برترین‌های علم و فناوری در ۲۰۲۲

عماد‌الدین قاسمی‌پناه-زهرا خلجی

سال ۲۰۲۲ برای جهان مثل هر سال دیگری روزهای تلخ و شیرین زیادی داشت. دانشمندان در این سال تلاش کردند تا رمزهای جدیدی از جهان هستی کشف کنند و قدم‌های جدیدی برای زندگی بهتر و طولانی‌تر انسان بردارند. پیشرفت‌های بشر برای کم کردن نقص‌های دانش‌ خود در این یک‌سال کم نبوده است. این گزارش نگاهی کوتاه به ۱۰ اتفاق مهم حوزه علم و فناوری در سال جاری میلادی است که آخرین روزهای خود را سپری می‌کند.  از همین حالا شمارش معکوس برای تحولات جدید علمی در سال 2023 شروع شده است.

مأموریت دارت  

ژانویه 2022بود که خبر عبور 5 سیارک از نزدیکی زمین منتشر شد. با وجود فاصله کم اما احتمال برخوردشان با زمین کم بود با این حال احتمال برخورد یک سیارک به زمین یک واقعیت است. خبر خوش این است که جامعه فضایی بین‌المللی نخستین گام‌ها را برای کاهش این خطر در آبان (اکتبر) برداشت. ماموریت مشترک ناسا و اسا Dart (آزمایش جهت‌گیری مجدد 2 سیارک) تلاشی بلندپروازانه در این زمینه برای تغییر مسیر یک سیارک کوچک به نام دیمورفوس درحالی‌که به دور یک سیارک کمی بزرگ‌تر به نام دیدیموس می‌چرخد، با ارسال یک فضاپیما برای برخورد به آن بود. این ماموریت موفق‌تر از آنچه پیش‌بینی می‌‌شد، پیش رفت و مدار دیمورفوس تغییر کرد. تغییر مدار سیارک و تغییر مسیر آن نشان می‌دهد، اگر زمان کافی در اختیار دانشمندان فضایی باشد، می‌توانند مسیر یک سیارک را درصورت احتمال برخورد با زمین تغییر دهند.

 نمایش شگفتی‌های کهکشان با تلسکوپ جیمز وب

تلسکوپ فضایی جیمز وب یک شگفتی تکنولوژیکی است که آذر سال گذشته به فضا پرتاب شد و تصاویر بسیار زیبا و دقیقی از کیهان ارسال کرد. نخستین و شاید مهم‌ترین عکس تمام رنگی که جیمز وب به زمین ارسال کرد SMACS  0723نام داشت. SMACS 0723واضح‌ترین و کامل‌ترین تصویر مادون قرمز از کیهان است که تاکنون توسط یک تلسکوپ گرفته شده است. از نظر تاریخی، نور مادون قرمز دشوارترین بخش طیف الکترومغناطیسی برای ستاره شناسان برای رصد آسمان از زمین بوده است. گرمای زمین به‌خودی خود نور مادون قرمز تولید می‌کند که در سراسر جو پراکنده می‌شود و عملا دیدن مادون قرمز از تلسکوپ‌‌های زمینی را برای ستاره ‌شناسان غیرممکن می‌کند. با این حال، جیمز وب از محدودیت‌های زمینی فراتر رفته و نور موجود طیف فرو سرخ کیهان را جمع‌آوری می‌کند. این توانایی، با آینه‌های بزرگ و پیشرفته‌ترین شناساگرها در کنار بسیاری از پیشرفت‌‌های تکنولوژیکی دیگر، به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا با این تلسکوپ به دوران اولیه شکل‌گیری کیهان نگاه کنند.

نوآوری باتری، تحول فناوری

یکی از مهم‌ترین دستاوردهای فناورانه که به اندازه کافی به آن توجه نشده، پیشرفت‌های فوق‌العاده سریع در فناوری باتری است که پایه و اساس دنیای دارای برق و انرژی خواهد بود. اهمیت این فناوری هم در این است که ما در حال کنار گذاشتن سوخت‌های فسیلی هستیم. با این حال، مسائلی ازجمله هزینه‌ها، ذخیره انرژی به حد کافی(مثلا انرژی لازم برای پرواز یک هواپیما) و تامین فلزات کمیاب مورد نیاز برای ساخت آنها در مورد این فناوری مطرح است. اما سرعت بالای دانشمندان و متخصصان برای تکمیل این فناوری در سال گذشته قابل توجه است. اگر بتوانید باتری خودرو را در مدت 10تا 12دقیقه شارژ کنید، شارژ مکرر آن دردسر کمتری خواهد داشت. همچنین یکی از ضروریات این فناوری ساخت باتری‌های کوچک‌تر و ارزان‌تر است.

واکسن‌های چند ظرفیتی کووید-19

به لطف شیوع کووید-19فناوری واکسن شتاب بی‌‌سابقه‌ای گرفت. یک واکسن با ارائه یک سیگنال عفونت از یک ویروس و یک سیگنال هشدار برای بیدار کردن پاسخ ایمنی عمل می‌کند. با افزایش دانش انسان از ایمونولوژی، ظرفیت برای نوآوری در واکسن‌هایی که این سیگنال‌ها را ارائه می‌دهند نیز افزایش یافته است. دوزهای واکسن تقویت‌کننده علیه کووید-۱۹ که به تازگی ارائه شده‌‌اند، یکی از این نمونه‌ها هستند. این واکسن‌‌های دوظرفیتی سویه اصلی ویروس سارس-کوو-۲ که عامل کووید-۱۹ است را در کنار سویه اومیکرون هدف قرار می‌دهند. واکسن‌های دوظرفیتی نسبت به واکسن‌‌های اصلی مزایای بیشتری دارند، چراکه هم ایمنی بدن را بالا می‌برند و هم تقویت می‌‌کنند. اما واکسن‌های به‌اصطلاح چند ظرفیتی برای کووید-۱۹ و آنفلوآنزا بسیار امیدوارکننده به‌نظر می‌رسند. رویکرد دیگری که به‌زودی می‌توانیم شاهد آن باشیم، واکسن‌های استنشاقی یا مخاطی است. این واکسن‌ها قبلا در چین برای مقابله با کووید-19استفاده می‌شد و ممکن است محافظت طولانی مدت در برابر ویروس‌های تنفسی ارائه دهند.

فصل جدید ماموریت‌های فضایی

مگا موشک سیستم پرتاب فضایی(SLS) قرار است یک وسیله نقلیه سرنشین دار برای سفرهای طولانی مدت به ماه باشد و پس از نیم‌قرن بار دیگر انسان را به سطح قمر زمین بازگرداند. سرانجام، پس از سپری شدن یک دهه توسعه و تأخیرهای خسته‌کننده متعدد، سرانجام در 16نوامبر 2022این مگاموشک پرواز کرد و فضاپیمای اوریون را به سفری دوطرفه و بی‌عیب و نقص به ماه فرستاد. مرحله بعدی یک پرواز سرنشین دار به ماه است که برای سال 2024و در نتیجه بازگشت دوباره انسان به ماه برنامه‌ریزی شده است. «سیستم پرتاب فضایی» به خوبی می‌تواند انسان‌ها را حتی فراتر از منظومه شمسی که تاکنون هیچ انسانی به آن سفر نکرده ببرد. علاوه بر این ماموریت آمریکایی، چند کشور دیگر در حال برنامه‌ریزی و طراحی برای بازگشت انسان به ماه هستند. چین، کشورهای اتحادیه اروپا و روسیه را می‌توان شاخص‌ترین کشورهایی دانست که برای این فعالیت علمی تلاش می‌کنند.

 هشدار قبل حادثه

دستاوردهای علمی در سال 2022توانست توفانی را قبل از اینکه در دریا شکل بگیرد و به ساحلی در آمریکا برسد، تشخیص دهد. فناوری اکنون می‌تواند طغیان رودخانه بریزبن را پیش از آنکه خانه‌های استرالیایی‌ها را نابود کند، تشخیص دهد. همچنین این فناوری قبل از زدن جرقه‌ای که جنوب فرانسه را سوزاند، آتش‌نشان‌ها را در ایستگاه‌های عملیاتی آماده‌باش کرد. انسان اکنون فناوری امکان تشخیص بسیاری از خطرات طبیعی پیش رو را در اختیار دارد که چند روز قبل از حادثه مسئولان را مطلع می‌کند. با این حال سال 2022پر از حوادث مرگبار بود. کشته شدن 20هزار نفر در اروپا بر اثر گرمای بی‌سابقه تابستان و کشته شدن 1700نفر در پاکستان بر اثر باران‌های موسمی بخشی از این مخاطرات بود. هشدار دادن به مردم در مورد خطرات بهترین راه برای جلوگیری از چنین تراژدی‌هایی است. بنابراین ما نیازمند دسترسی برابر به مهارت‌ها و سیستم‌هایی هستیم که باید به اشتراک گذاشته شود.

جهش اینترنت رفتارها

اینترنت رفتارها(Internet of Behaviours) یکی از سریع‌ترین روندهای صنعتی در حال رشد است و تقریباً در هر صنعتی کاربرد دارد. اینترنت رفتارها که با عنوان IoB شناخته می‌شود، نوعی از فناوری است که از داده‌های جمع‌آوری شده از دستگاه‌های متصل به اینترنت کاربران استفاده می‌کند. سپس، از این حجم زیاد داده‌های جمع‌آوری شده، برای درک رفتار انسان و پس از آن تحلیل و ردیابی این رفتار برای مقاصد خاص استفاده می‌شود. با اتصال روزافزون دستگاه‌ها به اینترنت و استفاده بیشتر کاربران از فناوری دیجیتال، این فناوری جدید نقش مهمی در حوزه‌های کلان‌داده، تجزیه و تحلیل و پیش‌بینی ایفا می‌کند. احتمالا در مورد فناوری اینترنت اشیا(IoT) شنیده‌اید که شامل یک شبکه دستگاه‌های فیزیکی متصل به اینترنت است که در آن هر دستگاه می‌تواند با دستگاه دیگر ارتباط برقرار کند. در آینده، ابزارهای بیشتری مانند خودروها و لوازم خانگی «هوشمند» و به این شبکه اضافه خواهند شد.

پیشرفت سریع کامپیوترهای کوانتومی

کامپیوترهای کوانتومی که سرعت محاسباتی چندین برابر مجموع ابرکامپیوترهای امروزی را دارند در سال ۲۰۲۲ پیشرفت چشمگیری داشتند. محاسبات کوانتومی نوعی محاسبه است که بر توسعه فناوری رایانه براساس اصول نظریه کوانتومی تمرکز دارد. این نظریه رفتار انرژی و مواد را در سطوح اتمی و زیرمجموعه‌های آن توضیح می‌دهد. به‌عبارت دیگر، این روش محاسبات را براساس احتمال وضعیت یک جسم قبل از اندازه‌گیری، به جای سیستم صفر و یک انجام می‌دهد. این فناوری نقش مهمی در پیشگیری از بیماری کووید-19و ساخت واکسن‌های جدید داشت. این کامپیوترها به شکلی تصاعدی سریع‌تر از کامپیوترهای معمولی هستند. همچنین پیش‌بینی می‌شود که درآمد بازار محاسبات کوانتومی تا سال 2029از 2.5میلیارد دلار عبور کند. کسانی که مایل به فعالیت در این رشته علمی هستند، باید از دانش مکانیک کوانتومی، جبر خطی، یادگیری ماشین و نظریه اطلاعات برخوردار باشند.

ساخت آنتی بیوتیک با هوش مصنوعی

در چند سال گذشته، هوش مصنوعی، زیست‌شناسی مولکولی را متحول کرده است. الگوریتم AlphaFold به سرعت ساختارهای سه بعدی پیچیده پروتئین‌ها را پیش‌بینی و به درک بهتر عملکرد پروتئین و شناسایی اهداف دارویی کمک می‌کند. از آنجایی که مقاومت آنتی بیوتیکی یکی از عوامل خطر و مرگ‌ومیر است، چندین گروه در سال 2022نخستین کاربردهای موفق هوش مصنوعی را برای شناسایی داروهای جدید آنتی بیوتیک گزارش کردند. توسعه داروهای جدید که بر مقاومت غلبه کند یک تلاش مداوم است و هوش مصنوعی به آن کمک بزرگی کرده است. یو ما و همکارانش از آکادمی علوم چین از تکنیک‌های یادگیری ماشینی استفاده کردند تا پپتیدهای ضد‌میکروبی رمزگذاری شده توسط توالی ژنوم میکروب‌‌ها در روده انسان را شناسایی کنند. این الگوریتم 2349توالی پپتید ضد‌میکروبی بالقوه را شناسایی کرد. از این تعداد، 216پپتید با روش‌های شیمیایی سنتز شدند و 181مورد از آنها دارای فعالیت ضد‌میکروبی بودند. این یک موفقیت چشمگیر است که بدون کمک هوش مصنوعی ممکن نبود.

 پیوند قلب خوک به انسان

اوایل ژانویه 2022فصل جدیدی در تاریخ پزشکی رخ داد و نخستین پیوند قلب خوک به انسان رقم خورد. یک مرد 57ساله آمریکایی نخستین فرد در جهان لقب گرفت که از خوک اصلاح شده ژنتیک پیوند قلب دریافت کرد. از آنجایی که این پیوند به‌عنوان آخرین شانس برای نجات جان این مرد بود، پزشکان او را برای این پیوند کاندید کردند. اگرچه در روزهای اول پس از پیوند حال این مرد رو به بهبود به‌نظر می‌رسید اما 2 ماه پس از این پیوند پیشگامانه، خبر فوت او اعلام شد. پزشکان چندین دهه به‌دنبال پیوند اعضای بدن حیوانات به انسان به‌عنوان راه نجات جان انسان‌ها بودند. تلاش‌های قبلی برای چنین پیوندهایی عمدتا به این دلیل شکست خورده است که بدن بیماران به سرعت اندام حیوانی را پس می‌زد. اما در این پیوند، جراحان مریلند از قلب یک خوک اصلاح ژنتیک استفاده کردند تا ژن‌‌هایی که باعث پس زدن قلب می‌شود، حذف شود و ژن‌‌های انسانی اضافه شود تا به بدن در پذیرش عضو کمک کند.