أبحاث علمية لإرسال الروائح عبر الشبكات الإلكترونية

التحفيز الكهربائي لخلايا الأنف العميقة يولد عطوراً طيبة وأريجاً كيميائياً

أبحاث علمية لإرسال الروائح عبر الشبكات الإلكترونية
TT

أبحاث علمية لإرسال الروائح عبر الشبكات الإلكترونية

أبحاث علمية لإرسال الروائح عبر الشبكات الإلكترونية

تخيلوا فيلم واقع افتراضيا حول الحرب الأهلية حيث يمكنكم أن تشتموا رائحة الدخان المنبعثة من بنادق المقاتلين، أو موقعا إلكتروني للتعارف بملفات شخصية تفوح منها روائح العطور والكولونيا، أو حتى تطبيق واقع معزز يتيح لكم توجيه هاتفكم إلى لائحة خيارات مطعم ويقدم لكم نموذجاً عن رائحة كل طبق.

روائح رقمية

لا يزال الباحثون الذين يعملون على «الروائح الرقمية» بعيدين جداً عن تطبيقات مماثلة، ربما لأن عنصر الشكل الخاص بتقنيتهم يترك حيزاً للرغبة. وحتى يومنا هذا، لا يزال التقاط رائحة من المستقبل يعتمد على حشر سلك بأنفكم حتى تتمكن الأقطاب الكهربائية من الاحتكاك بالأعصاب في عمق المجاري الأنفية. ولكن الباحثين لديهم بعض الأفكار المتطورة.
يتولى كاسون كاروناناياكا، باحث زميل من معهد «إيماجينيرينغ» في ماليزيا الإشراف على بحث الرائحة الرقمية، الذي بدأ به كمشروع علمي عندما كان طالباً في مرحلة الدكتوراه بالتعاون مع أدريان شيوك، الذي يشغل حالياً منصب مدير المعهد ويعمل أستاذاً محاضراً في جامعة سيتي في لندن، والذي يعمل حالياً على بحث لابتكار «إنترنت متعدد الحواس».
وفي أحد أبحاثه الأولى، أرسل شيوك «أحضاناً للدجاج»، وعمل طلابه أيضاً على تطوير مذاقات «القبلات الرقمية» و«الطعم الكهربائي».
يشرح كاروناناياكا في حديث لموقع «سبيكتروم» لجمعية المهندسين الكهربائيين الأميركية، إن أول التجارب مع الرائحة الرقمية اعتمدت على خراطيش كيميائية موضوعة في أجهزة تتصل بأجهزة كومبيوتر أو هواتف، ترسل أمراً للجهاز ليحفز إطلاق المواد التي تختلط مع بعضها بعضاً لإنتاج رائحة ما.
خلال عملهم في هذا العالم الكيميائي، يتعاون فريق كاروناناياكا مع شركة يابانية ناشئة تعرف باسم «سينتي»Scentee) ) تقول إنها تعمل على تطوير «أول هاتف ذكي في العالم قادر على إنتاج روائح». يعمل الطرفان سوياً على تطوير تطبيق «سينتي» الذي يندمج مع تطبيقات أخرى لإضافة روائح على وظائف عدة في الهواتف الذكية. مثلاً، يمكن للتطبيق أن يتصل بمنبهكم الصباحي ليفتتح يومكم برائحة القهوة، أو يستطيع إضافة عطور إلى النصوص حتى تصلكم الرسائل من مختلف الأصدقاء مع روائح مميزة.

تحفيز خلايا الأنف

ولكن فريق كاروناناياكا سعى لإيجاد بديل للأجهزة الكيميائية التي تعتمد على خراطيش تتطلب إعادة التعبئة، فأراد باحثوه أن يرسلوا الروائح عبر الكهرباء وحدها.
ولإتمام تجاربه، أقنع الأخير 31 متطوعاً بالسماح له بحشر سلك رقيق ومرن في أنوفهم، وثبت على رأس السلك كاميرا صغيرة وأقطاب كهربائية فضية. وساعدت الكاميرا الباحثين على التحرك في المجاري الأنفية، سامحة لهم بدفع الأقطاب الكهربائية للاحتكاك بالخلايا الطلائية الشمية التي تقع على مسافة سبعة سنتيمترات أعلى وخلف فتحات الأنف. وتعمل هذه الخلايا على إرسال المعلومات عبر الأعصاب الشمية إلى الدماغ.
عادة، تحفز هذه الخلايا الشمية مركبات كيميائية تتصل بمستقبلات الخلايا، ولكن فريق كاروناناياكا حفزها بواسطة تيار كهربائي.
عمل الباحثون سابقاً على تمشيط الأدبيات العلمية للعثور على أمثلة على التحفيز الكهربائي للخلايا الأنفية، فوجدوا تقارير على أنه، أي التحفيز، ساعد المشاركين في التجارب على شم روائح. لذا قرروا أن يختبروا معالم تحفيز مختلفة، مع تعديل تدفق وقوة التيار، حتى توصلوا إلى الإعدادات التي أنتجت حواس الشم بشكل واضح.
وتمكن المشاركون في الاختبار في معظم الأحيان من شم روائح وصفوها على أنها عطور أو روائح كيميائية. كما تحدث البعض عن شم روائح شبهوها بالفواكه والحلويات والنعناع أو الخشب.
واعتبر كاروناناياكا أن هذه التجربة شكلت بداية برهان على فعالية هذه الفكرة. أما الخطوة التالية فهي تحديد ما إذا كانت معالم تحفيز معينة ترتبط ببعض الروائح، إلى جانب البحث في الاختلافات القائمة بين المشاركين في الاختبار. إذ يلفت الباحث إلى احتمال وجود اختلافات ناتجة عن السن، والعمر، وطبيعة الجسم.
ولكن السؤال الأكبر هو: هل سيتمكن الباحثون من العثور على وسيلة لإنتاج هذه الروائح دون حشر أنبوب في أنوف الناس؟ فقد كانت الاختبارات مزعجة جداً لغالبية المتطوعين، مما دفع كاروناناياكا إلى الاعتراف بأن «الكثيرين أرادوا المشاركة، ولكنهم غادروا بعد الاختبار الأول لأنهم لم يستطيعوا التحمل».
ويقول كاروناناياكا إن حلين ممكنين يطرحان نفسيهما: يمكنهم حشر أنابيب أصغر وأكثر مرونة يمكن تحملها أكثر، أو يمكنهم تجاوز الخلايا الشمية في الأنف وتحفيز الدماغ بشكل مباشر.

دراسات الدماغ

وفي خطوة أخرى نحو هذا الهدف التقني - العصبي، يخطط باحثو معهد «إيماجينيرينج» لتعاون في مجال التصوير الدماغي مع توماس هامل، خبير مهم في مجال الاضطرابات الشمية في جامعة دريسدن التقنية في ألمانيا. وفي التجارب المزمع إجراؤها، سيعمل المتطوعون على شم أشياء لها رائحة حقيقية كالورود، كما سيخضعون للتحفيز الأنفي. ومن المخطط أن تحصل هذه «الشمات» جميعها بالتزامن مع تصوير أدمغة المتطوعين بوسيلة غير تدخلية كالتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.
يقول كاروناناياكا: «سنتعرف على مناطق الدماغ التي ستنشط في كل حالة، ومن ثم سنقارن نمطي النشاط. هل يشغلان مناطق الدماغ نفسها؟ في حال كانا كذلك، قد تصبح هذه المنطقة من الدماغ هدف الأبحاث المقبلة.
وقد يلجأ الباحثون إلى استخدام جهاز يؤمن تحفيزاً غير تدخلي لحث المنطقة الدماغية على الهدف، وبالتالي إنتاج أحاسيس شمية دون الحاجة إلى وردة أو سلك في الأنف.
قد تساعد هذه التقنية في تحقيق هدف مساعد: إذ قد يصبح بإمكان الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات شمية ارتداء جهاز على الرأس لتفعيل بعض وظائف الشم لديهم. أما بالنسبة للأشخاص الذين لا يعانون من مشكلات، قد تتيح لهم هذه الأجهزة بعض التعزيزات: مثلاً، يمكن لصانعي سماعات الواقع المعزز أن يطوروا تقنية تخفيزية للدماغ لتزويد المستخدمين بتجربة حسية أكثر انغماساً وغنى.


مقالات ذات صلة

رئيس «أبل» للمطورين الشباب في المنطقة: احتضنوا العملية... وابحثوا عن المتعة في الرحلة

تكنولوجيا تيم كوك في صورة جماعية مع طالبات أكاديمية «أبل» في العاصمة السعودية الرياض (الشرق الأوسط)

رئيس «أبل» للمطورين الشباب في المنطقة: احتضنوا العملية... وابحثوا عن المتعة في الرحلة

نصح تيم كوك، الرئيس التنفيذي لشركة «أبل»، مطوري التطبيقات في المنطقة باحتضان العملية بدلاً من التركيز على النتائج.

مساعد الزياني (دبي)
تكنولوجيا خوارزمية «تيك توك» تُحدث ثورة في تجربة المستخدم مقدمة محتوى مخصصاً بدقة عالية بفضل الذكاء الاصطناعي (أ.ف.ب)

خوارزمية «تيك توك» سر نجاح التطبيق وتحدياته المستقبلية

بينما تواجه «تيك توك» (TikTok) معركة قانونية مع الحكومة الأميركية، يظل العنصر الأبرز الذي ساهم في نجاح التطبيق عالمياً هو خوارزميته العبقرية. هذه الخوارزمية…

عبد العزيز الرشيد (الرياض)
خاص تم تحسين هذه النماذج لمحاكاة سيناريوهات المناخ مثل توقع مسارات الأعاصير مما يسهم في تعزيز الاستعداد للكوارث (شاترستوك)

خاص «آي بي إم» و«ناسا» تسخّران نماذج الذكاء الاصطناعي لمواجهة التحديات المناخية

«الشرق الأوسط» تزور مختبرات أبحاث «IBM» في زيوريخ وتطلع على أحدث نماذج الذكاء الاصطناعي لفهم ديناميكيات المناخ والتنبؤ به.

نسيم رمضان (زيوريخ)
خاص يمثل تحول الترميز الطبي في السعودية خطوة حاسمة نحو تحسين كفاءة النظام الصحي ودقته (شاترستوك)

خاص ما دور «الترميز الطبي» في تحقيق «رؤية 2030» لنظام صحي مستدام؟

من معالجة اللغة الطبيعية إلى التطبيب عن بُعد، يشكل «الترميز الطبي» عامل تغيير مهماً نحو قطاع طبي متطور ومستدام في السعودية.

نسيم رمضان (لندن)
خاص من خلال الاستثمارات الاستراتيجية والشراكات وتطوير البنية التحتية ترسم السعودية مساراً نحو أن تصبح قائداً عالمياً في التكنولوجيا (شاترستوك)

خاص كيف يحقق «الاستقلال في الذكاء الاصطناعي» رؤية السعودية للمستقبل؟

يُعد «استقلال الذكاء الاصطناعي» ركيزة أساسية في استراتيجية المملكة مستفيدة من قوتها الاقتصادية والمبادرات المستقبلية لتوطين إنتاج رقائق الذكاء الاصطناعي.

نسيم رمضان (لندن)

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»