رادیوهای نانویی در دل سلول‌های زنده

بدون شک فناوری نانو این روزها یکی از پرمشغله‌ترین فناوری‌های کاربردی در جهان به شمار می‌آید و از آنجا که به محققان این امکان را داده است تا با نفوذ به اساسی‌ترین بنیان‌های ساخت و ساز مواد، هر آنچه را که می‌خواهند با هر کیفیتی تولید کنند، روز به روز با اقبال بیشتری مواجه می‌شود. از تولید روغن موتور گرفته تا شیشه خودرو‌ها و حتی تولید لوازم مختلف آرایشی، فناوری نانو طیف گسترده‌ای از صنایع را متحول کرده است، اما حضور این فناوری در برخی فناوری‌ها از جذابیت متمایزکننده‌ای نظیر ساخت رادیوهای نانویی برخوردار است.

کد خبر: ۳۳۲۵۳۷

در سال 2007 گروهی از محققان در دانشگاه کالیفرنیای برکلی موفق به ارائه رادیوی نانویی شده‌اند که در مقایسه با تلاش‌های قبلی که در این زمینه صورت گرفته است، نقاط متمایزکننده خاصی دارد. الکس زتل و تیم همراهش این رادیوی نانویی را با استفاده از تک نانولوله کربنی ساخته‌اند که در یک سیگنال خاص شنوایی تنظیم شده و حتی می‌تواند آن را تقویت کند و در نهایت آن را به سیگنال صوتی تبدیل و نتیجه حاصله را به صورتی به بلندگوی خارجی ارسال کند که برای گوش انسان قابل شنیدن باشد. ابداع‌کنندگان این فناوری معتقدند رادیویی که تولید کرده‌اند می‌تواند مبنای اصلی طیف گسترده‌ای از تحولات بنیادین در صنایع مختلف باشد؛ سیستم‌های کم‌شنوایی، تلفن‌های همراه، آی‌پدها و سیستم‌های مشابهی که براحتی در مجرای شنوایی قابل نصب خواهند بود. اما آنها جاه‌طلبی‌های بزرگ‌تری نیز در سر می‌پرورانند. به گفته الکس زتل این امکان وجود دارد که از این رادیوی نانویی براحتی در دل سلول‌های زنده نیز استفاده کرد. اما این تنها بخشی از این چشم‌انداز است. از این فناوری می‌توان در گسترش تعاملات جاری میان مغز و بافت‌های ماهیچه‌ای و حتی راه‌اندازی سیستم‌های کنترل از راه دور رادیویی که در جریان خون شناور هستند نیز استفاده کرد.

الکس زتل در سال‌های اخیر بیش از 30 پروژه تحقیقاتی را در این خصوص سرپرستی کرده است و در نظر دارد از یافته‌های به دست آمده در دنیای نانو برای طراحی طیف گسترده‌ای از سیستم‌هایی استفاده کند که هم‌اکنون تنها در ابعاد بزرگ قابل استفاده هستند. البته گرچه او را عمدتا به عنوان ابداع‌کننده اصلی رادیوی نانویی می‌دانند اما در این که چه کسی برای نخستین بار رادیوی نانویی را ابداع کرد، حرف و حدیث‌های زیادی وجود دارد. بسیاری از کارشناسان بر این باورند که سومیو ایجیما ژاپنی برای نخستین بار فناوری‌ای را ارائه کرد که از آن به رادیوی نانویی یاد می‌شود. او در سال 1991 از دستیابی به ریز لوله‌های سوزنی شکلی از جنس کربن خبر داد که روی الکترود گرافیتی قرار داشتند که قوس الکتریکی را تولید می‌کردند. این نانولوله‌ها ویژگی‌های خیره‌کننده‌ای دارند که برای این محقق ژاپنی الهام‌بخش طراحی و ساخت نخستین رادیوی نانویی در جهان بوده است. مهم‌ترین ویژگی آنها این است که می‌توان چنین فناوری را در ابعاد و اشکال متنوعی ارائه کرد. آنها تک جداره‌ای، دو جداره‌ای و حتی چند دیواره‌ای هستند. برخی صاف و کشیده و برخی نیز خمیده‌اند، با این حال ویژگی خیره‌کننده و مشترکی که در بین تمام آنها وجود دارد، مقاومت کششی غیرقابل باور آنهاست به طوری‌که بدون وارد آمدن هیچ‌گونه آسیبی تا حد زیادی از دو سو کش می‌آیند. الکس زتل درخصوص علت این پدیده می‌گوید: ‌همه چیز به نیروی خیره‌کننده‌ای باز می‌گردد که اتم‌های کربنی را در کنار هم و در قالب نانولوله نگاه داشته است. این نیرو قدرتمندترین نیرو در طبیعت به شمار می‌آید. از سوی دیگر نانولوله‌ها را می‌توان هدایت‌کنندگان عالی جریان الکتریسیته عنوان کرد که حتی این کار را به مراتب بهتر از مس، نقره یا حتی ابرهادی‌های دیگر انجام می‌دهند. زتل در این خصوص نیز می‌گوید:‌ چون در نانولوله‌ها الکترون‌ها به هیچ چیز برخورد نمی‌کنند، نانولوله حقیقتا ساختاری عالی و بدون نقص دارد.

ایده ساخت رادیوی نانویی زمانی به ذهن الکس زتل خطور کرد که وی تصمیم گرفت ریز سیستم‌های حسگری را طراحی کند که از قابلیت مهمی همچون برقراری ارتباط با یکدیگر و انتقال مشاهداتشان به هم آن هم به صورت بی‌سیم برخوردار باشند. زتل آینده روشنی را برای رادیوی نانویی خود متصور است. او می‌گوید:‌ از این فناوری می‌توان برای کنترل و نظارت بر شرایط مختلف زیست محیطی استفاده کرد. از آن گذشته می‌توان آنها را در اطراف کارخانه‌ها و تاسیسات گوناگون نصب کرد و هر آنچه را که در این نقاط می‌گذرد به صورت بی‌سیم به مرکز پردازش داده‌ها منتقل کرد. در ادامه آنهایی که مجوز استفاده از این شبکه را دارند می‌توانند تنها با استفاده از اینترنت به داده‌های ثبت شده از سوی این رادیوها دسترسی پیدا کنند.

تیم تحقیقاتی زتل در جریان طراحی این رادیوی نانویی متوجه این موضوع شد که اگر یکی از پایانه‌های نانولوله کربنی را روی سطحی قرار دهیم، سازه‌ای همچون تاق قوس‌داری شکل می‌گیرد که تنها از یک سو به دیوار متصل است. زمانی که مولکولی روی پایانه آزاد آن قرار می‌گیرد، ارتعاشی در نانولوله ایجاد می‌شود. آنها به این نتیجه رسیدند که مولکول‌های مختلفی که جرم متفاوتی دارند، ارتعاشاتی با فرکانس‌های گوناگون تولید می‌کنند. زمانی که محققان پی به برخی از این فرکانس‌ها بردند (که اتفاقا برخی از آنها در باند رادیوهای فعلی نیز وجود دارند) ایده ساخت رادیوهای نانویی بسرعت راه رسیدن به واقعیت را در پیش گرفت.

از‌‌رادیوی نانویی می‌توان در گسترش تعاملات جاری میان مغز و بافت‌های ماهیچه‌ای و حتی راه‌اندازی سیستم‌های کنترل از راه دور که در جریان خون شناور هستند نیز استفاده کرد

رادیوی نانویی تیم تحقیقاتی زتل از 4 بخش تشکیل شده است: آنتن که سیگنال‌های الکترومغناطیسی را دریافت می‌کند، تیونری که فرکانس‌های خاصی را از طیف گسترده سیگنال‌های منتشر شده انتخاب می‌کند، تقویت‌کننده‌ای که قدرت سیگنال را بیشتر می‌کند و یک پیاده‌گر (دمدولاتور) که وظیفه جداسازی سیگنال اطلاعاتی از امواج منتشر شده را دارد. در ادامه سیگنال پردازش شده اطلاعاتی به بلندگوی خارجی منتقل شده تا در آنجا قابلیت شنیده شدن را پیدا کند.

کارشناسان با توجه به پیشرفت‌هایی که در این زمینه صورت گرفته است، فرآیند تغییر شکل و سیستم عملکرد رادیو را در گذر زمان بسیار جالب توجه عنوان می‌کنند. در دهه 30 میلادی رادیوها ابعاد قابل توجهی داشتند و حتی می‌توان گفت که سهم چشمگیری در اشغال فضای محیطی داشتند، اما بتدریج کوچک‌تر شدند تا در دهه 60 نسل جدیدتری از آنها که جای بسیار کمی را اشغال می‌کند، ارائه شدند. با عبور از سال 2000 نسل جدیدتر و متحول شده دیگری از آنها به بازارهای جهانی ارائه شده که به تنهایی با یک یا دو انگشت در دست قرار می‌گرفتند اما اکنون و با ساخت رادیوهای نانویی، تحولی بنیادین در این فرآیند تکاملی ایجاد شده است، جایی که ساختار رادیو همچون امواج رادیویی براحتی قابل رؤیت نیست. آنها را تنها با استفاده از میکروسکوپ‌های قدرتمند می‌توان دید اما از هم اکنون زمزمه‌هایی درخصوص طراحی رادیوهایی حتی کوچک‌تر از ابعاد نانویی به گوش می‌رسد.