العلماء يكتشفون «الدور السحري» للتمارين الرياضية

التمارين الرياضية تعزز صحة الناس، وتقلل مخاطر تطور الأمراض لديهم كالسكري والبدانة. ولكن، كيف يجري هذا على المستوى الخليوي، وكيف تقوم التمارين بمثل هذا الدور السحري، وما الخطوات النفسية التي تنطوي عليها؟ كل ذلك يبقى غامضا إلى درجة مدهشة. لقد بينت دراسات جديدة مذهلة كيف أن التمارين قادرة على تغيير...
التمارين الرياضية تعزز صحة الناس، وتقلل مخاطر تطور الأمراض لديهم كالسكري والبدانة. ولكن، كيف يجري هذا على المستوى الخليوي، وكيف تقوم التمارين بمثل هذا الدور السحري، وما الخطوات النفسية التي تنطوي عليها؟ كل ذلك يبقى غامضا إلى درجة مدهشة. لقد بينت دراسات جديدة مذهلة كيف أن التمارين قادرة على تغيير...
TT

العلماء يكتشفون «الدور السحري» للتمارين الرياضية

التمارين الرياضية تعزز صحة الناس، وتقلل مخاطر تطور الأمراض لديهم كالسكري والبدانة. ولكن، كيف يجري هذا على المستوى الخليوي، وكيف تقوم التمارين بمثل هذا الدور السحري، وما الخطوات النفسية التي تنطوي عليها؟ كل ذلك يبقى غامضا إلى درجة مدهشة. لقد بينت دراسات جديدة مذهلة كيف أن التمارين قادرة على تغيير...
التمارين الرياضية تعزز صحة الناس، وتقلل مخاطر تطور الأمراض لديهم كالسكري والبدانة. ولكن، كيف يجري هذا على المستوى الخليوي، وكيف تقوم التمارين بمثل هذا الدور السحري، وما الخطوات النفسية التي تنطوي عليها؟ كل ذلك يبقى غامضا إلى درجة مدهشة. لقد بينت دراسات جديدة مذهلة كيف أن التمارين قادرة على تغيير...

التمارين الرياضية تعزز صحة الناس، وتقلل مخاطر تطور الأمراض لديهم كالسكري والبدانة. ولكن، كيف يجري هذا على المستوى الخليوي، وكيف تقوم التمارين بمثل هذا الدور السحري، وما الخطوات النفسية التي تنطوي عليها؟ كل ذلك يبقى غامضا إلى درجة مدهشة.
لقد بينت دراسات جديدة مذهلة كيف أن التمارين قادرة على تغيير كيفية عمل الجينات بصورة جذرية. فالجينات ليست ساكنة هامدة، بل هي تنشط وتتوقف، وفقا للإشارات البيولوجية الكيميائية التي تتلقاها من الأنحاء الأخرى من الجسم البشري. فلدى تنشيطها تقوم بالتعبير عن نفسها على شاكلة بروتينات مختلفة تقوم بدورها بالترويج لنفسها عن طريق مجموعة من النشاطات والأفعال بالجسم.
* تغيير سلوك الجينات وأحد الأساليب القوية في التأثير على النشاط الجيني ينطوي على عملية تسمى «تأثير الميثيل» («ميثاليشن» methylation)، عندما تقوم مجموعات الـ«ميثيل» التي هي تجمعات من ذرات الكربون والهيدروجين، بالتعلق وربط ذاتها بالغطاء الخارجي للجين، مما يؤدي إلى صعوبة تلقي ذلك الجين رسائل الجسم والاستجابة لها. وبهذه الطريقة، يتغير سلوك الجينات، ولكن لا يتغير التركيب الأساسي لها. ومن المدهش فعلا أن هذا النمط من عملية «تأثير الميثيل» يمكن إمراره من الشخص إلى ذريته، وهي ظاهرة تعرف باسم «التخلق» (epigenetics).
والأمر المدهش بشكل خاص حول عملية «ميثاليشن»، أنها تجري مدفوعة بأسلوب الحياة. فقد أظهر الكثير من الدراسات أن الوجبات الغذائية على سبيل المثال، من شأنها التأثير على عملية «تأثير الميثيل» على الجينات، والعلماء العاملون في هذا النطاق، لهم شكوكهم أيضا في قدرة الأنماط المختلفة من هذه العملية الناجمة عن وجبات الطعام المختلفة في التقرير جزئيا حول ما إذا كان أحدهم قد يصاب بمرض السكري، وآخر بأمراض التمثيل الغذائي (الأيض).
لكن العلماء لم يفهموا حتى الآن دور النشاط البدني في «ميثاليشن» الجينات بشكل كامل، بينما فهموا أكثر دور الوجبات الغذائية بتغيير جسم الإنسان. لذا انبرت مجموعات من العلماء أخيرا لتقرير ما الذي تفعله التمارين الرياضية على القسم الخارجي من جيناتنا. وأظهرت النتائج المنشورة أخيرا أنها كثيرة ومتعددة.
* دراسات النشاط الرياضي ومن الدراسات الجديدة التي نشرت أخيرا في الشهر الماضي، التي هي ربما أكثر إثارة للحيرة، تلك التي أجريت من قبل باحثين مرتبطين بمركز السكري في جامعة «لند» السويدية. وقد بدأت عن طريق تجنيد عشرات الأشخاص البالغين الذين لا يتحركون كثيرا، لكنهم عموما من الأصحاء، بحيث جرى امتصاص بعض خلاياهم السمينة. وعن طريق استخدام بعض الطرق الجديدة في الأبحاث الجزيئية، تمكن الباحثون من وضع خريطة لنماذج الـ«ميثاليشن»، أي عمليات «تأثير الميثيل» على الجينات، وأنماطه، في الحمض النووي منقوص الأكسجين (دي إن إيه) الموجود ضمن هذه الخلايا. وقد قاموا أيضا بقياس تركيب جسم الأفراد المشاركين، وقدرتهم الرياضية الهوائية، ومحيط خصرهم، وضغطهم الدموي، ومستوى الكولسترول، فضلا عن إشارات أخرى تتعلق بالصحة واللياقة البدنية.
وتحت إشراف مدرب، قام المتطوعون بالخضوع لجلسات رياضية تدوم ساعة كاملة مرتين في الأسبوع لمدة ستة أشهر. وفي نهاية هذه الفترة، تخلص هؤلاء من بوصات من الشحوم التي كانت متراكمة حول خصورهم، مما عزز من جلدهم واحتمالهم، وقلل من ضغط دمهم، ومستوى الكولسترول في دمائهم.
وكان الأقل ظاهرا أن تغييرا طرأ على نمط عملية «ميثاليشن» في جيناتهم الموجودة في خلايا شحومهم. فقد أظهر أكثر من 17900 موقع أفرادي في 7663 جينا مختلفا في الخلايا الشحمية، تغييرا في هذا النمط. وفي غالبية الحالات أصبحت الجينات خاضعة أكثر لعملية «تأثير الميثيل»، وإن كان البعض منها أقل ارتباطا بمجموعات الـ«ميثيل». وكلتا هاتان الحالتين تؤثر على كيفية قيام هذه الجينات بالتعبير عن ذاتها على صعيد البروتينات.
والجينات التي أظهرت تغييرا كبيرا في عملية «ميثاليشن» كانت تلك التي كانت معروفة في السابق كونها تلعب دورا ما في تخزين الدهن والشحم، ومن ثم لها دور خطر في تطوير البدانة وداء السكري.
وتقول شارلوت لينغ، الأستاذة المشاركة في جامعة «لند»، والمساهمة الرئيسة في هذه الدراسة: «إن معطياتنا وقراءاتنا تشير إلى أن التمارين قد تؤثر على تقليل البدانة ومخاطر السكري من النوع الثاني، عن طريق تغيير عملية (ميثاليشن) في الحمض النووي للجينات» وفقا لما ذكرته «نيويورك تايمز».
في هذه الأثناء، أظهرت دراسات أخرى أن التمارين الرياضية لها تأثير مساو أيضا في عملية «تأثير الميثيل» على الحمض النووي داخل خلايا العضلات البشرية، حتى بعد إجراء تمرين رياضي واحد.



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»