مهندسان موسسه ویس (Wyss) دانشگاه هاروارد امیدوار هستند با الهام از سامانه‌های زیستی و با کمک فناوری‌های نوین بتوانند آینده‌ای پایدار برای جنگل‌ها و رودخانه‌های سیاره‌ی زمین بسازند. دونالد اینگبر (Donald Ingber) مدیر موسسه ویس و پزشک و زیست‌شناس سلولی می‌گوید زمین تنها سیاره‌ای است که ما مطمئن هستیم می‌توانیم بر آن زندگی کنیم. بنابراین باید راهی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی فعالیت‌های انسانی بیابیم تا نسل‌های آینده نیز بتوانند به زندگی بر زمین ادامه دهند. دانشمندان موسسه ویس در پژوهش‌های میان‌رشته‌ای خود در حال توسعه‌ی فناوری‌های نوینی هستند که به حفظ و بازیابی محیط زیست کمک می‌کند. آن‌ها با روش‌های الهام‌گرفته از طبیعت، راه‌حل‌های پایداری برای حل تهدیدهای ناشی از فعالیت‌های انسانی می‌یابند. برای آشنایی با فناوری‌های نوین موسسه ویس برای نجات محیط زیست با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

آلودگی‎های محیط زیست

۵۵ درصد از مردم کره‌ی زمین در محیط‌های شهری با بتون، فولاد، شیشه و آسفالت احاطه شده‌اند. به همین دلیل، آن‌ها به راحتی محیط‌های زیستی دیگر را به فراموشی می‌سپارند. یخچال‌های طبیعی، دره‌های وسیع، جنگل‌های متراکم، غارهای زیرزمینی، بیابان‌های خشک و اقیانوس‌های پهناور همگی اکوسیستم‌ها و محیط‌های زیستی هستند که برای زیستن تلاش می‌کنند. چالشی که بین این اکوسیستم‌ها مشترک است، آسیب قابل توجه ناشی از فعالیت‌های انسانی است.

ورود قطعات پلاستیکی در اقیانوس‌ها، محیط زندگی ماهی‌ها، دلفین‌ها و نهنگ‌ها را آلوده می‌کند. باران اسیدی ناشی از دود کارخانه‌ها به گیاهان و حیوانات آسیب می‌زند. پاک‌تراشی جنگل‌ها به فرسایش خاک و خالی شدن خاک از مواد مغذی سرعت می‌بخشد. مواد شیمیایی تولید شده در صنایع مختلف به رودخانه‌ها و تالاب‌ها ریخته می‌شود و آب آلوده‌‌ی آن سلامتی حیوانات و انسان‌ها را تهدید می‌کند. سیاست‌ها و مقررات زیست محیطی بسیاری در سراسر جهان طی نیم قرن گذشته وضع شده‌اند. برای نمونه تاسیس سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا (EPA) و وضع قانون آب پاک (CWA) در دهه‌ی ۱۹۷۰ به حفظ و احیای محیط زیست کمک شایان‌توجهی کرده است اما هنوز کافی نیستند. پیش‌بینی می‌شود جمعیت جهان تا سال ۲۰۵۰ به ده میلیارد نفر برسد و مصرف منابع طبیعی دوبرابر شود.

جلوگیری از فرسایش خاک و حفظ محیط زیست با کمک ربات‌ Romu

یک سوم از سطح سیاره‌ی ما را خشکی تشکیل می‌دهد. ۷ میلیارد انسان و تعداد بی‍شماری از گونه‌های گیاهی و حیوانات بر خشکی زندگی می‌کنند. همچنین بخش عمده‌ای از غذای ما از خشکی تامین می‌شود. زمین موجود برای موجودات زنده در حال کوچکتر شدن است. فرسایش خاک ناشی از کشاورزی نادرست، کوه‌تراشی، ساخت و ساز، شدت گرفتن طوفان‌های ریزگرد بر کیفیت خشکی تاثیر زیادی دارد. از سوی دیگر، بالا آمدن سطح دریاها شهرهای ساحلی را تهدید می‌کند.

مقابله با نهدیدهای زیست محیطی در مقیاس بزرگ به تجهیزات و ماشین‌آلات سنگین و بزرگ نیاز دارد. ماشین‌آلات بزرگ ممکن است به محیط‌های زیستی حساس آسیب بزند. تقسیم وظایف میان ربات‌های گروهی کوچک این امکان را می‌دهد با روش‌های پایدارتر در محیط‌های زیستی عملیاتی انجام شود.

Justin Werfel از دانشمندان ارشد ویس و Nathan Melenbrink پژوهشگر علوم رایانه بر ربات‌های الهام‌گرفته از طبیعت کار می‌کنند. آن‌ها در شاخه‌ای از رباتیک الهام گرفته از طبیعت به نام “ربات‌های گروهی (swarm of robots)” پژوهش انجام می‌دهند. این ربات‌ها برای ساخت پایه‌های سازه‌های بزرگ کاربرد دارند. قرار دادن ورقه‌های فلزی توسط ربات‌ها در مناطق نزدیک به آب و بستر رودخانه‌ها به کاهش فرسایش خاک، کاهش احتمال سیلاب‌های ناگهانی و افزایش آب‌های زیرزمینی کمک می‌کند.

برای ساخت ربات Romu از مورچه‌ها الهام گرفته شده است. گروه‌ مورچه‌ها توانایی ساخت ساختارهایی پیچیده و بزرگ‌تر از خود را دارند. ربات Romu با کمک وزن خود و چکش لرزشی، ورقه‌های فلزی را در خاک قرار می‌دهد. این ربات توانایی قرار دادن ورقه‌های فلزی بلندتر از ارتفاع خود را دارد. پژوهشگران با آزمایش Romu در محیط آزمایشی و شبیه‌سازی رایانه‌ای نشان دادند گروهی از ربات Romu می‌توانند در کاهش سرعت فرسایش خاک و مدیریت زمین کمک‌کننده باشند.

امیدواریم صنایع سنگین تشویق شوند با جایگزین کردن ربات‌هایی همچون Romu به جای ماشین‌آلات سنگین، روش‌های پایدارتری برای مدیریت زمین به کار ببرند.

انجام پژوهش‌ها در عمق اقیانوس‌ها با پنجه‌های رباتیکی نرم

همچنان اطلاعات کمی درباره‌ی زندگی در عمق اقیانوس‌ها وجود دارد. Robert Wood یکی از اعضای موسسه ویس به پژوهش در شاخه‌ی رباتیک نرم (soft robotics) از جمله ماهیچه‌های مصنوعی، پوست مصنوعی حساس و ربات‌های پوشیدنی می‌پردازد. او با مشاهده‌ی روش‌های پژوهشی رایج عمق اقیانوس‌ها به فکر ساخت ربات‌های نرم با کاربرد پنجه‌های نرم مناسب تحقیقات زیر اقیانوس‌ها افتاد. در روش‌های رایج از پنجه‌های سخت و بزرگ برای نمونه‌برداری از موجودات ظریف زیردریایی عمق اقیانوس استفاده می‌شود. ربات‌های سخت درجه‌ی آزادی و مهارت پایینی دارند. ربات‌های نرم با درجه‌‌ی آزادی بالاتر و دقت بیشتر برای تعامل با موجودات ظریف زیر دریاها مناسب‌تر هستند. با ساخت پنچه‌های رباتیکی نرم امکان نمونه‌برداری از عمق اقیانوس و گرفتن موجودات ظریف زیردریایی همچون مرجان‌ها و اسفنج‌ها وجود دارد.

Robert Wood و همکارانش در تلاش هستند ربات‌هایی بسازند تا بتوانند آزمایشگاه‌هایی زیر اقیانوس‌ها داشته باشند و موجودات زیردریاها در محیط طبیعی خود مورد بررسی قرار بگیرند. اطلاعاتی که از این روش به دست می‌آید از روش‌های رایج جمع‌اوری موجودات بیشتر است. همچنین موجودات طی پژوهش‌ها کشته نمی‌شوند.

چشم‌انداز Robert Wood، نزدیک شدن به موجودات زیردریایی، گرفتن تعدادی از سلول‌های آن‌ها و به دست آوردن ژنوم ان‌ها و ساخت مدل سه‌بعدی آن‌ها و رها کردن دوباره موجودات در آب است. برای مطالعه‌‌ی دقیق موجودات نیاز است آن‌ها در محیط طبیعی زندگی خود بررسی شوند. با کشتن موجود زنده اطلاعات کاملی از آن به دست نخواهد آمد.

افزایش طول عمر سازه های دریایی و کشتی‌ها با الهام از سامانه‌های زیستی

بسیاری از موجودات آبزی شامل جلبک‌ها، اسفنج‌ها و دیگر موجودات چسبنده آبزی در مناطق ساحلی و صنایع مبتنی بر آب مشکل ایجاد می‌کنند. چسبندگی زیستی (biofouling) به تجمع، چسبیدن و رشد موجودات زنده بر روی سطوح مصنوعی یا طبیعی موجود در محیط‌های آبی گفته می‌شود. این سطوح شامل بسترهای طبیعی غیرزنده مانند سنگ، چوب و صخره‌های مرجانی، بسترهای مصنوعی مانند سازه‌های دریایی، بدنه‌ی کشتی‌ها، قایق‌ها، خط لوله‌ها و همچنین موجودات زنده است. این موجودات چسبنده به سازه‌های مصنوعی آسیب می‌زند. برای رفع آسیب‌ها در سازه‌ها و کشتی‌ها هزینه‌ی هنگفتی می‌شود.

محصولات موجود برای مقابله با چسبندگی زیستی تنها کمی از تجمع موجودات جلوگیری می‌کند. از سوی دیگر این محصولات برای موجودات آبزی سمی هستند. Joanna Aizenberg یکی از اعضای آزمایشگاه فناوری مواد تطبیق‌پذیر (Adaptive Material Technologies Platform) روش متفاوت و غیرسمی را برای حل این مشکل یافته است. او با الهام از گیاهان کوزه‌ای (pitcher plant) و پژوهش درباره رفتار مواد در شرایط مختلف به روش جدید حل چسبندگی زیستی دست یافت. گیاهان کوزه‌ای گیاهان گوشت‌خواری هستند که طعمه خود را در چاله‌ای سخت و متخلل در درون خود به دام می‌اندازند. این چاله کوزه‌مانند مملو از مایع است. جذب بین مواد به گونه‌ای است که چسبندگی را در بالای سطح کوزه مشکل می‌کند.

این ویژگی برای بر طرف کردن چسبندگی زیستی قابل استفاده است. پوشش‌های SLIPS با دفع مواد از جمله آب برای صنایعی که در آب هستند و کشتی‌ها استفاده خواهند شد تا مشکل چسبندگی برطرف شود. این محصول در حال تجاری شدن است. با مشاهده‌ی سامانه‌های زیستی و تقلید از آن‌ها می‌توان روش‌های پایدار بسیاری برای حل مشکلات صنایع و محیط زیست یافت. افزون بر کاربرد در دریاها، پوشش SLIPS برای مواد فلزی، پلاستیک و پارچه و سرامیک قابل استفاده است تا تجمع مواد در لوله‌ها، لکه بر لباس و آلودگی تجهیزات پزشکی کاهش یابد.

بیشتر بخوانیم:

استفاده از چاپ سه بعدی برای ساخت تایرهای پربازده و زیست تخریب پذیر

بهبود زندگی حیوانات با فناوری های نوین : از پروتزها تا حفاظت گونه های در خطر انقراض

Row-bot : رباتی که آلودگی را میبلعد و الکتریسیته تولید میکند

منبع: wyss.harvard.edu

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی) مجاز است»