روایت زندگی مخترعی ایرانی| قسمت اول

طراحی لنز هوشمند با قابلیت بینایی‌بخشی از سوی نخبه ایرانی برای اولین بار در دنیا/ از پلدختر تا هاروارد

قرار است زندگی مخترع جوانی پلدختری را روایت کنیم که در خارج از کشور موفق به ساخت یک لنز هوشمند با قابلیت بینایی بخشی شده و تحولی را در دنیای پزشکی به وجود آورده است.

کد خبر: ۷۵۵۵۹۱

دوشنبه - ۱۹ فروردين ۱۳۹۸ / April 08, 2019

گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، فاطمه صائبی صفت- همین امسال بود که خبر و ویدئویی در فضای مجازی درباره یک مخترع پلدختری دست به دست شد که در خارج از کشور موفق به ساخت یک لنز هوشمند با قابلیت بینایی بخشی شده و تحولی را در دنیای پزشکی به وجود آورده است.

نام این مخترع جوان ایرانی احسان کامرانی است. او متولد بهمن ۱۳۵۸ در پلدختر یکی از شهرستان‌های استان لرستان بوده و تا دبیرستان نیز در همین شهر تحصیل کرده است. برای دوره لیسانس رشته مهندسی پزشکی در دانشکده علوم پزشکی دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی قبول شد و در واقع سری دوم دانشجویان رشته مهندسی پزشکی در ایران بود. در این دوره روی پردازش تصویر و سیگنال‌های پزشکی تحقیق کرد و همزمان با چند شرکت برای انجام کار‌های فنی و با بیمارستان‌ها برای انجام پروژه‌های تحقیقاتی به همراه دانشجو‌های دکتری فعالیت کرد.

با وجودی که در آن سال‌ها ارائه مقاله توسط دانشجویان دوره لیسانس زیاد باب نبود، او براساس کاری که در دوره کارشناسی روی تحلیل و مدلسازی سیستم بینایی انسان و همچنین شبیه‌سازی و استفاده از آن برای پیاده‌سازی سیستم‌های پردازش تصویری کرده بود، مقاله‌ای ارائه داد و این مقاله در کنفرانس بین‌المللی کامپیوتر رتبه اول را کسب کرد.

کامرانی بعد از دوره لیسانس، چون به کار‌های پزشکی و جراحی از راه دور علاقه‌مند شده بود، به دانشگاه تربیت مدرس رفت و رشته مهندسی برق، گرایش مهندسی کنترل و ابزار دقیق را انتخاب کرد. در این دوره حدود سال ۲۰۰۳ تحقیقاتی را انجام داد که ایده‌اش بسیار جدید و بکر در جهت جراحی و انجام کار‌های پزشکی از طریق اینترنت بود.

این مخترع جوان بعد از دوره فوق لیسانس حدود چهار سال را در ایران به عنوان هیات علمی و مدرس دانشگاه‌های لرستان، تهران، گیلان و سمنان مشغول به کار بود و پس از آن برای مقطع دکتری از بیش از ۲۰ دانشگاه از آمریکا، اروپا، استرالیا و آسیا پذیرش همراه با بورسیه کامل گرفت، اما در نهایت دانشگاه مونترال را انتخاب و به کانادا مهاجرت کرد و دکتری را در همان رشته مهندسی پزشکی خواند. در این دوران نیز مهم‌ترین کاری که انجام داد، ساخت دستگاه و روش جدیدی جهت تصویربرداری غیرتهاجمی از مغز انسان بود. فوق دکتری خود را در زمینه نور در پزشکی از دانشگاه‌های هاروارد و MIT آمریکا و همچنین در زمینه نانومواد هوشمند پزشکی از دانشگاه پوهانگ کره جنوبی کسب کرده و پس از آن در دانشگاه هاروارد امریکا مشغول به کار شد.

احسان کامرانی هم‌اکنون استاد دانشگاه‌های واترلو و MIT است و اخیرا نیز به عضویت هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی درآمده و کار تدریس و مشاوره را در این دانشگاه انجام می‌دهد.

در ادامه بخش نخست مصاحبه ما را با این محقق موفق ایرانی می‌خوانید:

لطفا در مورد دستاوردتان توضیح دهید.

تجهیزاتی که هم‌اکنون برای تصویربرداری مغز وجود دارند، بسیار حجیم، گران و نسبتا پیچیده هستند، ولی من در دوره دکتری روش جدیدی را ابداع کردم و دستگاه جدیدی را با کمک این روش ساختم که برخلاف دستگاه‌های MRI و سی‌تی‌اسکن بسیار ارزان، کوچک و بسیار هم ایمن است، همچنین برخلاف دستگاه‌های مرسوم نه تنها از نیروی الکترومغناطیس که در دراز مدت عوارضی را بر بدن به جا می‌گذارد، استفاده نمی‌کند، بلکه از یک تکنیک نوری و یک طول موج بالاتر از نور مرئی که «نیر اینفرارد» (۵۵۰ تا ۹۵۰ نانومتر) نامیده می‌شود، استفاده می‌شود که کاملا ایمن است و در دراز مدت هیچ عوارضی روی بدن ندارد؛ به‌خصوص در مورد بیماری‌هایی که در آن بیمار لازم است روزانه چندین بار و یا به صورت پیوسته اسکن مغز شود.

این روشی است که به تازگی و تحت عنوان «طیف‌سنجی عملکردی نزدیک به مادون قرمز» یا fNIRS (functional near infrared spectroscopy) برای تصویربرداری مغز رایج شده است، علاوه بر اینکه برای تشخیص بیماری‌های مغز و اعصاب مورد استفاده قرار می‌گیرد، یکی از مهم‌ترین کاربردهایش برای طراحی «رابط کاربری ماشین -مغز» است. در واقع با کمک این روش به راحتی می‌توان فرمان‌های مغزی افراد ناتوان -که نمی‌توانند فرمان‌های مغزی‌شان را به ماهیچه‌هایشان منتقل کنند- را آشکارسازی و مستقیما آن را به فعالیت‌های فیزیکی مثل به حرکت درآوردن و جهت‌یابی ویلچر تبدیل کرد. البته این روش فقط برای افراد ناتوان کاربرد ندارد و کاربرد‌های دیگر آن کاملا وارد داستان‌های علمی- تخیلی می‌شود؛ مثلا می‌توان از مدل‌های پیشرفته آن برای خواندن افکار و یا حتی کنترل مغز و اعمال و حرکات افراد استفاده کرد.

بعد‌ها هم فناوری و هم دستگاهی را که برای تصویربرداری مغز طراحی کرده بودم با کمک فناوری «سیماس» (CMOS) و فناوری نانو به صورت مدار‌های فشرده‌ای در قالب یک تراشه بسیار کوچک درآوردم.

ایده ساخت لنز مصنوعی هوشمند چگونه و چه زمانی به ذهنتان خطور کرد؟
در دوره دکتری توانستم یک اسکالرشیپ از آمریکای شمالی بگیرم که این فرصت را می‌داد تا در قالب یک آزمون و رقابت و امتیازی که کسب می‌کردیم، دانشگاه‌های مورد نظرمان را انتخاب کنیم. من دانشگاه‌های هاروارد و MIT را انتخاب کردم و در نهایت برای MIT پذیرفته شدم.

در دوره‌ای که در این دانشگاه درس می‌خواندم حدود سال ۲۰۱۱، وارد تحقیقات در یکی از لابراتوار‌های آنجا شدم، لابراتوار بایواپتیک یعنی کاربرد نور در پزشکی بود و در اینجا بود که ایده چشم مصنوعی به ذهنم رسید و آن را برای نخستین بار در جهان پیشنهاد دادم و کارم را شروع کردم. ایده اولیه چشم مصنوعی این بود که چطور می‌توانیم ابزاری بسازیم که باعث بینایی‌بخشی شود. لابراتوار‌های بسیاری در جهان روی این موضوع کار می‌کنند، ولی به دلیل پیچیدگی‌های این موضوع تاکنون کسی نتوانسته سیستمی را بسازد که جایگزین سیستم بینایی انسان شود.

من برای این کار از تلفیق تکنولوژی‌های پیشرفته و یافته‌هایم در قالب پروژه‌های قبلی کمک گرفتم. کاری که قبلا روی تحلیل و مدلسازی سیستم بینایی انسان انجام داده بودم یکی از این پروژه‌ها بود. یکی دیگر از این پروژه‌ها که در طول دوره دکتری نیز روی آن کار کرده و موفق به ساخت نوع جدیدی از آن شده بودم، استفاده از آشکارسازی بود که حتی نسبت به یک فوتون هم حساس است و SIAPD نامیده می‌شود. پروژه دیگری که در دوره اینترشیپ شروع کردم، روشی است که می‌توان از سلول‌های بدن انسان نور تولید کرد. در واقع نوع خاصی از پروتئین‌ها در سلول‌های خاصی از بدن –به غیر از سلول‌های شبکیه و بینایی- وجود دارند که از خودشان نور ساطع می‌کنند.

ما این سلول‌ها را پمپ کردیم؛ به این معنا که با دادن مقداری انرژی الکتریکی به آن‌ها باعث شدیم که از خودشان نور ساطع کنند و این دقیقا همان مفهوم و اتفاقی است که در سیستم بینایی انسان می‌افتد. برای پیش بردن این کار هم با محققان و مراکز مختلفی مثل بیمارستان جامع ماساچوست در بوستون امریکا و دانشگاه علوم و تکنولوژی پوهانگ و سئول در کره جنوبی همکاری کردیم تا بتوانیم کار‌های اولیه ساخت این لنز بینایی را شروع کنیم.

در این دوران بود که برای دفاع دکتری دوباره به کانادا برگشتم و بعد از آن برای دوره پست‌دکتری این بار به هاروارد رفتم و هم‌زمان با دوره فوق دکتری در هاروارد، در لابراتواری با نام Harvard-MIT Health Sciences and Technology مشغول به کار شدم که تلفیقی از محققان پزشکی هاروارد و محققان فنی MIT بود. در این لابراتوار چند پروژه را به صورت هم‌زمان شروع کردیم که یکی از آن‌ها چشم مصنوعی بود و بقیه پروژه‌ها مربوط به ایمپلنت‌هایی می‌شد که در همه آن‌ها از نور برای تشخیص و درمان استفاده می‌شد. در این زمان بود که از سوی دانشگاه‌های مطرح آمریکا نظیر MIT، هاروارد، ایلینوی و واشنگتن گرنت گرفتم تا ابزاری را طراحی کنم که لنز تماسی هوشمند نام داشت.

لنز‌های تماسی معمولا به جای عینک یا برای زیبایی و تغییر رنگ چشم به کار می‌روند، اما من با اضافه کردن یک سری مدار‌های الکترونیک روی لنز‌های تماسی توانستم دو کار عمده را انجام دهم، یکی اینکه این لنز‌های هوشمند می‌توانند مقدار قند خون را از روی اشک کاربر اندازه‌گیری کنند. با این روش برخلاف روش سنتی اصلا دردناک نیست و نیازی به سوراخ کردن انگشت ندارد و به صورت منظم نمونه‌برداری را انجام می‌دهد تا اگر بیمار به نوعی یادش رفت، این کار را انجام دهد.

دوم اینکه قابلیتی را به آن اضافه کردم تا زمانی که قند خون کاربر پایین یا بالا رفت، خود لنز میزان مورد نیاز انسولین را در چشم رها کند. در واقع برای این کار با استفاده از فناوری MEMS یا سیستم میکروالکترومکانیک یک سری میکروظرف‌هایی طراحی کردیم و آن‌ها را داخل لنز‌ها تعبیه کردیم تا در شرایط مورد نیاز یا برنامه‌ریزی قبلی میزان دارو را درون چشم رها کند.

یکی دو سال بعد، شرکت سامسونگ گرنتی را برای توسعه این پروژه به من داد و به مدت یک سال به کره جنوبی رفتم و در آنجا یک پست‌دکتری دیگر گرفتم. برعکس اینکه تمرکزم در هاروارد روی بایواپتیک بود در کره جنوبی تمرکز تحقیقاتم روی نانومواد هوشمند پزشکی بود. در واقع در این دوره روی نانومواد هوشمند پزشکی و ساخت ابزار الکترونیک قابل انعطاف و زیست سازگار کار کردم. به این معنا که مواد ارگانیکی را طراحی کردم که ابزار الکترونیک را قابل انعطاف، قابل کشش، سازگار با بدن، سبک و شفاف می‌کند. ضمن این کار توانستم تمام تجربه‌ها و تحقیقاتم را در زمینه تصویربرداری از مغز و لنز تماسی هوشمند نانوموادی که در کره جنوبی ساخته بودم، ترکیب کنم و لنز تماسی بینایی‌بخش بسازم.

آیا واقعا این لنز به افراد نابینا بینایی می‌دهد؟
نابینایی انواع مختلفی دارد. این لنز به کم‌بینایان کمک می‌کند و بینایی نسبی را به آن‌ها می‌بخشد تا بتوانند بینایی خود را کامل کنند، اما در افرادی که کاملا نابینا هستند به نوع، ساختار چشم، مدت زمان و دلیل نابینایی آن‌ها بستگی دارد.

گاهی چشم شخص کامل است و مشکلی ندارد، اما ارتباط بین مغز و چشم قطع شده است. این دستگاه می‌تواند ارتباط مجدد بین مغز و چشم را برقرار کند و بینایی را به شخص بازگرداند، اما نباید انتظار داشت کاربران چنین دستگاه‌هایی در مرحله اول از دید کاملی برخوردار باشند، بلکه آن‌ها دید محدود به دست می‌آورند.

ادامه گفتگو با احسان کامرانی مخترع جوان ایرانی را در بخش دوم دنبال کنید...