتحول إلى حجر بشكل دائم.

وقد قام المصنع الجديد، المسمى «ماموث (Mammoth)»، بتركيب 12 حاوية معيارية حتى الآن. وبحلول نهاية العام، سيكون لديه 72 حاوية، مع القدرة على التقاط نحو 36 ألف طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً (ويتم تمويل هذا العمل عن طريق بيع خدمة إزالة الكربون لشركات مثل «مايكروسوفت» و«سترايب»).

وهذا تقدم ملموس، حيث إن المصنع الأول المسمى «أوركا (Orca)» يلتقط نحو 4 آلاف طن. ومع ذلك فإن هذه الكمية لا تزال ضئيلة من حجم التلوث الذي يضخه البشر في الهواء كل عام: نحو 40 مليار طن من الغاز.

مشروعات حول العالم

تتسابق الشركة للتوسع، باستخدام ما تتعلمه من كل عملية تثبيت للمساعدة في تحسين التثبيت التالي، في عملية يسميها الرئيس التنفيذي كريستوف جيبالد «الابتكار القائم على النشر».

وفي الولايات المتحدة، تعمل الشركة على 3 مشروعات تم تصميم كل منها لالتقاط ما لا يقل عن مليون طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً. كما تقوم أيضاً بتطوير مشروعات جديدة في كندا والنرويج وكينيا.

تكنولوجيا باهظة الثمن

وعلى الرغم من أن انخفاض تكلفة الطاقة المتجددة يمكن أن يساعد، ومع قيام الشركة ببناء المزيد، ستستمر التكلفة في الانخفاض. وقال جيبالد في مقابلة سابقة: «إن العامل الرئيسي الوحيد لخفض منحنى التكلفة لدينا هو التوسع الصناعي، ولكي تكون حلاً فعالاً لمكافحة أزمة المناخ، ستحتاج صناعة إزالة الكربون بأكملها إلى التطوير على مدى السنوات العشر إلى العشرين المقبلة؛ مما يخلق قدرات لإزالة الكربون بحلول عام 2050».

أساليب امتصاص الكربون

وتتخذ شركات أخرى مجموعة متنوعة من الأساليب التكنولوجية المختلفة لسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء. تستخدم إحدى الشركات الناشئة وهي «هيرلوم (Heirloom)» مسحوق الغبار الصخري لامتصاص الكربون. كما يعمل بعض الباحثين على أنظمة سلبية يمكنها التقاط ثاني أكسيد الكربون وإطلاقه للتخزين دون استخدام كميات كبيرة من الطاقة.

ولمعالجة تغير المناخ، فإن التحدي الأكبر الذي يواجه البشرية هو القضاء على الانبعاثات في كل جانب من جوانب المجتمع، من وسائل النقل ومحطات الطاقة إلى الغذاء. لكن إزالة الكربون ضرورية أيضاً لتحقيق الأهداف المناخية.

جهود بيئية طبيعية وتكنولوجية

يقول جيبالد: «من الواضح أن العلم لديه فرصة لتحقيق أهداف درجة الحرارة المنصوص عليها في اتفاقية باريس، ويجب على العالم إزالة مليارات عدة من الأطنان من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي بحلول عام 2050 على أبعد تقدير... وبينما يظل خفض الانبعاثات على رأس الأولويات، فإن الوصول إلى صافي الصفر في عام 2050 وما بعده أمر مستحيل دون إزالة الكربون النشط».

ويضيف : «لا يمكن مواجهة الحجم الهائل للتحدي من خلال حل واحد لإزالة الكربون، ولكن لا يمكن تحقيق ذلك إلا إذا بدأنا في توسيع نطاق الحلول الواعدة والقابلة للتطوير والفعالة في وقت واحد. إن المزيج الجيد يتكون بالتأكيد من الحلول القائمة على الطبيعة والحلول القائمة على التكنولوجيا. ومن المؤسف أن توسيع نطاق الصناعة إلى نطاق غيغاطن لا يمكن أن يتم بين عشية وضحاها. ولهذا السبب يتعين علينا أن نبدأ اليوم، ولا نحتاج إلى فقدان الزخم حتى عام 2050، حتى نتمكن من إزالة الكربون من الغلاف الجوي بشكل هادف عندما يكون العالم في أمس الحاجة إليه».

* مجلة «فاست كومباني» - خدمات «تريبيون ميديا».

اقرأ أيضاً

كيف يمكن فهم البصمة الكربونية للفرد وطرق تقليلها؟

يمنح الذكاء الاصطناعي الآلات القدرة على إنتاج مقاطع فيديو، وكتابة رموز الكومبيوتر، وحتى إجراء محادثة، كما أنه يعمل على تسريع الجهود لفهم جسم الإنسان ومحاربة الأمراض.

نسخة ذكاء اصطناعي مطورة

أمس (الأربعاء)، كشف «غوغل ديب مايند (Google DeepMind)»، مختبر الذكاء الاصطناعي المركزي لشركة التكنولوجيا العملاقة، سوية مع شركة «آيزومورفيك لابس (Isomorphic Labs)»، وهي شركة شقيقة له، عن نسخة أكثر قوة من «ألفا فولد (AlphaFold)»، وهي تقنية ذكاء اصطناعي تساعد العلماء على فهم سلوك الآليات المجهرية التي تحرك الخلايا في جسم الإنسان.

لغز طيّ البروتين

وكانت نسخة مبكرة من «ألفا فولد» صدرت عام 2020، قد حلت لغزاً حيّر العلماء لأكثر من 50 عاماً، وهي المشكلة التي كان يطلق عليها «مشكلة طي البروتين». والبروتينات هي الجزيئات المجهرية التي تحرّك سلوك جميع الكائنات الحية. وتبدأ هذه الجزيئات بوصفها سلاسل من المركبات الكيميائية قبل أن تلتوي وتنطوي إلى أشكال ثلاثية الأبعاد تحدد كيفية تفاعلها مع الآليات المجهرية الأخرى في الجسم.

قضى علماء الأحياء سنوات أو حتى عقوداً في محاولة تحديد شكل البروتينات الفردية. ثم جاءت «ألفا فولد». وعندما قام أحد العلماء بتغذية هذه التقنية بسلسلة من الأحماض الأمينية التي تشكّل البروتين، استطاع التنبؤ بالشكل ثلاثي الأبعاد خلال دقائق.

تسريع اكتشاف الأدوية

وعندما أطلقت شركة «ديب مايند» علناً «ألفا فولد» بعد عام من ذلك، بدأ علماء الأحياء في استخدامها لتسريع اكتشاف الأدوية. واستخدم الباحثون في جامعة كاليفورنيا، في سان فرنسيسكو، هذه التكنولوجيا في أثناء عملهم على فهم فيروس «كورونا» والاستعداد لأوبئة مماثلة. كما استخدمها آخرون في جهودهم لإيجاد علاجات للملاريا ومرض باركنسون.

والأمل هو أن هذا النوع من التكنولوجيا سيعمل بشكل كبير على تبسيط عملية تطوير أدوية ولقاحات جديدة. وقال جون جامبر، الباحث في «غوغل ديب مايند»: «إن هذه التكنولوجيا تخبرنا كثيراً عن كيفية تفاعل أجهزة الخلية... وتخبرنا كيف يجب أن يعمل هذا، وماذا يحدث عندما نمرض».

سلوك الحمض النووي

الإصدار الجديد «ألفا فولد3 (AlphaFold3)» يوسع نطاق التكنولوجيا إلى ما هو أبعد من طي البروتين. فبالإضافة إلى التنبؤ بأشكال البروتينات، يمكنه التنبؤ بسلوك الآليات البيولوجية المجهرية الأخرى، بما في ذلك الحمض النووي، حيث يخزّن الجسم المعلومات الجينية، والحمض النووي الريبي، الذي ينقل المعلومات من الحمض النووي إلى البروتينات.

«إن علم الأحياء نظام ديناميكي»، كما يقول ديميس هاسابيس، الرئيس التنفيذي لشركة «ديب مايند» ومؤسس «آيزوفورميك لابس»، التي تمتلكها «غوغل» أيضاً: «يجب أن تفهم التفاعلات بين الجزيئات والهياكل المختلفة... هذه خطوة في هذا الاتجاه».

موقع إلكتروني مخصص للعلماء

تقدم الشركة موقعاً إلكترونياً يمكن للعلماء من خلاله استخدام «ألفا فولد3». وتقدم مختبرات أخرى، أبرزها مختبر في جامعة واشنطن، تكنولوجيا مماثلة. وفي بحث نُشر يوم الثلاثاء الماضي في مجلة «نتشر (Nature)» العلمية، أظهر جامبر وزملاؤه الباحثون أنه يحقق مستوى من الدقة يفوق بكثير أحدث ما توصّلت إليه التكنولوجيا.

وقال دنيز كافي، المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي لشركة «تاماريند بيو»، وهي شركة ناشئة تعمل على بناء التكنولوجيا لتسريع اكتشاف الأدوية، إن التكنولوجيا يمكن أن «توفر أشهراً من العمل التجريبي وتمكن الأبحاث التي كانت مستحيلة في السابق... وهذا يمثل وعداً هائلاً».

* خدمة «نيويورك تايمز»

اقرأ أيضاً

الذكاء الاصطناعي والتعليم... حقائق يحجبها التهويل الإعلامي

تقبع في أحد مستودعات جامعة ماين آلة عملاقة جديدة لتصنيع المواد المضافة تسمى «فاكتوري أوف ذا فيوتشر1.0» Factory of the Future 1.0 (مصنع المستقبل 1.0). وإذا كان مطوروها على حق، فقد تجسد الواسطة الجديدة التي يتم بها بناء العديد من الأشياء نموذج مصنع المستقبل.

ظاهرياً، إنها طابعة ثلاثية الأبعاد، ذات فوهة معقدة متصلة بمتاهة من الأسلاك التي تتدلى من هيكل فولاذي طويل بالقرب من سقف المستودع.

روبوتات التصنيع

الآلة عبارة عن نسخة كبيرة الحجم من أنواع روبوتات التصنيع المضافة التي تصنع أجزاء بلاستيكية صغيرة في مختبرات التصنيع، أو هياكل بحجم منزل من الخرسانة.

ووفقا للجامعة، فإن مصنع المستقبل 1.0 هو أكبر طابعة للبلاستيك الحراري - البوليمرات في العالم. وهي قادرة على طباعة أشياء يصل طولها إلى 96 قدماً (29.25م) وعرضها 32 قدماً (9.75م) وارتفاعها 18 قدماً (5.5م)، ويمكنها طباعة ما يصل إلى 500 رطل (227 كلغم تقريباً) من المواد في الساعة، وهو ما يكفي لإنتاج منزل مساحته 600 قدم مربعة (55.7 متر مربع) في أقل من أربعة أيام.

خلية تصنيع رقمية هجينة

لكن هذه الآلة لا تقوم فقط بإخراج مواد البناء الأساسية مثل مسدس الغراء الضخم، بل إنها قادرة على القيام بالتصنيع الطرحي، مثل الطحن، بالإضافة إلى استخدام ذراع آلية للقيام بمهام أكثر تعقيداً.

يسمح النظام المدمج بوضع الألياف في كائن مطبوع مما يمنحه قدراً أكبر من السلامة الهيكلية، ما يسمح للمساحات المطبوعة بالتمدد لمسافة أبعد، وتمكين المباني المطبوعة ثلاثية الأبعاد في المصنع من أن تصبح أكبر. يقول حبيب داغر، المدير التنفيذي لمركز الهياكل المتقدمة والمركبات (ASCC) في الجامعة: «إن تسميتها طابعة هي في الواقع تسمية خاطئة... إنها خلية تصنيع رقمية هجينة تسمح لنا بجمع عمليات التصنيع المتعددة معاً لإنتاج أشياء مختلفة».

أحد الأشياء الرئيسية هو مباني السكن. والطابعة الجديدة هي تطور لتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد السابقة التي تم تطويرها في جامعة ماين التي ظل الباحثون فيها يستكشفون طرق ومواد الطباعة ثلاثية الأبعاد لسنوات، مع التركيز على الإسكان.

وقد أظهر العمل السابق أن الطابعات واسعة النطاق يمكنها استخدام المواد الحيوية المتجددة، وحتى منتجات النفايات للتصنيع الإضافي.

في أواخر عام 2022، كشفت الجامعة عن منزلها BioHome3D، المطبوع ثلاثي الأبعاد المصنوع من نشارة الخشب من مخلفات مصانع الخشب في ولاية ماين، والراتنج الحيوي. وبدلاً من الخرسانة كثيفة الكربون المستخدمة في صنع العديد من المنازل الأخرى المطبوعة ثلاثية الأبعاد، فإن المواد المستخدمة في هذا النموذج الأولي هي مواد حيوية بنسبة 100 في المائة وقابلة لإعادة التدوير.

منازل ومطابخ وقوارب وآلات طيران

ومع مصنع المستقبل 1.0 هذا، أصبح داغر وفريقه من الباحثين قادرين على طباعة أشياء أكبر بأربعة أضعاف مما كانوا يستطيعون باستخدام أجهزتهم السابقة. ولأنها قادرة على القيام بمهام متعددة، فإن الآلة الجديدة ليست قادرة على بناء الجدران أو هيكل المنزل فحسب، بل

أيضاً دمج الأسلاك والسباكة، وفي النهاية حتى تركيب المطبخ.

يقول داغر: «نحن لا نطبع هيكلاً، بل نحاول طباعة الأنظمة». وبتمويل من مصادر مثل وزارة الدفاع، بالإضافة إلى هيئة الإسكان بولاية ماين، من المتوقع أن يتم استخدام أداة التصنيع الإضافي في مشاريع الإسكان بأسعار معقولة، وكذلك في بناء أشياء مثل القوارب، وآلات الطيران.

«بالطبع المنزل والسفينة مختلفان»؛ يقول داغر: «لكن في الوقت نفسه، هناك الكثير من أوجه التشابه بينهما... ما نقوم بتطويره من خلال عمليات التصنيع المتكاملة هذه في حجم بناء واحد يسمح لنا بإنتاج ليس فقط المنازل، ولكن جميع أنواع الأشياء الأخرى». من المهم لهذا النهج في التصنيع مراقبة الجودة، وضمان الجودة. يقول داغر إن فريقه يقوم بدمج أجهزة الاستشعار والذكاء الاصطناعي في النظام حتى يتمكن من ضمان الدقة أثناء الطباعة، أو مد الكابلات، على سبيل المثال، ولكن أيضاً التصحيح الذاتي إذا أصبحت الفجوات كبيرة جداً، أو خرجت القطع عن المحاذاة. «هناك الكثير من الفرص لاستخدام هذه التكنولوجيا للقيام بالكثير من الأشياء المختلفة، وليس فقط الإسكان. إنها تفكر في تغيير الطريقة التي نصنع بها الأشياء بشكل عام».

أحياء سكنية مطبوعة

ويضيف داغر أن الخطوة التالية هي توسيع العمل الذي قام به فريقه في إنشاء النموذج الأولي BioHome3D ليشمل حياً مكوناً من تسع وحدات من المنازل ذات الأسعار المعقولة بالتعاون مع منظمة محلية غير ربحية تدعى Penquis. ويتوقع أن تبدأ هذه الطباعة في العام المقبل.

وفي هذه الأثناء، يعمل فريقه على تحسين الجهاز الجديد ويحاول زيادة السرعة التي يمكنه الطباعة بها. الهدف هو أن نكون قادرين على إنتاج ما يعادل منزل مساحته 600 قدم مربعة كل 48 ساعة، أو طباعة نحو 1000 رطل من المواد في الساعة. ويقول: «لقد انتقلنا من 20 رطلاً في الساعة إلى 500 رطل على مدى السنوات الثلاث الماضية... الوصول إلى 1000 رطل أمر ممكن للغاية».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»

اقرأ أيضاً

الطابعات ثلاثية الأبعاد.. مستقبل واعد

قالت إدارة الطيران والفضاء الأمريكية «ناسا»، أمس الثلاثاء، إنها أجّلت الموعد المستهدف للمحاولة التالية لإطلاق كبسولة ستارلاينر الفضائية، من إنتاج «بوينغ»؛ لاستبدال صمام الضغط في صاروخها الداعم.

ولن يكون الموعد الجديد لأول رحلة تجريبية مأهولة لكبسولة الفضاء قبل 17 مايو (أيار).

الرحلة الأولى للمركبة «سي.إس.تي-100 ستارلاينر» تحظى باهتمام كثيرين، إذ ستحمل رواد فضاء إلى محطة الفضاء الدولية. وتأجلت كثيراً في وقت تسعى فيه شركة بوينغ للتنافس مع «سبيس إكس»، التابعة لإيلون ماسك، لنيل حصة أكبر من أعمال «ناسا» المربحة.

وتأجلت الرحلة التجريبية، مساء الاثنين، قبل أقل من ساعتين من بدء العدّ التنازلي، بعد اكتشاف عطل في صمام تنظيم الضغط بخزان الأكسجين السائل في المرحلة العليا لصاروخ من المقرر أن يطلق الكبسولة الجديدة إلى المدار.

وأعد الصاروخ، وهو مكون منفصل عن كبسولة ستارلاينر، للمهمة تحالف الإطلاق المتحد «يو.إل.إيه»، وهو مشروع مشترك بين بوينغ ولوكهيد مارتن.

وبعد تأجيل محاولة الإطلاق، يوم الاثنين، أعلنت «ناسا» و«بوينج» والتحالف أنهم سيسعون للمحاولة مرة أخرى، يوم الجمعة.

لكن «ناسا» قالت لاحقاً إن هناك حاجة لمزيد من الوقت بعد أن قرر التحالف «إزالة واستبدال» صمام الضغط المعيب. وقالت «ناسا» إن ذلك سيتطلب إعادة الصاروخ إلى حظيرته، اليوم الأربعاء؛ لإجراء الإصلاحات وفحص التسرب وغيره قبل محاولة الإطلاق الثانية.

وقالت «ناسا» إن تلك الإصلاحات أجّلت موعد الإطلاق المحتمل لأسبوع آخر.

كشف بحث جديد عن اختراق محتمل في علاج مرض الكبد الدهني غير الكحولي (non-alcoholic fatty liver disease). وهي حالة تؤثر على نحو شخص من كل أربعة في جميع أنحاء العالم.

وأجرى الدراسة فريق دولي بقيادة البروفسورة لورا هيسلر، من «معهد رويت» بجامعة أبردين في المملكة المتحدة، والدكتورة فيونا موراي من «معهد العلوم الطبية» بالجامعة، ونُشرت في مجلة «سيل ميتابولزم» (Cell Metabolism) في 26 أبريل (نيسان) 2024.

تحليل جيني بريطاني لمرض الكبد

حللت الدراسة بيانات عن جينات أكثر من 400 ألف فرد من البنك الحيوي في المملكة المتحدة، وكشفت عن وجود ارتباط كبير بين المتغيرات في جين يدعى «جي بي آر 75» (GPR75) وبين التعرض للتنكس الدهني الكبدي (hepatic steatosis) وهو شكل من أشكال مرض الكبد الدهني غير الكحولي الذي يتميز بتراكم الدهون في الكبد.

علاوة على ذلك، أظهرت التجارب التي أُجريت على الفئران أن إزالة الجين «جي بي آر 75» حالت دون تطور الكبد الدهني، حتى في حالة اتباع النظام الغذائي في الدول الغربية. وهذا ما سلط الضوء على الآثار العلاجية المحتملة لاستهداف هذا الجين.

والنظام الغذائي ذو النمط الغربي هو نمط غذائي يتميز عموماً بتناول كميات كبيرة من الأطعمة الجاهزة المعبأة مسبقاً، والحبوب المكررة، واللحوم الحمراء، واللحوم المصنعة، والمشروبات عالية السكر، والحلوى، والأطعمة المقلية، والمنتجات الحيوانية المنتجة صناعياً، والزبدة.

تطويرات علاجية

وشددت لورا هيسلر على أهمية هذه النتائج؛ مشيرة إلى وجود نقص في الأدوية المتاحة المصممة خصيصاً لعلاج مرض الكبد الدهني غير الكحولي، وكذلك العواقب الوخيمة للمرض المتقدم، مثل تليف الكبد الذي قد يتطلب زراعة الكبد.

من جهتها، أكدت الدكتورة فيونا موراي إمكانية استخدام الجين «جي بي آر 75» بوصفه هدفاً قابلاً للارتباط (druggable target). وهذا مصطلح يُستخدم في ميدان اكتشاف الأدوية، لوصف هدف بيولوجي -مثل البروتين- معروف، أو متوقع له أن يرتبط بشكل كبير بالدواء.

ومن خلال الاستفادة من هذا الاكتشاف، يهدف الباحثون إلى مواصلة البحث في استراتيجيات تثبيط نشاط الجين «جي بي آر 75»، من أجل ترجمة النتائج التي توصلوا إليها إلى تطبيقات سريرية.

وتمتد آثار الدراسة إلى ما هو أبعد من مرض الكبد الدهني غير الكحولي، لتتماشى مع الأهداف البحثية الأوسع لـ«مركز أبردين للقلب والأوعية الدموية والسكري» في المملكة المتحدة، للكشف عن أهداف علاجية جديدة للأمراض الأيضية، والحالات ذات الصلة، بما في ذلك أمراض القلب وارتفاع ضغط الدم والسكري.

دراسة أميركية لخلل التمثيل الغذائي

وقد وفَّرت دراسة رائدة أخرى نُشرت في مجلة (Life Science Alliance) في 2 أبريل 2024 من قبل إجنازيو بيراس، من قسم علم الجينوم العصبي، وجوانا ديستيفانو من وحدة أبحاث مرض السكري والأمراض الأيضية، وكلاهما من معهد أبحاث الجينوم الانتقالي، بمدينة فينيكس، بولاية أريزونا، في الولايات المتحدة، رؤى مهمة حول الدوافع الجزيئية لمرض الكبد الدهني المرتبط بخلل التمثيل الغذائي (الخلل الأيضي) وشكله الأكثر خطورة التهاب الكبد الدهني المرتبط بخلل التمثيل الغذائي metabolic dysfunction-associated steatohepatitis» (MASH)»؛ إذ يؤثر مرض الخلل الأيضي المرتبط بمرض الكبد الدهني Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease» (MASLD)» الذي يُعرف أيضاً باسم مرض الكبد الدهني غير الكحولي، على جزء كبير من سكان العالم. ومن المتوقع أن يصبح أكثر انتشاراً في العقود القادمة، كما يشكل خطراً أكبر لحدوث مضاعفات صحية خطيرة، ما يسلط الضوء على الحاجة الملحة للتدخلات الدوائية الفعالة.

شبكات جينات ترتبط بمرض الكبد

وتمثل الدراسة أكبر تحليل لمجموعات بيانات التعبير الجيني -وهي العملية التي يتم من خلالها استخدام المعلومات الجينية لاصطناع منتجات جينية وظيفية؛ إذ تحتوي كل خلية في الجسم على الحمض النووي نفسه، باستثناء بعض الخلايا، مثل خلايا الدم الحمراء وبعض خلايا الجهاز المناعي- حتى الآن.

وتتضمن البيانات معلومات من 10 مجموعات متنوعة، تضم أكثر من ألف مريض، وعناصر تحكم من خلال فحص أنماط التعبير الجيني عبر مجموعات البيانات هذه؛ حيث حدد الباحثون شبكات الجينات المرتبطة بالخلل الأيضي المرتبط بمرض الكبد الدهني. واكتشفوا جينات جديدة لم يتم ربطها سابقاً بالمرض.

وتقدم هذه النتائج رؤى قيِّمة حول الآليات الجزيئية الكامنة وراء تطور الخلل الأيضي المرتبط بمرض الكبد الدهني، وتوفر أهدافاً محتملة للتدخلات العلاجية. ومن خلال استهداف هذه الجينات يهدف الباحثون إلى تطوير علاجات جديدة لمنع تطور التهاب الكبد الدهني المرتبط بخلل التمثيل الغذائي، والتخفيف من المخاطر الصحية المرتبطة به.

اقرأ أيضاً

الصّرَع والتوحد... فكّ رموز الجين المرتبط بهما

في صيف عام 2022، تمت تغطية أكثر من مليون قدم مربع من الطرق في حي باكويما في لوس أنجليس بطلاء عاكس لأشعة الشمس. كما تم أيضاً طلاء ساحات المدارس وملاعب كرة السلة ومواقف السيارات، وبعضها بأنماط ملونة من قبل فنان محلي.

وكما ذكرنا في ذلك الوقت، كانت النتائج فورية؛ إذ خفض الطلاء درجة حرارة السطح بنحو 10 درجات فهرنهايت (5.5 درجة مئوية) وبعد مرور عام ونصف العام، أصبحت النتائج أكثر إقناعاً.

إن مبادرة المجتمع الرائع، التي تقودها مبادرة التأثير الاجتماعي لشركة «جي أيه إف» للسقوف، بالشراكة مع برنامج «Cool Streets» بمدينة لوس أنجليس، تخضع للدراسة منذ إطلاقها.

تبريد أحياء المدينة

الآن، وجدت دراسة تمت مراجعتها بواسطة شركة «ألتوستراتوس»، التي طورت أيضاً مؤشر جزيرة الحرارة الحضرية في كاليفورنيا، أن انخفاض درجة حرارة السطح يرتبط ارتباطاً مباشراً بانخفاض درجة حرارة الهواء المحيط - المعروف أيضاً باسم درجة الحرارة التي تشعر بها أثناء المشي في الحي.

يتم تبريد الحي بمتوسط 2.1 درجة فهرنهايت، أو ما يصل إلى 3.5 درجة فهرنهايت (1.5 مئوية) خلال موجات الحر. كما ساعد الطلاء أيضاً على تدفئة الرصيف بشكل أبطأ قبل الظهر، والتبريد بشكل أسرع بعد الظهر.

يقول جيف تيري، نائب رئيس المسؤولية الاجتماعية للشركات والاستدامة في «جي أيه إف»: «هناك الكثير من الأدوات المتاحة للمساعدة في التكيف مع تغير المناخ، وهذه واحدة منها».

طلاء عاكس لمدن مبرَّدة

ستعتمد المدينة للحفاظ على برودة الطقس إلى حد كبير على سياستها المناخية، وظروفها الجغرافية والاجتماعية والاقتصادية، ومدى انجذابها للحلول التي يقودها التصميم.

وقد أنشأت برشلونة ولوس أنجليس «ملاجئ مناخية» أو «مراكز تبريد»، في حين قامت دالاس بزراعة آلاف الأشجار. أما المدينة المنورة السعودية، التي يزورها أكثر من 20 مليون حاج سنوياً، فقامت ببناء شبكة عملاقة من المظلات القابلة للطي خارج المسجد النبوي.

في حي باكويما، وهو مجتمع منخفض الدخل وأغلبيته من اللاتينيين، تمت قيادة المبادرة كمبادرة خيرية، ولكن بغض النظر عن كيفية تقييمها، فإن الطلاء العاكس لأشعة الشمس هو حل منخفض التقنية ومنخفض التكلفة، ويجب على المزيد من المدن أن تفكر فيه.

لم تكن باكويما هي المبادرة الأولى التي قادتها «GAF»، وليست الأخيرة. حتى الآن، قامت الشركة بتطبيق غلافها؛ أي طلائها، الذي يسمى «ستريت بوند» (StreetBond)، على 130 مدرسة في جميع أنحاء البلاد - وكان آخرها في مدرسة متوسطة في مابلتون بولاية جورجيا، حيث تم استخدام المشروع كأداة تعليمية ملموسة بين الطلاب، الذين شاركوا في المبادرة وتعلموا قياس ومقارنة درجات حرارة الأسطح المطلية وغير المطلية.

وفي يناير (كانون الثاني) من هذا العام، قام الفريق أيضاً بتطبيق طلاء عاكس لأشعة الشمس على ملاعب كرة السلة خارج مركز مجتمعي في كيسيمي بفلوريدا.

انحسار الحرارة

وفي باكويما، يقول تيري إن فريقه قضى «قدراً هائلاً من الوقت» في التحدث مع السكان المحليين. قال أحد الأشخاص إن سيارته لم تكن ساخنة في الصباح، وقال آخر إنهم تمكنوا من توسيع دوري كرة السلة في الحديقة المحلية في الحي. ولا يقتصر الأمر على الملاحظات المحلية فحسب، فقد أثبت الطلاء أن له تأثيراً على مستوى المجتمع.

تبريد تراكمي

تم إجراء الدراسة بشكل مستقل على مدار 12 شهراً، أثناء النهار والليل، وفي ظروف مختلفة، بما في ذلك موجة الحر الشديدة. وأظهرت أنه كلما كانت المنطقة المطلية أكبر، زاد عدد الأشخاص الذين يشعرون بتأثير التبريد. ويسمي حيدر طه، الذي قاد الدراسة، هذا بتأثير التبريد التراكمي، الذي يحدث، كما يشرحه، عندما تنتقل حزمة من الهواء فوق شارع أو سطح مغطى. ويقول: «كلما طالت فترة الاتصال، أصبح الهواء أكثر برودة في نهاية مساره».

بالإضافة إلى تأثير التبريد التراكمي، أظهرت الدراسة أنه بفضل تدفق الرياح، يمكن نقل الهواء البارد في اتجاه الرياح إلى مبانٍ سكنية أبعد خارج المنطقة المغطاة. وكما يشير طه، فإن انخفاض درجة حرارة الهواء صغير نسبياً (نحو نصف درجة)، لكنه «لا يزال قابلاً للقياس الكمي».

* مجلة «فاست كومباني»... خدمات «تريبيون ميديا».

اقرأ أيضاً

مبنى رائع في أوسلو من دون تبريد أو تدفئة أو تهوية

أعلنت وكالة الفضاء الأميركية (ناسا) أنّ عملية إقلاع مركبة «بوينغ» الفضائية «ستايلاينر» التي كان يفترض أن تقوم بأول رحلة مأهولة لها عبر نقل رواد فضاء إلى محطة الفضاء الدولية قد تمّ إلغاؤها، الاثنين، قبل حوالي ساعتين فقط من موعد إطلاقها، بسبب مشكلة فنية.

وقال بيل نيلسون رئيس وكالة «ناسا» في منشور على منصة «إكس»: «لقد ألغينا محاولة الإطلاق الليلة»، مضيفاً «كما قلت سابقاً، الأولوية الأولى لوكالة ناسا هي السلامة. سنذهب عندما نكون مستعدين».

من جهتها، أعلنت مجموعة «يونايتد لانش ألاينس» (يو إل إيه) المصنّعة للصاروخ الفضائي «أطلس 5» الذي كان مقرراً أن يحمل المركبة إلى المدار أنّها رصدت خللاً في أحد صمّامات الصاروخ، وفق ما ذكرته وكالة الصحافة الفرنسية.

ومن الممكن نظرياً معاودة محاولة الإقلاع، اليوم الثلاثاء، وكذلك يومي الجمعة والسبت، لكن لم يتمّ في الحال الإعلان عن أيّ موعد جديد.

وتعوّل «بوينغ» بشكل كبير على هذه المهمة الاختبارية النهائية التي ستتيح لها أن تثبت أنّ مركبتها آمنة قبل بدء عملياتها بشكل منتظم إلى محطة الفضاء الدولية، بعد أربع سنوات من تحقيق شركة «سبايس إكس» إنجازاً مماثلاً.

وكان مقرّراً أن ينطلق رائدا الفضاء الأميركيان بوتش ويلمور وسوني وليامز عند الساعة 22:34 من ليل الاثنين من كيب كانافيرال في فلوريدا (02:34 بتوقيت غرينتش الثلاثاء) داخل كبسولة «ستارلاينر».

والتحدّي كبير أيضاً بالنسبة إلى وكالة «ناسا» التي طلبت هذه المركبة قبل عشر سنوات، لأنّ توافر مركبة ثانية إلى جانب مركبة «سبايس إكس» لنقل رواد الفضاء الأميركيين هو «أمر مهم جداً»، على قول دانا ويغل، المسؤولة عن برنامج محطة الفضاء الدولية.

ويأمل القيّمون على هذه الرحلة أن يمثّل هذا الإرجاء آخر انتكاسة في مسلسل طويل بدأ في 2019 خلال أول اختبار غير مأهول، إذ يومها لم تأخذ الكبسولة مسارها الصحيح وعادت إلى الأرض قبل وصولها إلى محطة الفضاء.

وفي 2021، عندما كان الصاروخ مثبتاً على منصة الإطلاق، طرأت أعطال أعاقت عمل الصمّامات، مما تسبّب في تأجيل آخر للمهمة.

ونجحت المركبة أخيراً في الوصول فارغةً إلى محطة الفضاء الدولية في مايو (أيار) 2022.

يمثل علم الصيدلة الجيني بداية لعصر جديد في الطب، حيث يتم اختيار الأدوية بناءً على المعلومات الجينية للأشخاص، ما يؤثر بالإيجاب في استجابتهم للعلاج والأعراض الجانبية المتوقعة.

ويمكن لتحليل الجينات الكشف عن الاختلافات الوراثية التي تؤثر على استجابة الأفراد للأدوية، ما يساعد في تحديد الجرعات المثلى واختيار العلاجات المناسبة. ويُعرف هذا النهج بالطب الشخصي أو الدقيق، ويهدف لتخصيص العلاج والوقاية من الأمراض بناءً على الخصائص الفردية لكل مريض، ما يعزز نتائج العلاج ويقلل من مخاطر الأعراض الجانبية.

وتتميز قارة أفريقيا بتنوعها الوراثي العالي، ويُتوقع أن تستضيف نحو 25 في المائة من سكان العالم بحلول عام 2050، وفقاً لتقديرات الأمم المتحدة، لكنها تعاني من نقص في الأبحاث المتعلقة بعلم الصيدلة الجيني مقارنة بالمجموعات السكانية الأوروبية.

ومن أكثر من 300 دواء معتمد من قبل إدارة الغذاء والدواء الأميركية، تمت دراسة 15 دواء فقط في مجموعات أفريقية.

الذكاء الاصطناعي وتطوير الأدوية

وسلّطت دراسة جديدة الضوء على الإمكانيات التي يمكن للذكاء الاصطناعي من خلالها إحداث ثورة في تطوير الأدوية بأفريقيا. واقترحت الدراسة المنشورة في العدد الأخير من دورية «نيتشر»، أبريل (نيسان) 2024، استخدام نماذج الذكاء الاصطناعي بوصفها أداة قوية لمعالجة هذه الفجوة.

ومن خلال تحليل البيانات الموجودة، وتحديد الاختلافات الجينية التي تؤثر على الاستجابة للأدوية، يمكن للذكاء الاصطناعي أن يساعد في تصميم الأدوية لتناسب السكان الأفارقة.

يقول الأستاذ بمركز اكتشاف وتطوير الأدوية في جامعة كيب تاون بجنوب أفريقيا، البروفسور كيلي تشيبال: «أقل من 5 في المائة من البيانات الموجودة في قواعد بيانات علم الصيدلة الجيني العالمية تأتي من أفريقيا، وهذا يعني أن أدوية كثيرة قد تكون غير فعالة أو حتى ضارة للمرضى الأفارقة».

وأضاف لـ«الشرق الأوسط»، أن أفريقيا «تضم السكان الأكثر تنوعاً وراثياً عالمياً، ومع ذلك تفتقر بشدة لأبحاث علم الصيدلة الجيني، وتؤكد دراستنا الحاجة الملحة لمبادرات تقودها القارة لسد هذه الفجوة، وتسخير قوة الذكاء الاصطناعي لتطوير علاجات دوائية أكثر فاعلية، ومصممة خصيصاً لسكان القارة الأفريقية».

ومع ذلك، حذّر تشيبال من تطبيق نماذج الذكاء الاصطناعي المطورة في أماكن أخرى من دون تعديلات، مشدداً على ضرورة أن «يقود الباحثون الأفارقة تطوير نماذج مبنية على بيانات محلية لتجنب التحيز، وضمان التوافق مع التنوع السكاني والبيئي في أفريقيا».

ولتحقيق ذلك، اقترح استخدام «التعلم النقلي» لتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي على مجموعات بيانات أصغر مخصصة للسكان الأفارقة، ما يسرع من تطوير التطبيقات في مجال علم الصيدلة الجيني ويضمن نتائج أكثر دقة وأمانًا للسكان الأفارقة.

فوائد محتملة

وتطرق تشيبال لفوائد استخدام الذكاء الاصطناعي لتحليل المتغيرات الجينية في أفريقيا، ما يسهل التنبؤ بآثارها على استقلاب الدواء واستجابته، ويسرع تطوير العلاجات المستهدفة. وأشار إلى أن دمج عوامل مثل النظام الغذائي، وميكروبيوم الأمعاء، والأدوية المصاحبة، يمكن أن يؤثر على استقلاب الدواء في الأفارقة بشكل مختلف عن المناطق الأخرى، ما يستلزم دمج هذه العوامل في الأبحاث لتطوير الأدوية الملائمة.

على سبيل المثال، يتناول 2.5 مليون شخص مصاب بالسل في أفريقيا عقار الريفامبيسين سنوياً، ما يستدعي تعديل جرعات الأدوية الأخرى بسبب تأثيراته على استقلاب الدواء المتأثر بعوامل مثل النظام الغذائي وميكروبيوم الأمعاء.

4 خطوات

يشكل نقص التدريب والبنية التحتية في أفريقيا عائقاً كبيراً أمام تطور الذكاء الاصطناعي، حيث تظهر الدراسة أن بلدان القارة تحتل مراتب متدنية في مؤشرات جاهزية الذكاء الاصطناعي، خصوصاً في جانب استعداد الحكومات لتطبيقه في الخدمات العامة.

وأضاف الباحثون أن هذا يبرز الحاجة للاستثمار في تدريب الباحثين وبناء القدرات. ولمواجهة هذه التحديات، اقترح الباحثون 4 خطوات رئيسية هي: زيادة تدريب الباحثين الأفارقة في مجالات الذكاء الاصطناعي وعلم الصيدلة الجيني لتعزيز المعرفة المحلية، والاستمرار في جمع البيانات الوراثية والتجريبية من مجموعات متنوعة لتحديد المتغيرات الجينية الدوائية، وتطوير الأدوية الملائمة، بالإضافة إلى تطوير البنية التحتية البحثية في القارة بالتعاون بين الممولين الدوليين، والحكومات المحلية، والمراكز الأفريقية لمكافحة الأمراض والوقاية منها، وتحسين تبادل البيانات بين الباحثين والمؤسسات البحثية، وتطبيق المعايير الأخلاقية للبحث العلمي، وحماية المشاركين في التجارب السريرية.

وخلص الباحثون إلى أن الدراسة توصي بضرورة تحسين نتائج الرعاية الصحية وخفض تكاليفها في أفريقيا، مشددين على أهمية التعاون الدولي والاستثمار في تطوير قدرات أفريقيا في اكتشاف الأدوية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي.

وعبّر الفريق عن تفاؤله بمستقبل تطوير الأدوية المعتمدة على الذكاء الاصطناعي في القارة، مؤكداً الحاجة لمعالجة الفوارق لتحقيق فوائد الطب الشخصي.

ويسهم الذكاء الاصطناعي في الطب الشخصي بتحليل البيانات الجينية والسريرية، مما يساعد في تخصيص العلاجات للأفراد بناءً على تحليل الطفرات الجينية والتنبؤ بالاستجابات الدوائية، وتخصيص الجرعات بناءً على متغيرات، مثل العمر والوزن، مما يعزز فاعلية العلاج ويقلل من المخاطر.

تعد الاضطرابات المرتبطة بالجين المسمى «إس سي إن 2 إيه» (SCN2A) سبباً معروفاً لنوبات الصرع الطفولية، واضطراب طيف التوحد، والإعاقة الذهنية، بالإضافة إلى مجموعة واسعة من الإعاقات المتوسطة إلى العميقة الأخرى في الحركة والتواصل والأكل والرؤية.

دراسة جينية

ويمكن أن تختلف شدة هذه الاضطرابات بشكل كبير من شخص لآخر؛ لكن لا يُعرف سوى القليل عما يحدث على مستوى بروتين الجين الذي يسبب هذه الاختلافات.

وتلقي دراسة حديثة أجرتها عالمة الأعصاب آن بيرغ، من قسم طب الأعصاب بكلية الطب، جامعة «نورث وسترن فاينبرغ»، شيكاغو، إلينوي، الولايات المتحدة الأميركية، وزملاؤها، الضوء على كيفية تأثير التغيرات في جين «إس سي إن 2 إيه» على تطور وشدة هذه الاضطرابات. ونشرت الدراسة في مجلة «برين» (Brain) في 23 أبريل (نيسان) 2024.

وتساعد الدراسة الجديدة في تفسير كيفية تأثير التغيرات في هذا الجين على ما إذا كان الطفل سيصاب بالتوحد أو الصرع أم لا. وكذلك والسن الذي تبدأ فيه النوبات لدى المصابين بالصرع، وشدة الإعاقات الأخرى لدى الطفل.

نشاط قنوات الصوديوم

انصب البحث على فهم كيفية تأثير متغيرات الجين المختلفة على وظيفة قناة الصوديوم، وعلى تفسير النتائج من خلال تحليل البيانات السريرية ومتغيرات جين «إس سي إن 2 إيه» من أفراد 81 عائلة من جميع أنحاء العالم.

وجمع الباحثون بيانات ومعلومات سريرية مفصلة، لتحديد متغيرات الجين الخاصة بهم. وكان متوسط السن 5.4 سنة؛ حيث كانت سن أصغر مشارك شهراً واحداً، وأكبرهم سناً يبلغ 29 عاماً.

وحلل الباحثون التأثيرات الوظيفية لكل متغير من الجين أعلاه على نطاق واسع على قنوات الصوديوم، وهي بوابات صغيرة في أغشية الخلايا العصبية التي تتحكم في تدفق أيونات الصوديوم إلى الخلية، وتساعد الخلايا العصبية في الدماغ على العمل بشكل صحيح.

واعتماداً على المتغير الجيني قد تكون القناة مفرطة النشاط، أي أنها تسمح بتدفق أيونات الصوديوم بحرية أكبر، أو غير نشطة تماماً، أي أن القناة لا تعمل على الإطلاق.

وتختلف الحالة السريرية للطفل باختلاف التأثير الوظيفي على القناة؛ حيث يميل الأطفال الذين لديهم قنوات صوديوم مفرطة النشاط، إلى التعرض لنوبات صرع في الأسبوع الأول من الحياة، في حين أن أولئك الذين لديهم قنوات غير نشطة تماماً لا يعانون في كثير من الأحيان من النوبات.

كما اتبعت شدة السمات الأخرى المرتبطة بالمرض هذا التدرج مع الأشخاص ذوي الإعاقة الشديدة، أي غير القادرين على المشي والتواصل والأكل واستخدام أيديهم، وكان عمرهم أصغر عند بداية النوبة، وقنواتهم مفرطة النشاط. ومع زيادة السن عند ظهور النوبات أصبحت القنوات أقل نشاطاً، وأضحت الإعاقات العصبية الشديدة لدى الطفل أقل حدة.

نتائج تتحدى الفهم السائد

وقال المؤلف المشارك للدراسة، الدكتور ألفريد جورج، رئيس قسم الصيدلة بجامعة «نورث وسترن فاينبرغ» في شيكاغو، إن هناك فهماً سائداً بين العلماء، أن النوبات المبكرة ترتبط فقط بقنوات الصوديوم المفرطة النشاط، وأن القنوات الخاملة أو غير النشطة ترتبط بالتوحد.

وبدلاً من ذلك تسلط الدراسة الضوء على مدى تعقيد العلاقة بين متغيرات الجين «إس سي إن 2 إيه» وبداية النوبات والنتائج السريرية، مما له آثار مهمة على أساليب الطب الدقيق التي تستهدف متغيرات الجين؛ حيث قد تحتاج العلاجات إلى تصميمها بناءً على التأثير الوظيفي المحدد للمتغير.

وتلعب قنوات الصوديوم دوراً حاسماً في وظيفة الخلايا العصبية، من خلال تنظيم تدفق أيونات الصوديوم؛ حيث يمكن للمتغيرات في جين «إس سي إن 2 إيه» أن تغير وظيفة قنوات الصوديوم، مما يؤدي إلى قنوات مفرطة النشاط، أو قنوات غير نشطة، أو تغييرات أكثر تعقيداً.

والأهم من ذلك وجدت الدراسة أن التأثير الوظيفي لمتغيرات الجين على قنوات الصوديوم يرتبط بالنتائج السريرية.

وبشكل عام، توضح الدراسة أهمية فهم العواقب الوظيفية للمتغيرات الجينية في جين «إس سي إن 2 إيه» لاستراتيجيات العلاج الشخصية، كما يتضح من هذه الدراسة أمر بالغ الأهمية لتعزيز فهمنا للأمراض الوراثية النادرة، وتطوير علاجات فعالة.

طريقة جديدة لاختبار التوحد

من جهة أخرى، اكتشف فريق من علماء جامعة كاليفورنيا، في سان فرنسيسكو، بالولايات المتحدة، برئاسة كيفن بيندر، أستاذ علم الأعصاب، في البحث المنشور بمجلة «نيورون» (Neuron) في 24 فبراير (شباط) 2024 طريقة جديدة لاختبار مرض التوحد، من خلال تحليل كيفية تحرك عيون الأطفال استجابة لحركات الرأس.

ووجد الباحثون أن الأطفال الذين يحملون متغيراً من جين «إس سي إن 2 إيه» المرتبط بالتوحد الشديد، يظهرون حركة مفرطة للرأس.

وقد تم ربط المتغيرات في هذا الجين بالأشكال الحادة من مرض التوحد والصرع والإعاقة الذهنية، ومن خلال دراسة المنعكس الدهليزي العيني VOR) «Vestibulo-ocular reflex») الذي يعمل على تثبيت النظرة خلال حركات الرأس.

لاحظ الباحثون أن الأطفال الذين لديهم متغيرات هذا الجين، أظهروا استجابات منعكسة مبالغاً فيها، والمعروفة أيضاً باسم ردود الفعل المفرطة النشاط، والتي تشير إلى استجابة مبالغ فيها لردود أفعال الجسم تجاه محفز معين؛ حيث يمكن أن تشير ردود الفعل المتزايدة هذه إلى حالة طبية كامنة أو مشكلة عصبية.

ولهذا الاكتشاف آثار كبيرة على أبحاث التوحد وتشخيصه. وقام الباحثون باستخدام جهاز بسيط لتتبع العين، يستطيع الأطباء به قياس فرط حساسية المنعكس الدهليزي العيني لدى الأطفال، ما يوفر أداة تشخيصية فعالة وغير جراحية.

ويعد هذا النهج مفيداً بشكل خاص للأطفال غير اللفظيين؛ إذ يلعب التواصل غير اللفظي دوراً حاسماً في دعم الأطفال الصغار الذين قد يعانون من طرق التشخيص التقليدية، وخصوصاً أولئك الذين لا يستطيعون النطق أو الذين يعانون من صعوبات في التواصل.

وتقترح الدراسة وسيلة علاجية محتملة لمعالجة الأعراض المرتبطة بالتوحد، فقد استعاد الباحثون التعبير الجيني الطبيعي لـلجين في الفئران، باستخدام التكنولوجيا المعتمدة على «كريسبر» (CRISPR) ما أدى إلى تحسينات في المنعكس الدهليزي العيني.

وتوفر هذه النتائج الأمل لاستراتيجيات التدخل المبكر للتخفيف من أعراض التوحد.

وبشكل عام، تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية التعاون متعدد التخصصات بين علم الأعصاب وعلم الوراثة والبحوث السريرية، في تعزيز فهمنا، وعلاج اضطرابات طيف التوحد. تغيرات في جين «إس سي إن 2 إيه» تؤثر على تطور وشدة عدد متنوع من الاضطرابات

اختبرت مجموعة من الباحثين الأميركيين نظام طاقة لعدسات لاصقة وضعت على عين زائفة.

عدسات ذكية

الواضح أن العدسات اللاصقة الذكية تحمل في طياتها إمكانات استخدام مهمة ومتنوعة. إذ ومثلاً، بمقدورك بمجرد وضع عدسة على عينك مراقبة المؤشرات الصحية المختلفة مثل مستويات الغلوكوز، وتلقي جرعات مستهدفة من الأدوية الخاصة بأمراض العين، وكذلك الاستمتاع بتجربة الواقع المعزز، علاوة على قراءة تحديثات الأخبار عبر مطالعة عرض المعلومات حرفياً على وجهك.

ومع ذلك، تشكل العين تحدياً كبيراً أمام جهود تصميم الإلكترونيات؛ وذلك لكونها واحدة من أعلى مناطق النسيج البشري من حيث كثافة الأعصاب. وتشير التقديرات إلى أن حساسية القرنية تزيد بمقدار 300 إلى 600 مرة عن حساسية البشرة.

ورغم نجاح الباحثين في تطوير شرائح صغيرة ومرنة، اتسمت مسألة بناء مصادر لتجهيز الطاقة للعدسات اللاصقة بصعوبة أكبر، خاصة أنه من الواضح أن البطاريات والأسلاك الكبيرة لن يمكنها العمل هنا.

وفي هذا الإطار، توفر التطبيقات المتاحة حالياً حلولاً أقل من مثالية، مثل الشحن طوال الليل، بجانب تصميمات أخرى تعتمد على نوع ما من البطاريات الخارجية.

وحدة توليد هجينة للطاقة

وحديثاً، أعلن فريق من جامعة يوتا أنهم طوروا حلاً أفضل: وحدة توليد طاقة هجينة شاملة مصممة خصيصاً للأجهزة التكنولوجية المعتمدة على العين.

في ورقة بحثية نشرتها دورية «سمول» في 13 مارس (آذار) الماضي، وصف الباحثون كيف نجحوا في بناء هذه الوحدة، عبر الجمع بين خلية شمسية من السليكون المرن وجهاز جديد يحول الدموع إلى طاقة. ويمكن لهذا النظام توفير ما يكفي من الكهرباء لتشغيل العدسات اللاصقة الذكية والأجهزة الأخرى المرتبطة بالعين.

ويعد هذا خطوة كبرى نحو الأمام مقارنة بنقل الطاقة لاسلكياً من بطاريات منفصلة، حسبما ذكر عرفان بورشابان، الذي عمل على هذا النظام عندما كان طالباً للدكتوراه في جامعة يوتا.

ونقل موقع مجلة «المهندسين الكهربائيين» الأميركية عن بورشابان، الذي يعمل حالياً مهندساً لدى شركة «تكساس إنسترومنتس»: «تتضمن معظم الأبحاث الحالية نقلاً لاسلكياً للطاقة باستخدام هوائي واحد على العدسة، وآخر في جهاز يمكن أن يكون على بعد نحو سنتيمتر واحد فقط، وهي فجوة صغيرة للغاية. ويجب أن يكون في خط رؤيتك تماماً، وهو أمر غير عملي. لقد شعرنا بأنه إذا لم يتمكن المرء حقاً من ارتداء مثل هذه الأجهزة، فإن روعة تكنولوجيا العدسات اللاصقة الذكية لن تكون ذات قيمة. لذا قررنا أنه علينا بناء وحدة قادرة على النهوض بمفردها».

خلايا كهروضوئية وبطاريات هوائية معدنية

لإنشاء حزمة الطاقة، قام بورشابان وزملاؤه بتصنيع قطع خاصة. وتمثلت الخطوة الأولى في بناء خلايا شمسية سليكونية مرنة ومصغرة يمكنها التقاط الضوء من الشمس، وكذلك من المصادر الاصطناعية مثل المصابيح. ووصل الفريق 8 خلايا بلورية صلبة صغيرة (1.5 × 1.5 × 0.1 ملم) وتغليفها في بوليمر لبناء نظام كهروضوئي مرن.

أما النصف الثاني، فعبارة عن نظام يجري تنشيطه بطرفة العين، ويعمل مثل بطارية الهواء المعدنية. وتعمل الدموع الطبيعية في عين من يرتدي هذه الوحدة - تحديداً الإلكتروليتات الموجودة فيها – بمثابة وقود حيوي لتوليد الطاقة.

وتجري عملية توليد الطاقة حرفياً في غمضة عين: عندما تكون العين مفتوحة تماماً، يتوقف توليد الطاقة. بعد ذلك، عندما تبدأ العين في الرمش، تلتقي إلكتروليتات في الدموع مع أنود المغنيسيوم، ما يسبب تفاعل أكسدة وتوليد الإلكترونات. وفي نهاية المطاف، تتلامس إلكتروليتات الدموع مع كل من الأنود (القطب الموجب) والكاثود (القطب السالب) البلاتيني، ما يولد المزيد من الطاقة عبر مزيد من الأكسدة على سطح الأنود، وتقليل الأكسجين على سطح الكاثود. ويجري الحفاظ على الأقطاب الكهربائية من التلوث عن طريق حركة الجفن والتحديث المستمر للدموع.

ويجتمع «النصفان» المرتبطان بعملية توليد الطاقة هذه معاً عبر دائرة إدارة الطاقة مع مكثف فائق مدمج بقدرة 11 مل يفاراد - الذي يحول الجهد الكهربائي إلى تيار مستمر ويعززه. وفي النهاية، يوفر نحو 150 ميكروواط من الطاقة عند فرق جهد 3.3 فولت ثابت – من دون الحاجة إلى هوائيات أو حزمة بطارية خارجية أو علبة شحن خاصة.

في هذا الصدد، علق وي غاو، خبير أجهزة الاستشعار الحيوية والأستاذ المساعد بمجال الهندسة الطبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، الذي لم يشارك في البحث، بقوله إن هذا النظام يشكل «تطوراً مثيراً في مجال العدسات اللاصقة الذكية». وأوضح أن الإمكانات الواعدة لهذه العدسات تعطلت من قبل بسبب «العقبة الرئيسية المتمثلة في حاجتها إلى مصدر طاقة مستدام».

وعبر عن اعتقاده بأن حزمة الطاقة الجديدة «سهلة الاستخدام»، علاوة على أنها «نهج مبتكر ثنائي الوضع» يستفيد من وضعين لجمع الطاقة، بحيث تستمر في توليد الطاقة، سواء كانت العيون مفتوحة أو مغلقة.

وأضاف غاو: «إن إنتاج الطاقة الموثوق به من هذا الجهاز يمكن أن يغذي مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء وأنظمة توصيل الدواء المستجيبة كهربائياً، مباشرة داخل بيئة العين».

رصد الغلوكوما وتطبيقات أخرى

أبدى بورشابان اتفاقه مع رأي غاو، مضيفاً أن هناك تطبيقات استهلاكية واضحة، مثل العدسات التي تعرض للعدائين معدل ضربات القلب والوتيرة وحرق السعرات الحرارية أثناء التمرين. وكذلك يمكن لتجار التجزئة الحصول على رؤى قيمة من عمليات تتبع كيفية مسح المتسوق الرفوف واختيار العناصر. وأوضح أن إمكانات التسويق وراء الابتكار الجديد ضخمة ومتنوعة.

ومع ذلك، يبدي بورشابان الحماس الأكبر تجاه الاستخدامات المحتملة في مراقبة صحة العين، بدءاً من الحالات غير المعتادة مثل طول النظر الشيخوخي - طول النظر المرتبط بالتقدم في العمر الذي يمكن أن يبدأ في منتصف الأربعينيات - إلى الأمراض الأكثر تعقيداً بما في ذلك الغلوكوما.

وشرح بورشابان أن الغلوكوما (الماء الأسود أو الأزرق) تعرف بأنها «سارق البصر الصامت». وقال: «لا يوجد في هذه الحالة المرضية ألم، وقد لا يكون هناك شيء تلاحظه، وفجأة إذا أصبح ضغط العين أكثر من اللازم بين زياراتك المتباعدة لطبيب العيون، فقد تفقد الرؤية بشكل لا رجعة فيه. إذا تمكنا من الكشف في الوقت الحقيقي عن العلامات التحذيرية لهذه الحالات وغيرها - والتدخل بسرعة - فيمكن أن يغير ذلك مسار حياة الشخص تماماً».