المهندسون البشريون يعجزون عن التصاميم البيولوجية الذكية

• نشر: Evolution News
• ترجمة: لبنى الخشيبان
• تحرير: غادة الزويد

في وسط الأخبار المحبطة غالباً، حول الرقابة والدوغمائية الداروينية، وما يترتب على ذلك من آثار سيئة مستمرة على المجتمع مثل: علم تحسين النسل والعنصرية، فمن الجيد أن نأخذ قسطاً من الراحة ونلقي نظرة حول آخر ما توصل إليه علم التصميم الذكي -سواء سمى نفسه بذلك أم لا- فهذا محتوى المحاكاة الحيوية: التركيز على التصميم بغرض فهمه وتقليده.

فيما يلي بعض الأمثلة لما يتم الإفصاح عنه أسبوعياً من المختبرات والجامعات في مختلف أنحاء العالم:

• صناعة ألواح تزلج أفضل:

تدرس جمعية هندسة ركوب الأمواج زعانف الحوت الأحدب؛ لهدف تحسين ألواح ركوب الأمواج..

 فهل ذلك يساعد؟

“لقد وجدنا أن استخدام زعانف الحوت الحقيقي تسمح لراكب الأمواج الماهر بتحسين أداءه مقاربةً إلى راكب أمواج محترف”. (Plos One)

وقد ألهمت حركة حيوان بزاق البحر السلسة في الماء مهندسين معهد “Max Planck” في شوتغارت ألمانيا للقيام باختراع روبوت مصنوع من مادة الجل بحيث ينحني عند استجابته للضوء مما يسمح لقيامه بالعديد من الحركات المختلفة. (Nature)

وفي جامعة كاليفورنيا إيرفين ذُهل العلماء بشفافية رأسيات الأرجل وقدرتها على التحكم بذلك من خلال إستخدام بروتينات انعكاسية؛ حيث يمكن للحبار أن يقوم بتنشيط تلك البروتينات في تغيير شفافيته ليصبح معتماً أو شفافاً.

 وقد قام العلماء بهندسة الخلايا البشرية بطريقة مماثلة ساعدت في الفحص المجهري والطب حيث أتاحت للجراحين تحديد الخلايا باستخدام الضوء.

السؤال هو: هل يمكن للمحاكاة الحيوية أن تجنب الأموال؟

تلقى هذا المشروع الدعم من وكالة مشاريع البحوث التطبيقية الدفاعية ومكتب البحوث العلمية التابع للقوات الجوية، كما شارك في هذا العمل باحثون من جامعة كاليفورنيا وسان دييغو وهاماتسو فوتوناكس في اليابان.

وقد أكتشف في جامعة ساوث كارولينا الطبية أن سرطان عنق الرحم وهو رابع أكثر أنواع السرطان شيوعاً لدى النساء يمكن إيقاف انتشاره بواسطة مادة تسمى (manzamine A) يقوم بإفرازها نوع من إسفنج البحر الإندونيسي.

• سيارات تعمل بالهيدروجين:

وبمناسبة الحديث عن الإسفنج، فقد ألهمت البنية المسامية للإسفنج التخزين الأخضر الخاص بالسيارات التي تعمل على الهيدروجين، وعلى أثرها طور باحث في جامعة نورث وسترن مادة إسفنجية من “الألمونيوم” ذات مسامية عالية حيث أن جرام واحد من تلك المادة يمكن أن يقارن بمساحة ملعب كرة قدم، وبالمقارنة مع إسفنج الاستحمام فإن المنتج قادر على الاحتفاظ بكميات كبيرة من الغاز وإطلاقها بضغط وتكلفة أقل. (BBC NEWS)

قام مهندسون في جامعة بنسلفانيا بتصور العديد من التطبيقات المفيدة التي تحتوي على جسيمات شبه متجانسة بحجم الميكروميتر ذات أنماط سطحية متنوعة، والتي بدورها تمكن التطبيقات من توصيل الأدوية، وهندسة الأنسجة، وتخزين الطاقة، والعرض وعلى أثر تصورهم، فقد تم إيجاد الكيان البيولوجي المثالي لتقليده وهي حبوب اللقاح. (PNAS)

اكتشف مصممين الروبوت في جامعة كاليفورنيا بيركلي أن تصميم الروبوت يحتاج إلى أصابع ليكون باستطاعته تسلق الجدران مثل (الوزغ)

 والوزغ يمكن أن يصعد وينزل بسهولة نتيجة التصاق أصابعه في إتجاه معيّن، ومن ثم استبدالها في الاتجاه المعاكس.

فقد قام فريق التصميم بوضع مادة مضيئة على أصابع الوزغ لمشاهدة كيفية عملها.

قال روبرت: “إن أصابع قدم الوزغ تسمح له بحركة انتقالية سريعة من خلال توزيع التحكم بين عدة هياكل متوافقة، بحيث تخفف من مخاطر الحركة على التضاريس الصعبة”. إن التحكم الموزع يبين لنا كيف يمكن للالتصاق البيولوجي تقديم أفكار تصاميم جديدة لأقدام روبوت غير مألوفة وفريدة.

• الفيديو:

عيون (Xenos peckii) وهي حشرة صغيرة تعيش كطفيل داخلي في دبور الورق غير عادية! على عكس العيون المركبة لمعظم الحشرات، فهي تحتوي على مئات المستقبلات الضوئية في عدسة واحدة.

 أظهر علماء في كوريا الجنوبية عن عين كاميرا حشرية ذات مواصفات عالية فائقة النحافة مصنوعة وفقاً لمبادئ مماثلة مما يجعلها توفر تبايناً عالياً وتصويراً فائق الدقة. (Nature، Phys.org)

• ألهمتهم الصراصير:

تم تصميم أحد أصغر الروبوتات -وأكثرها إتقاناً- حتى الان في كلية جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية في جامعة هارفارد، وقد كان مصدر الإلهام صرصور بحجم قرش معدني تقريباً.

“لا يمكن لهذا الروبوت الصغير أن يتسلق عامود مياه حتى الان ولكن بإمكانه الركض والقفز وحمل حمولات ثقيلة في لحظات”.

وقال باحثون في الأكاديمية الصينية للعلوم أن الطبيعة هي أفضل معلم للبشرية. وبكونهم طلاباً مجتهدين فقد تعلموا من عيون الحشرات المركبة في تطوير عين كاميرا مركبة متعددة الأطياف ذات رؤية ميدانية واسعة.

ولكن السؤال إلى ماذا ستنظر هذه العيون في الأقمار الصينية الصناعية وما علاقة الالكترونيات بعين الأحياء؟

يجيب العلماء في جامعة كاليفورنيا إيرفين: إن القنوات الغشائية في الخلايا تمنحهم طريقة جديدة لإعادة تصور الدوائر الإلكترونية.

“الدوائر المتكاملة موجودة في جميع الأجهزة الإلكترونية حيث أن وظيفتها هي تضخيم الإشارة وتعديلها وترحيلها، لكن في الطبيعة هناك نوع آخر من الدوائر المكونة من قنوات في غشاء الخلية، والتي تنظم وتضخم نقل الأيونات -وليس الإلكترونات والثقوب- كما هو الحال في الأنظمة الإلكترونية. “هنا نعرض دائرة أيونية غير حيوية مستوحاة من مفاهيم الإلكترونيات وعلم الأحياء هدفها (تضخيم الإشارات الأيونية الصغيرة إلى مخرجات) ويحاكي تشغيلها مضخم دار لينجتون الإلكتروني المؤلف من ترانزستور صغير ومكبرات الصوت الأيونية هي خطوة منطقية نحو تحسين الاستشعار الكيميائي والكيمياء الحيوية والفصل والتضخيم بين الامور الاخرى”.

• اتصالات الطبيعة:

يمكن للبروتينات أن تقوم بتوصيل الكهرباء باستخدام أسلاك نانو بروتينية من بكتيريا Geobacter وإحدى ميزاتها هي كونها “صديقة للبيئة”.

وأفاد فريق من جامعة ماساتشوستس أمهيرست هذا الأسبوع أنهم طوروا مستشعرات غاز أمونيا إلكترونية حيوية والتي تعد من أكثر أجهزة الاستشعار حساسية على الإطلاق.

تساءل الباحثين في جامعة كاليفورنيا إيرفين: كيف يمكن للحرباء أن تغيّر لون بشرتها؟

حيث ابتكروا مادة تستجيب للحركة عن طريق تغير اللون -على عكس المواد الأخرى التي تحاول محاكاة مغيرات ألوان الطبيعة- حيث باستطاعة المادة الاستجابة لأي نوع من الحركة مثل الانحناء أو الالتواء وحسب قولهم يمكن لتغير اللون أن يوفر معلومات حول البيئة.

• النمل وترسانته:

لدى النمل ترسانة من الأدوات للقيام بأخذ عينات من بيئتهم، فالنمل يفعل ذلك بطريقة موزعة على العديد من الأفراد لتجنب إهدار الطاقة وقد لاحظ باحثون في جامعة بريستول أن السلوك الاستكشافي للنمل يساعد في تطوير تقنية رياضية ذات كفاءة لأخذ العينات.

حراشف السمك المتداخلة مثل تلك الموجودة على سمك الشبوط كانت تشكل مصدر إلهام لصناعة الدروع منذ العصور القديمة. ففي الوقت الحالي، قام العلماء في مختبر لورانس بيركلي الوطني بوصف قشور الشبوط وصولًا إلى قياس النانو مما مكنهم من فهم كيفية مقاومة المادة للاختراق مع احتفاظها بالمرونة.

“قال المؤلف الرئيسي روبرت ريتشي من قسم علوم المواد في مختبر بيركلي والذي ترأس هذا العمل مع مارك مايرز أستاذ الهندسة النانوية والهندسة الميكانيكية في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو: “إن بنية المواد البيولوجية رائعة للغاية، نود تقليد هذه الخصائص في المواد الهندسية ولكن الخطوة الأولى هي أن نرى كيف يمكن للطبيعة ان تفعل ذلك.”

لقد شكل حرير العنكبوت مصدر إلهام طويل الأمد للمحاكاة الحيوية ولكنه جديد على البصريات. فقد اكتشف باحثين في جامعة تامكانغ وجامعة يانغ مينج الوطنية في تايوان: أن قطرات الحرير تشكل عدسات مصغرة ذات خصائص بصرية فائقة الدقة للتصوير الحيوي. وليس هذا فقط! فالعدسات تكون معلقة على الخيوط الحريرية؛ لسهولة وضعها ويمكنها أن تضيء بالليزر. (Journal of Applied Physics)

لقد برع المهندسين البشريين في السونار منذ زمن، ولكن خصائص السونار الحيوي للخفاش تستمر بإذهالهم. أحد حيل الخفافيش هي “القفز الترددي” حيث يمكنها الحصول على معلومات من التأخير الحاصل؛ بسبب ترددات مختلفة. فقد طور باحثين من جامعة براون طريقة مستوحاة من الناحية الحيوية تتبنى فيه تقنية القفز الترددي للخفاش لإزالة غموض صدى النبض في أنظمة النطاق العريض، حيث انها تشكل مشكلة خطيرة للرادار عريض النطاق وأنظمة السونار. (PNAS)

يقوم الإخوة رايت المعاصرون بمواصلة التعلم من الطيور وتحسين الطيران على نطاقات أصغر. وفقًا لتقرير نيو ساينتست: صنعت طائرة جديدة بدون طيار في جامعة نانيانغ التقنية في سنغافورة، حيث يمكنها أن تطير وتندفع وتحوم مثل الطائر.

يقول التقرير: “يزن الروبوت 27.5 جرامًا فقط ويمكنه الطيران بسرعة تصل إلى 8 أمتار في الثانية تدوم حتى 8 دقائق في الهواء بشحن بطارية واحدة”

• إلى أين يتجه العالم؟

تولد الكثير من الأفكار الكبرى من خلال مثل هذه الأمثلة:

أولاً: أن المحاكاة الحيوية هي إتجاه عالمي بداية من الصين إلى جنوب كاليفورنيا، ومن هارفارد إلى كوريا الجنوبية، يقوم العلماء فيها بالاستلهام من التصاميم البيولوجية.

ثانيًا: هو أن التصاميم موجودة في كل مكان في العالم الحي من أغشية الخلايا إلى الحيتان العملاقة ومن الصراصير إلى الرخويات البحرية، فمن كان يظن أن عين طفيلي دبور ورقي ستلهم لتطوير كاميرا دقيقة؟

أخيرًا، هذه التصاميم البديعة الموجودة في الطبيعة يصعب على المهندسين مجاراة دقتها وتفاصيلها حتى في تقليدها، فالطبيعة ساحرة ذات كنوز ثمينة لا تنفد تهديها للبشرية لتشعل فيهم روح الابتكار في العلوم والهندسة.

اقرأ ايضاً: التضليل باسم العلم

Photo: A humpback whale, by Whit Welles Wwelles14