از توفرمان حرکت می گیرد!

جای تردیدی نیست که ایرانیان از باهوش ترین وپراستعدادترین افراد دنیا هستند، کما این که تمام مراکزعلمی و تحقیقاتی بزرگ دنیا هم با اذعان این واقعیت ، محققان ومبتکران ایرانی را با افتخار

کد خبر: ۷۹۵۵۷

درمیان نیروهای اصلی خود جای داده وتاسف تلخ ناشی از نبود آنها را درکشورمان بر ما تحمیل کرده اند...
در چند روز گذشته ، ما نیز این فرصت را یافتیم تا با یکی از بزرگترین مخترعان و مبتکران ایرانی دنیا ملاقاتی داشته باشیم.
وی در کمال سادگی وفروتنی پذیرفت تا در روزنامه جام جم با ما گفتگویی داشته باشد. این مبتکربزرگ ازآن دسته افرادی است که با تکیه براستعدادهای ویژه خود مرزهای دانش را درحوزه های بعضا متفاوت درنوردیده و ازاین گذربا بهره گیری ازدانش مهندسی شیمی ، مهندسی رباتیک وجراحی اعصاب یکی ازاختراعات بزرگ دنیا یعنی ساخت عضله مصنوعی نائل آمده است.
ازاین روی وی شایسته دریافت جایزه ویژه Space of award درسال 2003، از سازمان فضایی ناسا با ساخت عضله مصنوعی برای استفاده در رباتهای جمع آوری کننده سنگهای آسمانی در سطح مریخ شناخته است.
گفتگوی ما را با پروفسورمحسن شاهین پور، استاد مهندسی رباتیک وجراحی اعصاب در دانشگاه پزشکی دانشگاه نیومکزیکو ورئیس انستیتو تحقیقات عضلات مصنوعی امریکا بخوانید.

تحقیقات اولیه برای ساخت عضله مصنوعی چگونه و ازکجا شکل گرفت؛
از آنجایی که سالها درتحقیقات رباتیک فعال بودم ، بررسی این که آیا می توان رباتی ساخت که ساختارش مانند انسان باشد، همیشه ذهنم را به خود مشغول می کرد و اولین سوالی که دراین زمینه به ذهنم خطورمی کرد چگونگی حرکت دست انسان بود...انعطاف پذیری عضلات حرکتی انسان ناشی ازجنس عضلات است که ازگوشت یا پروتئین است وپروتئین نیزیک نوع ترکیب آمینواسیدی است.
درواقع پروتئین ها هسته هایی باردارهستند که درمجاورت آب یونیزه می شوند. پس به این ترتیب به این نتیجه رسیدیم که باید به پروتئین هایی دست یابیم که مانند گوشت باشند، پس پلیمرهایی را کشت دادیم که همچون ترکیب پروتئینی بدن انسان باشند یعنی باردارشوند.
اما مساله دیگری نیز دراینجا وجود داشت وآن این که بدن از طریق واکنش های شیمیایی که ازمغز فرمان می گیرند، زمینه انبساط وانقباض عضلات را فراهم می آورد. پس ما نیزبه چنین واکنش های شیمیایی نیازداشتیم که با استفاده ازجریان برق زمینه آن را ایجاد کردیم.
به این ترتیب ، عضلات مصنوعی ساخته شدند که در واقع پلیمرهای باردار بودند که درصورت قرار گرفتن در حوزه های برقی دینامیک (غیر ثابت) باردار می شدند یعنی تغییر شکل می دادند. البته این پلیمرها باید درمحیطی همچون بدن انسان (محلول آب ونمک ) قرار بگیرند تا یونیزه شوند.

مسلما ایجاد حوزه الکتریکی درچنین شرایطی نیازبه یک فاز فلزی نیزدارد، این مساله را چگونه حل کردید؛
برای ایجاد حوزه الکتریکی درعضلات مصنوعی پلیمری باردار(poly Electrolyte) یک فاز فلزی را روی این پلیمرها ازطریق شیمیایی می نشانیم.
یعنی قشری ازفلزی چون طلا، پلاتین یا نقره را بر روی آن می نشانیم و وقتی به طریق شیمیایی جریان برق را به لایه فلزی وصل می کنیم ، حوزه الکتریکی برقرار می شود. برای تولید یک پلیمرباردار نیزیک پلیمراسیدی (پلی الکتریک اسید یا P.A.A)را با یک پلیمرالکلی (پلی وینیل الکل )P.V.Aمخلوط می کنیم.
نتیجه آن که چنین ترکیب پلیمری درمجاورت هوا یا درمحیطهایی چون محلول آب ونمک باردار می شود و برقراری جریان الکتریکی به تغییرشکل پلیمرها منجر می شود.
این دقیقا اتفاقی است که درعضلات بدن نیز از طریق واکنش های شیمیایی می افتد.

ازاین عضلات چه استفاده ای در رباتها کردید؛
چند سال پیش سازمان فضایی ناسا ازما خواست تا در دستان رباتهای جمع آوری کننده سنگهای آسمانی از این عضلات مصنوعی استفاده کنیم یعنی دستهای رباتیکی بسازیم که نرم باشند و به سنگها بیش ازحد فشار وارد نکنند. ما نیزآن را ساختیم که درحال حاضراستفاده می شود.
از سوی دیگر، تیم تحقیقاتی ما موفق به ساخت نوعی گرد وخاک پاک کن ربات درفضا نیز شده است. چرا که رباتها در مریخ برقشان را ازطریق سلولهای خورشیدی می گیرند، گرد وخاک بلند شده در حین کار رباتها بر روی این سلولها می نشینند ومانع ازشارژ شدن باطری رباتها می شود.
که ما از این عضلات مصنوعی استفاده کرده ونوعی گرد وخاک پاک کن (space dust wiper)برای رباتها ساختیم که در دمای -180درجه درسطح مریخ نیز کارمی کند. براین اساس من موفق به دریافت جایزه ویژه SPACE ACT AWARDازسازمان فضایی ناسا در سال 2003شدم.

بپردازید به کاربرد این عضلات درمصرف پزشکی ، اصلی ترین مورد استفاده عضلات مصنوعی دربدن چه می تواند باشد؛
کمردرد یک مشکل بزرگ بشری است. بخصوص کمر درد ناشی ازآسیب دیدگی آخرین مهره های ستون فقرات ، چرا که تمام فشار ونیروها براین سه مهره وارد می شود. زمانی که فرد دچاردیسک می شود غضروف مابین مهره ها پاره می شود یا بیرون می زند.
درعین حال ، شیوه هایی هم برای جراحی دیسک وجود دارد، ولی مساله با این جراحی ها حل نمی شود چرا که وارد آمدن هرنوع فشار که غالبا در روند روزمره زندگی گریز ناپذیر است ، باعث به وجود آمدن مشکل دوباره برای افرادی که جراحی شده اند، می شود.
در واقع به نظر می رسد طرحی که در جراحی اعصاب برای دیسک در نظر گرفته شده ،چندان جالب نیست چرا که غالبا مهره ها را با پیچ ومهره ازهم جدا نگه می دارند.
ولیکن با استفاده از غضروف مصنوعی در افرادی که تحت عمل جراحی دیسک قرارمی گیرند، می شود مشکل را حل کرد.
به این شکل که با وارد آمدن فشاربیش ازحد به مهره ها، این غضروف ها با پروسسورهایی میزان فشار را می سنجند و سیگنال هایی می فرستند که باعث می شود جریان برقی ازطریق باطری سبک وکوچکی (Zinc Air)که در نزدیک آنها ودر درون بدن نصب شده ، به این غضروف ها وارد شود که این جریان الکتریکی به حرکت غضروف ، تغییرشکل آن وجلوگیری از وارد آمدن فشار اضافی به مهره ها منجر می شود.
البته تا کنون این تستها بر روی اجساد صورت گرفته و انجام آن بر روی افراد زنده نیازبه گذراندن مراحل آزمایشی دقیق تر وزمان بیشتری دارد که من تخمین می زنم زمانی حدود 10تا 15سال دیگرشاهد کاربرد وسیع این غضروف ها درافراد باشیم.
به این ترتیب با کاربرد عضلات مصنوعی درجراحی دیسک کمر که ازطریق آندوسکوپی انجام می گیرد وبا کنترل وارد آمدن هرنوع فشاراضافی بر مهره ها، امکان عود دیسک نیزمنتفی خواهد بود.

شنیده ایم که کاربرد درمانی پراهمیت تری نیزبرای این عضلات دربدن وجود دارد وآن درقلب انسان است ، در مورد آن برایمان بگویید؛
متاسفانه درصد بهبود کسانی که دچار نارسایی های حاد قلبی هستند وراهی جزپیوند قلب برایشان وجود ندارد، بسیار پایین است ؛ چرا که 50درصد امکان پس زدن قلب پیوندی حتی در صورت وجود مشترکات خونی وژنتیکی وجود دارد. بعلاوه مشکلات مربوط به مهیا شدن شرایط پیوند نیزبه قوت خود باقی است.
به این ترتیب تصمیم گرفیتم که روی عضله قلب کار کنیم و شرایطی را فراهم کنیم تا بشود به قلب ازبیرون کمک کرد. بر این اساس آزمایش های زیادی بر روی گاوها صورت گرفته است که ما را به این نتیجه می رساند که می توان عضلات مصنوعی را به بافت قلب بخیه وبا سیگنال هایی که از طریق جریان الکتریسیته ناشی از باتری کار گذاشته شده در داخل یا بیرون ازبدن ، به این عضلات فرستاده می شود، انبساط، انقباض واصولا سیستم خون رسانی قلب را کنترل کرد.
البته این آزمایش ها نیز تا کنون روی حیواناتی چون موش وگاو انجام گرفته وبه حداقل زمانی حدود 10سال نیاز است تا روی انسان قابل اجرا شود. گرچه آزمایش های انجام شده بر روی کاربرد عضله مصنوعی در درمان دیسک کمر و نیز در درمان ضایعات حاد قلبی تا کنون به نتایج بسیارخوبی رسیده اند.

آیا در سایرعضلات بدن نیزمی توان ازاین عضلات استفاده کرد؛
بله. یکی از مواردی که ما روی آن کار کردیم وبه نتایج بسیارجالبی نیزدست یافتیم دراصلاح دوربینی چشم است. در مواردی که چشم دچار دوربینی است و درمان آن از طریق جراحی لیزیک با تراشیدن قرینه وافزایش انحنای آن انجام می شود، شاهد هستیم که اصلاح مطلوب دوربینی عملی نمی شود وبیمارهمچنان دچارمشکلاتی در بینایی خود بخصوص در شبها است.
درچنین شرایطی که با استفاده از جریان الکتریکی اتصال یافته به عضله مصنوعی تعبیه شده درچشم، می توان انحنای قرنیه را از سوی خود فرد درسطح مطلوب تنظیم کرد، یعنی از طریق دکمه ای که پشت گوش کار گذاشته می شود، به صورت بی سیم، برق القایی که به تغییر انحنای قرنیه منجر می شود، به این عضله متصل می شود.
مزیت این شیوه نسبت به عمل لیزیک یکی برگشت پذیر بودن آن است ودیگری انجام آن حتی دربچه ها بر خلاف عمل لیزیک است.