محاولات حثيثة لزرع وحدات طبية في البشر
العلم يقترب من تسخير طاقة الجسم لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الذكية
«جسم الإنسان يعج بالطاقة الوفيرة. فما المانع إذن أن نحاول سرقة قدر بسيط من هذه الطاقة لتشغيل أجهزتنا الإلكترونية الذكية؟» بهذا السؤال بدأت مجلة «نيو ساينتست» في أحد أعدادها الأخيرة تحقيقا مطولا تناولت فيه إمكانية الاستفادة من حرارة الجسم في تشغيل أجهزة إلكترونية مع التركيز على الأجهزة الطبية بشكل خاص.
إن النظريات العلمية تشير إلى أن طاقة جسم الإنسان الطبيعي يمكن أن تسمح له بإنتاج 100 واط/ساعة، وهي طاقة كافية لإنارة مصباح كهربائي، لكن ذلك يستلزم تحويل كل ما يأكله الشخص العادي من غذاء إلى كهرباء. وعمليا فإن تحويل جزء يسير من هذه الطاقة الزائدة عن حاجة الجسم إلى قوة كهربائية هو أمر قابل للتطبيق، وهو أعظم حلم للعلماء.
ووفقا لمركز طاقة الفضاء والإلكترونيات المتقدمة التابع لوكالة الفضاء الأميركية «ناسا»، فإن الدهون في المتوسط تمثل 15% من وزن الإنسان الطبيعي، وهذه الدهون قادرة على إنتاج طاقة تقدر ب11 ألف واط/ساعة،
في حين يستهلك الجسم طاقة كهربائية تقدر ب300. 3 واط/ساعة في المتوسط، ومن ثم فإنه بحسبة بسيطة نخلص إلى أنه يمكن استغلال جزء من هذه الطاقة لتزويد الأجهزة الإلكترونية بالطاقة إذا استُحدثت طريقة مناسبة لتحويل جزء صغير من تلك الطاقة إلى كهرباء.
ويبدو الجلوكوز، وهو أحد أشكال السكر الأساسية، كوقود مثالي من نوع جديد في رأي العالم ستانلي كرافيتز ومجموعة من زملائه الباحثين في مختبرات سانديا الوطنية الأمريكية. وحصل كرافيتز وزملاؤه الباحثون على براءات اختراع لتحويل الجلوكوز إلى طاقة،
ويقومون بتطوير مجموعة من الإبر الزجاجية الدقيقة التي تعادل في حدتها ودقتها إبرة البعوضة، حتى يسهل «غرسها» في ذراع إنسان دون أن يشعر بوخزها لتقوم بتحويل جلوكوز جسمه إلى طاقة كهربائية. ويقول الدكتور كرافيتز: «تخيل أنك تمكنت من صنع رقعة توضع على الذراع ولها إبر دقيقة جدا لا تسبب الألم لدى غرسها.. عندئذ لا يحتاج الجندي إلا إلى أكل كعكة صغيرة لكي يبقى جهاز اللاسلكي في حالة عمل».
وتوفر هذه الوسيلة مصدرا غنيا بالطاقة يتميز برخصه وبوفرته مقارنة بالعديد من المصادر الأخرى المتاحة. وفى رأي بعض العلماء أن هذه التقنية يمكنها أن تضرب عصفورين بحجر واحد لأنها ستقدم خدمة مزدوجة لمستعمليها، فبالإضافة إلى أنها ستساعد على حل مشكلة الطاقة لديهم فإنها يمكن أن تقدم وسيلة فاعلة للوقاية والعلاج لم تكن في الحسبان، ويتوقع كرافيتز أنه من الممكن تصنيع جهاز يقوم بسحب الجلوكوز الزائد من دم المصاب بداء السكري، وقد يساعد الأصحاء على احتفاظهم بجسم مثالي ويكافح السمنة والبدانة.
لكن أين الجديد في استخدام السكر كمصدر للطاقة؟ فالجميع يعلم أن السكر يمد أجسام الكائنات الحية بالطاقة. إن الحقيقة العلمية تشير إلى أن السكريات تعد مصدرا غنيا بالطاقة، ولكن الآلة الوحيدة التي تستطيع استخلاص هذه الطاقة بسهولة ويسر هي الخلية الحية نظرا لوجود الأنزيمات الموجودة فيها بشكل طبيعي والتي قامت بتحويل خلايا الكائنات الثديية إلى ماكينات تحرق سكر الجلوكوز.
والجسم البشري على سبيل المثال يقوم بعملية التمثيل الغذائي ويقوم بمعالجة سكر الجلوكوز في عمليات دقيقة يشترك فيها 12 أنزيما مختلفا تزود الجسم بالوقود. وتمكن العلماء من تصميم وإنتاج إنزيمات تحاكي إنزيمات الجسم البشري باستخدام وسائل الهندسة الوراثية.
كما تمكنوا من استخدام معادن محفزة مثل البلاتين من أجل تحرير الإلكترونات من مداراتها حول الذرات. وأظهرت التطبيقات الأولية على خلايا الوقود الجلوكوزي أنها تستخدم كميات قليلة من الطاقة، ولذلك يحاول الباحثون الآخرون استخدام الجلوكوز لتغذية خلايا الوقود بدلا من الهيدروجين، وتحويله إلى طاقة لغرض توليد الكهرباء.
ومؤخرا تمكن علماء ألمان ولأول مرة من إنتاج طاقة كهربائية من حرارة الجسم تكفي لتشغيل أجهزة الاستشعار الطبي. وذكر بيتر شبيس من معهد فراونهوفر الألماني، أن حرارة اليد أصبحت قادرة على تشغيل أجهزة استشعار خاصة في عيادات الإسعاف والأجنحة التي تتطلب الرقابة الدائمة على المرضى.
ونجح فريق العمل، الذي يترأسه شبيس، في استخدام حرارة جسم المريض فقط لتشغيل أجهزة قياس الضغط، وتخطيط القلب، وقياس سرعة النبض، وسرعة وانتظام التنفس وحرارة الجسم نفسها. كما نجحت التقنية في إرسال هذه المعلومات حول المريض من البيت إلى المستشفى بواسطة الهاتف الجوال.
ولا يحتاج المريض سوى إلى الضغط براحة يده على جهاز معين يتولى تحويل الحرارة إلى تيار كهربائي صغير. وتحتاج الأجهزة الصغيرة، مثل أجهزة الاستشعار عن بعد والمجسات الكهربائية، إلى طاقة كهربائية ضئيلة لا تزيد على فولتين، إلا أن مولدات الكهرباء من الحرارة السائدة حتى الآن كانت تفشل في إنتاج هذه الفولتية.
وتتمكن محولات شبيس الجديدة من تشغيل هذه الأجهزة باستخدام 200 ميني فولت، أو أقل، تنتجها حرارة جسم الإنسان بسهولة. وهذا يعني ان شبيس وزملاءه نجحوا في إنتاج محول حراري ـ كهربائي يستطيع أن ينتج أكثر من فولتين من نفس الحرارة.
وأكد شبيس أن فريق العمل أفلح في إنتاج وحدات كهربائية خاصة وأنظمة إلكترونية جديدة وفريدة بهدف التوصل إلى هذه النتائج. ولا يحتاج الجهاز إلى أية بطارية ويعمل على إنتاج الطاقة الكهربائية اللازمة لتشغيل نفسه وتشغيل الأجهزة الأخرى.
كما تم تطوير وتحسين التقنية بحيث صار من الممكن تشغيل الأجهزة باستخدام تيار يبلغ قوته50 ميني فولت. ويعتقد فريق العمل أنه من الممكن تحسين أداء المحول الحراري ـ الكهربائي عن طريق زيادة حساسيته للفرق الحراري.
وإذا كانت المحولات التقليدية تحتاج إلى فرق حراري، بين حرارتها وحرارة المحيط، يبلغ 10 درجات مئوية كي تشرع في العمل، فإنه من الممكن زيادة حساسية الجهاز الجديد كي يشتغل ويولد الكهرباء عند تماسه مع جسم لا تزيد حرارته عن حرارة الجهاز أكثر من 5. 0 درجة مئوية.
وفي ديسمبر 2006 أعلنت وزارة التجارة والصناعة البريطانية مبادرة بقيمة مليون جنيه إسترليني تتكفل الحكومة بنصفها في حين تتكفل صناعة الدواء بالنصف الآخر تهدف إلى إنشاء كونسورتيوم يعمل على تطوير مولد كهربائي دقيق الحجم في جسم الإنسان.
الجزء الأكبر من عملية التصميم تتولاها شركة بيربيتيوم وهي تابعة لجامعة ساوثهامبتون التي بدورها انتهت بالفعل من تصميم نموذج لهذا المولد يزيد في حجمه على الجهاز المستهدف بخمس مرات وبدأت بالفعل في إجراء التجارب المعملية اللازمة.
غير أن الرئيس التنفيذي للشركة وهو روي فريلاند لن يكشف عن كيفية عمل هذا المولد تحت أي شكل من الأشكال خوفا من تسرب الفكرة. وكل ما خرج عن الشركة من تصريحات أفادت أن النظام الجديد يعتمد على ركيزتين، أما الأولى فتضمن استغلال نبضات القلب والأخرى تشتغل عن طريق حركة أطراف الجسم.
ورفض مسؤولو الشركة تقديم مزيد من الشروحات عن الجهاز الجديد لأن الأمر من وجهة نظرهم قد يؤثر سلبا على الناحية التجارية للمشروع. أما الهدف النهائي الذي تسعى إليه الحكومة البريطانية من وراء اشتراكها في مثل هذا المشروع الطموح فهو تصميم جهاز توليد كهربائي في جسم الإنسان يتراوح طوله بين 20 و30 مليمترا ومحيطه لا يزيد على 6 مليمترات،
أي أنه تقريبا في حجم عقب السيجارة ويستطيع توليد ما بين 100 إلى 150 مايكروواط من الطاقة الكهربائية، وهو ما يكفي لتشغيل منظم دقات قلب أو جهاز استشعار بيولوجي في جسم الإنسان. وتأمل الحكومة والشركة المشاركة معها في المشروع في أن يُطرح الجهاز في الأسواق في غضون خمسة أعوام من الآن.فهل تستطيع تكنولوجيا القرن الحادي والعشرين أن تحقق هدفاً طال انتظار العلماء له؟ هذا هو ما ستجيب عنه السنوات المقبلة
إعداد: حاتم حسين
http://www.albayan.ae/servlet/Satellite?c=...le%2FFullDetail
(f)
بحث
قائمة الأعضاء
التقويم
وثائق المساعدة
/
العلم يقترب من تسخير طاقة الجسم لتشغيل الأجهزة الإلكترونية الذكية
