وداعا للاجهزة المستخدمة حاليا.. إنجاز علمي جديد سيغير وجه العالم وصناعة الهواتف والحواسيب والالكترونيات
تاريخ النشر: 9th, November 2024 GMT
مقالات مشابهة أفلام 24ساعة مجانية بجودة HD.. استقبل تردد قناة دبي وان 2024 Dubai One TV
39 دقيقة مضت
روسيا تستعد لإطلاق ثاني أكبر كيان نفطي عالميًا بعد أرامكو السعودية؟45 دقيقة مضت
أجمل أغاني الأطفال مع جني مقداد .. تردد قناة طيور الجنة الجديد 2024 على مختلف الأقمار الصناعية وبجودة عالية47 دقيقة مضت
ابل قد تجلب نظام العدسات المتغيرة لسلسلة هواتف iPhone 18ساعة واحدة مضت
ما هو سعر مثقال الذهب اليوم في العراق عيار 21 السبت 9 نوفمبر 2024؟ساعتين مضت
المغرب يعلن سيارة تنافس عالميًا.. ويستعد للتصدير إلى 15 دولة
ساعتين مضت
إنجاز علمي جديد..تطوير ترانزستورات نانوية ثلاثية الأبعاد تتفوق على الحالية بـ 20 مرة
تُعدّ ترانزستورات السيليكون، هي العمود الفقري للإلكترونيات الحديثة، فهي المكون الأساسي في معظم الأجهزة الإلكترونية، ابتداءً من الهواتف الذكية ووصولًا إلى الحواسيب العملاقة، ومع ذلك، تواجه هذه الترانزستورات تحديًا جوهريًا يحد من قدرتها على العمل بكفاءة عالية.
ويعرف هذا التحدي باسم (طغيان بولتزمان) Boltzmann tyranny، وهو حد فيزيائي يمنع ترانزستورات السيليكون من العمل بكفاءة عالية عند جهد كهربي منخفض، ويعني ذلك أن هذه الترانزستورات تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة لتشغيل الأجهزة، مما يحد من عمر البطارية ويولد حرارة زائدة، ومع تزايد طلب الأجهزة الإلكترونية العالية الأداء، مثل تلك المستخدمة في مجال الذكاء الاصطناعي، أصبح التغلب على هذا التحدي ضرورة ملحة.
حل مبتكر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا:
في خطوة نحو تجاوز هذه القيود، تمكن باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من تطوير نوع جديد من الترانزستورات الثلاثية الأبعاد، التي تتميز بتركيبة فريدة من المواد شبه الموصلة الفائقة الرقة البديلة للسيليكون، التي تسمح لها بالعمل بكفاءة عالية عند جهد كهربي أقل بكثير من ترانزستورات السيليكون التقليدية.ولكن كيف تعمل هذه الترانزستورات الجديدة، وما مزاياها، وما أهمية هذا الابتكار في مجال الإلكترونيات والذكاء الاصطناعي؟
كيف تعمل هذه الترانزستورات الجديدة؟
تعمل ترانزستورات السيليكون في الأجهزة الإلكترونية كمفاتيح، فعندما نطبق جهدًا كهربائيًا عليها، فإنها تسمح للإلكترونات بالمرور عبرها، وتتحول من حالة (إيقاف) إلى حالة (تشغيل)، وبذلك تتمكن الترانزستورات من تمثيل الإشارات الرقمية (الصفر والواحد)، التي تشكل أساس جميع العمليات الحسابية في الأجهزة الإلكترونية.
ولكن من أجل تحويل الترانزستور من حالة الإيقاف إلى حالة التشغيل، يجب تطبيق جهد كهربائي يكفي لتجاوز حاجز الطاقة الذي يفصل بين حالتي الترانزستور، وتُعرف هذه العملية، باسم (منحدر التبديل)، وهو ما يحدد سرعة الترانزستور وكفاءته. فكلما كان المنحدر أكثر حدة، كان الجهد المطلوب لتشغيل الترانزستور أقل، وزادت كفاءته في استخدام الطاقة.
ولكن هذه الترانزستورات تواجه تحديات تمنع عملها عند جهد معين في درجة حرارة الغرفة، مما يؤدي إلى استهلاك كبير للطاقة، ونتيجة لذلك فإن الأجهزة الحديثة التي تعتمد على السيليكون لا تستطيع تحقيق الأداء المطلوب بأقل استهلاك للطاقة.ولتجاوز هذه القيود، طور الباحثون ترانزستورات بمواد أشباه موصلات جديدة، وهي: (أنتيمونيد الجاليوم) Gallium antimonide، و(زرنيخيد الإنديوم) indium arsenide، واستغلوا ظاهرة فريدة في عالم الكم تعرف باسم (النفق الكمومي) Quantum Tunneling، التي تسمح للإلكترونات باختراق حواجز الطاقة بدلًا من تجاوزها بشكل مباشر.
ويعني ذلك أنه يمكن تشغيل الترانزستور وإيقافه بجهد أقل بكثير مما هو مطلوب في ترانزستورات السيليكون التقليدية، مما يؤدي إلى تحسين كبير في سرعة الترانزستور.
وقد استخدم الباحثون أحدث التقنيات المتاحة في منشأة (MIT.nano) المتخصصة في الأبحاث النانوية لتطوير ترانزستورات نانوية ثلاثية الأبعاد تتميز بهياكل غير متجانسة من الأسلاك النانوية الرأسية التي يبلغ قطرها 6 نانومترات فقط – وهي تُعدّ أصغر ترانزستورات ثلاثية الأبعاد طُورت حتى الآن – مما سمح لهم بتحقيق (منحدر تبديل) حاد، ويعني ذلك أن الترانزستور يمكنه التنقل بسرعة بين حالتي التشغيل والإيقاف بأقل طاقة ممكنة.
وقد أظهرت التجارب التي أجراها الباحثون على هذه الترانزستورات أنها تحقق أداءً يفوق الأنواع التقليدية بنسبة تبلغ 20 مرة.
ويقول يانجي شاو، الباحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية التي نُشرت حول الترانزستورات الجديدة: “تُعدّ هذه الترانزستورات الجديدة قفزة نوعية في عالم الإلكترونيات. فهي لا تقتصر على أداء الوظائف التي يقوم بها السيليكون فحسب، بل تتفوق عليه بكفاءة طاقية كبيرة، مما يفتح آفاقًا جديدة لتطبيقات لم تكن ممكنة من قبل”.
كما يصف البروفيسور خيسوس ديل ألامو، أستاذ الهندسة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، هذا الإنجاز بأنه اختراق علمي، مؤكدًا أن هذه التقنية الجديدة تتطلب فيزياء جديدة لتجاوز حدود التقنيات الحالية.
مزايا الترانزستورات الجديدة:
منحدرات تبديل حادة: تتميز ترانزستورات النفق الكمومي بمنحدرات تبديل حادة، مما يعني أنها قادرة على التنقل بسرعة بين حالتي التشغيل والإيقاف بأقل طاقة ممكنة.
كفاءة عالية في استخدام الطاقة: نظرًا إلى أنها تتطلب جهدًا أقل لتشغيلها، فإن ترانزستورات النفق الكمومي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من نظيراتها السيليكونية.أداء محسّن: من المتوقع أن تؤدي ترانزستورات النفق الكمومي إلى تطوير أجهزة إلكترونية أسرع وأصغر و
أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.
ما أهمية هذا الابتكار؟
يمثل هذا الاكتشاف قفزة نوعية في مجال الإلكترونيات، إذ يفتح الباب أمام تطوير أجهزة إلكترونية أسرع وأصغر وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. ويمكن أن يكون لهذا الابتكار تطبيقات واسعة في العديد من المجالات، بما يشمل:
تطوير الأجهزة: يساعد هذا الابتكار في تطوير أجهزة محمولة أكثر قوة في الأداء، وأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، مما يقلل من الحاجة إلى أنظمة تبريد معقدة، ويطيل عمر البطاريات في الأجهزة، خاصة في تلك التي تعمل بالذكاء الاصطناعي.
الذكاء الاصطناعي: تتيح ترانزستورات النفق الكمومي إجراء عمليات حسابية معقدة بشكل أسرع بكثير؛ مما يسرع عمليات التعلم العميق وتدريب نماذج الذكاء الاصطناعي.
إنترنت الأشياء: يمكن إدماج هذه الترانزستورات في أجهزة إنترنت الأشياء الصغيرة والقابلة للارتداء، مما يزيد من وظائفها وخفض تكلفتها.
الخطوات القادمة:
يواجه الباحثون حاليًا تحديًا يتمثل في تحقيق تجانس تام في أداء الترانزستورات النانوية عبر الشريحة بأكملها، لأن الاختلاف الطفيف في الأبعاد يمكن أن يؤثر بشكل كبير في سلوك الجهاز. لذلك، يسعون إلى تطوير تقنيات تصنيع أكثر دقة لزيادة تجانس الترانزستورات في الشريحة الواحدة، بالإضافة إلى استكشاف تصميمات جديدة للهياكل النانوية، مثل: الهياكل الزعنفية والترانزستورات النانوية الرأسية، لتحقيق أداء أفضل وأعلى موثوقية ممكنة
المصدر: الميدان اليمني
كلمات دلالية: معهد ماساتشوستس للتکنولوجیا الأجهزة الإلکترونیة أکثر کفاءة فی هذا الابتکار کفاءة عالیة
إقرأ أيضاً:
في اليوم العالمي لمكافحة الإيدز.. ما هي المصاعب التي تواجه المرضى في العالم العربي؟
يوضح طبيب مختص في الأمراض المعدية لـ"يورونيوز" أن الالتزام المنتظم بالعلاج الثلاثي يخفض فيروس VIH إلى مستوى غير قابل للكشف، مما يمنع انتقاله، ويُمكّن المصاب من عيش حياة طبيعية تمامًا، بما في ذلك الزواج والإنجاب.
تشهد منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا ارتفاعًا في عدد الإصابات بفيروس نقص المناعة البشرية (HIV)، في وقت لا تزال فيه فجوة الوعي والمعرفة بالفيروس أكبر العقبات أمام مكافحته. فغياب الفهم العلمي للمرض والوصم الاجتماعي المصاحب له يحوّلان "الجهل" إلى جدار عازل أمام الفحص المبكر والعلاج المنقذ للحياة.
وبحسب تقديرات الأمم المتحدة فقد ارتفع عدد الإصابات الجديدة بفيروس نقص المناعة البشرية في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا بنسبة 94% بين عامَي 2010 و2024. وتمثّل المنطقة نحو 2% من الإصابات الجديدة السنوية على مستوى العالم. ومع أن معدل انتشار الفيروس في المنطقة منخفض جدًا مقارنة بمناطق أخرى، فإن بالإمكان خفض عدد الإصابات الجديدة سريعًا إذا اتخذت الدول إجراءات مناسبة تلبي احتياجات الفئات الأكثر عرضة للإصابة.
وتُظهر البيانات أن الشباب بين 15 و24 عامًا يمثلون نحو 23% من الإصابات الجديدة في المنطقة، مع غلبة واضحة بين الذكور الذين شكلوا 64% من هذه الحالات. ورغم هذه الأرقام، تظل الخدمات الصحية غير متاحة بالشكل الكافي لهذه الفئة.
كما لا تزال الاستجابة للفيروس بعيدة كثيرًا عن تحقيق أهداف التغطية المحددة لعام 2025، إذ أن عدد الوفيات المرتبطة بالمرض يتراجع بوتيرة بطيئة جدًا لا تتجاوز 6% بين عامَي 2010 و2024. وتُسجّل المنطقة أدنى معدلات التغطية العلاجية في العالم.
وفي حوارٍ مع "يورونيوز"، يزيح الطبيب المختص في الأمراض المعدية محمد الفاهم الستار عن أحد أكثر الأمراض التي أحاطها الجهل والوصمة الاجتماعية بالغموض في عالمنا العربي، مقدمًا شرحًا وافيًا يفرّق فيه بين فيروس "VIH" ومرض "الإيدز"، وكيفية تطوره، وطرق تشخيصه وعلاجه، وذلك في محاولةٍ لتصحيح المفاهيم الخاطئة وتشجيع المجتمع على تبني نظرةٍ أكثر وعيًا.
ما الفرق بين فيروس VIH والإيدز؟يؤكد الطبيب محمد الفاهم على وجود خلط واسع النطاق بين المصطلحين، قائلاً: "VIH هو فيروس نقص المناعة البشرية، وهو العامل المسبب الذي يدخل الجسم ويستهدف الخلايا المناعية المسماة CD4، مما يضعف دفاعات الجسم تدريجيًا. أما الإيدز فهو المرحلة المتقدمة من الإصابة، ويُشخّص عندما ينهار الجهاز المناعي بالكامل أو عندما ينخفض عدد خلايا CD4 إلى مستوى شديد فتظهر أمراض انتهازية وأورام مرتبطة بضعف المناعة".
ويختصر الفاهم الفكرة بقوله: "الإصابة بالفيروس لا تعني الوصول إلى الإيدز، ويمكن تجنب المرحلة المتقدّمة بشكل كامل بفضل العلاج المتوفر اليوم".
ويشرح الطبيب لـ"يورونيوز" المراحل التي يمر بها الفيروس قائلاً: "بعد انتقال الفيروس، يمر بمرحلة حادة تشبه الإنفلونزا في أيامه الأولى، ثم يدخل في مرحلة خمول قد تستمر لسنوات دون أعراض تذكر. خلال هذه الفترة، يتكاثر الفيروس بوتيرة منخفضة لكنه يواصل إضعاف المناعة".
Related تقنية جديدة تكشف الفيروس المختبئ في الخلايا.. هل أصبح الشفاء من الإيدز قريبًا؟عقار جديد يقلب موازين الوقاية من الإيدز عالميًا.. ما الذي نعرفه عن "يييتوو"؟"عواقب وخيمة".. كيف يؤثر وقف المساعدات الأمريكية على مرضى الإيدز في أوكرانيا؟ويحذر الطبيب المختص من أن "غياب الأعراض لا يعني غياب الخطر، لذلك التشخيص المبكر هو حجر الأساس في الوقاية والعلاج".
ما هي طرق انتقال الفيروس بشكل علمي؟ وكيف تُشخص الإصابة بدقة؟يُجمل الطبيب طرق الانتقال في: "العلاقة الجنسية غير المحمية، أو التعرض لدم ملوث، أو من الأم إلى الرضيع خلال الحمل أو الولادة أو الرضاعة". وينفي بشكل قاطع انتقال الفيروس عبر "الاحتكاك اليومي، والمصافحة، والطعام، والهواء، والبعوض"، داعيًا إلى "تصحيح هذه المفاهيم لـ"حماية المجتمع وتقليل الهلع".
ويُفصّل المختص في آلية التشخيص بالقول: "الاعتماد الطبي الحالي يقوم على اختبار ELISA للكشف المبكر عن الأجسام المضادة والمستضدات في آن واحد. في حال إيجابية النتيجة، يتم اللجوء إلى اختبارات تأكيدية. كما يُقاس الحمل الفيروسي لمعرفة كمية الفيروس في الدم، ويُجرى تحليل CD4 لتقييم قوة الجهاز المناعي.. هذه الفحوصات ضرورية لتحديد المرحلة ووضع خطة العلاج المناسبة".
ماذا عن العلاج؟ وهل فعلًا يستطيع المريض أن يعيش حياة طبيعية؟يجيب الطبيب بنعم قاطع، موضحًا: "العلاج الثلاثي المضاد للفيروسات، إذا التزم به المريض بانتظام، يخفض كمية الفيروس في الدم إلى مستوى غير قابل للكشف. وعندما يصبح الحمل الفيروسي غير قابل للكشف، يصبح المريض غير قادر على نقل العدوى.. هذه الحقيقة العلمية غيّرت جذريًا نظرة الطب إلى المرض، وجعلت المريض قادرًا على الزواج، والإنجاب، والعيش بشكل طبيعي تمامًا".
وتشير اليونيسيف إلى أن هناك فجوة كبيرة بين الأرقام الرسمية والواقع الحقيقي، حيث يظل العديد من المصابين غير مشخّصين بسبب الخوف أو الوصمة الاجتماعية. وقد أظهرت بيانات عام 2022 أن 52% من الأطفال المصابين بفيروس HIV لا يعرفون حالتهم الصحية، و62% لا يتلقون العلاج، و65% لا يصلون إلى مستوى كبت الفيروس. أما المراهقون بين 15–19 عامًا، فتغطية العلاج بينهم لا تتجاوز 30%، أي أقل من نصف المتوسط العالمي. وفي هذا الصدد، سألنا الطبيب:
هناك دائمًا حديث عن فجوة بين الأرقام الرسمية والواقع الحقيقي.. لماذا؟يحلل الطبيب الظاهرة قائلاً: "الأرقام الرسمية تعكس فقط الحالات التي جرى تشخيصها، بينما توجد نسبة غير قليلة من الأشخاص الذين لا يخضعون للفحص".
ويتابع: "الأمراض المنقولة جنسيًا عمومًا، وخاصة تلك التي تحمل وصمة، يكون عدد الحالات غير المشخّصة أعلى من المعلَن..هذه الظاهرة تنتشر في العالم العربي، كما أن تقديرات منظمات دولية تشير إلى أن الأرقام الحقيقية قد تتجاوز المعلَن بنسب تتراوح بين ثلاثين وخمسين بالمائة في بعض الدول".
هل يمكن الحديث عن وصمة مرتبطة بالمرض؟"للأسف نعم".. بهذه الكلمات يصف الطبيب لـ"يورونيوز" الوصمة الاجتماعية، معتبرًا أنها "عقبة أكبر من الفيروس نفسه". ويشرح: "كثير من الناس يتجنبون الفحص خوفًا من الحكم الاجتماعي".
ولا يزال فيروس نقص المناعة البشرية في المجتمعات العربية محاطًا بهالة كثيفة من العار، التي غالبًا ما تكون أثقل وطأة من المرض نفسه. وتنبع هذه الوصمة من "مفاهيم خاطئة مرتبطة بطرق انتقال الفيروس"، و"خلط غير علمي بين الإصابة والسلوكيات "غير الأخلاقية" من وجهة نظر المجتمع"، مما يلقي باللوم على المريض ويجعله عرضة للتمييز والنبذ. ويؤدي هذا الخوف من الوصمة إلى نتائج كارثية، أبرزها إحجام الكثيرين عن إجراء الفحص خوفًا من معرفة النتيجة، أو إخفاء التشخيص حتى عن المقربين، أو التردد في طلب العلاج، مما يزيد من انتشار الفيروس في صمت.
وقد شكل الإيدز لعقودٍ مصدر رعبٍ عالمي، متربعاً على عرش الأمراض الأكثر رعباً ووصمة. لكن الأبحاث العلمية حوّلته من "حكم بالإعدام" إلى مرض مزمن يمكن السيطرة عليه.
ويقول الطبيب: "التأخر في التشخيص هو ما يسمح للمرض بالانتشار، ويجعل البعض لا يبدأ العلاج إلا في مراحل متقدمة.. لذلك التوعية عنصر أساسي، لأنها ترفع الإقبال على الفحص وتقلل الخوف غير المبرر".
ويضيف الدكتور في رسالته: "الفصل الواضح بين الإصابة بالفيروس والمرحلة المتقدمة أمر ضروري.. يمكن اليوم السيطرة على فيروس VIH بشكل كامل إذا تم التشخيص مبكرًا وبدء العلاج في الوقت المناسب.. الأرقام الرسمية مهمة لكنها لا تعكس الواقع بالكامل.. لذلك يجب تعزيز الثقافة الصحية، تشجيع الفحص الطوعي، ومحاربة الأفكار الخاطئة التي تجعل المرض موضوع خوف وخجل بدل أن يكون حالة طبية قابلة للعلاج والمتابعة".
انتقل إلى اختصارات الوصول شارك محادثة
سماحة المفتي: إلى متى يستمر الصمت الدولي أمام معاناة أهالي غزة؟