بزرگ‌ترین و کاربردی‌ترین اختراعات سال ۲۰۲۰ چه خواهند بود؟

همه ما منتظر واقعیت یافتن تکنولوژی‌های جدیدی مانند دورنوردی (teleportation)، ربات‌های خانه‌دار، ماشین‌های سفر در زمان و ... هستیم. اما محقق شدن این تکنولوژی‌ها زمان می‌برد از این رو باید چششمان به قدم‌های اولیه‌ای باشد که ما را به این تکنولوژی‌ها می‌رسانند. هیچ کسی نمی‌تواند آینده و اختراعاتی که خواهند آمد را پیش‌بینی کند، اما همیشه تکنولوژی‌های جدیدی در افق قرار دارند که بیش از پیش زندگی ما را تغییر خواهند داد. در ادامه می‌خواهیم از تکنولوژی‌های جدیدی صحبت کنیم که به احتمال فراون در سال آینده شاهد معرفی آن‌ها خواهیم بود.

شبکه‌های ۵G اینترنت را به همه جا خواهند برد

شاید شما نیز از قبل تبلیغاتی را در مورد تلفن‌های بی‌سیم ۵G دیده باشید. کمپانی‌های AT&T و Verizon هر دو در حال برقراری نقاط اتصال کوچکی در مکان‌های عمومی، مانند استادیوم‌های ورزشی هستند تا خبر از اتفاقی بزرگ در آینده‌ای نزدیک در زمینه ارتباطات بدهند. اما این تنها نوک یک کوه یخی است. در حال حاضر، شبکه ۵G هنوز برد زیادی ندارد و به همین دلیل تنها در مکان‌های با وسعت کم به کار گرفته شده، اما همیشه اینطور نخواهد بود.

ابزار‌های ارتباطی ۵G که اکنون وجود دارند از تکنولوژی امواج میلیمتری استفاده می‌کنند که بالاترین فرکانس‌ها را به کار گرفته، اما کمترین برد را داشته و به همین دلیل تنها بخشی از یک استادیوم ورزشی را می‌تواند پوشش دهد. اما این رویه تغییر خواهد کرد، زیرا سرویس‌های با فرکانس پایین نیز در راه است که اگر چه سرعت زیادی ندارد، اما منطقه وسیع‌تری را پوشش داده و از پروتکل ۴G LTE که اکنون رواج دارد بسیار سریع‌تر خواهد بود.

با این وجود، جذاب‌ترین موضوع در مورد تکنولوژی ۵G این است که نه تنها برای تلفن‌های هوشمند به کار گرفته شده بلکه یک سرویس اینترنتی باند پهن کامل نیز خواهد بود، بدین معنا که به جای داشتن یک سرویس اینترنتی برای تلفن همراهتان و سرویسی دیگر برای خانه، می‌توانید برای خانه خود سرویس ۵G خریداری کرده و آن را با خود نیز برده و روی تلفن همراهتان استفاد کنید. همچنین این به معنای وابستگی کمتر به وای‌فای و استقلال بیشتر ابزار‌ها و گجت‌های الکترونیکی خواهد بود. از همه مهم‌تر در مورد تکنولوژی ۵G، اما این است که بخش‌هایی از جهان که اینترنت باند پهن در اختیار ندارند می‌توانند با این تکنولوژی جدید از اینترنت بی‌سیم بهره‌مند شوند.

سوزن‌های هوشمند در کسری از ثانیه سرطان را شناسایی خواهند کرد

در حالی که علم همچنان بر روی یافتن درمانی مطمئن و حتمی برای سرطان کار می‌کند، هنوز موانع و مراحل مختلفی برای رسیدن به این هدف در پیش است. در حال حاضر بیشتر سرطان‌ها تا زمانی که عوارض خود را نشان ندهند شناسایی نمی‌شوند. اگر سابقه خانودگی ابتلا به یک سرطان خاص را داشته باشید، پزشکتان ممکن است هر چند وقت یکبار آزمایش‌هایی در این زمینه روی شما انجام دهد. اگر پزشک چیز مشکوکی مشاهده کند، باید زیر تیغ رفته و بعد تکه‌ای از بدن شما به آزمایشگاه فرستاده شده و بعد از چند هفته خبر خوب یا بدی دریافت خواهید کرد.

اما اگر راه سریع‌تر و بهتری وجود داشت چه می‌شد؟ و این همان چیزی است که سوزن‌های هوشمند سعی در معرفی آن دارند. بافت‌های سرطانی و بافت‌های سالم به شکلی متفاوت نور را منعکس می‌کنند. شیوه عمل سوزن‌های هوشمند این است که فیبر‌های نوری را به بافت مشکوک بدن تابانده و بعد از آن به سرعت نور برگشتی را تجزبه و تحلیل می‌کنند که بدنبال آن سالم یا بیمار بودن بافت مشخص می‌شود.

این کار تنها چند ثانیه طول کشیده و نیازی به جراحی دردناک و تکه‌برداری نیست. از همه بهتر اینکه، سوزن هوشمند هزینه‌های پزشکی تشخیص سرطان، جراحی و آزمایشگاه را به طول کلی کاهش خواهد داد. با تشخیص سریع سرطان، پزشکان می‌توانند خیلی سریع‌تر برای درمان بیمار برنامه‌ریزی کرده و هر چه تشخیص سرطان زودتر باشد شانس درمان بیشتر است.

باتری‌های خودرو‌های برقی بسیار بهتر خواهند شد

خودرو‌های برقی هر ساله بیش از پیش به سمت جایگزینی خودرو‌های معمول پیش می‌روند، اما در حال حاضر، یکی از چیز‌هایی که رواج این خودرو‌های سالم را مانع شده، باتری آن‌هاست. خودرو‌های برقی امروزی امروزه تنها از ۱۵۰ تا ۳۱۰ مایل را با یک بار شارژ کامل می‌توانند طی کنند و شارژ کردن دوباره باتری آن‌ها یک ساعت یا بیشتر طول می‌کشد.

وقتی که شارژ باتری خودرو شما به اتمام برسد، باید برای شارژ مجدد وقت زیادی معطل بمانید. اما برای بهبود این اوضاع دو اختراع و پیشرفت مهم در راهند: یکی کشفی جدید است که مدت زمان طولانی کنونی شارژ باتری‌ها را به ۱۰ دقیقه کاهش می‌دهد. این کار با افزایش دمای باتری در هنگام شارژ شدن انجام می‌شود که باعث می‌شود واکنش شارژی خیلی سریع‌تر از قبل صورت گیرد. از آن بهتر اینکه داغ کردن باتری اصلاً کیفیت و طول عمر آن را کاهش نمی‌دهد.

در این اثنا، کمپانی سوییسی Innolith ادعا کرده یک باتری جدید برای خودرو‌های برقی ساخته که با یک شارژ کامل می‌تواند تا ۶۰۰ مایل (۹۶۰ کیلومتر) را بپیماید. این مقدار بیش از تقریباً دو برابر مسافتی است که می‌توان با یک باک بنزین معمولی پیمود. عرضه این باتری مدتی طول خواهد کشید و برخی نیز نسبت به واقعیت این ادعا مشکوک هستند، اما رقابت برای تولید یک باتری با ظرفیت بیشتر و کارآمدتر همچنان ادامه داشته و هر روز پیشرفت‌هایی در این زمینه بدست می‌آید.

برچسب‌های هوشمند غذا، دورریز را کاهش خواهند داد

اکثر غذا‌ها برچسب‌های ساده دارند که تاریخ انقضا را به شما اعلام می‌کنند و اگر از تاریخ انقضای آن گذشته باشد، غذای مذکور را دور خواهید انداخت. اما شاید دیگر نیاز به چنین کاری نباشد. تاریخ‌های انقضای روی اقلام خوراکی تنها با گمانه‌زنی و تخمین نگاشته شده و معمولاً برای کاهش ضرر سازندگان و فروشگاه‌ها و البته خودداری از دورریز غیرضروری اقلام خوراکی با دیدگاهی محافظه‌کارانه در مورد آن‌ها تصمیم‌گیری می‌شود.

اکنون، اما فاصله کوتاهی با برچسب‌های هوشمند داریم که بسیار شبیه برچسب‌های کنونی روی اقلام خوراکی هستند، اما هوشمند بوده و به جای یک تاریخ انقضا که بر اساس حدس و گمان نگاشته شده باشد، این برچسب‌های جدید هر گونه علائم بیماری‌زای درون خوراک مذکور را شناسایی کرده و زمان دقیق و مناسب دور ریختن را اعلام خواهند کرد. این برچسب‌ها در صورت شناسایی هر گونه عامل بیماری‌زا تغییر رنگ خواهند داد.

همچنین ساخت برچسب‌های زمان‌محور نیز در دستور کار قرار دارد. از همه بهتر اینکه این برچسب‌ها شناسایی محصولات آلوده را در هر بخشی از زنجیره تولید تا مصرف تسهیل کرده و باعث خواهد شد که مصرف کنندگان راحتتر از فاسد شدن اقلام خوراکی و فرا رسیدن زمان دور ریختنشان مطلع شوند.

تحقق چاپ زیستی سه بعدی نزدیک‌تر از هر زمان دیگری است

پیدا کردن اندام‌های پیوندی جدید برای افراد یک فرآیند بسیار پرهزینه و زمان‌بر است. بیماران هنوز هم برای دریافت اعضای پیوندی به اهدا کنندگان، زنده یا مرده، وابسته‌اند. این اندام‌ها به بدن دریافت کننده پیوند زده شده و باید برای ادامه زندگی خود از دارو‌های سرکوب کننده سیستم ایمنی برای ممانعت از پس زدن عضو استفاده کند. اما چاپ زیستی سه بعدی این دشواری‌ها را از بین خواهد برد. یک چاپگر زیستی سه بعدی می‌تواند اندام‌ها یا بافت‌های جدید را در تنها چند روز یا حتی چند ساعت و با استفاده از بلوک‌های ساختاری پایه بدن «چاپ» کند.

از آن جالب‌تر اینکه این اندام‌ها را می‌توان با استفاده از داشته‌های ژنتیکی خود بیمار ساخت که مشکل پس زدن اندام پیوندی را به مقدار بسیار زیادی کاهش می‌دهد. مهم‌ترین مانع بر سر راه محقق شدن ساخت اندام‌های بدن با چاپگر‌های زیستی سه بعدی، اما، سیستم قلبی عروقی بدن است. تاکنون بافت‌های چاپ زیستی به این دلیل ناکارآمد بوده‌اند که راه آسانی برای خلق یک سیستم قلبی عروقی وجود ندارد و این یعنی که سیستم مصنوعی تولید شده به دلیل نبود خون یا اکسیژن خیلی زود از کار می‌افتد.

این معضل اکنون به لطف یک مدل جدید که دارای یک سیستم قلبی عروقی کامل بوده و می‌تواند سیستم‌های موجود بدن را به هم متصل سازد در حال از میان برداشته شدن است. برای اولین بار، می‌توان گفت که ساخت یک بافت ساخته شده توسط چاپگر‌های سه بعدی زیستی را می‌توان جایگزین بافت‌های طبیعی بدن انسان کرد. دانشمندان ماده‌ای ساخته‌اند که در زیر نور آبی به سرعت منجمد می‌شود، اما باید از برخورد این نور با برخی بخش‌ها جلوگیری می‌کردند. آن‌ها در ادامه از رنگ زرد خوراکی رایج برای رسیدن به هدف خود استفاده کردند. این رنگ از برخورد نور آبی با بخش‌هایی که نباید منجمد می‌شد جلوگیری می‌کرد.

رابط نورونی باعث می‌شود مغز انسان به کامپیوتر متصل شود

در حالی که مغز انسان و کامپیوتر هر دو بر اساس سیگنال‌های الکتریکی کار می‌کنند، اما این دو با یکدیگر سازگار نیستند. علم در سال‌های اخیر سعی در پل زدن به شکاف بین این دو از طریق تکنولوژی به نام رابط نورونی (neural interfacing) داشته است. اگر انسان بتواند این ارتباط را میسر سازد، می‌توان کار‌هایی مانند دیدن رویاها، یا حتی بارگذاری محتویات مغز انسان روی کامپیوتر و بسیاری کار‌های خارق‌العاده دیگر را ممکن ساخت. به لطف پروژه Neuralink از ایلان ماسک، انسان‌ها می‌توانند در آینده‌ای نزدیک به این مهم دست یابند.

پروژه Neuralink در حال کار بر روی یک رابط نورونی جدید است که از ارتباطات ریز و انعطاف‌پذیر به جای رشته‌های سخت و محکم رابط‌های قبلی استفاده می‌کند، رابط‌هایی که با پیچ و تاب‌های طبیعی درون مغز مشکل داشتند. در مقابل سیم‌های میکرومتری جدید بسیار بسیار انعطاف‌پذیر هستند. همچنین پروژه مذکور به تولید یک ربات جراح مغز و اعصاب منتهی شده که برای کاشت وسیله مذکور در مغز طراحی شده است.

اگر چه ساختار کنونی این ابزار عجیب و غریب است، اما Neuralink در حال کار بر روی یک ترنسمیتر بی‌سیم نیز هست که پشت گوش قرار گرفته و می‌تواند تمام داده‌های مغز را دانلود کرده و حتی با یک اپلیکیشن آیفون ارتباط برقرار کند. ماسک ادعا می‌کند که با استفاده از این تکنولوژی توانسته یک کامپیوتر را توسط میمون کنترل کند و قصد دارد اولین آزمایش انسانی این پروژه را در سال ۲۰۲۰ انجام دهد.

زنده‌داری تعویقی می‌تواند جان میلیون‌ها نفر را نجات دهد

زنده‌داری تعویقی (Suspended animation) دهه‌هاست که تنها در قابل فیلم‌های علمی تخیلی باقی مانده است. تصور کنید بیمار هستید و از آنجایی که درمان بیماری شما وجود ندارد، با استفاده از علم سرمازیستی (cryogenically) منجمد می‌شوید تا زمانی که درمان بیماری شما کشف شود. حتی انیمیشن کمدی Futurama از مت گرونینگ نیز بر اساس این ایده شکل گرفته و سلبریتی‌هایی که با این روش برای هزاران سال منجمد شده‌اند را به بازی می‌گیرد.

اما به نظر می‌رسد که انسان اولین گام‌هایش را به سمت نقطه‌ای برداشته که این ایده دیگر جوک نبوده و می‌توان از آن برای نجات جان میلیون‌ها نفر استفاده کرد. اگر چه تکنولوژی موجود برای منجمد کردن مردم برای سال‌ها و سفر آن‌ها در زمان به کار گرفته نخواهد شد، اما همچنان بسیار مفید است.

در مرکز پزشکی دانشگاه مریلند در بالتیمور، پزشکان در حال آزمایش یک تکنولوژی جدید هستند که در آن خون بدن انسان با یک مایع نمکی به سردی یخ جایگزین شده که دمای بدن را به مقدار قابل توجهی کاهش می‌دهد. در این مرحله، بیماران و مجروحانی که بدون این روش در عرض ۵ دقیقه خواهند مرد، دو ساعت بیشتر زنده مانده و بدین ترتیب پزشکان وقت بسیار بیشتری برای نجات او دارند که می‌تواند فرق بین مرگ و زندگی باشد. این روش دست کم روی یک انسان انجام شده، اما هنوز نمی‌توان کارآمد بودن آن در مقیاس گسترده را تایید کرد.

شاید بتوان پلاستیک را به سوخت تبدیل کرد

پلاستیک ماده بدنامی است که تجزیه‌پذیر نبوده و یکی از بدترین و مضرترین محصولاتی به شمار می‌آید که انسان تولید کرده است. به سرعت بر انباشت پلاستیک افزوده شده و زمین‌ها و دریا‌ها را اشباع کرده است. اگر چه بازیافت پلاستیک وجود دارد، اما کارآمدی زیادی نداشته و بسیار هم گرانقیمت است. همچنین همه انواع پلاستیک را نمی‌توان بازیافت کرد هر چند تلاش‌هایی برای یافتن راه‌های جدید برای خلاص شدن از دست پلاستیک وجود دارد، از جمله رشد باکتری‌هایی که می‌توانند این ماده را هضم کنند.

اما پلاستیکی که معمولاً از نفت و دیگر سوخت‌های فسیلی مشتق می‌شود، شاید یک استفاده دیگر نیز در آینده نزدیک پیدا کند. در حالی که دنیا روز به روز به اتمام ذخایر نفتی خود شروع می‌شود، محققان مرکز تحقیقاتی Licella یک رآکتور هیدروترمیک کاتالیستی (Catalytic Hydrothermic Reactor (Cat-HTR)) تولید کرده‌اند که از گرما، فشار و آب برای کوچک کردن پلاستیک و تجزیه آن به عناصر پایه‌ای استفاده می‌‎کند؛ یعنی مواد نفتی که در ابتدا برای ساخت پلاستیک مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

بدین ترتیب موفقیت این پروژه باعث حل معضل پلاستیک از یک طرف و رفع نگرانی از اتمام ذخایر نفتی خواهد شد. نکته جالب اینکه این رآکتور تمامی انواع پلاستیک را تجزیه کرده و دیگر نیازی به جداسازی انواع پلاستیک نخواهد بود. بدین ترتیب در آینده‌ای نزدیک می‌توان پلاستیک را بار‌ها و بار‌ها بازیافت کرد، چیزی که در شرایط کنونی امکان آن وجود ندارد.

نیروی الکتریسیته بی‌سیم باعث از بین رفتن نیاز به کابل خواهد شد

پروژه‌ای که نیکلا تسلا پیشگام آن بود، نیروی الکتریسیته بی‌سیم نشان داده که عملی است. با این وجود، علمی کردن آن برای زندگی و استفاده هر روزه تاکنون میسر نبوده است. این نوع از انرژی برای انتقال، به جای کابل، از هوا استفاده خواهد کرد. ابزار‌های انتقال نیروی الکتریسیته به شکل بی‌سیم، به تکنولوژی میدان نزدیک وابسته‌اند و این بدین معناست که دستگاه و صفحه شارژ کننده آن باید با هم تماس داشته باشند تا نیروی الکتریسیته منتقل شود.

اما در آینده‌ای نزدیک شاهد ترنسمیتر‌هایی خواهیم بود که بسیار شبیه وای‌فای عمل می‌کنند و می‌توانند هر دستگاه باتری‌داری که درون اتاق قرار دارد را از راه دور، به طور همزمان و اتوماتیک و بدون نیاز به تماس فیزیکی، شارژ کنند. یکی از بازیگران اصلی این عرصه Ossia نامیده شده که سیستم موسوم به Cota آن در سال ۲۰۱۹ تاییدیه‌های لازم را دریافت کرده است. سیستم Cota از تکنولوژی‌های میدان میانی و میدان دور برای شارژ کردن دستگاه‌ها با استفاده از سیگنال‌های رادیویی استفاده می‌کند، همان سیگنال‌هایی که در گوشی‌های همراه و وای‌فای استفاده می‌شود.

این تکنولوژی به دستگاه‌های الکتریکی امکان خواهد داد که از فاصله چند متری بتوانند چند وات انرژی الکتریسیته دریافت کنند و این تنها آغاز این تکنولوژی است. در آینده باید انتظار افزایش برد و ولتاژ را نیز داشت که می‌تواند به ایده باتری دائمی جامه عمل بپوشاند. این باتری بسیار شبیه باتری‌های قلمی رایج بوده، اما هیچگاه از شارژ خالی نمی‌شود.

از دیگر تکنولوژی‌های حیرت‌انگیز آینده می‌توان به احساس هر چیزی از طریق واقعیت مجازی و گوشت با پایه گیاهی که در آزمایشگاه ساخته می‌شود و همچنین نورون‌های مصنوعی که می‌توانند آسیب‌های مغزی را درمان کنند اشاره کرد.