Reading Time: 9 minutes

ذخر عام 2020 بالأحداث والغرائب، وكان واحداً من أكثر السنوات إثارةً في الآونة الأخيرة، وكذلك الأمر على الصعيد العلمي، فقد كانت هنالك الكثير من الأحداث والإنجازات غير المسبوقة التي من شأنها أن تدفع بعجلة تقدُّم البشرية للأمام. انتقينا أبرزها لنضعها بين يديك:

الذكاء الاصطناعي يفوق البشر في الكشف عن سرطان الثدي

في اليوم الأول من عام 2020، درّب الباحثون خوارزمية التعلم العميق لاكتشاف سرطان الثدي في فحوصات المسح بدقة أفضل من أخصائي الأشعة، ومن شأن البحث أن يساعد في في تقليل النتائج غير الصحيحة عندما يكون السرطان موجوداً ولكن لم يتم رصده، مما يهدد حياة المريض، أو النتائج الإيجابية الزائفة المؤذية نفسياً، كما سيساعد في تخفيف النقص في أخصائيّي الأشعة في المملكة المتحدة.

عملت «ديب مايند» المملوكة لشركة جوجل بالفعل مع مؤسسات هيئة الخدمات الصحية الوطنية البريطانية لتطوير الذكاء الاصطناعي لقراءة فحوصات العين واكتشاف سرطان الرقبة على مدار العامين الماضيين، واستخدم باحثون من كلية إمبريال البريطانية لأبحاث السرطان وجامعة نورث وسترن ومستشفى «رويال سوري كاونتي» و«جوجل هيلث» نظاماً للتعلُّم العميق طورَته «ديب مايند» على مجموعتين مختلفتين من بيانات مسح الثدي، واحدة من الولايات المتحدة وواحدة من المملكة المتحدة؛ مما يشير إلى أنّ الذكاء الاصطناعي يمكن أن يساعد في قراءة صور الثدي الشعاعية بدقة.

إحياء مومياء مصرية يبلغ عمرها 3000 عام

كشفت نسخة طبق الأصل من الجهاز الصوتي لمومياء عمرها 3000 عام كيف قد يبدو صوت تلك المومياء إذا قامت من الموت، وذلك باستخدام الأشعة المقطعية للكاهن المصري المحنط «نيسيامون»؛ إذ تمكّن الباحثون من رسم الشكل الدقيق للقناة الصوتية للمومياء -وهي التي تتحكم في الصوت الفريد لدى الشخص، فعندما يتم توصيله بصندوق صوت اصطناعي، يُنتج قالب مطبوع ثلاثي الأبعاد للقناة الصوتية للمومياء صوتاً يشبه قول الكلمة «باد»، حسبما أفاد الباحثون في 23 يناير/كانون الثاني في الورقة البحثية التي نُشرت في دورية «نيتشر».

النانو: جهاز يولّد موجات تيراهيرتز 

تقع موجات التيراهيرتز بين أشعة الميكروويف والأشعة تحت الحمراء في الطيف الكهرومغناطيسي، وتتأرجح عند تردُّدات تتراوح بين 100 مليار و 30 تريليون دورة في الثانية، وتُعرف هذه الموجات بخصائصها المميزة: إذ يمكنها اختراق الورق والملابس والخشب والجدران، فضلاً عن اكتشاف تلوث الهواء. كما يمكن أن تحدث ثورةً في أنظمة الأمن والتصوير الطبي. علاوةً على ذلك، فإنّ قدرتها على حمل كميات هائلة من البيانات يمكن أن تحمل مفتاح اتصالات لاسلكية أسرع. لكن على الرغم من أنها تحمل وعداً كبيراً، إلا أنها لا تستخدم على نطاق واسع لأنها مكلفة ومرهقة في توليدها.

 لكنّ التكنولوجيا الجديدة التي أُعلن عنها في دورية «نيتشر» في الخامس والعشرين من مارس/آذار يمكن أن تغيّر كل ذلك؛ إذ طوّر باحثون في معهد لوزان الفيدرالي للتكنولوجيا في سويسرا جهاز نانوي يمكنه توليد إشارات عالية الطاقة للغاية في بضع بيكو ثانية فقط -واحد تريليون من الثانية- تنتج موجات تيراهيرتز عالية الطاقة، ومن الممكن تثبيت هذه التقنية؛ التي يمكن تركيبها على شريحة أو وسيط مرن، يوماً ما في الهواتف الذكية والأجهزة المحمولة الأخرى.

استعادة المعلومات الجينية من الأحافير لأول مرة

تم تحقيق تقدم مهم في دراسات التطور البشري بعد أن استعاد علماء من جامعة كوبنهاجن الدنماركية أقدم مجموعة بيانات وراثية من أحفورية بشرية يبلغ عمرها 800 ألف عام لأول مرة، فقد سلّطت النتائج الضوء على إحدى النقاط المتفرعة في شجرة العائلة البشرية؛ والتي تعود إلى زمن أبعد بكثير مما كان ممكناً في السابق؛ وذلك باستخدام تقنية تسمى مقياس الطيف الكتلي، إذ قام الباحثون بسلسلة البروتينات القديمة الموجودة في مينا الأسنان، وحددوا بثقة موقع الإنسان السابق في شجرة العائلة البشرية. نُشرت نتائج البحث في دورية «نيتشر» في الأول من أبريل/نيسان.

خلق كريات دم حمراء صناعية 

تمتص خلايا الدم الحمراء الأكسجين من الرئتين وتوصله إلى أنسجة الجسم، كما تحتوي على ملايين جزيئات «الهيموجلوبين» -وهو بروتين يحتوي على الحديد والذي يربط الأكسجين- وهي أجسام مرنة للغاية، مما يسمح لها بالانضغاط من خلال الشعيرات الدموية الدقيقة ثم العودة إلى شكلها السابق، وتحتوي الخلايا أيضاً على بروتينات على سطحها تسمح لها بالدوران عبر الأوعية الدموية لفترة طويلة دون أن تلتهمها الخلايا المناعية. أراد الباحثون صنع كرات الدم الحمراء الاصطناعية التي لها خصائص مماثلة لتلك الطبيعية، ولكن يمكن لها أن تؤدي أيضاً وظائف جديدة مثل توصيل الأدوية العلاجية والاستهداف المغناطيسي واكتشاف السموم، ونُشرت تفاصيل التجربة في دورية «إي سي إس نانو» في 11 مايو/أيار.

صنع الباحثون الخلايا الاصطناعية عن طريق طلاء كرات الدم الحمراء البشرية المتبرَّع بها بطبقة رقيقة من مادة السيليكا -وهي نوع من السيليكون-، ووضع طبقات بوليمرات موجبة وسالبة الشحنة فوق نُسخ السيليكا من كرات الدم الحمراء من السيليكا، ومن ثم حفرها، مُنتِجين نسخاُ متماثلة مرنة. وأخيراً، غطى الفريق أسطح النسخ المتماثلة بأغشية كرات الدم الحمراء الطبيعية، وكانت النتيجة خلايا اصطناعية متشابهة في الحجم والشكل والشحنة والبروتينات السطحية للخلايا الطبيعية، كما يمكنها الضغط من خلال الشعيرات الدموية النموذجية دون أن تفقد شكلها. 

16 ذرة فقط: أصغر محرك جزيئي صناعي

في الخامس عشر من يونيو/حزيران، أعلن فريق بحثيّ من معهد المختبرات الفيدرالية السويسرية لعلوم وتكنولوجيا المواد في ورقة بحثية تطويرهم محركاً جزيئياً يتكون من 16 ذرة فقط، ويدور بشكل موثوق في اتجاه واحد ويمكن له أن يسمح بحصاد الطاقة على المستوى الذري. الميزة الخاصة للمحرك هي أنه يتحرك بالضبط عند الحد الفاصل بين الحركة الكلاسيكية والنفق الكمي، كما كشف عن ظواهر محيرة للباحثين في عالم الكم، واعتُبر هذا المحرك الحدّ الأدنى لحجم المحركات الجزيئية، إذ بلغ حجمه أقل من نانومتر واحد، وبعبارة أخرى، فهو أصغر بحوالي 100 ألف مرة من قطر شعرة الإنسان.

من حيث المبدأ، تعمل هذه الآلة الجزيئية بطريقة مشابهة لنظيرتها في العالم الكمي؛ فهي تحوّل الطاقة إلى حركة موجهة. توجد مثل هذه المحركات الجزيئية أيضاً في الطبيعة، على سبيل المثال، في شكل «الميوسينات»؛ وهي بروتينات حركية تلعب دوراً مهماً في الكائنات الحية في تقلُّص العضلات ونقل الجزيئات الأخرى بين الخلايا.

ألومنيوم قابل لإعادة الاستخدام لتنقية المياه بالطاقة الشمسية

الصورة: بيكسلز

يُعدّ توفير المياه النظيفة للجنود في الميدان والمواطنين في جميع أنحاء العالم أمراً ضرورياً، ومع ذلك، فهو أحد أكبر التحديات في العالم. الآن، وبتمويل من مكتب أبحاث الجيش الأميركي، طوّر باحثون في جامعة روتشستر الأميركية لوحة ألمنيوم جديدة تركّز بشكل أكثر كفاءة الطاقة الشمسية لتبخر وتنقية المياه الملوثة.

تُستخدم هذه التقنية التي أُعلن عنها في دورية «نيتشر سستينابيليتي» يوم 13 يوليو/تموز دفعة من نبضات ليزرية فائقة القِصر مدتها بضعة ڤيمتوثوانٍ -جزء من مليون مليار جزء من الثانية- لحفر سطح لوح عادي من الألومنيوم، وعندما يتم غمس لوح الألمنيوم في الماء بزاوية مواجهة للشمس، فإنه يسحب طبقة رقيقة من الماء لأعلى فوق سطح المعدن. في الوقت نفسه، يحتفظ السطح الأسود بما يقرب من 100% من الطاقة التي يمتصها من الشمس لتسخين الماء بسرعة، وأخيراً، تغيّر هياكل الفتل الموجودة على السطح الروابط الجزيئية للماء، مما يزيد من كفاءة عملية التبخر بشكل أكبر.

لأول مرة تجميع كامل لكروموسوم X البشري 

أنتج الباحثون في المعهد القومي لأبحاث الجينوم البشري الأميركي أول تسلسل DNA من طرف إلى طرف لكروموسوم بشري؛ إذ أظهرت النتائج التي نُشرت يوم 14 يوليو/تموز في دورية «نيتشر» أنّ إنشاء تسلسل دقيق من قاعدة تلو قاعدة لكروموسوم بشري أصبح ممكناً الآن، وسيُمكّن الباحثين من إنتاج تسلسل كامل للجينوم البشري.

لم يقم الباحثون في هذه الدراسة بسَسلسَلة كروموسوم X من خلية بشرية طبيعية، بل استخدموا نوعاً خاصاً من الخلايا يحتوي على كروموسومين X متطابقين بدلاً من ذلك؛ إذ تُوفّر هذه الخلية مزيداً من الحمض النووي المتسلسل أكثر من الخلية الذكرية التي تحتوي على نسخة واحدة فقط من كروموسوم X، كما أنه يتجنّب الاختلافات في التسلسل التي تُواجَه عند تحليل اثنين من الكروموسومات X لخليّة أنثوية نموذجية.

استفاد الباحثون من التقنيات الجديدة التي يمكنها سَلسَلة أجزاء طويلة من الحمض النووي بدلاً من تحضير وتحليل قطع صغيرة من الحمض النووي، فاستخدموا طريقةً تترك جزيئات الحمض النووي سليمة إلى حد كبير، ثم تم تحليل جزيئات الحمض النووي الكبيرة هذه بواسطة أداتين مختلفتين. كل واحد منهم يولد تسلسلات طويلة جداً من الحمض النووي، وهو أمر لم تتمكن الأجهزة السابقة من تحقيقه.

مسرّع بلازما يعمل على مدار الساعة

الصورة: مسرّع ديزي

وصل فريق من الباحثين في مسرّع ديزي بالتعاون مع جامعة هامبورج الألمانية إلى محطّةٍ هامة على طريق مسرِّع الجسيمات في المستقبل؛ إذ ولأول مرة، تم تشغيل ما يسمى بـ«مسرع البلازما بالليزر» لأكثر من يومٍ كامل، بينما ينتج الحزم الإلكترونية باستمرار، وهذا يجعل الباحثين يقتربون خطوة كبيرة من التشغيل المستمر لتقنية مسرّع الجسيمات المبتكرة، وأُعلن عن هذا الإنجاز يوم 18 أغسطس/آب في دورية «فيزيكال ريفيو إكس».

يأمل الفيزيائيون أن تؤدي تقنية تسريع البلازما بالليزر إلى جيل جديد من مسرّعات الجسيمات القوية والمضغوطة التي تقدّم خصائص فريدة لمجموعة واسعة من التطبيقات، وفي هذه التقنية، ينتج شعاع الليزر أو شعاع الجسيمات النشط موجة بلازما داخل شعيرات دقيقة، ويُستخدم الهيدروجين كغاز. والبلازما عبارة عن غاز يتم فيه تجريد جزيئات الغاز من إلكتروناتها.

أول قانون عالمي لحاسة اللّمس باستخدام موجات الزلازل

تمكّن فريق من الباحثين في جامعة برمنجهام البريطانية من وضع أول قانون عالمي ثابت لقياس حاسة اللمس، وذلك باستخدام موجات «ريليه»؛ والتي ترتبط عادةً بالزلازل، ونُشرت نتائج البحث في دورية «ساينس أدڤانسز»  العلمية في التاسع من أكتوبر/تشرين الأول.

أدت هذه النتائج إلى وضع قانونٍ ينص على أنّ نسبة عمق المستقبل الحسي تكون ثابتة بالنسبة إلى طول الموجة، ولتوضيح القانون، قال الباحثون إنه إذا أحدثت شقاً على جلد وحيد القرن حجمها 5 مم، فستولّد نفس الإحساس الذي يشعر به الإنسان ذو شق مماثل. تختلف القوة المطلوبة لإحداث هذا الشق فقط، وهذا منطقي للغاية من الناحية التطورية، لأنه مرتبط بالخطر النسبي والضرر المحتمل.

الزيبتوثانية: قياس أقصر واحدة زمنية

ضبط باحثون في جامعة جوته في تجربة نُشرت وقائعها في دورية «ساينس» يوم 16 أكتوبر طاقة الأشعة السينية ليقوم فوتون واحد، أو جسيم من الضوء، بإخراج الإلكترونين من جزيء الهيدروجين -الذي يتكون من بروتونين وإلكترونين-، فدفع الفوتون إلكتروناً واحداً خارج الجزيء، ثم دفع بالآخر، مثل حصاة تقفز فوق بركة، ممّا خلق نمطاً موجياً يسمى نمط التداخل؛ والذي تمكّن الباحثون من قياسه باستخدام أداة تسمى مجهر تفاعل الزخم الطيفي للهدف البارد؛ أداة كانت في الأساس كاشف جسيماتٍ فائق الحساسية يمكنه تسجيل تفاعلات ذرية وجزيئية سريعة للغاية؛ وهو ما سجل كلاً من نمط التداخل وموضع جزيء الهيدروجين خلال التفاعل.

وتبيّن أنّ ذلك الوقت هو 247 «زيبتوثانية»، وهي جزء من تريليون جزء من المليار من الثانية، أو علامة عشرية متبوعة بـ20 صفراً يليها 1، مع الأخذ بعين الاعتبار بعض المساحة للمناورة حسب المسافة بين ذرات الهيدروجين داخل الجزيء في لحظة إطلاق الفوتون؛ ما يجعلها أقصر مدّة زمنية مسجّلة حتى يومنا هذا.

نجاح أول اختبار للنقل فائق السرعة «هايبرلوب»

الصورة: شركة فيرجن هايبرلوب

أعلنت شركة فيرجن هايبرلوب عن نجاح رحلتها الأولى بكبسولة هايبرلوب؛ وسيلة النقل فائقة السرعة، وقالت الشركة أنّ هذه الخطوة تمثل قفزة كبيرة إلى الإمام في تقنية هايبرلوب التي يمكن لها أن تنقل الأشخاص بسرعة تتجاوز الألف كيلومتر في الساعة، وبسرعة تفوق سرعة الطائرات الحالية، عبر سلسلة كبسولات داخل أنبوب رفيع إلى حد ما وبدون أي انبعاثات كربونية.

أُجري الاختبار الأول للهايبرلوب يوم نوفمبر/تشرين الثاني. استقل جوش جيجل؛ كبير موظفي التكنولوجيا والشريك المؤسس، وسارة لوشيان؛ مديرة تجربة الركاب، كبسولة الهايبرلوب؛ والتي تتسع لشخصين فقط، لإجراء الرحلة التي يبلغ طولها 500 متر، وفي 15 ثانية فقط، في موقع اختبار في صحراء نيفادا الأميركية.

إطلاق قمر صناعي لقياس مستويات مياه سطح البحر

من المقرّر أن يصبح قمر «Sentinel-6 Michael Freilich» الصناعي الذي أطلقته ناسا كمسعىً مشترك بين أوروبا والولايات المتحدة يوم 21 نوفمبر/تشرين الثاني الوسيلة الأساسية لقياس شكل محيطات العالم، ولن تقتصر بياناته على تتبع ارتفاع مستوى سطح البحر فحسب، بل ستكشف أيضاً عن كيفية تحرك الكتلة الهائلة من المياه حول العالم.

تم إطلاق القمر الصناعي المتطوّر الذي يبلغ وزنه 1.3 طن نحو المدار من قاعدة «فاندنبرج» على صاروخ «فالكون-9» التابع لشركة «سبيس إكس».

أحدث سيارة طائرة في العالم 

الصورة: شركة كلاين فيجن

في نوفمبر/تشرين الثاني؛ حلّقت سيارة «آير كار-AirCar»؛ من إنتاج شركة كلاين فيجن، في سماء سلوفاكيا. السيارة ابتكرها كل من ستيفان كلاين، وانطون زاجاك، وتتحول من مركبة برية إلى مركبة جوية في أقل من 3 دقائق، ويمكنها الانتقال من القيادة إلى وضع الطيران بنقرة زر واحدة. استطاعت السيارة في تجربتها الأخيرة من قطع رحلتين على ارتفاع 1500 «AGL» في مطار بيشتاني في سلوفاكيا، وتمكنت من الإقلاع والهبوط بأمان كامل. 

في حين أنّ السيارات يمكن أن تكون ثقيلة الوزن، إلا أنه يجب أن تكون الطائرات خفيفة. سيارة أير كار؛ والمصممة بمقعدين فقط، تزن 1100 كجم، ويمكنها أن تحمل حمولة إضافية تبلغ 200 كجم لكل رحلة. دُعمت السيارة بمحرك سيارة بي إم دبليو؛ والذي منحها قوة تبلغ 140 حصاناً أثناء الطيران، ويمكن للسيارة أن تحلّق لمسافة ألف كيلومتر في ساعة مع استهلاك 18 لتر فقط من الوقود. رغم أنها مجرد سيارة، لكنها تتمتع بمواصفات قياسية في الطيران، ففي لحظة الإقلاع ترتفع السيارة الطائرة على مسافة 300 متر، وبسرعة تصل إلى 200 كم/ساعة، والأهم من ذلك أنّ عملية الإقلاع تكون مستقرة وآمنة مع إمكانية تحكم الطائر في العملية.

قالت شركة كلاين أنها سنقدم نموذجاً جديداً بعد نجاح الرحلة الأخيرة، بمحرك 300 حصان معتمد خلال الأشهر الستة المقبلة، وأكد المخترع ستيفان كلاين أنّ هناك مشترٍ جاهز بالفعل لشراء السيارة، دون أن يفصح عن اسم الجهة أو المؤسسة التي تتفاوض على شراء السيارة.

 «روبو تاكسي»: سيارة أجرة ذاتية القيادة 

في الشهر الأخير من عام 2020؛ كشفت شركة «زوكس» للسيارات؛ التابعة لشركة أمازون، عن سيارة «روبو تاكسي»  ذاتية القيادة؛ وهي مركَبة تتّسع لـ 4 أشخاص، متعددة الاتجاهات، ومصمَّمة للبيئات الحَضَرية الكثيفة. يحتوي التصميم الداخلي للسيارة على مقعدين يواجهان بعضهما بعضاً، ولا توجد عجلة قيادة، ويبلغ طولها أقل من 12 قدماً؛ أي حوالي 3 أمتار ونصف، وهي بذلك أقصر من سيارة ميني كوبر القياسية بقدم واحد.

السيارة مُصنَّعة لنقل الرّكّاب، وهي من بين المركَبات الأولى التي تتمتع بقدرات ثنائية الاتجاه وتوجيه رباعي؛ مما يتيح قدرة أفضل على المناورة. تبلغ سرعتها القصوى 120 كيلومتر في الساعة. وأكّدت شركة زوتكس أنّ السيارة قيد الاختبار في قاعدة الشركة في الولايات الأميركية في كاليفورنيا، ولاس فيجاس وسان فرانسيسكو.