مستقبلات ضوئية مرنة تحاكي شبكية العين البشرية

باحثو «كاوست» يطورون تطبيقات متنوعة مستوحاة منها

البروفسور خالد سلامة يحمل مصفوفة مستقبلات ضوئية مرنة مصنعة في {كاوست}
البروفسور خالد سلامة يحمل مصفوفة مستقبلات ضوئية مرنة مصنعة في {كاوست}
TT
20

مستقبلات ضوئية مرنة تحاكي شبكية العين البشرية

البروفسور خالد سلامة يحمل مصفوفة مستقبلات ضوئية مرنة مصنعة في {كاوست}
البروفسور خالد سلامة يحمل مصفوفة مستقبلات ضوئية مرنة مصنعة في {كاوست}

تعتبر القوة الحاسوبية محركاً مُهِمّاً في النمو التكنولوجي والصناعي والاقتصادي للمجتمع في جميع أنحاء العالم، حيث اعتمد الإنسان - منذ ظهور المعالجات الدقيقة - على القدرات الحاسوبية للآلات لإجراء العمليات الحسابية المعقدة بصورة أسرع بكثير من الوقت الذي يحتاجه الدماغ البشري. إلا أن تفوق القوة الحاسوبية على العقل البشري ينحصر بصورة معينة في العمليات الحسابية المعقدة، بينما يتضاءل عند مقارنتها بقدرة الإنسان على تحديد الأنماط واتخاذ الإجراءات أو، على سبيل المثال، التعرف على ملامح الوجه بدقة للأفراد بين الحشود.

- حوسبة عصبية
وفي هذا السياق، تلعب الهندسة العصبية أو الحوسبة العصبية - وهي فرع من العلوم مستوحى من الدماغ البشري - دوراً كبيراً في بناء وتنظيم الأطر العملية لأنظمة الحاسب الآلي. ويأمل العلماء في تطبيق بعض ما نعرفه عن وظيفة الدماغ لتحقيق أقصى قدر من التقدم المهم في تصميم الأنظمة العصبية الصناعية بالاعتماد على تقنيتي الذكاء الصناعي (AI) وتعليم الآلة لبناء أنظمة بصرية حاسوبية أفضل، وروبوتات وسيارات مستقلة، وأجهزة استشعار أكثر ذكاءً، والكثير من التطبيقات الأخرى.
نشرت مجلة نيتشر (Nature) العلمية في وقت سابق من هذا العام ورقة بحثية بعنوان «مستقبلات ضوئية مرنة تحاكي شبكية العين» لفريق من الباحثين في مختبر الاستشعار في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)، بقيادة البروفيسور خالد نبيل سلامة تناولت بحثهم حول تطوير مستقبلات ضوئية مرنة هجينة من البيروفسكايت يمكن ضبط سعتها عن طريق تحفيز الضوء، وبالتالي محاكاة شبكية العين البشرية.
بدأ المشروع عندما لاحظ طالب في فريق الباحثين أن خصائص المكثف الكهربائي التي يمكن تغييرها من خلال تسليط الضوء عليها، تتأثر في الوقت نفسه وبشكل مختلف بناءً على لون الضوء، مثل الأخضر أو الأزرق أو الأحمر.
يقول البروفيسور سلامة: «وجدنا أن النطاق الذي تؤثر عليه هذه المكثفات هو نفس نطاق العين البشرية، وهو ما نسميه النطاق المرئي، لذلك بدأنا ننظر لها بنفس نظرتنا للعين البشرية التي تستطيع أيضاً تغيير خصائصها».
كانت الخطوة التالية لعلماء مختبر الاستشعار في كاوست هي الاستفادة من خبرة زملائهم الباحثين في الجامعة الذين يعملون في مجال توصيف الصور والتعرف على أنماط الدماغ لبناء نظام كامل يربط بين الرؤية والمعالجة. وكان هدفهم في الأساس التعرف على آلية ربط العين بالدماغ، بحيث عندما ترى العين شيئا ما، يتعرف الدماغ عليه. وتحقق مرادهم من خلال العمل مع البروفيسور بون أوي، المتخصص في أنظمة الكشف البصري.

استخدام بوليمر حساس للضوء أثناء تصنيع مصفوفة مستقبلات ضوئية مرنة

- تطبيقات مطورة
وقد عمل فريق الباحثين على تطوير تطبيقات مفيدة للهندسة العصبية تساعد في توفير الطاقة.
ويعد تطوير المدن الذكية أولوية متزايدة لكل من الدول الغنية والناشئة المهتمة بمستقبل مستدام. وتمثل الرقمنة وتحسين البيانات وتوفير الطاقة المطلوبة للمعالجة الحاسوبية أولوية مركزية. وبما أن أجهزة الاستشعار توجد في كل مكان - بدءاً من كاميرات الهواتف الذكية التي يستخدمها الأشخاص لالتقاط الصور إلى أنظمة المراقبة الأمنية – فإنها مطلوبة بشكل متزايد، وهي قادرة على اتخاذ القرارات على الفور.
يقول سلامة: «نظراً لأن السيارات ذاتية القيادة تلغي الحاجة إلى السائقين، فإننا نعتمد على أجهزة الاستشعار والكاميرات والليزر للمراقبة الفعلية لبيئة هذه المركبات. وامتلاك تقنية مثل هذه سيسمح للسيارات ذاتية القيادة بالتنقل بشكل أسرع، واتخاذ قرارات لحظية بدلاً من الانتظار حتى يتم إرسال الصور إلى الحاسب الآلي لتحليلها ومعالجتها، وقد لا يكفي هذا لتجنب الاصطدام بعائقٍ ما على الطريق». ويمكن أن تكون الحوسبة العصبية مفيدة للغاية في توفير الطاقة عن طريق زيادة سرعة المعالجة ودقتها، وذلك من خلال بناء أجهزة تشبه في وظيفتها دماغ الإنسان. وهناك حاجة متزايدة للأجهزة التي تحاكي المستقبلات الضوئية لشبكية العين البشرية، مثل أجهزة الاستشعار المختلفة.
وخير مثال على ذلك هو الكاميرات الأمنية التي تسجل باستمرار الصور ومقاطع الفيديو دون أن تعرف بدقة ما تلتقطه. فضلاً عن أن هذا التسجيل المستمر يستهلك قدراً كبيراً من الطاقة والقوة الحاسوبية وحزم من بيانات الاتصال اللازمة لإرسال المعلومات. ويمكن الاستعاضة عن كاميرات المراقبة التقليدية بمكثف خاص يتم تصميمه كجهاز استشعار بصري قابل للضبط ويوفر الكثير من الطاقة، يشرح سلامة: «يعمل المكثف على تقييم صورة المشهد بنفس الطريقة التي يقوم بها الدماغ. وبذلك يصبح بين أيدينا نوع من الكاميرات الأمنية التي تحاكي بالضبط كيف يتعرف البشر على الأشياء».
إن إمكانات جهاز الاستشعار الذي اقترحه باحثو كاوست لتطبيقات الرؤية العصبية كبيرة، لأنه يوسع النطاق من الاستشعار إلى الإدراك، مدعوماً بتقنية تعليم الآلة والشبكات العصبية العميقة.
ووجود مثل أجهزة الاستشعار هذه على طائرة دون طيار (الدرون)، على سبيل المثال، يمكن أن يحسن إلى حد كبير وقت الطيران، والذي لا يتجاوز عادة ساعة واحدة. وإذا نظرنا في تطبيقات محددة، كالتي في القطاعات العسكرية، قد يُطلب من طائرة الدرون اتخاذ بعض الإجراءات المحددة مسبقاً بناءً على الصور التي تلتقطها. وبوجود مثل أجهزة الاستشعار هذه يمكن للدرون اتخاذ هذه القرارات على الفور من تلقاء نفسها دون الحاجة للتدخل البشري أو إرسال المعلومات للقاعدة العسكرية لاتخاذ القرار.
يهدف فريق كاوست الآن إلى زيادة حجم ودقة الصور التي يمكن تحليلها بواسطة جهاز الاستشعار لتتجاوز نطاق 10X10 بكسل. ويتضمن هذا العمل الهندسي أيضاً استكشاف أنواع أخرى من المواد التي يمكن أن تقدم لنا دقة وحساسية أفضل.


مقالات ذات صلة

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

علوم النموذج تم تطويره باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء ينتجون «نموذج جنين بشري» في المختبر

أنتجت مجموعة من العلماء هيكلاً يشبه إلى حد كبير الجنين البشري، وذلك في المختبر، دون استخدام حيوانات منوية أو بويضات.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم الهياكل الشبيهة بالأجنة البشرية تم إنشاؤها في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية (أرشيف - رويترز)

علماء يطورون «نماذج أجنة بشرية» في المختبر

قال فريق من الباحثين في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة إنهم ابتكروا أول هياكل صناعية في العالم شبيهة بالأجنة البشرية باستخدام الخلايا الجذعية.

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

علماء يتمكنون من جمع حمض نووي بشري من الهواء والرمال والمياه

تمكنت مجموعة من العلماء من جمع وتحليل الحمض النووي البشري من الهواء في غرفة مزدحمة ومن آثار الأقدام على رمال الشواطئ ومياه المحيطات والأنهار.

«الشرق الأوسط» (نيويورك)
علوم صورة لنموذج يمثل إنسان «نياندرتال» معروضاً في «المتحف الوطني لعصور ما قبل التاريخ» بفرنسا (أ.ف.ب)

دراسة: شكل أنف البشر حالياً تأثر بجينات إنسان «نياندرتال»

أظهرت دراسة جديدة أن شكل أنف الإنسان الحديث قد يكون تأثر جزئياً بالجينات الموروثة من إنسان «نياندرتال».

«الشرق الأوسط» (لندن)
علوم دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

دراسة تطرح نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات

توصلت دراسة جديدة إلى نظرية جديدة بشأن كيفية نشأة القارات على كوكب الأرض مشيرة إلى أن نظرية «تبلور العقيق المعدني» الشهيرة تعتبر تفسيراً بعيد الاحتمال للغاية.

«الشرق الأوسط» (لندن)

الابتسامة... كيف ستبدو أسناننا في المستقبل؟

الابتسامة... كيف ستبدو أسناننا في المستقبل؟
TT
20

الابتسامة... كيف ستبدو أسناننا في المستقبل؟

الابتسامة... كيف ستبدو أسناننا في المستقبل؟

في عالم تتسارع فيه التقنيات، لم يعد الجمال مقتصراً على البشرة أو الشعر، بل دخلت الأسنان عصراً جديداً من الابتكار. وبحلول عام 2045، لن تكون زيارة طبيب الأسنان فقط لعلاج التسوّس أو الخلع، بل ستتحول إلى طقس تجميلي متكامل يعكس الرفاهية والهوية الشخصية.

من الطب إلى الجمال

وفي مقالة مثيرة للإعلامية المتخصصة في شؤون التجميل الطبي، الصحافية لوسي ماكواير، نُشرت في مجلة «فوك للأعمال» (Vogue Business) في 14 أبريل (نيسان) 2025 بعنوان: «كيف ستبدو أسناننا عام 2045؟»، ذكرت أنها استشارت برنامج الذكاء الاصطناعي المفتوح «OpenAI GPT-4o»، كما استشارت عدداً من شركات طب الأسنان المتخصصة في إدخال الذكاء الاصطناعي بطب الأسنان، بالإضافة إلى استشارة عدد من أساتذة طب الأسنان في جامعة لندن والأكاديمية البريطانية لتجميل الأسنان؛ وكانت هذه الخلاصة: «من الطب إلى الجمال: ثورة في مفهوم الأسنان».

لطالما ارتبطت العناية بالأسنان بالطب الوقائي أو العلاجي، لكنّ الآن هناك تحولاً هائلاً نحو النظر إلى الأسنان بصفتها عنصراً جمالياً يجب الاعتناء به بنفس دقة العناية بالبشرة.

وتتوقع التقارير أن تصبح الأسنان جزءاً من الروتين التجميلي اليومي، بفضل التقنيات المتطورة التي تسمح بتحقيق نتائج مثالية دون ألم أو تدخل جراحي كبير.

وسيتجسّد التقدم في هذا المجال بأبرز الابتكارات والتطورات الآتية:

• عدسات فائقة الرقة. من أبرز الابتكارات التي نتوقع انتشارها هو استخدام العدسات التجميلية (veneers) فائقة الرقة التي لا تتطلّب برد الأسنان الطبيعي، كما هو الحال في هذه الأيام؛ مما يحافظ على بنيتها ويمنحها مظهراً طبيعياً جذاباً، بسبب تطور تقنية «النانو» حينها بشكل كبير.

• تجديد بالخلايا الجذعية. تشير التوقعات إلى أن تجديد أنسجة اللثة التي تترهل أو تلتهب بسبب أمراض اللثة أو الأسنان المفقودة باستخدام الخلايا الجذعية سيصبح ممارسة شائعة، مما يفتح الباب أمام علاج الشيخوخة الفموية وتعويض التآكل الطبيعي للأسنان بطرق طبيعية بالكامل.

• عيادات الأسنان تتحول إلى منتجعات تجميلية. لن تكون العيادات في المستقبل مجرد أماكن للمعالجة، بل ستكون أقرب إلى المنتجعات الصحية، حيث تقدم خدمات، مثل: «ديتوكس الفم» (تنقية الفم من السموم) الذي يستخدم «البروبيوتيك» أو «البكتيريا الحميدة» لتنقية الفم من البكتيريا الضارة، بالإضافة إلى علاجات بالضوء الأزرق أو الأحمر لتحفيز صحة اللثة وقتل البكتيريا المسببة لأمراضها. كما سيتم تطوير أجهزة الليزر الناعم لقتل جرثومة اللسان التي تفرز مركبات كبريتية طيارة تتسبّب برائحة فم كريهة. وهكذا فسيتمتع الكل بابتسامة جذابة ولثة صحية ورائحة فم عطرة.

الابتسامة الهادئة: جمال غير معلن

وفي مقابل موضة الابتسامات البيضاء اللامعة المنتشرة حالياً فإن خوارزمية الذكاء الاصطناعي تشير إلى أن في 2045 سيظهر توجه جديد نحو ما يُعرف بـ«الابتسامة غير المكتشفة»، وهي عبارة عن تحسينات تجميلية خفية لا تُكتشف بالعين المجردة. والهدف هنا ليس أن يعرف الآخرون أنك خضعت لتجميل، بل أن تبدو ابتسامتك طبيعية ومتناسقة بلا تكلف؛ بحيث يقول من يراها أولاً لحاملها: وجهك أصبح أجمل، ما السبب؟ ماذا فعلت؟

وتغيّر وسائل التواصل الاجتماعي قواعد اللعبة؛ إذ إن منصات مثل: «إنستغرام» و«تيك توك» أصبحت ساحة مفتوحة لمحتوى العناية بالأسنان، حيث تنتشر مقاطع فيديو تشرح إجراءات تبييض الأسنان، واستخدام التقويم الشفاف، وحتى مراجعات للعدسات التجميلية. وهذا الانتشار خلق جيلاً أكثر وعياً واهتماماً بجمال الفم؛ مما شجّع الأطباء والشركات على الاستثمار في تقنيات أكثر أناقة وأقل إزعاجاً. وهكذا يتوقع الخبراء أن وسائل التفاعل الاجتماعية ستقدّم دوراً أكبر في توعية المجتمع وفي تحديد خيارات العلاجات الترفيهية للفم.

وخلاصة القول: أسناننا في المستقبل لن تكون فقط دليلاً على الصحة، بل بطاقة تعريف جمالية تعبّر عن أسلوب حياتنا وتوجهاتنا الشخصية. وبينما كانت العناية بالأسنان تُعدّ في السابق رفاهية للبعض، فإن السنوات المقبلة قد تجعل منها ضرورة؛ مثل: استخدام كريمات الوقاية من الشمس أو «السيروم» الليلي. وستختفي بعض تخصصات طب الأسنان؛ مثل: زراعة الأسنان وصناعتها بسبب التطور المتكامل في الخلايا الجذعية وتقنية «النانو». كذلك فإن تخصصات أشعة الأسنان وأمراض الفم ستعوّض عنها خوارزميات الذكاء الاصطناعي. كما يتوقع أن يؤدي التطور الهائل الذي سيشهده علم تقنيات المناعة وتطور فهمنا لمنع انشطار الخلايا السرطانية إلى القضاء بشكل كامل على سرطان الفم والحنجرة. كما أن علماء المناعة سوف يتوصلون إلى الحلول لمعالجة جميع أنواع تقرحات الفم بشكل كامل.