اختراقات علمية وتقنية جديدة

انطلاقة البحث التوليدي الصغير وتطويرات لحماية البيئة

اختراقات علمية وتقنية جديدة
TT
20

اختراقات علمية وتقنية جديدة

اختراقات علمية وتقنية جديدة

ما الذي سيحمل أهمية حقيقية على المدى البعيد؟ يتوقف خبراء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الأميركي أمام هذا السؤال، أثناء تجميع عناصر القائمة السنوية لأهم الاختراقات العلمية والتقنية كل عام. وإليك بعضاً منها نشرت في دورية «تكنولوجي ريفيو».

رصد فلكي وتطورات الذكاء الاصطناعي

• مرصد فيرا سي روبين Vera C. Rubin Observatory: من المقرر هذا العام تشغيل تلسكوب جديد قوي في منطقة نائية من تشيلي، الذي سيبدأ في إجراء مسح لمدة عقد للسماء الجنوبية. وتوجد في داخل التلسكوب أكبر كاميرا رقمية جرى تصنيعها على الإطلاق بمجال علم الفلك، التي من المقرَّر أن تلتقط الصور بشكل مستمر لسنوات، بهدف مساعدة علماء الفلك على دراسة المادة المظلمة، واستكشاف مجرة درب التبانة وسبر أغوار المجهولات الكونية الأخرى.

• صعود البحث التوليدي باستخدام الذكاء الاصطناعي. للبحث التوليدي آفاق عظيمة في إضفاء البساطة والسرعة على مساعي العثور على ما تبحث عنه.

وعندما تكتب استعلاماً ما، يسارع نموذج الذكاء الاصطناعي إلى تلخيص المعلومات من الكثير من المصادر عبر الإنترنت للعودة إليك بإجابة فريدة. وعبر جهازك، يمكن للذكاء الاصطناعي تمشيط المستندات والصور ومقاطع الفيديو، والتعرف على الأشياء والأشخاص لمساعدتك في العثور عليهم بشكل أسرع. وربما يحمل هذا الأمر في طياته إشارة على نهاية محركات البحث التقليدية، وصعود مساعدي الذكاء الاصطناعي ذوي الطابع الشخصي.

• النماذج اللغوية الصغيرة: يمكن للنماذج اللغوية الكبيرة للذكاء الاصطناعي أن تنجز أشياء مذهلة، بالنظر إلى أنها تزخر بمئات المليارات - بل وحتى تريليونات - من العوامل المتغيرة (القيم التي تحدد سلوكها)، إضافة إلى تدريبها على معظم بيانات الإنترنت.

ومع ذلك، أصبح باستطاعة النماذج اللغوية الصغيرة الأرخص والأقل استهلاكاً للطاقة، الآن، الوقوف مع قدم المساواة مع النماذج الأكبر فيما يخص مجموعة من المهام المحددة. واليوم، أصبح بمقدورنا أن نقول بثقة: تنحي جانباً أيتها الديناصورات، فالمستقبل ينتمي إلى وحوش أصغر وأكثر رشاقة!

سيارات آلية وروبوتات

• سيارات الأجرة الآلية: أتمَّت سيارات الأجرة الآلية سنوات من الاختبارات التجريبية. واليوم، أصبحت متاحة أخيراً للجمهور. داخل أكثر من 12 مدينة حول العالم، يمكن للركاب استدعاء واحدة متى أرادوا. والآن، يستعد أكبر اللاعبين في هذا المجال للدخول في منافسة شديدة، في خضم توسعهم داخل مدن جديدة، تحت أعين الجهات التنظيمية اليقظة.

• الروبوتات سريعة التعلم: بفضل الطفرة التي تحققت بمجال الذكاء الاصطناعي التوليدي. اليوم، أصبح بإمكان الروبوتات الاضطلاع بمهام جديدة على نحو أسرع من أي وقت مضى. ولم تعد مهارات الروبوتات الآلية، اليوم، تقتصر على إنجاز مهمة واحدة، فنحن نقترب من الروبوتات ذات الأغراض العامة التي يمكن الدفع بها إلى داخل بيئات جديدة؛ حيث تتولى معالجة مجموعة متنوَّعة من المهام نيابة عنا، على الفور تقريباً.

تطويرات بيئية

• علاج تجشؤ الأبقار: يُعد تجشؤ الأبقار أحد أكبر مصادر الانبعاثات الضارة الناتجة عن النشاطات الزراعية - وأحد أكثرها صعوبة في الحل. لكن الآن، أصبح متاحاً تطوير مكمل غذائي يقلل بشكل كبير من كمية الميثان التي تتجشؤها الماشية، في عشرات البلدان. ومن المحتمَل أن يستقبل العالم المزيد من مثل هذه المنتجات الأخرى، التي ربما تثبت فعالية أكبر.

• وقود طائرات أنظف: يمكن أن يساعد الوقود الجديد المصنوع من زيت الطهي المستعمل، أو النفايات الصناعية، أو حتى الغازات في الهواء، في تشغيل الطائرات دون وقود أحفوري. يُذكر أن هذه الأنماط من الوقود البديل للطائرات كانت قيد التطوير لسنوات، لكنها تحولت في الوقت الحاضر إلى تجارة كبيرة، مع ظهور مصانع لإنتاجها، وتفويضات حكومية جديدة تتطلب استخدامها.

• «الصلب الأخضر»: تأتي صناعة الصلب بالمركز الثاني من بين أكبر المصادر الصناعية لثاني أكسيد الكربون، وتنبعث منها كميات من الكربون تفوق ما ينبعث من الهند بأكملها (ثالث أكبر مصدر للانبعاثات في العالم)، وأكثر بكثير مما تطلقه صناعة السفر الجوي.

ويجري بناء أول مصنع للصلب الأخضر الصناعي، الذي يعتمد على الهيدروجين المصنوع بالطاقة المتجددة، بواسطة شركة «ستيغرا» - شركة ناشئة تبلغ قيمتها 7 مليارات دولار، ومن المقرر أن تبدأ عملياتها العام المقبل، في شمال السويد.

علاجات واعدة

• أدوية طويلة المفعول للوقاية من فيروس نقص المناعة البشري: كشفت تجربة دواء جديد للوقاية من فيروس نقص المناعة البشرية أن 100 في المائة من النساء والفتيات المعالجات تمتعن بحماية من الإصابة بعدوى فيروس نقص المناعة البشري. ولا يحتاج الدواء إلا إلى الحقن مرة كل ستة أشهر. ويمكن أن يساعدنا الدواء في القضاء على الإيدز مرة واحدة وإلى الأبد؛ إذا تمكنا من ضمان وصوله إلى أولئك الذين يحتاجون إليه.

• علاجات الخلايا الجذعية الفعّالة: من المنتظر أن تعالج الخلايا الجذعية من الأجنة البشرية، الأمراض ـ هذا الوعد الكبير الذي قطعه العلماء على أنفسهم منذ عقود. والآن، يتحقق هذا الوعد أخيراً. يبدو أن عمليات زرع الخلايا المصنعة في المختبرات تسهم بالفعل في علاج حالتين مختلفتين تماماً؛ الصرع ومرض السكري من النوع الأول.


مقالات ذات صلة

كيف يغير تقارب الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية وجه الاكتشافات العلمية؟

خاص التقارب بين الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية يمكن أن يسرع الاكتشافات في مجالات مثل الأدوية والمناخ (أدوبي)

كيف يغير تقارب الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية وجه الاكتشافات العلمية؟

الحوسبة الكمومية والذكاء الاصطناعي يجتمعان لقيادة الابتكار العلمي، مع تقدم سريع في التطبيقات التجارية، من اكتشاف الأدوية إلى الأمن السيبراني.

نسيم رمضان (سياتل)
علوم تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)

ثورة في جراحة العظام: كيف تحسّن «الغرسات المطبوعة» زراعة المفاصل؟

مع التطور السريع في تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، شهد قطاع الرعاية الصحية تحولاً جذرياً في تصنيع الغرسات الطبية، لا سيما في جراحة العظام واستبدال المفاصل.

محمد السيد علي (القاهرة)
علوم جين يفتح آفاقاً جديدة لعلاج الشيخوخة

جين يفتح آفاقاً جديدة لعلاج الشيخوخة

كشفت أبحاث حديثة عن اكتشاف جيني قد يمهد الطريق لعلاجات ثورية لإدارة الشيخوخة والحد من الأمراض المرتبطة بالتقدم في العمر.

د. وفا جاسم الرجب (لندن)
خاص تهدف مبادرات مثل «النطاق العريض اللاسلكي» إلى ضمان اتصال سلس وعالي السرعة للمستخدمين في جميع أنحاء المملكة (شاترستوك)

خاص «نوكيا»: السعودية ستكون رائدة عالمياً في نشر شبكات «الجيل السادس»

في حديث لـ«الشرق الأوسط»، يصف نائب الرئيس الأول لشبكات الهواتف الجوالة في الشرق الأوسط وأفريقيا في «نوكيا» المشهد في السعودية بـ«العاصفة المثالية من النمو».

نسيم رمضان (الرياض)
تكنولوجيا «مانوس» وكيل ذكاء اصطناعي مستقل قادر على تنفيذ مهام معقدة دون تدخل بشري (مانوس)

تعرف على «مانوس»... وكيل ذكاء اصطناعي من الصين

يعمل وكيل ذكاء اصطناعي عاماً (General AI Agent) حيث يمكنه اتخاذ القرارات وتنفيذ المهام المتعددة بشكل مستقل!

عبد العزيز الرشيد (الرياض)

ثورة في جراحة العظام: كيف تحسّن «الغرسات المطبوعة» زراعة المفاصل؟

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)
تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)
TT
20

ثورة في جراحة العظام: كيف تحسّن «الغرسات المطبوعة» زراعة المفاصل؟

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)
تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)

مع التطور السريع في تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، شهد قطاع الرعاية الصحية تحولاً جذرياً في تصنيع الغرسات الطبية، لا سيما في جراحة العظام واستبدال المفاصل.

وتتيح هذه التقنية إنتاج غرسات مخصصة تتناسب مع البنية التشريحية لكل مريض، مما يعزّز الراحة ويُسرّع عملية الشفاء. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات تتعلّق بمتانة المواد المستخدمة وتجانس خصائصها الميكانيكية، وهذا قد يؤثر في كفاءة وأمان هذه الغرسات على المدى الطويل.

تطوير صيني

في هذا السياق، توصل فريق بحثي من مختبر مواد «سونغشان ليك» في الصين إلى تطوير أول ركبة اصطناعية في العالم مصنوعة بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر التي حصلت رسمياً على موافقة إدارة المنتجات الطبية الوطنية في الصين بصفتها جهازاً طبياً مبتكراً. وركز الفريق في دراسته على تحسين قوة وثبات سبائك «الكوبالت-الكروم-الموليبدينوم» (CoCrMo) المستخدمة في زراعة المفاصل، التي تُصنَّع باستخدام تقنية الانصهار بالليزر، وهي إحدى طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تتيح تصنيع هياكل دقيقة ومخصصة للمرضى.

غير أن هذه التقنية تُنتج مواد ذات بنية متباينة الخصائص الميكانيكية، حيث أظهرت الاختبارات الأولية أن الغرسات كانت أكثر مرونة في اتجاه معين مقارنة بآخر، مما يؤدي إلى تفاوت في القوة الهيكلية ويؤثر في أدائها الطبي.

لمعالجة هذه المشكلة، طبّق الفريق عملية معالجة حرارية من خطوتَيْن، الأولى تضمّنت تسخين المادة إلى 1150 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة، ثم تبريدها سريعاً بالماء؛ مما أدى إلى إعادة تبلور الحبيبات المعدنية وتحسين انتظام بنيتها، أما الأخرى فشملت إعادة تسخين المادة إلى 450 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة؛ مما عزّز توازن الخصائص الميكانيكية، وقضى على التباين بين الاتجاهات المختلفة في المادة.

وبعد تطبيق هذه المعالجة الحرارية، أظهرت الاختبارات تحسّناً ملحوظاً في قوة الغرسات ومرونتها، حيث تساوت تقريباً قيم الاستطالة القصوى في جميع الاتجاهات. كما ساعدت هذه العملية في التخلص من العيوب البنيوية وتكوين حبيبات متجانسة، وهذا ما عزّز مقاومة الغرسات للتآكل والإجهاد الميكانيكي. ونُشرت النتائج في عدد 4 مارس (آذار) 2025 من دورية «Materials Futures».

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد ساهمت في تحسين نتائج جراحات العظام (مستشفى تامبا العام بالولايات المتحدة)
تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد ساهمت في تحسين نتائج جراحات العظام (مستشفى تامبا العام بالولايات المتحدة)

غرسات مخصصة

يقول الباحث الرئيسي للدراسة من مختبر مواد «سونغشان ليك» في الصين، الدكتور تشانغوي سونغ، إن الطباعة ثلاثية الأبعاد تتيح تصنيع غرسات طبية مخصصة وفقاً للقياسات التشريحية الدقيقة لكل مريض، مما يعزّز التوافق مع العظام ويقلّل المضاعفات.

وأضاف لـ«الشرق الأوسط» أن تقنية الانصهار بالليزر تتيح التحكم الدقيق في البنية المجهرية، ما يسمح بتكوين هياكل معقّدة يصعب تحقيقها بطرق التصنيع التقليدية مثل الصب أو التشكيل. كما توفّر كفاءة إنتاجية أعلى من خلال تسريع عمليات التصنيع وتقليل الفاقد من المواد، مقارنة بالأساليب التقليدية.

ونوه بأن الغرسات الجديدة تتمتع بمتانة وموثوقية أعلى، مما يقلّل من مخاطر الكسر أو الفشل في أثناء الاستخدام المطوّل. كما أن تحسين بنية المعدن يُسهم في توزيع الإجهادات بالتساوي، ما يجعل الغرسة أكثر قدرة على تحمّل الضغوط المختلفة بكفاءة أكبر، وهذا يقلّل الحاجة إلى عمليات استبدال متكررة. كما يساعد التصميم المخصص والهيكل المحسّن على تقليل الالتهابات والرفض المناعي، مما يسرّع تعافي المرضى بعد الجراحة.

وتوقّع سونغ أن تُحدث الطباعة ثلاثية الأبعاد تحولاً كبيراً في تصنيع الغرسات العظمية، إذ تتيح إنتاج غرسات مخصصة بدقة تتناسب مع البنية العظمية لكل مريض. ومستقبلاً، قد يؤدي دمج المواد الحيوية مع الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى تطوير غرسات تتكامل مع أنسجة الجسم بشكل طبيعي.

قفزات تقنية

وحقّقت الطباعة ثلاثية الأبعاد قفزات متوالية في مجال جراحة العظام. ففي أكتوبر (تشرين الأول) 2024، طوّر باحثون من جامعة تكساس في دالاس تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد منخفضة التكلفة، لإنشاء نماذج واقعية لعظم الفخذ لدى البشر، يمكن أن تساعد الأطباء في التحضير للعمليات الجراحية لإصلاح العظام وتطوير علاجات لأورام العظام.

وتهدف هذه التقنية إلى توفير بديل أقل تكلفة وأسرع للاختبارات البيوميكانيكية، مقارنة بالعظام الاصطناعية التقليدية أو العظام المتبرع بها. وتتكوّن النسخة المطبوعة من حمض «البولي لاكتيك»، وهو بوليمر حيوي منخفض التكلفة وقابل للتحلل، يتميز بخصائص بيوميكانيكية مماثلة للعظام البشرية، حيث تبلغ تكلفة كل نسخة نحو 7 دولارات فقط. كما أشار الباحثون إلى إمكانية استخدام هذه العظام المطبوعة في إصلاح العظام أو اختبار علاجات الأورام، بل ربما في زراعة أنسجة عظمية بشرية مستقبلاً.

كما طوّر فريق بحثي من جامعة واترلو الكندية في أغسطس (آب) 2024، مادة جديدة تحاكي خصائص أنسجة العظام، مما يفتح المجال لاستخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج رقع عظمية مخصصة للمرضى الذين يحتاجون إلى ترميم أو جراحة إعادة بناء العظام.

وتوفّر هذه التقنية بديلاً مبتكراً للغرسات المعدنية والعظام المتبرع بها التي قد لا تتناسب تماماً مع تشريح المريض أو قد يرفضها الجسم. وتتكون المادة الجديدة من مركب نانوي حيوي يتمتع بقوة ميكانيكية عالية وقابلة للطباعة، مع إمكانية تحوله لاحقاً إلى نسيج عظمي طبيعي داخل الجسم؛ مما قد يقلّل من الحاجة إلى عمليات جراحية متكررة.

وكان فريق من جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني بأستراليا، نجح في يناير (كانون الثاني) 2021، في تطوير حبر حيوي يمكن استخدامه في الطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام مباشرة داخل جسم المريض، دون الحاجة إلى درجات حرارة عالية أو مواد كيميائية قاسية. يعتمد هذا الابتكار، المسمى «COBICS»، على طباعة مادة فوسفات الكالسيوم الحيوية التي تتحول إلى مصفوفة نانوية مسامية تحاكي بنية العظام الطبيعية عند وضعها في حمام هلامي بدرجة حرارة الجسم. وقد أظهر الحبر توافقاً حيوياً عالياً، حيث استطاعت الخلايا الالتصاق به والتكاثر بنسبة نجاح بلغت 95 في المائة بعد الطباعة.

ووفق الباحثين، يمثّل هذا النهج تقدماً كبيراً في إصلاح العظام التالفة بسبب الإصابات أو السرطان. ويُجري الفريق حالياً اختبارات لتقييم قدرة الطباعة على إصلاح الجروح العظمية الكبيرة، ويخطط للتعاون مع الجراحين وأطباء الأسنان لاستكشاف التطبيقات الطبية لهذه التقنية.

عاجل غارات أميركية على مواقع متفرقة في العاصمة اليمنية صنعاء