Medical Engineering: July 2008 Archives

بابک امیر پرویز، لنزهای تماسی به چشم می زند. ولی او هنوز از لنزهای تماسی جدید که خود در آزمایشگاهش در سیاتل ساخته، استفاده نمی کند. این لنزهای تماسی که شامل مدارهای الکترونیکی است، چیزی برگرفته از فیلم های علمی تخیلی می باشد. وی هم اکنون در حال جمع آوری تعدادی LED بسیار کوچک می باشد تا لنزهای تماسی آزمایشی اش را به یک نمایشگر شخصی پیشرفته و تا حد ممکن کوچک تبدیل کند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر ایران (الکترونیوز) و به نقل از گاردین، بابک پرویز، استادیار مهندسی برق دانشگاه واشنگتن، روی موضوعاتی چون فن آوری نانو مرتبط با زیست، خود-اسمبلی، ساخت و تولید در مقیاس نانو و سیستم های میکروالکتریکی-مکانیکی کار می کند. وی دستگاه های الکترونیکی کاربردی ولی بسیار کوچک می سازد و با استفاده از فن آوری نانو و روش های ساخت و تولید در مقیاس نانو، و با استفاده از فرآیندی که به خود-اسمبلی معروف است، این دستگاه های الکترونیکی را روی پلیمرها و شیشه ها به صورت مجتمع درمی آورد.

این جا این سؤال پیش می آید که پرویز چگونه به فکر ساخت لنز تماسی «بیونیکی» (افزایش قابلیت های زیستی با استفاده از دستگاه های الکترونیکی) افتاد؟ پرویز می گوید: "فردی را تصور کنید که دارای سابقه و مهارت های پژوهشی است. همچنین تصور کنید که همان فرد هر روز صبح بعد از این که از خواب بیدار شد لنزهای تماسی را به چشمانش می زند."

آینده نگری

لنزهای تماسی از پلیمرهای شفاف انعطاف پذیر ساخته می شوند. این ماده تنها ماده ی نسبتاً چالش انگیزی است که پرویز مایل است مدارهای الکترونیکی کوچک را روی آن بچسباند. پرویز بیان داشت: "فرد توسعه گر و پیش برنده کسی نیست که چیزی کوچک را بسازد بلکه کسی است که چیزی را که مفید است بسازد. داشتن یک نمایشگر در لنز تماسی خیلی مفید است."

پرویز به طور طعنه آمیزی اظهار داشت که ابعاد نمایشگرهای کنونی موجود در کامپیوترهای سیار و تلفن ها به جای کمک به کوچک سازی نمایشگرها، نوعی مانع نیز به شمار می رود. وی گفت: "ابعاد نمایشگرها یکی از مهم ترین دلایلی است که امروزه لپ تاپ ها، تلفن های همراه، PDA ها و ... دارای ابعاد کوچک تری نیستند. اگر ما نمایشگرها را به روی لنزهای تماسی منتقل کنیم، می توانیم به طور قابل ملاحظه ای محدودیت های فیزیکی دستگاه های سیار را حذف کنیم."

تا این جا، پرویز نشان داده است که مدارات پرکارامد شامل میکرو LED ها می توانند روی لایه های پلاستیکی انعطاف پذیر، نازک و شفافی به صورت یکپارچه قرار بگیرند. کار این مدارات این است که لایه های فلزی را که چند نانومتر ضخامت دارند به LED هایی که پهنایشان حدود یک سوم میلی متر است، متصل بکند. نوعی روش ساخت و تولید در مقیاس نانو که به خود-اسمبلی معروف است از نتایج اثر مویینگی برای گرد آوری قطعات مدار بهره می برد.

لنز تماسی آزمایشی که نهایتاً شامل LED ها خواهد بود، باید تغذیه شود. پرویز تصریح کرد: "ما برای تغذیه ی این لنزها دو روش را مد نظر داریم. یک روش استفاده از RF می باشد. برای انتقال داده به لنزها به آنتنی که بر روی آن ها قرار می گیرد، نیاز داریم. روش دیگر که در حال حاضر مد نظر ماست ترکیبی از سلول های فتوولتاییک (خورشیدی) می باشد."

تغذیه ی لنزهای تماسی موضوع خیلی مشکلی نیست. یک لنز تماسی مستقیماً بر روی صفحه ی چشم قرار می گیرد و چون خیلی نزدیک به چشم انسان است، لنز چشم انسان نمی تواند روی اجسام متمرکز شود. پرویز بیان کرد: "برای ایجاد تصویر متمرکز ما باید پرتوهای نور را کنترل کنیم. اگر شما به جای LED ها از لیزر استفاده کنید، می توانید یک تصویر متمرکز ایجاد کنید."

اگر لیزرهای درخشان مربوط به دیود بسیار کم توان، خطری بر روی شبکیه ی چشم ایجاد کنند، آنگاه ممکن است استفاده از میکرو LED ها گزینه ای دیگر برای انجام این کار باشند. این میکرو LED ها نور منتشر شده ای را فراهم می کنند. پرویز برای به کار انداختن میکرو LED ها، مجموعه ای از میکرولنزهای مجزا را بر روی لنزهای تماسی مجتمع می کند. وی گفت: "اگر میکرو LED به اندازه ی کافی به میکرولنز نزدیک باشد، یک تصویر مجازی را ایجاد خواهد کرد که در فاصله ی 30 سانتی متری صفحه ی چشم یا بیشتر از آن تشکیل می شود. در این فاصله چشم انسان قادر است تمرکز کند."

ممکن است سؤالاتی پیرامون آسیب لنزهای تماسی به بدن انسان پیش بیاید. دستگاه های الکترونیکی که در این لنزها به کار رفته اند، نباید به چشم انسان آسیب برسانند. اگر این تضمین شود، به نظر می رسد که ایده ی داشتن یک نمایشگر بی سیم کاملاً کاربردی بر روی یک لنز تماسی، کاربردهای زیادی دارد.

پرویز در گام بعدی می خواهد یک لنز تماسی بی سیم قابل برنامه ریزی را که دارای پیکسل (میکرو LED) های کمی است، شاید هشت عدد، و استفاده از آن بر روی چشم ها مطمئن است، در معرض نمایش قرار دهد. از آن جا که کار پرویز برای افراد خیلی زیادی شناخته شده است، ایمیل هایی را دریافت کرده است که در آن ها مردم خواستار آزمایش لنزهای تماسی بودند. عده ای نیز ایده هایی را پیشنهاد داده بودند. همچنین او ایمیل هایی در خصوص مشکلات بینایی مردم دریافت کرده است.

با این حال، پروفسور جیمز والفسن، از دانشگاه استون بیرمنگام چندان به این ابداع جدید مشتاق نیست. وی که رئیس اپتومتری است، زمینه های پژوهشی مورد علاقه اش در رابطه با لنزهای تماسی می باشد. وی گفت: "من تا به حال کسی را ندیده ام که روی لنزهای تماسی، مدارهایی را قرار دهد."

والفسن تأکید می کند که پهنای یک لنز تماسی حدود 14 میلی متر و قطر مردمک چشم بین 4 تا 5 میلی متر است. بعد از محاسباتی که او انجام می دهد اظهار می کند که با پهنای نسبتاً زیاد لنز تماسی، فضای زیادی برای مدارهای الکترونیکی، بدون این که در بینایی خللی وارد کند، باقی نمی ماند و ایجاد تصویر از اجسام پیرامون بر روی قسمت مرکزی چشم مشکل می شود.

والفسن درباره ی طرح پرویز گفت: "مسئله ی اصلی متمرکز ساختن است. لنزهای تماسی خیلی به سطح چشم نزدیک هستند." وی اضافه کرد هنگامی که گرد و خاک روی لنز می نشیند از آن جا که لنز خیلی نزدیک به چشم است، شما آن را نمی بینید. این موضوع دقیقاً برای تصاویر روی لنزها صادق است. برای رفع این مشکل، باید از فن آوری تشکیل تصویر به نوعی استفاده شود که تصاویری که روی لنزها تشکیل می شوند، در فاصله ی مناسبی تشکیل شوند تا چشم انسان بعداً بتواند روی آن ها متمرکز شود. در لنزهای تماسی که به تازگی ساخته شده اند، این کار انجام نمی شود.

والفسن همچنین اعتقاد دارد که پژوهش انجام شده درباره ی لنزهای تماسی کمکی به افرادی که از ضعف بینایی خود رنج می برند و به راه حل هایی مانند دیدن نوشته ها در ابعاد بزرگ تر و تشخیص بهتر تضادهای موجود در اجسام نیاز دارند، نخواهد کرد. پیش ار این افراد بسیار کمی لنزهای تماسی به چشم های خود می زدند. بیشتر مردمی که نیاز به اصلاح چشم های خود دارند، عینک را انتخاب می کنند. وی درباره ی دیودهای لیزری گفت: "یقیناً مسائلی در خصوص آسیب های لیزر به شبکیه ی چشم وجود دارد که باید مورد بررسی قرار گیرند."

با این وجود، والفسن به ایده ی قرار دادن مدارهای الکترونیکی بر روی عینک تمایل دارد (این ایده پیش از این، در رابطه با چندین محصول انجام شده است). در این حالت فضای بیشتری در دسترس بوده و مسائلی از قبیل آسیب رساندن به بافت های بدن وجود ندارد و تشکیل تصویر نیز موضوعی ساده و حل شده به نظر می رسد. و اما قضاوت والفسن درباره ی استفاده از لنزهای تماسی به عنوان یک دستگاه نمایشگر: "اگر من فن آوری مربوطه را در اختیار داشتم از این جا شروع نمی کردم." ولی از این گذشته این پژوهش به هر روشی که ادامه پیدا کند، ارزش اصلاح مشکلات بینایی را دارد.

اطلاعات اضافی: تصویر لنز مربوطه

آنتن بی سیمی که سیگنال ها را در سرتاسر پوست انسان پخش می کند، قادر است سیگنال ها را بر روی بدن افراد، برای متصل کردن کاشتنی های پزشکی و یا وسیله های سیار، منتشر کند.

به گزارش خبرگزاری برق، الکترونیک و کامپیوتر (الکترونیوز) و به نقل از نیوساینتیست، این روش جدید کم مصرف می تواند منجر به ساخت بیشتر دستگاه های پزشکی مانند دستگاه های تنظیم ضربان قلب شود و یا در آینده، به کاشتنی هایی که درون بدن جاسازی شده اند کمک کند تا با یکدیگر کار کنند.

ویلیام اسکنلون که با همکاری گرت کان وی، این طرح را به انجام رساند، گفت: "تنها یکی از آنتن های کوچک شبیه گوی هاکی روی یخ، که در دانشگاه کوینز شهر بلفست ایرلند شمالی توسعه داده شده است، قادر است تا به دستگاه های کاشته شده در هر جای بدن متصل شود."

قابلیت این طرح جدید برای تولید سیگنال هایی که در سرتاسر پوست انسان می خزند، آن را نسبت به فن آوری های موجود مانند بلوتوث، که باتری نسبتاً زیادی مصرف می کنند، پرکارامدتر کرده است. این مزیت به خصوص در دستگاه های پزشکی که نیاز به طول عمر بالایی دارند، عامل مهمی به شمار می رود.

متوقف کننده ی سیگنال

پیش از این، آنتن های کوچک و جمع و جوری که روی سطح پوست انسان جاسازی می شد، ساخته شده بوند. ولی آن ها از نظر برقراری اتصال با کاشتنی های درون بدن، ضعیف بودند چرا که اغلب سیگنال های آن ها در طول بدن انسان منتشر نمی شدند بلکه به دور و اطراف بدن پخش می شدند.

آنتن های تک قطبی میله مانند، نظیر آن چه بر روی خودروها مشاهده می شوند، در انتقال سیگنال ها از کناره ها بهتر می باشند. ولی آن ها نیز سیگنال ها را به طرف بالا منتقل می کنند.

اسکنلون و کان وی، نوعی آنتن را طراحی کرده اند که اغلب سیگنال های گسیلی آن ها از کناره ها منتقل می شود. این کار با بهره گیری از نتیجه ی «موج خزنده»، که به امواج اجازه ی انتشار در طول سطوح را می دهد، میسر شد. نتیجه ی مذکور، به دلیل گوش های فرد است که صداها را تنها در صورتی که در یک جهت در سر آن ها منتقل شده باشد، می شنود.

آنتن سر و ته

آنتن های تک قطبی روی یک بشقاب رسانا، مانند سقف یک خودرو، قرار دارند تا سیگنال هایی را که به سمت پایین در حرکتند، منعکس کنند. ولی اسکنلون و کان وی نشان دادند که سر و ته کردن آنتن طوری که بشقاب آن بالای آنتن و دور از بدنه ی آن قرار گیرد، باعث هدایت سیگنال ها در راستای پوست انسان می شود.

اسکنلون می گوید: "یک جور ناهماهنگی بین هوا و بدنه ی آنتن وجود دارد که باعث تضعیف کیفیت انعکاس سیگنال ها می شود." وی در ادامه خاطر نشان کرد که سیگنال ها با استفاده از این انعکاس و بشقاب رسانا، در سرتاسر پوست بدن انسان پخش می شوند. این کار موجب افزایش کارایی آنتن و همچنین دو برابر شدن طول عمر باتری هایی که در وسایل بدنه ی آنتن به کار رفته اند، می شود.

جان بچلر، از دانشگاه کنت که در حال کار روی دستگاه های مشابهی است، گفت: "ایده ی وارونه کردن آنتن که منجر به پخش امواج سطح در اطراف بدنه ی آنتن می شود، ارزش به ثبت رساندن را دارد."

اسکنلون و کان وی، درخواست به ثبت رسیدن آنتن جدیدشان را داده اند.