گسترش زمینه‌های پژوهشی باعث شکوفایی خلاقیت می‌شود/ از ثبت ۲۰ مقاله و اختراع بین‌المللی تا دانش‌آموختگی با بالاترین درجه افتخار

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو؛ فاطمه صائبی صفت- مجید تقوی یکی از محققان ایرانی است که در دانشگاه بریستول انگلیس در حال مطالعه و پژوهش روی روبات‌های نرم است. وی تاکنون تحقیقات و دستاورد‌های جالب توجهی داشته است مثل ساخت یک ماهیچه مصنوعی که می‌تواند هزار برابر وزن خود را بلند کند.

این دانشمند ایرانی متولد ۱۳۶۳ از شهر اردبیل است و لیسانسش را از دانشگاه خواجه نصیر تهران در رشته مهندسی الکترونیک گرفت و در دوره کارشناسی ارشد به دلیل علاقه‌اش به آشنایی با رشته‌های دیگر در شاخه میکروالکترومکانیک که تلفیقی از سیستم‌های الکتریکی و مکانیکی در ابعاد ریز است، ادامه تحصیل داد. از آنجا که پژوهش در این شاخه نیاز به آزمایشگاه‌های بسیار مجهز دارد، تصمیم گرفت که برای ادامه تحصیل به خارج از کشور برود.

 

چه رشته‌ای را در خارج از کشور ادامه داده‌اید و هم‌اکنون از نظر تحصیلی و پژوهشی چه جایگاهی دارید؟
با قبولی در بورسیه پژوهشی انستیتو تکنولوژی ایتالیا در سال ۸۹، تحصیلات دکتری‌ خود را در دانشگاه سنت‌آنای ایتالیا در رشته میکروبیورباتیک شروع کردم. چهار سال بعد در اولین دوره پژوهشی پسادکتری روی حسگر‌های لمسی کار کردم. در سال ۹۵ با هدف گسترش زمینه‌های پژوهشی‌ام به دانشگاه بریستول انگلستان آمدم و دوره پسادکتری را در زمینه ربات‌های توانبخشی پوشیدنی ادامه دادم و در حال حاضر در زمینه ربات‌های نرم در دانشگاه بریستول به پژوهش مشغول هستم.

زمانی که به خارج از ایران سفر کردید، این مهاجرت چطور شرایط را برایتان تغییر داد؟ چه تاثیری در زندگی و پژوهش‌های شما داشت؟
شاید اولین تغییر مهم این بود که در حین تحصیل درآمد داشتم. با توجه به اینکه بورسیه تحصیلی‌ام به همان کار پژوهشی که در دوره دکتری انجام می‌دادم تعلق گرفته بود در عمل تنها تعهدم در دانشگاه، انجام کار‌های پژوهشی‌ام در دوره دکتری بود و بدین ترتیب بدون دغدغه مالی می‌توانستم به کار‌های دانشگاهی برسم.

مورد بعدی اینکه دانشگاه ما آزمایشگاه‌های خیلی مجهزی داشت و منابع مالی کافی برای تامین وسایلی که نیاز داشتم وجود داشت که می‌توانستم هر ایده‌ای را که به ذهنم می‌رسد بسازم و آزمایش کنم. موضوع مهم دیگر اینکه این فرصت برای ما فراهم بود که در دوره‌های آموزشی و کنفرانس‌های بین‌المللی شرکت داشته باشیم و یا پژوهشگران صاحب‌نظر در رشته‌مان را به دانشگاه دعوت کنیم و بدین ترتیب می‌توانستیم از نزدیک با آن‌ها بحث و گفتگو داشته باشیم یا پروژه‌های مشترک انجام دهیم. با این همه، تحمل دوری از خانواده و دوری از شرایط فرهنگی کشور خودم و فرهنگ و جامعه‌ای که به آن تعلق خاطر زیادی دارم هیچ وقت برایم آسان نبوده است.

تاکنون چند دستاورد یا کار پژوهشی داشته‌اید؟
تاکنون در مجموع حدود ۲۰ مقاله و اختراع بین‌المللی داشته‌ام که بخش عمده آن‌ها معرفی مواد و سیستم‌های نوین در شاخه‌های مختلف مهندسی بوده‌اند. به عنوان مثال در دوره دکتری موفق شدم ۶ مورد از کارهایم را که هر کدام مربوط به یک فناوری نو می‌شد در ژورنال‌های مطرح رشته خودم چاپ کنم و با بالاترین درجه افتخار فارغ‌التحصیل شوم.

اگر بخواهم با واژه‌های غیرتخصصی توضیح دهم، ماده پلاستیکی جدید و ارزان‌قیمتی ساختم که تحت فشار متناوب، انرژی الکتریکی تولید می‌کند و می‌تواند در کفش، ابزار‌های پوشیدنی، زمین بازی کودکان و یا در زمین‌های ورزشی مورد استفاده قرار گیرد. چند سیستم نو که می‌توانند بدون نیاز به جریان برق و باطری، انرژی الکتریکی لازم را با روش‌های جدید از اصطکاک و انرژی حرکتی اطراف خود مانند محاسبه‌گر سرعت موتور یا سنسور تشخیص دود بگیرند.

مورد بعدی که اتفاقاً انتشار مقاله‌اش مورد توجه رسانه‌های خارجی و داخلی هم قرار گرفت جورابی بود که می‌توانست ادرار انسان را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

اخیرا بخش اول یک پروژه تیمی‌مان هم به پایان رسید که هدفش ساخت شلوار‌های هوشمند برای توان بخشیدن به افراد توانخواه و مسن بود برای اینکه در راه رفتن و بلند شدن از صندلی به آن‌ها کمک کند. برخلاف سیستم‌های موجود توانبخشی که از موتور‌ها و مواد سخت فلزی و پلاستیکی ساخته می‌شوند، هدف این پروژه ارائه شلواری نرم، قابل شستشو و از نظر ظاهری شبیه به شلوار‌های رایج بود. اخبار این کار هم چند ماه پیش در رسانه‌ها با عناوینی مثل «شلوار هوشمند با ماهیچه‌های مصنوعی» بازتاب داشت.

جدیدترین و آنچه که خودم بیشتر از همه دوستش دارم معرفی یک تکنولوژی ماهیچه مصنوعی بود که طی حدود دو سال تلاش بی‌وقفه با همکارم انجامش دادیم. جا دارد تاکید کنم همه این کار‌ها در سطح آزمایشگاهی بوده و فعلا فاصله زیادی تا استفاده در دنیای واقعی دارند. به همین منظور تاکنون دو مورد از آن‌ها با سرمایه‌گذاری دانشگاه‌ها ثبت اختراع بین المللی شده‌اند که شاید بتوانیم در آینده با ادامه تحقیقات، آن‌ها را به دستگاه‌های کاربردی قابل ارائه در بازار تبدیل کنیم.

چه شد که به فکر ساخت دستگاهی برای شارژ موبایل با جوراب حاوی ادرار افتادی؟
با پیشرفت تکنولوژی‌های پوشیدنی و کاشتنی در بدن،  نیاز ما هم به تامین انرژی الکتریکی دائمی از خود بدن و انرژی‌های اطرافمان بیشتر می‌شود. این سیستم‌های استخراج انرژی می‌توانند جایگزین باتری‌ها شوند که هم اندازه و وزنشان زیاد است و هم طول عمر محدودی دارند و هم اینکه اکثرا با محیط زیست و بدن انسان ناسازگار هستند.

من در دوره دکتری عمدتا به دنبال تکنولوژی‌های جدید استخراج انرژی برای چنین مصارفی بودم. ایده این کار هم از آنجایی شروع شد که متوجه شدم روشی وجود دارد که در آن گروهی از باکتری‌ها را در ساختار‌های مهندسی شده خاصی رشد می‌دهند و با تغذیه این باکتری‌ها، الکترون تولید می‌شود که می‌توان آن را به سمت تولید جریان الکتریکی هدایت کرد.

ترغیب شدم که برای فرصت مطالعاتی دوره دکتری، برای چند ماه به گروه بیوانرژی در آزمایشگاه رباتیک بریستول انگلستان بپیوندم تا تلفیق این تکنولوژی جالب را با ساختار‌های پوشیدنی که رویش کار می‌کردم امکان‌سنجی کنم. در واقع تلاش من این بود که این پیل‌های سوختی میکروبی را به صورت انعطاف‌پذیر، کوچک و سبک و در عین حال با کارایی بالا بسازم.

موفقیتم در این کار باعث شد که یک سیستم کامل پوشیدنی برای این پیل‌ها که با ادرار انسان تغذیه می‌شدند طراحی کنم. مانند سیستم گردش خون که اکسیژن و غذای تازه برای سلول‌های بدن فراهم می‌کند. چیزی شبیه یک پمپ هم لازم بود تا همواره غذای تازه به این باکتری‌ها برساند. برای همین این سیستم را در قالب جوراب طراحی کردم تا از حرکت پا و وزن انسان برای پمپ ادرار از لوله‌های ریز تعبیه شده در کف جوراب به این پیل‌ها استفاده کنم.

در تست‌های آزمایشگاهی، این جوراب با وزن بسیار کمی که داشت قادر بود هر دو دقیقه تا حدی سیستم فرستنده خود را شارژ کند که بتواند یک پیام بی‌سیم را به کامپیوتر ارسال کند. شاید روزی این تکنولوژی آنقدر پیشرفت کند که بتواند در کوهنوردی برای رفع نیاز‌های ارتباطی ضروری مورد استفاده قرار بگیرد.

آخرین دستاوردی که از شما دیده‌ایم، مربوط به ساخت نوعی ماهیچه مصنوعی می‌شود. چه شد که وارد این حوزه شدید؟
همانطور که قبلا اشاره کردم همواره علاقه‌مند بوده‌ام که زمینه‌های پژوهشی خود را گسترش دهم، چراکه معتقدم این کار باعث شکوفایی خلاقیت در کار‌های پژوهشی می‌شود به همین دلیل به تیمی پیوستم که روی پروژه جالب شلوار‌های نرم توانبخشی کار می‌کردند. در این شلوار‌ها نه تنها سیستم‌های تامین انرژی و ساخت حسگر‌ها مورد توجه بودند بلکه به عملگر‌های مکانیکی قوی نیاز بود که بتوانند نیروی لازم برای حرکت پا و تقویت ماهیچه‌ها را فراهم کنند. متاسفانه تکنولوژی این عملگر‌ها که به نام کلی ماهیچه‌های مصنوعی شناخته می‌شوند بسیار ضعیف هستند.

موتور‌های الکتریکی شناخته شده‌ترین عملگر‌های مکانیکی هستند، ولی در بسیاری از کاربرد‌ها مانند سیستم‌های پوشیدنی یا کاشتنی در بدن کارایی ندارند؛ و متاسفانه تکنولوژی جایگزین قابل قبولی هم برای این کاربرد‌ها وجود ندارد؛ مثلاً سال‌هاست پژوهشگران در جستجوی فناوری‌های جدیدی هستند که بتوانند به عنوان دست و پای مصنوعی مورد استفاده قرار دهند یا حتی ماهیچه قلب انسان بتواند در صورت نیاز با استفاده از یک ماهیچه مصنوعی قوی و در عین حال سازگار با بدن تقویت شود.

به همین دلیل عمده توان خود را روی یافتن تکنولوژی جدید برای ماهیچه‌های مصنوعی گذاشتیم. هدفمان پیدا کردن نوع جدیدی از عملگر‌های مکانیکی پر‌قدرت، سبک، کوچک، سریع و با بازدهی بالا بود. نتیجه تحقیقات ما ساخت این ماهیچه مصنوعی بود که با نام «الکترواوریگامی» معرفی شده است، چون در ساخت آن از مدل‌های مختلف هنر ژاپنی اوریگامی الهام گرفته شده است. این تکنولوژی با استفاده از نیروی الکترواستاتیکی، دو لایه جدا از هم را مانند زیپ به هم نزدیک و قفل می‌کند. قدرتی تقریبا معادل ماهیچه انسان دارد، می‌تواند تا هزار برابر وزن خود را بلند کند و بیش از ۹۹ درصد اندازه خود کوچک شود؛ و جالب‌تر اینکه با مواد مختلف و بسیار ساده حتی کاغذ و مداد قابل ساخت است. پیش‌بینی ما این است که این اختراع روزی بتواند کاربرد‌های وسیعی در رباتیک و سیستم‌های صنعتی داشته باشد.