مایعات موجود در گوش داخلی در واقع میتوانند یک وسیله الکترونیکی مانند یک ایمپلنت (وسیله کاشته شده در بدن) را بکار اندازند.
دانشمندان مدار الکترونیکی کوچکی را طراحی کردهاند که میتواند قدرت باتری طبیعی موجود در گوش داخلی خوکچه هندی را بررسی و کنترل نماید. این وسیله بسیار کوچک میبایست انرژی را از باتری موجود در گوش جمعآوری کرده و سپس آن را تا زمان فراهم شدن نیروی کافی جهت انتقال اطلاعات به پزشکان ذخیره سازد.
پژوهشگران نشان میدهند که وجود یک قوه محرکه یا نیروگاه طبیعی در گوش خوکچه هندی میتواند یک وسیله الکترونیکی کوچک را بکار اندازد. گوشهای انسان از ساختار مشابهی برخوردار بوده بطوریکه مانند یک باتری عمل میکند. روزی فراخواهد رسید که پزشکان از این سیستم جهت به کار انداختن ایمپلنتها استفاده کنند. برخی ممکن است خون فرد را مورد بررسی و کنترل قرار دهند. برخی دیگر میتوانند دارو را در بدن توزیع نمایند.
در عمق گوش تمام پستانداران ساختاری مارپیچی شکل تحت عنوان حلزون گوش قرار دارد. این ساختار دو حفره یا ناحیه ذخیره سازی را شامل میشود که هر کدام از مایعی متفاوت پر شده است. یکی از مایعات حاوی مواد معدنی محلول مانند پتاسیم با غلظتی نزدیک به مایعات موجود در خون است. مایع دیگر حاوی نسبت بالایی پتاسیم میباشد.
ولتاژ مقیاسی از میزان انرژی مصرفی جهت به حرکت درآوردن ذرات باردار شده میان دو نقطه یا میزان انرژی بدست آمده از آن ذرات متحرک است.غشایی نازک این دو حفره را از یکدیگر جدا میسازد. سلولهای موجود در این غشاء به طور مداوم پتاسیم را از یک حفره به حفره دیگر پمپ مینمایند. وجود تفاوت در غلظت پتاسیم میان حفرهها اختلاف ولتاژ کوچکی را ایجاد میکند. ولتاژ مقیاسی از میزان انرژی مصرفی جهت به حرکت درآوردن ذرات باردار شده میان دو نقطه یا میزان انرژی بدست آمده از آن ذرات متحرک است. این اختلاف ولتاژ در بخش حلزونی گوش به طور معمول سیگنالهایی را بوجود میآورد که اطلاعات صوتی را در امتداد عصب وارد شونده به مغز حمل میکنند.
به گفتهی آنانتا چاندراکاسان (Anantha Chandrakasan) ذکر این نکته اهمیت دارد که همواره یک اختلاف ولتاژ میان حفرههای مملو از مایع در بخش حلزونی گوش وجود دارد. در نتیجه این وضعیت همانند یک باتری میماند که هرگز شارژ آن خالی نمیشود. او مهندس الکترونیک در مؤسسه فناوری ماساچوست با نام اختصاری MIT است.
او و همکارانش وسیلهی بسیار کوچکی را جهت اندازه گیری تغییرات ایجاد شده در قدرت باتری طبیعی گوش طراحی کردهاند. سپس این وسیله هر چند وقت یکبار به طور بی سیم اطلاعاتی را که جمع آوری نموده است را انتقال خواهد داد.
این باتری میبایست آن وسایل ارسال اطلاعات را به کار میانداخت. اما باتری موجود در گوش داخلی بسیار کم قدرتتر از باتریهایی است که سابقاً جهت به کار انداختن ساعت یا ماشین حساب از آنها استفاده میشد. بنابراین مدارهای موجود در این وسیله میبایست بسیار کارآمد میبودند.
پژوهشگران به منظور بهره برداری از باتری طبیعی گوش، الکترودهایی را به آن متصل ساختند. هر کدام از این الکترودها به درون هر یک از حفرههای بخش حلزونی گوش وارد میشد. این الکترودها میبایست بسیار کوچک بوده و مقاومت کمی نسبت به جریان الکتریسته از خود نشان میدادند.
کونستانتینا استانکوویچ (Konstantina Stankovic) جراح گوش از دانشکده پزشکی هاروارد، سرپرست تیمی بود که این الکترودها را درون گوش قرار داده یا ایمپلنت کردند. سیمهایی این الکترودها را به دستگاه جدیدی یعنی یک تراشه کامپیوتری مشابه با بسیاری از انواع ادوات الکترونیکی دیده شده، متصل کردند. این تراشه به قدر کافی کوچک بود که بر روی نوک انگشت جای گیرد. به منظور انجام آزمایشات اولیه، این وسیله به تنهایی در خارج از گوش خوکچه هندی قرار داده شد.
این وسیله بسیار کوچک میبایست انرژی را از باتری موجود در گوش جمع آوری کرده و سپس آن را تا زمانی ذخیره سازد که از نیروی کافی جهت انتقال اطلاعات برخوردار شده باشد. این پژوهشگران جهت به کار انداختن این وسیله آزمایشی، انرژی آغازین کافی تنها برای حدود 6 دقیقه فراهم کردند. اما در واقعیت نشان داده شد که این وسیله تا 5 ساعت بی وقفه به کار خود ادامه داد. این امر نشان میدهد که این وسیله در جذب توان از باتری طبیعی گوش موفق عمل کرده است. این وسیله انرژی و توان کافی جهت ارسال اطلاعات در هر 40 ثانیه تا 6 دقیقه را فراهم ساخت. پژوهشگران یافتههای خود را به صورت آنلاین در تاریخ 11 نوامبر 2013 در مجله اینترنتی نیچر بیوتکنولوژی (Nature Biotechnology) به اشتراک گذاشتند.
به طور کلی، باتری موجود در بخش حلزونی گوش کمی بیش از 1 نانو وات انرژی تولید نمود. این مقدار کمتر از یک میلیاردم مورد نیاز جهت به کار انداختن چراغ خوابی با نور ضعیف خواهد بود. اما این وسیله در عملکرد شنوایی هیچ گونه تداخلی ایجاد ننمود.
به گفتهی چاندراکاسان نسخههای آتی آن میتوانند درون بدن نزدیک به گوش کار گذاشته شوند. در آنجا میتواند به عنوان مثال کارهایی از جمله کنترل و بررسی مواد شیمیایی موجود در خون و به عبارتی قند خون یا کلسترول را انجام دهد. از طرف دیگر یک وسیله بسیار کوچک برخوردار از نیروی حاصل از باتری موجود در گوش میتواند بعضی اوقات مقادیر کمی از برخی داروها را درون جریان خون یا درون بافتهای نزدیک به گوش منتشر سازد. به گفتهی چاندراکاسان پژوهشگران جهت انجام چنین وظائفی نیاز خواهند داشت الکترودها و مدار بندی وسیله را بهبود بخشند.
محققان تازه شروع به یافتن راههایی جهت جذب، ذخیره سازی و استفاده از انرژی موجود در بدن به طرق غیر معمول کردهاند. به عنوان مثال، دانشمندان کوله پشتیهایی را طراحی کردهاند که میتوانند انرژی را از فرد در حال پیاده روی جهت به کار انداختن یا تأمین انرژی انواع مختلف وسایل الکترونیکی بدست آورند. به گفتهی جین فرانتز (Gene Frantz) آزمایش جدید مرتبط با باتری موجود در گوش «به شما نشان میدهد که میتوانید کارهای بسیار ماهرانهای انجام دهید». او مهندس برق از تگزاس اینسترومنتس (Texas Instruments ) واقع در دالاس است.
به عقیده فرانتز، اما پیش از آنکه پژوهشگران ایمپلنتهایی با مدارهای پیچیده جهت انجام بسیاری از کارها طراحی کنند، بایستی از خود این سئوال را بپرسند که «چگونه مداری بسازم که تنها آنچه مورد نیاز است را انجام دهد؟». او عنوان میکند که این کار میتواند به دانشمندان اجازه داده وسایل کوچکی طراحی کنند که نیازی به انرژی بیشتری نسبت به مقادیر کم انرژی که میکرو باتری گوش میتواند فراهم سازد، نداشته باشند.
دانشمندان مدار الکترونیکی کوچکی را طراحی کردهاند که میتواند قدرت باتری طبیعی موجود در گوش داخلی خوکچه هندی را بررسی و کنترل نماید. این وسیله بسیار کوچک میبایست انرژی را از باتری موجود در گوش جمعآوری کرده و سپس آن را تا زمان فراهم شدن نیروی کافی جهت انتقال اطلاعات به پزشکان ذخیره سازد.
پژوهشگران نشان میدهند که وجود یک قوه محرکه یا نیروگاه طبیعی در گوش خوکچه هندی میتواند یک وسیله الکترونیکی کوچک را بکار اندازد. گوشهای انسان از ساختار مشابهی برخوردار بوده بطوریکه مانند یک باتری عمل میکند. روزی فراخواهد رسید که پزشکان از این سیستم جهت به کار انداختن ایمپلنتها استفاده کنند. برخی ممکن است خون فرد را مورد بررسی و کنترل قرار دهند. برخی دیگر میتوانند دارو را در بدن توزیع نمایند.
در عمق گوش تمام پستانداران ساختاری مارپیچی شکل تحت عنوان حلزون گوش قرار دارد. این ساختار دو حفره یا ناحیه ذخیره سازی را شامل میشود که هر کدام از مایعی متفاوت پر شده است. یکی از مایعات حاوی مواد معدنی محلول مانند پتاسیم با غلظتی نزدیک به مایعات موجود در خون است. مایع دیگر حاوی نسبت بالایی پتاسیم میباشد.
ولتاژ مقیاسی از میزان انرژی مصرفی جهت به حرکت درآوردن ذرات باردار شده میان دو نقطه یا میزان انرژی بدست آمده از آن ذرات متحرک است.غشایی نازک این دو حفره را از یکدیگر جدا میسازد. سلولهای موجود در این غشاء به طور مداوم پتاسیم را از یک حفره به حفره دیگر پمپ مینمایند. وجود تفاوت در غلظت پتاسیم میان حفرهها اختلاف ولتاژ کوچکی را ایجاد میکند. ولتاژ مقیاسی از میزان انرژی مصرفی جهت به حرکت درآوردن ذرات باردار شده میان دو نقطه یا میزان انرژی بدست آمده از آن ذرات متحرک است. این اختلاف ولتاژ در بخش حلزونی گوش به طور معمول سیگنالهایی را بوجود میآورد که اطلاعات صوتی را در امتداد عصب وارد شونده به مغز حمل میکنند.
به گفتهی آنانتا چاندراکاسان (Anantha Chandrakasan) ذکر این نکته اهمیت دارد که همواره یک اختلاف ولتاژ میان حفرههای مملو از مایع در بخش حلزونی گوش وجود دارد. در نتیجه این وضعیت همانند یک باتری میماند که هرگز شارژ آن خالی نمیشود. او مهندس الکترونیک در مؤسسه فناوری ماساچوست با نام اختصاری MIT است.
او و همکارانش وسیلهی بسیار کوچکی را جهت اندازه گیری تغییرات ایجاد شده در قدرت باتری طبیعی گوش طراحی کردهاند. سپس این وسیله هر چند وقت یکبار به طور بی سیم اطلاعاتی را که جمع آوری نموده است را انتقال خواهد داد.
این باتری میبایست آن وسایل ارسال اطلاعات را به کار میانداخت. اما باتری موجود در گوش داخلی بسیار کم قدرتتر از باتریهایی است که سابقاً جهت به کار انداختن ساعت یا ماشین حساب از آنها استفاده میشد. بنابراین مدارهای موجود در این وسیله میبایست بسیار کارآمد میبودند.
پژوهشگران به منظور بهره برداری از باتری طبیعی گوش، الکترودهایی را به آن متصل ساختند. هر کدام از این الکترودها به درون هر یک از حفرههای بخش حلزونی گوش وارد میشد. این الکترودها میبایست بسیار کوچک بوده و مقاومت کمی نسبت به جریان الکتریسته از خود نشان میدادند.
کونستانتینا استانکوویچ (Konstantina Stankovic) جراح گوش از دانشکده پزشکی هاروارد، سرپرست تیمی بود که این الکترودها را درون گوش قرار داده یا ایمپلنت کردند. سیمهایی این الکترودها را به دستگاه جدیدی یعنی یک تراشه کامپیوتری مشابه با بسیاری از انواع ادوات الکترونیکی دیده شده، متصل کردند. این تراشه به قدر کافی کوچک بود که بر روی نوک انگشت جای گیرد. به منظور انجام آزمایشات اولیه، این وسیله به تنهایی در خارج از گوش خوکچه هندی قرار داده شد.
این وسیله بسیار کوچک میبایست انرژی را از باتری موجود در گوش جمع آوری کرده و سپس آن را تا زمانی ذخیره سازد که از نیروی کافی جهت انتقال اطلاعات برخوردار شده باشد. این پژوهشگران جهت به کار انداختن این وسیله آزمایشی، انرژی آغازین کافی تنها برای حدود 6 دقیقه فراهم کردند. اما در واقعیت نشان داده شد که این وسیله تا 5 ساعت بی وقفه به کار خود ادامه داد. این امر نشان میدهد که این وسیله در جذب توان از باتری طبیعی گوش موفق عمل کرده است. این وسیله انرژی و توان کافی جهت ارسال اطلاعات در هر 40 ثانیه تا 6 دقیقه را فراهم ساخت. پژوهشگران یافتههای خود را به صورت آنلاین در تاریخ 11 نوامبر 2013 در مجله اینترنتی نیچر بیوتکنولوژی (Nature Biotechnology) به اشتراک گذاشتند.
به طور کلی، باتری موجود در بخش حلزونی گوش کمی بیش از 1 نانو وات انرژی تولید نمود. این مقدار کمتر از یک میلیاردم مورد نیاز جهت به کار انداختن چراغ خوابی با نور ضعیف خواهد بود. اما این وسیله در عملکرد شنوایی هیچ گونه تداخلی ایجاد ننمود.
به گفتهی چاندراکاسان نسخههای آتی آن میتوانند درون بدن نزدیک به گوش کار گذاشته شوند. در آنجا میتواند به عنوان مثال کارهایی از جمله کنترل و بررسی مواد شیمیایی موجود در خون و به عبارتی قند خون یا کلسترول را انجام دهد. از طرف دیگر یک وسیله بسیار کوچک برخوردار از نیروی حاصل از باتری موجود در گوش میتواند بعضی اوقات مقادیر کمی از برخی داروها را درون جریان خون یا درون بافتهای نزدیک به گوش منتشر سازد. به گفتهی چاندراکاسان پژوهشگران جهت انجام چنین وظائفی نیاز خواهند داشت الکترودها و مدار بندی وسیله را بهبود بخشند.
محققان تازه شروع به یافتن راههایی جهت جذب، ذخیره سازی و استفاده از انرژی موجود در بدن به طرق غیر معمول کردهاند. به عنوان مثال، دانشمندان کوله پشتیهایی را طراحی کردهاند که میتوانند انرژی را از فرد در حال پیاده روی جهت به کار انداختن یا تأمین انرژی انواع مختلف وسایل الکترونیکی بدست آورند. به گفتهی جین فرانتز (Gene Frantz) آزمایش جدید مرتبط با باتری موجود در گوش «به شما نشان میدهد که میتوانید کارهای بسیار ماهرانهای انجام دهید». او مهندس برق از تگزاس اینسترومنتس (Texas Instruments ) واقع در دالاس است.
به عقیده فرانتز، اما پیش از آنکه پژوهشگران ایمپلنتهایی با مدارهای پیچیده جهت انجام بسیاری از کارها طراحی کنند، بایستی از خود این سئوال را بپرسند که «چگونه مداری بسازم که تنها آنچه مورد نیاز است را انجام دهد؟». او عنوان میکند که این کار میتواند به دانشمندان اجازه داده وسایل کوچکی طراحی کنند که نیازی به انرژی بیشتری نسبت به مقادیر کم انرژی که میکرو باتری گوش میتواند فراهم سازد، نداشته باشند.
مترجم: رزیتا ملکیزاده
برگرفته از سایت sciencenewsforstudents
