انرژی هسته ای، سلولهای بنیادین، شبیه سازی، نانو تکنولوژی
انرژی هسته ای، سلولهای بنیادین، شبیه سازی، نانو تکنولوژیانرژی هسته ای، سلولهای بنیادین، شبیه سازی، نانو تکنولوژی
انرژی هسته ای، سلولهای بنیادین، شبیه سازی، نانو تکنولوژیزبانهای شبیه سازی
زبانهای شبیه سازیGpss III
Gpss را ابتدا در آغاز دهه 1960 فردی به نام جی.جردن برای شرکت آی.بی.ام ساخت . III Gpssسومین نسخه این زبان ، برنامه ای دو قسمتی است که نیازمند به کارگیری همگردان است . قسمت اوّل یک‌برنامه مونتاژ است که توصیف کننده‌های سیستم را به صورت دادة قسمت دوم تبدیل میکند . قسمت دوم‌شبیه سازی را انجام میدهد . Gpss III به برنامه نویسی به مفهوم معمول آن نیاز ندارد . مدل سیستم بااستفاده از دستور العملهای مستطیلی ساخته میشود . استفاده از Gpss به هیچ گونه دانش قبلی در موردبرنامه نویسی کامپیوتری نیاز ندارد .
DYNAMO
دینامو در سال 1959 در دانشگاه ام.آی.تی توسط فیلیس فوکس و الکساندر رال پو تدوین شد. این‌زبان به عنوان محصولی که به وسیله جی.دبیلو.فرستر برای تحلیل رفتار جامع سیستمهای صنعتی درمقیاس وسیع طراحی شده ، به وجود آمده است . دینامو یک برنامه کامپیوتری است که مدل به صورت‌مجموعه معادلات توصیف کنندة نشان داده میشود . سپس رفتار سیستم ، با ارزیابی مستمر معادلات در طول‌زمان ، شبیه سازی میشود . از این زبان به صورت مؤثر در مدلسازی و اقتصاد سنجی و شبیه سازی‌سیستمهای پیچیدة صنعتی و همچنین برنامه ریزی سیستمهای شهری ـ اجتماعی استفاده میشود . این زبان‌نیز مانند Gpss به دانش برنامه نویسی نیاز ندارد .
GASP IV
این زبان را در سال 1973 ای.آلن.بی. پریتسکر و نیکولاس آر.هرست ساختند و به جای زبانGASP II ـ که کاملاً یک زبان شبیه سازی متغیرهای گسسته بود ـ جایگزین شده است . زبان GASP II نتیجه‌کار فیلیپ جی کیویات در شرکت فولاد آمریکا بود . تفاوت عمدة بین GASP II و GASP IV توانایی‌اضافی GASP IV در شبیه سازی متغیرهای پیوسته علاوه بر متغیرهای گسسته است . این زبان توانایی اجرای‌ترکیبی از متغیرهای پیوسته و گسسته را داراست . این زبان کاملاً به زبان فورترن IV نوشته شده و در هرکامپیوتری با همگردان فورترن قابل استفاده و این یکی از ویژگی‌های جذاب و بی‌نظیر آن است . این زبان ازچندین برنامه فرعی فورترن تشکیل شده که هر یک وظیفة خاصی را در شبیه سازی انجام میدهند ، یک‌برنامه نویس میتواند GASP IV را طوری تغییر داده و اصلاح کند که با خصوصیات مورد علاقه خود که دربرنامه لحاظ نشده است ، منطبق شود .
SIMSCRIPT
simscript را در اوایل دهة 1960 هری مارکویتز در شرکت راند به عنوان یک زبان برنامه نویسی به وجودآورد . گرچه در ابتدا برای تجزیه و تحلیلهای شبیه سازی طراحی شد ، ولی میتوان از آن به عنوان یک زبان‌برای مقاصد کلی و عمومی استفاده کرد . این زبان ، یک زبان قدرتمند شبیه سازی است که در آن از واژه‌های‌انگلیسی استفاده نشده است و به هیچ گونه کد کردن خاصی نیاز ندارد و برای استفاده از آن هم به یک زبان‌واسطة همچون فورترن ، نیازی نیست .
Q-GERT
این زبان برای مدلسازی شبکه و خصوصاً تحلیل سیستمهای صف مناسب است . این زبان را پریتسکردر طی دهة 1965 ساخت . GERT علامت اختصاری برای تکنیک ارزیابی و بازنگری با استفاده از نموداراست . تفاوت عمدة بین Q-GERT و GERT در این است که Q-GERT توانایی وارد نمودن خدمت دهندگان وصفها را در مدل شبکه دارد . علاوه بر این به استفاده کننده (کاربر) امکان میدهد که مسیر نهاده‌های خاصی رادر طول جریان سیستم پیگیری کند . از زبانهای که در این قسمت معرفی شد، Q-GERT ساده‌ترین زبان شبیه‌سازی برای کاربران است .
SLAM
SLAM برمبنای زبان فورترن بنا نهاده شده و آن را پریتسکر به وجود آورده است . امکان استفاده از این زبان درمدلهای شبکه ، مدلهای با حوادث گسسته ، مدلهای حوادث پیوسته و ترکیبی از این سه مدل، وجود دارد .
SLAM علامت اختصاری «زبان شبیه سازی برای مدلسازی جایگزین» است . SLAM به دلیل توان ترکیب‌مدلهای شبکه، حوادث گسسته و پیوسته به کاربر امکان میدهد تا مدلهای دیگری را توسعه دهد . این زبان‌محصول زبانهای GERT و GASPIV است که به وسیله پریتسکر به وجود آمده است .
7 ـ تعیین اعتبار: این مرحله از مهمترین و معمولاً مشکلترین مراحل شبیه سازی است . تعیین اعتبار عبارت ازفرآیند اطمینان دادن به استفاده کنندة مدل، تا آن سطح که بپذیرد هر گونه استنباط حاصل از شبیه سازی دربارة‌سیستم ، صحیح است . به عبارتی دیگر تعیین اعتبار یعنی پاسخ دادن به این سؤال که «آیا مدل ساخته شده‌رفتار سیستم واقعی را بدرستی شبیه سازی میکند یا خیر؟» بنابراین آنچه که به ما مربوط میشود قابل اعتباربودن مدل است ، نه حقیقت ساختار آن. تعیین اعتبار مدل بیش از حد مهم است ، زیرا شبیه سازی ها معمولاًواقعی جلوه کرده و مدلسازها و استفاده کنندگان به راحتی آنها را باور میکنند. مفروضاتی که در شبیه سازی‌هابه کار میرود اغلب از دید یک شخص عادی و حتی گاهی از دید مدلساز نیز پنهان می‌ماند. در نتیجه ، اگرمراحل تعیین اعتبار و ارزیابی ، به دقت و به طور کامل انجام نگیرد ، ممکن است نتایج غلط با اثرات خطرناک‌پذیرفته شود . در تعیین اعتبار مدل یک سؤال مطرح میشود و آن این است که ضابطه اندازه گیری تطابق رفتارمدل با رفتار سیستم چیست و چگونه از آن استفاده میشود. معمولاً دو روش برای آزمایش رفتار مدلهای‌شبیه سازی بکار میرود :
الف ) در مواقعی که ارقام و نتایج رفتار سیستم واقعی در دست میباشد ، مقادیر و نتایج مشابه بدست آمده ازبررسی مدل را با آنها مقایسه میکنند .
ب ) دقت مدل را در پیش بینی و تعیین مقادیر پارامترها و متغیرهای سیستم در آینده مورد بررسی قرارمی‌دهند . برای تعیین اعتبار مطمئن و دقیق مدل بحث ها و بررسی‌های زیادی صورت گرفته و نظریه‌های‌متعددی بیان گردیده است. پرداختن به این نظریه ها خارج از محدوده این مجموعه است و لذا در اینجا فقط به‌ذکر مراحل یک روش تعیین اعتبار می‌پردازیم . این مراحل عبارتند از :
الف ـ در مرحله اول ، اساسی که مدل بر پایه آنها بنا شده است باید مشخص گردد . این اساس شامل یک سری‌واقعیات غیر قابل انکار و یک سری فرضیات است که در هنگام شناخت و تعریف سیستم تعیین شدهاند. برای‌این تشخیص ، مدلساز از اطلاعات خود راجع به سیستم واقعی یا سیستمهای مشابهی که شبیه سازی شده‌انداستفاده خواهد کرد . مدلساز فرضیات را از بدیهیات غیر قابل انکار بازشناخته و از بین آنها فرضیاتی را که قابل‌آزمایش هستند انتخاب میکند. دلیل این انتخاب این است که در شبیه سازی مواردی وجود دارد که آزمون‌یک فرض، گاه غیر ممکن و یا بسیار مشکل است . در این گونه موارد ، با این استدلال که فرضیه غیر قابل‌آزمایش بی‌معنی است ، کنار گذاشته میشود و یا آنرا بصورت موقتی قبول کرده و در عین حال به جستجوی‌فرضیه قابل آزمایشی پرداخته میشود .
ب ـ در مرحله دوم فرضیات منتخب مرحله اول مورد آزمون قرار میگیرند. این فرضیات که اغلب مربوط به‌متغیرهای تصادفی سیستم (بعنوان پارامترهای ورودی) میباشند باید با روشهای آماری آزمون فرض، موردآزمایش قرار گیرند.
ج ـ مرحله سوّم تست رفتار مدل یا تطابق نتایج است. برای انجام این مرحله دو روش وجود دارد که در صفحه‌قبل ذکر گردید. واضح است که مدل ساخته شده باید متناسب با هدف شبیه سازی رفتار و عملکرد سیستم رابه نمایش بگذارد . بعبارت دیگر باید کلیه وقایعی که در سیستم رخ میدهند، هر کدام بموقع خود، و تمام‌جزئیات اثر یا اثرات آنها در مدل گنجانیده شود . گاه اتفاق می‌افتد که بعضی جزئیات در مدل از قلم افتاده یااشتباهی برنامه نویسی شده و یا حتی بعضی از قسمتها بطور نادرست مدلسازی شدهاند. این اشتباهات گاهی‌آنقدر مخرب هستند که نتایج حاصل بجای عملی بودن اصولاً مسخره خواهند بود .
8 ـ برنامه ریزی استراتژیک و تاکتیکی : بطور کلی برنامه استراتژیک یعنی طرح آزمایشی که اطلاعات مطلوب‌از آن حاصل شود و برنامه ریزی تاکتیکی یعنی تعیین این موضوع که هر یک از آزمونهای مشخص شده درطرح آزمایش ، چگونه انجام گیرد.
استفاده از طرح‌های آزمایش به دو دلیل است : 1 ـ کاهش تعداد دفعات آزمایش و 2 ) ساختاری برای‌فرایند یادگیری محققین . در طرح آزمایش روشی برای جمع آوری اطلاعات اساسی انتخاب میشود که‌دربارة پدیده یا سیستم، آن قدر آگاهی به دست آید که بتوان استنباطهای معتبری راجع به رفتار آن کسب کرد .در آزمایش شبیه سازی عوامل متعددی وجود دارند که باید دارای طرح معینی باشند . بعضی از این عوامل‌عبارتند از ، شرایط اولیه (یا شرایط شروع) شبیه سازی، شرایط پایانی و زمانهایی که مدل باید اطلاعاتی راتولید کند . هر یک از این عامل ها اثرات بسیار مهمی روی نتایج حاصل از شبیه سازی دارند که با تغییر آنها ،میزان تأثیرشان تغییر می‌یابد . آزمایش کننده می‌بایست قبل از به اجرا گذاشتن مدل، تصمیم خود را در موردچگونگی این عوامل ، البته براساس روشهای علمی و فنی ، بگیرد . نتیجه این تصمیم بخشی از طراحی‌آزمایش را تشکیل میدهد . دو نوع از اهداف آزمایش به سهولت قابل تشخیص اند : 1 ) یافتن ترکیبی از مقادیرپارامترها که جواب آزمایش را بهینه کند و یا 2 ) یافتن روابط بین جواب آزمایش و عوامل قابل کنترل سیستم.برای هر دوی این اهداف طرح‌های آزمایشی زیادی به وجود آمده و در دسترس‌اند .
عموماً در برنامه ریزی تاکتیکی مسئله بازدهی مطرح است و با تعیین چگونگی اجرای مدل که در طرح‌آزمایشی مشخص میشوند، سروکار دارد . برنامه ریزی تاکتیکی ، حل دو گروه از مسائل را در نظر دارد: 1 )شرایط شروع ، چون در رسیدن به تعادل مؤثرند و 2 ) نیاز به کاهش پراکندگی (واریانس) جواب تاحد ممکن ،در حالی که حجم نمونه های لازم مینیمم شوند.
اولین مشکل از ماهیت تصنعی عملکرد مدل ناشی میشود. بر خلاف جهان واقعی ، مدل شبیه سازی فقط‌در فواصل معین عمل میکند . یعنی آزمایش کننده ، مدل را به کار انداخته ، اطلاعاتش را بدست آورده و سپس‌تا اجرای بعدی آنرا از کار باز می‌دارد . هر بار که اجرای مدل آغاز میشود ممکن است مدت زمانی طول‌بکشد تا مدل به شرایط تعادل که نمایشگر عملکرد سیستم جهان واقعی است برسد . در نتیجه ، دورة ابتدایی‌عملکرد مدل به علت دارا بودن شرایط ابتدایی شروع ، نمایشی غیر واقعی است . راه حل این مشکل عبارت‌است از : 1 ) صرفنظر کردن از بعضی از داده‌های دورة ابتدایی و 2) انتخاب شرایطی برای شروع که زمان لازم‌برای رسیدن به تعادل را کاهش دهند . هر چه مدل شبیه سازی پیچیده تر شود اهمیت برنامه ریزی تاکتیکی‌خوب قبل از اجرای آزمایشها بیشتر میشود.
9 ـ آزمایش کردن و تفسیر (تحلیل حساسیت):
بالاخره بعد از آن همه برنامه ریزی و توسعه مدل بدست آوردن اطلاعات مطلوب، مدل اجرائی میشود . دراین مرحله است که اشتباهات و نقایص برنامه ریزی آشکار میشود و تا رسیدن به اهدافی که ابتدا مشخص‌شده‌اند مراحل اجرا شده مورد بازرسی قرار میگیرد . تحلیل حساسیت یکی از مهمترین مفاهیم مدلسازی ازطریق شبیه سازی است . منظور از آن ، تعیین حساسیت جوابهای نهایی نسبت به مقادیر پارامترهای به کار رفته‌است . معمولاً در تحلیل حساسیت مقادیر پارامترها را روی محدودة مورد نظر به طور منظم تغییر میدهند واثر آن را روی پاسخ مدل مشاهده میکنند . تقریباً در هر مدل شبیه سازی، بسیاری از متغیرها براساس‌داده‌هایی قرار دارند که بسیار قابل بحث‌اند. در اکثر موارد ، ممکن است تنها براساس حدس افراد با تجربه و یاتحلیلی بسیار شتابزده از حداقل داده‌ها، مقادیر آنها تعیین شود . بنابراین تعیین درجة حساسیت نتایج نسبت به‌مقادیر به کار رفته، بی‌نهایت مهم است . اگر با تغییری مختصر در مقادیر بعضی از پارامترها، جواب به میزان‌زیادی تغییر کند ، این مطلب ممکن است انگیزه و توجیه لازم برای صرف کردن زمان و پول بیشتر جهت کسب‌برآوردهای دقیق تر را فراهم کند . از طرف دیگر ، اگر با وجود نوسانات زیاد در مقادیر پارامترها، نتایج به‌دست آمده تغییر نکنند، تلاش بیشتری لازم نبوده و قابل توجیه هم نیست . به علت میزان کنترلی که آزمایش‌کننده از آن برخوردار است ، به طور ایده‌ال ، شبیه سازی برای تحلیل حساسیت مناسب است .
10 ـ پیاده سازی و مستند سازی : پیاده سازی و مستند سازی آخرین عناصری هستند که باید در هر پروژه شبیه‌سازی موجود باشند . نمی‌توان پروژة شبیه سازی را با موفقیت پایان یافته تلقی کرد ، مگر آنکه پذیرفته شده ،تفهیم شود و مورد استفاده قرار بگیرد . بزرگترین شکست علمای مدیریت ، در به دست آوردن پذیرش واستفاده از کارهایشان بوده است . شانون در کتاب خود نتایج بررسی گرشفسکی را چنین ذکر میکند .گرشفسکی در بررسیهایشان دریافت که به طور متوسط از زمان کل ایجاد و توسعه یک مدل ، 25% برای تدوین‌مسئله ، 25% برای جمع‌آوری و تحلیل داده‌های گذشته ، 40% برای ایجاد و توسعه یک مدل کامپیوتری و10% برای پیاده سای صرف شده است .» بنابراین تعجب آور نیست که یکی از بزرگترین علل شکست‌پروژه‌های شبیه سازی ، ناشی از آن باشد که استفاده کننده، از نتایج درک کافی نداشته ، در نتیجه مدل را پیاده‌نکرده است . مستند سازی رابطة نزدیکی با پیاده سازی دارد . مستند سازی دقیق و کاملی از چگونگی ایجاد وتوسعه و نحوه عمل مدل میتواند عمر مفید و شانس پیاده سازی موفق آن را ، بسیار افزایش دهد . مستندسازی خوب ، اصلاح مدل را آسانتر ساخته ، حتی در صورت نبودن ایجاد کننده‌های اصلی آن ، توانایی‌استفاده از آن را ، تأمین میکند .
تشریح فرایند شبیه سازی
تشریح فرایند شبیه سازی1 ـ تدوین مسئله : آلبرت انیشتین بیان داشت که تدوین صحیح مسئله، حتی از حل آن اساسی‌تر است .برای یافتن جواب مسئله ، ابتدا باید فهمید که مسئله چیست . این نکته ممکن است ساده به نظر آید اما بسیاری‌از دانشمندان علم مدیریت ، آن را کاملاً نادیده میگیرند. هر ساله در جهان جهت یافتن جوابهای عالی و جامع‌برای سؤالات اشتباه، سرمایه های گزافی هزینه میشوند . در بسیاری از موارد ممکن است مدیریت نتواند یاقادر نباشد مشکل خود را بطور صحیح تشخیص دهد . آنها می‌دانند که مشکل وجود دارد اما ممکن است‌مشکل حقیقی را تشخیص ندهند . بنابراین پروژه تحلیل سیستم ، معمولاً با انجام مطالعه‌ای جهت آشنا شدن باسیستم تحت کنترل تصمیم گیرنده ، آغاز میشود . تجربه نشان میدهد که تدوین مسئله در طول مطالعه وبررسی ، فرایندی پیوسته است . بنابراین اولین قدم در هر آزمایش ، منجمله یک آزمایش شبیه سازی ، تعیین‌هدف آزمایشی است . چون این هدف است که نحوه آزمایش، جزئیات لازم و نتایج نهایی را تعیین میکند .
شانون در کتاب خود به نقل از بارتی مسئله را این چنین عنوان میکند «میتوان مسئله را به عنوان حالتی‌از خواست برآورده نشده ، تعریف کرد» . زمانی که نتایج دلخواه از عملیات سیستم حاصل نشوند، وضعیت‌سیستم به یک مسئله تبدیل میشود . وقتی که نتایج مورد نظر به دست نیایند، نیاز به اصلاح سیستم یا محیطی‌که سیستم در آن عمل میکند ، به وجود می‌آید . مسئله را میتوان بصورت ریاضی این چنین تعریف کرد :
که در این فرمول Pt = [Dt -At]
Pt : وضعیت مسئله در زمان t است .
Dt: حالت مطلوب در زمان t است .
At: حالت واقعی (وضعیت سیستم) در زمان t است .
2 ـ تعریف سیستم : قسمت مهمی از فرایند تحلیل سیستم ، تعریف سیستمی است که باید مورد مطالعه قرارگیرد . وقتی که هدف مطالعه و بررسی مشخص گردید، آنگاه باید به شناخت سیستم و تعریف قسمتهائی از آنکه بطور مستقیم یا غیر مستقیم به هدف بستگی دارند پرداخت . البته این به آن معنی نیست که شناخت‌قسمتهای دیگر یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد سیستم مخرب بوده و مسیر آزمایش را تغییر میدهد . بلکه‌تنها اشکالی که ممکن است ایجاد گردد این است که وجود جزئیات زیاد و اطلاعات اضافی باعث سردرگمی‌مدلساز و یا پیچیدگی مدل گردد . تعریف سیستم شامل تعیین جزء سیستم، اشیاء و عوامل داخلی و خارجی ،محیط سیستم ، اشیاء آن و بالاخره پارامترها و متغییرهای سیستم میباشد . بعد از تعیین دقیق بخشها واطلاعات مذکور، مشخصاتی از اشیاء سیستم که در ارتباط با هدف مطالعه و بررسی هستند تعریف و روابط وقوانین حاکم بین آنها و بین اشیاء سیستم مشخص یا فرموله میگردند . آنگاه چگونگی رفتار سیستم موردبررسی قرار گرفته و جزئیات تغییر وضعیت ها و اثر پیش آمدها در سیستم معلوم میگردند .
3 ـ آیا از شبیه سازی استفاده شود؟ تاکنون سیستم ، بررسی و مشکل سیستم مشخص شد . حال باید با انتخاب‌روشی صحیح و منطقی سیستم را مورد مطالعه و بررسی قرار داده و مشکل را حل کرد . در این مرحله بایدمشخص کرد که از چه روشها و تکنیک‌هایی میتوان برای این منظور استفاده کرد . اگر فقط از شبیه سازی‌می‌توان استفاده کرد و دیگر روشها کاربرد ندارند و یا کاربرد آنها چندان مطلوب نیست ، قطعاً از شبیه سازی‌استفاده می‌کنیم . اما اگر هم از شبیه سازی و هم از روشهای دیگر بتوان استفاده کرد باید به تجزیه و تحلیل‌روشها از دیدگاههای مختلف مانند هزینه ، میزان دقت نتایج و غیره و همچنین امکانات در دسترس و دیگرعواملی که برای مسئولان مهم است پرداخت و سپس به انتخاب روش صحیح و منطقی برای بررسی سیستم‌پرداخت . با فرض اینکه مشخص شده که از شبیه سازی باید استفاده کرد ، به تشریح قدمهای بعدی این فرایندمی‌پردازیم.
4 ـ تدوین مدل : چهارمین مرحله از فرایند شبیه سازی ساختن مدل است . باید خاطرنشان ساخت که‌مدلسازی یک هنر است و لذا میزان مطلوبیت مدل بستگی زیاد به فردی دارد که مدل را تهیه کرده است . روش‌ساخت موفقیت آمیز مدلها بر اساس تکمیل و توسعة آنها استوار است . کار را با مدلی بسیار ساده شروع کرده، به نحوی تکاملی سعی میشود که کار به سوی مدلی پیش رود که کاملتر بوده و وضعیت پیچیده را روشنترمنعکس کند . هنر مدلسازی عبارت است از توانایی تحلیل مسئله ، چکیده سازی خصایص اساسی آن،انتخاب مفروضات و سپس تکمیل و توسعه مدل تا وقتی که تقریبی مفید از واقعیت بدست آید . شانون درکتاب خود به نقل از موریس برای مدلسازی هفت رهنمود زیر را پیشنهاد میکند :
1 ـ سیستم مورد سؤال را به مسائل ساده‌تر تقسیم کنید.
2 ـ بیان روشنی از اهداف ارائه دهید .
3 ـ شباهتها را جستجو کنید .
4 ـ یک مثال عددی مشخص از مسئله را در نظر بگیرید .
5 ـ چند نماد فراهم کنید .
6 ـ بدیهیات را مشخص کنید .
7 ـ اگر مدل قابل کنترل بود آن را توسعه دهید ، در غیر این صورت آن را ساده کنید .
بطور کلی ، ساده سازی را میتوان با یکی از روشهای زیر انجام داد ، در حالی که درست عکس موارد زیربرای غنی‌سازی صورت می‌پذیرد:
1 ـ تبدیل متغیرها به مقادیری ثابت
2 ـ حذف یا ترکیب متغیرها
3 ـ خطی فرض کردن روابط
4 ـ افزودن فرض‌ها و محدودیت های مؤثرتر
5 ـ محدود کردن حدود سیستم
یکی از عواملی که سرعت و جهت تکاملی مدلسازی به آن بستگی دارد ، رابطة بین سازندة مدل و استفاده‌کنندة آن است . با همکاری نزدیک در فرایند تکاملی ، سازنده مدل و استفاده کننده آن میتوانند محیطی ازاعتماد و تفاهم متقابل به وجود آورند که به کمک آن ، متناسب بودن نتیجة نهایی با اهداف ، مقاصد ومعیارهای مورد نظر تأمین میشود . به هنگام تلاش برای مدل کردن سیستم حتماً باید اهداف یا مقاصد آنرابیان داشت و از آنها منحرف نشد تا مدل مناسبی حاصل شود . چون شبیه سازی با حل مسائل جهان واقعی‌سروکار دارد ، باید اطمینان یافت که نتیجة نهایی مدل، وضعیت حقیقی را دقیقاً به تصویر می‌کشد . در نتیجه‌مدلی که جوابهای بی‌معنی میدهد باید فوراً مورد سوء ظن قرار گیرد. مدل باید همچنین قادر باشد به‌سؤالهای «چه میشود اگر...» پاسخ گوید زیرا این گونه سؤالها هستند که در درک مسئله و کوشش برای ارزیابی‌گزینه‌ها بر ایمان بسیار مفیدند. شانون در کتاب خود معیارهای خاصی که هر مدل خوب شبیه سازی باید به‌آنها برسد را چنین تعیین میکند :
1 ـ درک آن برای استفاده کننده آسان باشد .
2 ـ در جهت هدف یا مقصود باشد .
3 ـ قوی بوده، بدین مفهوم که جوابهای بی‌معنی ندهد .
4 ـ برای استفاده کننده ، کنترل و کار کردن با آن راحت بوده ، یعنی ارتباط با آن آسان باشد .
5 ـ در مورد موضوعات مهم کامل باشد .
6 ـ اصلاح یا به هنگام کردن مدل به آسانی انجام شود.
7 ـ تکاملی باشد ، بدین مفهوم که به طور ساده شروع و سپس پیچیده‌تر شود.
5 ـ تدارک داده‌ها: هر مطالعه‌ای مستلزم جمع‌آوری داده‌هاست . معمولاً جمع‌آوری داده‌ها را به مفهوم‌جمع‌آوری اعداد تعبیر میکنند در صورتی که جمع‌آوری اعداد ، تنها جنبه‌ای از کار جمع‌آوری داده‌هاست.تحلیلگر سیستم باید داده‌ها مربوط به ورودیها و خروجی‌های سیستم و نیز با اطلاعات مربوط به اجزاءمختلف سیستم و ارتباطهای بین آنها ارتباط نزدیک داشته باشد . بنابراین تحلیلگر به جمع‌آوری داده‌های کمّی‌و کیفی علاقه‌مند بوده و باید تصمیم بگیرد که چه داده‌هایی مورد نیازند، آیا داده‌ها مناسب‌اند ، آیا داده‌های‌موجود برای اهداف او قابل قبول‌اند، و چگونه این اطلاعات را باید تهیه کرد . طراحی یک مدل شبیه سازی‌تصادفی ، همیشه مستلزم این انتخاب است که آیا داده‌های تجربی مستقیماً در مدل به کار روند یا از توزیعهای‌نظری احتمال با فراوانی استفاده شود. به سه دلیل این انتخاب مهم و بنیادی است . اول آنکه استفاده ازداده‌های تجربی خام ، به این مطلب اشاره میکند که تمام آنچه را که یک مدل انجام میدهد شبیه سازی حالت‌گذشته است . حال آنکه ، استفاده از داده‌های یک سال ، تنها عملکرد همان سال را تکرار کرده و لزوماً در موردعملکرد مورد انتظار سیستم در آینده ، چیزی به ما نمی‌گوید . دوم آنکه برای تولید متغیرهای تصادفی که درعملیات مدل لازم‌اند، از لحاظ وقت کامپیوتر و حافظه مورد نیاز ، کاربرد توزیع نظری احتمال عموماً نسبت به‌کاربرد شیوه‌های مراجعه به جدول، کارایی بیشتری دارند. سوم آنکه اگر الزامی در کار نباشد ، بسیار مطلوب‌است که تحلیلگر ، حساسیت مدلش را نسبت به شکل دقیق توزیعهای احتمالی که به کار رفته‌اند و نسبت به‌مقادیر پارامترها ، تعیین کند . به عبارت دیگر ، آزمونهای حساسیت نتایج، نسبت به داده‌های ورودی بسیارمهم‌اند .
بنابراین ، تصمیمهای مربوط به داده‌هایی که به کار می‌روند ، اعتبار و شکل آنها ، نیکویی بر ارزش آنها وعملکرد گذشته آنها برای موفقیت آزمایش شبیه سازی حیاتی بوده و فقط در سطح علمی و نظری مطرح‌نیستند.
6 ـ برگردان مدل : در این مرحله باید مدلی که از سیستم تهیه شده برای کامپیوتر توصیف کنیم . پذیرش سریع‌شبیه سازی کامپیوتری موجب توسعة بسیاری از زبانهای خاص برنامه نویسی شده که برای آسان کردن این‌برگردان ، طرح ریزی شدهاند . عملاً اکثر زبانهای پیشنهاد شده تنها روی تعداد محدودی از کامپیوترها پیاده‌شده‌اند . مدلهای شبیه سازی از لحاظ منطقی معمولاً بسیار پیچیده بوده ، دارای فعل و انفعالهای متقابل‌بسیاری در بین عناصر سیستم اند ، که اکثر این فعل و انفعالها در حین برنامه به طور پویا تغییر میکنند . این‌وضعیت موجب شده‌است که محققان ، زبانهای برنامه نویسی را ایجاد و توسعه دهند تا مشکل برگردان راآسان کنند . در اینجا برخی از زبانهای شبیه سازی را همراه با توصیف مختصری درباره آنها معرفی می‌کنیم .
تعریف شبیه سازی :
تعریف شبیه سازی :از شبیه‌سازی تعاریف زیادی ارائه شده است اما جامعترین و کاملترین تعریف را شانون ارائه داده است .شانون شبیه سازی را چنین تعریف میکند «شبیه سازی عبارت از فرایند طراحی مدلی از سیستم واقعی‌وانجام آزمایشهایی با این مدل است که با هدف پی‌بردن به رفتار سیستم ، یا ارزیابی استراتژیهای گوناگون (درمحدوده‌ای که به وسیله معیار و یا مجموعه‌ای از معیارها اعمال شده است) برای عملیات سیستم ، صورت‌می‌گیرد.» بنابراین در می‌یابیم که فرایند شبیه سازی، هم شامل ساختن مدل و هم شامل استفاده تحلیلی از آن‌برای مطالعة یک مسئله است . در تعریف فوق، سیستم واقعی به معنای سیستمی که وجود دارد یا قابلیت‌ایجاد شدن را دارد ، بکار رفته است . قبل از پرداختن به مسائل دیگر شاید بهتر باشد که برای تشریح مفهوم‌شبیه سازی به مثال ساده‌ای توجه کنیم . سیستم باجه پرداخت پول یک بانک را در نظر بگیرد . فرض کنید که‌یک نفر در قسمت پرداخت پول کار میکند . و همچنین فرض کنید که زمان بین ورود مشتریان روی 1 تا 10دقیقه بطور یکنواخت توزیع شده باشد (برای سادگی ، اندازة تمام زمانها را به نزدیکترین عدد صحیح گردمی‌کنیم). همچنین فرض کنید که زمان لازم برای خدمت به هر مشتری روی 1 تا 6 دقیقه به طور یکنواخت‌توزیع شده است . می‌خواهیم متوسط مدت زمانی را که مشتری در سیستم صرف میکند، اعم از زمان انتظارمشتری و زمان خدمت و درصد مدت زمانی را که صندوقدار مشغول به کار نیست محاسبه کنیم . برای شبیه‌سازی کردن این سیستم نیاز داریم آزمایشی ساختگی که معرف وضعیت بالا باشد ، بوجود آوریم . بدین‌منظور باید روشی برای تولید مراجعة ساختگی گروهی از مشتریان و زمان لازم برای خدمت به هر یک از آنهارا ایجاد کنیم . در یکی از روشهایی که میتواند مورد استفاده قرار گیرد کار را با 10 مهره و یک تاس آغازمی‌کنیم . سپس مهره ها را از یک تا ده شماره گذاری کرده ، آنها را داخل ظرفی می‌گذاریم و با تکان دادن ظرف‌آنها را قاطی می‌کنیم . با استخراج یک مهره از داخل ظرف و خواندن عدد روی آن میتوان زمان بین ورودی‌مشتری فعلی و قبلی را مشخص کرد. زمان خدمت به این مشتری را نیز میتوان با پرتاب تاس و خواندن تعدادنقطه‌های روی وجه فوقانی آن به دست آورد . با تکرار این عملیات (با جایگذاری مهره ها در داخل ظرف وتکان دادن آن بعد از هر بار استخراج) ما ورود و زمانهای خدمت یک گروه از مشتریان فرضی را تولید کرده‌ایم .جدول زیر نشان میدهد که نمونه‌ای با 15 مشتری چه شکلی خواهد داشت .
مشتری مدت زمان بین دو ورود مدت زمان زمان ورود زمان شروع خدمت زمان پایان خدمت مدت زمان انتظار زمان تلف شده
متوالی (به دقیقه) خدمت (به دقیقه) (به دقیقه) (به دقیقه) مشتری صندوقدار
1 ــ 1 00: 00: 01: 1 0
2 3 4 03: 03: 07: 4 2
3 7 4 10: 10: 14: 4 3
4 3 2 13: 14: 16: 3 0
5 9 1 22: 22: 23: 1 6
6 10 5 32: 32: 37: 5 9
7 6 4 38: 38: 42: 4 1
8 8 6 46: 46: 52: 6 4
9 8 1 54: 54: 55: 1 2
10 8 3 02:1 02:1 05:1 3 7
11 7 5 09:1 09:1 14:1 5 4
12 3 5 12:1 14:1 19:1 7 0
13 8 3 20:1 20:1 23:1 3 1
14 4 6 24:1 24:1 30:1 6 1
15 4 1 28:1 30:1 31:1 3 0
جمع 56 41
دقیقه 73/3 = 5615 = متوسط مدت زمان انتظار مشتری
45/0 = 100 * 4191 = درصد وقت تلف شده صندوقدار
توجه کنید که 91 کل زمانی است که سیستم شبیه سازی شده است . چون زمان پایان خدمت آخرین مشتری‌در ساعت یک و 31 دقیقه خاتمه یافته است پس کل زمانی که سیستم شبیه سازی شده 91=31+60 دقیقه‌می‌باشد .
مسلماً برای اینکه مثال بالا از لحاظ آماری معنی دار باشد مجبوریم از نمونه‌ای با حجم بزرگتر استفاده‌کنیم. لازم به تذکر است که در این مثال چندین مطلب مهم از قبیل شرایط شروع ، که بعداً مورد بحث قرارخواهد گرفت ، نادیده گرفته شده است . نکته مهم در اینجا این است که با استفاده از دو وسیله برای تولیداعداد تصادفی (مهره‌های شماره گذاری شده و تاس) آزمایش ساختگی (شبیه سازی شده) برای سیستمی که‌بتوانیم بعضی از مشخصات رفتاری آن را مورد بررسی قرار دهیم ایجاد کرده‌ایم .
چه موقع از شبیه سازی استفاده کنیم .
مسئله یا مسائل مورد نظر در بررسی یکی سیستم اغلب روش بررسی و حل آنرا تعیین میکنند . روشهای‌تحلیل ریاضی هر جا که ممکن باشد، مطلوب ترین و دقیق ترین روشها برای مطالعه سیستمها میباشند، زیرااین روشها معمولاً با کمترین کوشش، جوابها یا نتایجی را تولید میکنند که برای مقادیر مختلف پارامترهای‌مدل قابل محاسبه بوده و میزان دقت آنها صد درصد میباشد . اما جائیکه روشهای تحلیلی ، بعلت پیچیدگی‌مدل‌ها یا نیاز به تولید واقعی تر رفتار سیستم غیر عملی است ، روشهای مطالعه سیستم از طریق شبیه سازی‌مطرح می‌گرد. شبیه سازی به عنوان آزمایش کردن با مدل یک سیستم واقعی تعریف میشود. یک مسئله‌آزمایشی، موقعی پدید می‌آید که به اطلاعات بخصوصی دربارة یک سیستم نیاز بوده و آنها را از منابع موجودنتوان تهیه کرد . آزمایش کردن روی سیستم واقعی، مشکلات زیادی را که در تطبیق دادن مناسب مدل باشرایطی واقعی وجود دارد از بین می‌برد . شانون در کتاب خود به نقل از بریش معایب آزمایش مستقیم راچنین بیان میکند:
1 ـ میتوانند عملیات سازمان را مختل کنند .
2 ـ اگر مردم جزء جدا نشدنی سیستم باشند، نتایج حاصل ممکن است متأثر از «اثر هاثورن» باشند ، یعنی‌مردم به علت تحت نظر بودن ، ممکن است رفتارشان را تغییر دهند .
3 ـ ممکن است یکسان نگهداشتن شرایط عمل برای هر بار تکرار یا اجرای آزمایش بسیار مشکل باشد .
4 ـ به‌دست آوردن حجم نمونه‌ای یکسان (و در نتیجه معنی دار بودن آماری) ممکن است به زمان و هزینة‌زیادی نیاز داشته باشد .
5 ـ ممکن است که آزمایش کردن در جهان واقعی امکان کاوش بسیاری از گزینه‌ها را به دست ندهد .
شانون خاطر نشان می‌سازد که در صورت وجود یک یا چند شرط از شرایط زیر ، تحلیلگر میتواند از شبیه‌سازی استفاده کند:
1 ـ تدوین ریاضی کاملی از مسئله وجود نداشته ، یا برای حل مدل ریاضی هنوز روشهای تحلیل به وجودنیامده باشد .
2 ـ روشهای تحلیلی وجود داشته اما شیوه‌های ریاضی آنقدر پیچیده و سخت باشند که شبیه سازی ، روشی‌ساده‌تر برای حل مسئله به حساب آید .
3 ـ راه‌حلهای ریاضی وجود داشته ، یا به دست آوردن آنها امکان پذیر بوده ، اما انجام آن خارج از توان ریاضی‌افراد دست‌اندر کار باشد . در این صورت باید هزینة طراحی، آزمایش و اجرای شبیه سازی ، در مقابل هزینه‌بدست آوردن کمک از خارج سازمان ارزیابی شود .
4 ـ علاوه بر برآورد بعضی از پارامترهای خاص ، مشاهدة گذشته در طول دوره‌ای از زمان مطلوب باشد .
5 ـ ممکن است به علت مشکلات موجود در انجام آزمایشها و مشاهده پدیده ها در محیط واقعی آنها، شبیه‌سازی تنها را ه ممکن باشد . ایجاد یک سازمان جدید مثالی از این حالت است .
6 ـ تراکم زمان برای سیستمها یا فرایندهایی که دارای چارچوب زمانی بلند مدت هستند مورد نیاز باشد . درشبیه سازی، کنترل کاملی روی زمان وجود دارد ، زیرا سرعت یک پدیده را میتوان به دلخواه کم و زیاد کرد .
انواع شبیه سازی‌فرم‌های مختلفی از شبیه سازی وجود دارد که اینجا برخی از آنها را یادآور می‌شویم :
1 ـ شبیه سازی همانی : مدلها از نظر شباهت به سیستم واقعی، در یک حوزه وسیع قرار دارند . در منتهاالیه این‌حوزه میتوان خود سیستم را بعنوان مدل آن در نظر گرفت و رفتار آنرا بررسی نمود . این روش را شبیه سازی‌همانی نامند. به عبارت دیگر این روش همان آزمایش مستقیم روی سیستم است که گرچه ساده بنظر می‌رسدو در صورت یافتن پاسخی برای مسئله مورد نظر، صد در صد قابل استفاده و مفید میباشد ولی دارای معایب‌زیادی هم میباشد که در قسمت های قبل ذکر گردید .
2 ـ شبیه سازی نیمه همانی : همانطور که از نام این روش بر می‌آید ، در مطالعه سیستم سعی میگردد تا آنجا که‌امکان دارد از اشیاء و قوانین واقعی سیستم استفاده گردد تنها اشیاء یا مراحلی از سیستم واقعی که باعث غیرممکن شدن شبیه سازی همانی است ، مدلسازی میگردد . بعبارت دیگر بخشی از مدل سیستم، واقعی وبخش دیگر غیر واقعی یا شبیه سازی شده است . بعنوان مثال مانورهای نظامی که در آن سربازان ، افسران وسلاح‌ها واقعی بوده ولی خرابی یا کشتاری صورت نمی‌گیرد . و محل عمل ، محل واقعی حمله یا دفاع‌نمی‌باشد . هرچند این روش عملی تر از شبیه سازی همانی است ولی معایب آنرا کم و بیش دارد .
3 ـ شبیه سازی آزمایشگاهی : در این روش بعضی از نماها و اشیاء سیستم واقعی بوسیله امکانات‌آزمایشگاهی ساخته شده و بعضی نماها و روابط دیگر به وسیله سمبلها جایگزین میگردند .
4 ـ شبیه سازی کامپیوتری: در شبیه سازی کامپیوتری، مدلی که از سیستم تحت بررسی ساخته میشود یک‌برنامه کامپیوتری است یعنی کلیه اشیاء ها و نماهای سیستم به ساختارهای برنامه‌ای و کلیه مشخصات و رفتارآنها به متغیرها و توابع ریاضی تبدیل میگردد . قوانین و روابط حاکم بر سیستم و ارتباطشان با یکدیگر دربرنامه در نظر گرفته میشود . شبیه سازی کامپیوتری به علت عملی بودن و دارا بودن امتیازهای خاص خودبرای بررسی و مطالعه اغلب سیستمها از قبیل حمل و نقل ، بیمارستان ، سیستمهای صنعتی ، تولیدی ،ترافیک ، انبار و غیره بکار میرود . منظور ما نیز از شبیه سازی، شبیه سازی کامپیوتری است .
فرایند شبیه سازی‌مراحل بررسی و مطالعه یک سیستم بوسیله فلوچارت صفحه بعد مشخص گردیده است. هر یک از مراحل‌مذکور قدمهای اساسی‌ای هستند که احتیاج به توضیح بیشتری دارند . از طرف دیگر مراحل تعین شده‌فلوچارت جنبه کلی داشته و در برگیرنده همه انواع بررسی هایی است که شامل یک مدل میباشند ، درحالیکه هدف ما در این جا مطالعه روش شبیه سازی کامپیوتری است . لذا مراحل مذکور در ادامه بحث‌بصورت دقیق‌تر توضیح داده میشود.
شاید تصور شود که آزمایش شبیه سازی تنها شامل شناخت سیستم و ساختن مدل کامپیوتری آن میباشد،و بهمین علت در بعضی دوره‌های آموزشی تنها به جنبه های برنامه‌ای و زبانهای خاص شبیه سازی توجه‌می‌شود. در صورتیکه ساختن مدل سیستم بوسیله یک زبان کامپیوتری تنها یکی از قدمهای لازم است . اهمیت‌این مطلب ، بخصوص وقتی زیادتر میگردد که آزمایش جنبه آموزشی نداشته و نتایج آن باید در موردیک‌سیستم واقعی بکار گرفته شود. در آنجاست که باید تا حد ممکن مطمئن بود که مدل معتبر بوده و رفتار سیستم‌را بخوبی شبیه سازی میکند . علاوه بر آن ، نتایج خام بدست آمده از اجرای مدل، مورد تجزیه و تحلیل قرارگیرند تا باعث قضاوتهای دقیق تری در مورد سیستم گردد . فرایند شبیه سازی در فلوچارت صفحه بعد نشان‌داده شده است .
.jpg)
شبیه سازی جنین
شبیه سازی جنینبه این روش Embory Cloning یا Therapeutic Cloning گفته می شود که در آن جنین انسان برای تحقیق در آزمایشگاه شبیه سازی می شود. اهمیت این موضوع در آن نیست که یک انسان، مشابه فرد مورد نظر ساخته شود بلکه هدف آن است که با بررسی و آزمایش روی جنین شبیه سازی شده بتوان نارسایی ها و بیماری های مربوط به انسان را تحلیل کرده و در حد امکان به روشهایی برای جلوگیری از بروز آنها قبل از تولد دست یافت.
در این روش پس از گذشت حدود پنج روز از شکل گیری نطفه، سلولهای خاصی از آن - که سلولهای بنیادی یا Stem Cells نام دارد - برای شبیه سازی یا آزمایش برداشته می شود که با این عمل به جنین صدماتی وارد خواهد شد. (احتمالا" ریشه اصلی بحث بر سر مسائل اخلاقی نیز به همین جا بر می گردد.) این سلولها تقریبا" توانایی تولید هر نوع سلولی در بدن انسان را دارند و دانشمندان با استفاده از این سلولهای خاص امیدوار هستند که روزی بتوانند درمان قطعی بیماری های قلبی، انواع سرطان، آلزایمر و ... را پیدا کنند.
در نوامبر سال 2001 یک دانشمند از مرکز تحقیقات پیشرفته سلولی (Advanced Cell Technologies) در ماساچوست اعلام کرد که توانسته است اولین جنین انسان را به منظور انجام تحقیقات در باره بیماری های انسان، شبیه سازی کند. آزمایش های این دانشمند بر روی هشت سلول انجام گرفت که از میان آنها فقط سه عدد شروع به تقسیم شدن نمودند و در نهایت یکی از آنها توانست فقط به شش تقسیم شود. بنابر این همانگونه که مشاهده می کنید هنوز راه درازی برای شبیه سازی یک انسان وجود دارد.
آیا ممکن است روزی انسان شبیه سازی شود؟مجله تایم، فوریه 2001 با تیتر
Human cloning is closer than you think بسیاری از محافل سیاسی، مذهبی و حتی دانشمندان با فشارهایی که به کنگره آمریکا وارد کرده اند در صدد تصویب لایحه ای هستند که هرگونه تحقیق و فعالیت در این زمینه را ممنوع کند.
اما جدای این مسائل با توجه به هزینه بسیار بالا و درصد کم موفقیت در شبیه سازی حیوانات (بین یک تا دو درصد) که به علت دانش کم در باره روش "شبیه سازی از طریق تولد" می باشد هر گونه تلاش برای تولید انسان از این روش در حال حاضر با شکست روبروه خواهد شد. بخصوص که پس از تولد حیوانات شبیه سازی شده، حدود 30% از این حیوانات که زنده بدنیا می آیند، دارای ناتوانی های بارز جسمی و مشکلات جدی پس از تولد می باشند. دانشمندان عوارض مشابهی را برای شبیه سازی انسان از این روش پیش بینی می کنند.
نکته مهم دیگر وضعیت فکری و روحی انسان می باشد که هنوز بصورت یک سئول بزرگ پیش روی دانشمندان می باشد. شاید برای یک گوسفند خیلی مهم نباشد که نتواند درست فکر کند یا تصمیم بگیرد اما این موضوع بطور قطع برای انسان بسیار مهم می باشد چرا که یک انسان سالم فقط به بدن سالم نیاز ندارد.
مبانی شبیه سازیانسان برای رفع نیازهای خویش سیستم های متنوعی اعم از تولیدی و خدماتی را بوجود آورده است . این‌سیستمها در طول زمان رشد و توسعه یافته‌اند و به نوبة خود مسائل و مشکلات مختلفی را هم ایجاد نمودهاند.از طرف دیگر پیچیدگی های این سیستم ها فرایند تصمیم‌گیری ، هدایت و کنترل را برای افراد مسئول بسیارحساس و مشکل ساخته است . لذا برای حل مسائل و مشکلات و در نهایت کمک به مسؤلان به منظورشناخت و بهبود عملکرد و تصمیم‌گیری در مورد سیستم ها ، روشها و تکنیکهای متفاوتی بوجود آمده اند که‌بکارگیری آنها بستگی به نوعی سیستم و مشکل مربوطه دارد . تجزیه و تحلیل های ریاضی مشاهده عینی وتجربی و فنون مختلف پژوهش عملیاتی را میتوان نمونه‌ای از این روشها دانست . طبیعی است که هریک ازروشهای مذکور دارای نقاط قوت و محدودیتهایی میباشند و بکارگیری همه آنها در مورد یک سیستم‌خاص نه بسادگی امکان پذیر است و نه نتیجه مشابه خواهد داشت . یکی دیگر از روشهائی که برای شناخت‌وضع موجود و بهبود عملکرد سیستمها بوجود آمده ، شبیه سازی است که در این فصل به معرفی آن‌می‌پردازیم . شبیه سازی یکی از پرقدرترین و مفید ترین ابزارهای تحلیل عملکرد فرایندهای پیچیدة سیستم‌هااست . هر مهندس یا مدیری که بخواهد اطلاعاتش را کامل کند باید با این روش آشنا باشد . مدلسازی از طریق‌شبیه سازی تاحد زیادی به‌علوم کامپیوتر، ریاضیات ، احتمالات و آمار متکی است .
چون شبیه سازی نوعی مدلسازی سیستم است لذا در بخش نخست سیستم ها و سپس مدلها و در نهایت‌شبیه سازی را مورد بحث قرار خواهیم داد .
1 ـ سیستمها
برای آشنایی با مفهوم سیستم ابتدا مثالهای از سیستم را ارائه می‌کنیم و سپس با جزئیات بیشتر به بحث‌خواهیم پرداخت . به تشکیلات یک بانک توجه کنید . یک بانک تعدادی انسان ، ماشین، دفاتر، کامپیوتر،مقررات اداری و قوانین پولی و اقتصادی است که همه به نوعی وابسته به یکدیگر بوده و با اثر گذاشتن بر هم‌بمنظور ارائه خدمات بانکی و کسب درآمدهای اقتصادی دارای وحدت و هماهنگی هستند . یک واحدتولیدی ، مثلاً تولید اتومبیل ، مثال دیگری از سیستم است در این واحد هم تعداد زیادی از مهندسین ،کارگران، ماشین آلات ، قوانین کار ، فرمولهای مهندسی، مواد اولیه و قوانین تولید گردهم آمده و هریک در راه‌هدف نهایی یعنی تولید دارای نقشی بوده و در اجرای این نقش از دیگران تأثیر پذیر و بر دیگران تاثیر گذارمی‌باشند. مسلماً هدف از ایجاد یک سیستم یا اداره یک سیستم موجود، کسب بهترین نتایج حاصل از آن‌است. لذا در مورد سیستم های موجود باید تأثیر اجزاء آن بریکدیگر، قوانین و رابطه‌های حاکم برآن و دیگرخصوصیات آنرا شناخت. و اگر هدف ایجاد یک سیستم است باید بهترین تعداد و ترکیب اشیاء و مؤثرترین‌قوانین را برای آن انتخاب نمود . اما انتخاب بهترین ها خود مستلزم شناخت رفتار سیستم با ترکیبات و قوانین‌متفاوت میباشد . در هر حال لازمه ایجاد یا اداره مطلوب یک سیستم ، بررسی و تجزیه و تحلیل آن است .بطور کلی سیستم را میتوان چنین تعریف کرد "مجموعه‌ای از اشیاء با مشخصه‌های معلوم ، که روابط بین آنهاو قوانین حاکم بر آنها مشخص است . اشیاء یک سیستم ممکن است دائمی یا موقت باشند." مثلاً در یک‌سیستم تولیدی ، ماشین های تولیدی جزء اشیاء دائمی و مواد اولیه و یا تولیدات از اشیاء موقت سیستم بشمارمی‌روند . هر یک از اشیاء دائمی یا موقت دارای یک یا چندین مشخصه هستند . اما در یک بررسی تنها آندسته‌مشخصهایی که در ارتباط با هدف بررسی بوده و نتایج از آنها تأثیر پذیر است مدنظر قرار گرفته و بعنوان‌مشخصه در مدل سیستم گنجانیده میشوند. به چگونگی اشیاء ، مشخصات و روابط یک سیستم در یک لحظه‌زمانی وضعیت سیستم در آن لحظه میگویند . اغلب ، تغییرات خارجی سیستم مؤثر واقع شده و بعضی‌تغییرات در سیستم دارای اثراتی بر عوامل خارجی هستند. مجموعة این گونه عوامل خارجی را که بر سیستم‌مؤثر و یا از آن تأثیر پذیرند محیط سیستم خوانند . همراه با گذر زمان مقدار بعضی از مشخصه‌های اشیاءسیستم تغییر می‌یابند . این تغییرات نسبت به زمان ممکن است بصورت پیوسته یا ناپیوسته باشد . بطور مثال‌در یک سیستم بانک تعداد مشتریها یکی از مشخصه‌های سیستم است که تغییرات آن بصورت ناپیوسته باورود و خروج مشتری ها صورت میگیرد . یک ورود باعث افزایش آن و یک خروج باعث کاهش آن میگردد .در عوض یک تصفیه خانه را در نظر بگیرید . مایعات تصفیه نشده و تصفیه شده از اشیاء سیستم بوده و مقدارآنها مشخصه‌ای برای سیستم هستند. تغییرات این مشخصه با گذر زمان ارتباط پیوسته‌ای دارد . به این نوع‌سیستم، سیستم پیوسته و به سیستم مثال قبل یک سیستم گسسته گویند .
2 ـ مدلها
همانطور که گفته شد برای مطالعه و تجزیه و تحلیل سیستمها، روشهای متفاوتی وجود دارد . در مطالعه‌تجربی یکی سیستم ، متغیرها تغییر داده شده و تاثیر آنها بر روی سیستم مشاهده میشود . اما تعدادسیستمهای که بتوان این روش را برای بررسی آنها بکار برد بسیار محدودند . زیرا اولاً تغییر یک متغیر در یک‌سیستم ممکن است باعث دگرگونی سیستم و لذا بی اعتباری بررسی و نتایج حاصل از آن گردد . ثانیاً ایجادتغییر برای مشاهده عکس العمل رفتاری در همه سیستم ها عملی نیست . علاوه بر این ، این روش ، زمانیکه‌طراحی و ایجاد یک سیستم جدید در کار بوده و برای رسیدن به نتیجه مطلوب باید رفتار آن مورد بررسی قرارگیرد ، بی معنی خواهد بود . در اینگونه موارد از یک الگو یا مدلی از سیستم که شامل اطلاعات لازم برای‌بررسی و تجزیه و تحلیل آن باشد استفاده میکنند.
بطور کلی مدل را میتوان چنین تعریف کرد «مدل ، ترکیب مناسبی از خصوصیات یک سیستم و اطلاعات‌مربوط به آن است که به منظور بررسی سیستم مورد استفاده قرار میگیرد.» معمولاً نوع بررسی، مدل و میزان‌اطلاعات قرار داده شده در انرا تعیین میکند . لذا ممکن است بررسی های متفاوت، مدلهای متفاوتی از یک‌سیستم را لازم داشته باشد . بعبارت دیگر سیستم ها در بررسی های گوناگون دارای یک مدل منحصر بفردنیستند . مسئله‌ای که در اینجا پیش می‌آید ، فراگیری جزئیات سیستم بوسیله مدل و یا میزان نزدیک بودن مدل‌به واقعیت است . به بیان دیگر در موقع مدلسازی دو سؤال مطرح میگردد:
ــ در مدل کدامیک و به چه اندازه خصوصیات و جزئیات سیستم باید وجود داشته باشد ؟
ــ میزان شباهت مدل به سیستم واقعی چقدر است ؟
مسلماً هرچه جزئیات بیشتر از سیستم در مدل گنجانده شود ،شباهت زیادتری به سیستم واقعی پیدا نموده‌و رفتار آنرا بهتر نمایش میدهد . در این صورت اگر نتیجه‌ای از مطالعه و بررسی مدل حاصل گردد ، به واقعیت‌نزدیکتر و لذا بکارگرفتن آن در سیستم واقعی عملی‌تر است . از طرف دیگر، وجود جزئیات بیشتر در مدل‌سبب مشکل تر نمودن مطالعه و رسیدن به نتیجه میگردد . اغلب افزودن جزئیات بیش از حد به یک مدل باعث‌تغییر روش بررسی شده و کلیت بحث از دست میرود . بالعکس از قلم انداختن بعضی جزئیات ، تجزیه وتحلیل مدل را ساده‌تر و راه رسیدن به نتیجه را آسانتر و کوتاه تر می‌نماید و از طرف دیگر نتایج حاصل را ازواقعیت‌ها دورتر و بکارگیری آنها را در سیستم واقعی بی‌ثمر خواهد ساخت . بهر حال ، در مدل سازی معیاری‌برای قابل قبول بودن شمول جزئیات یک مدل قبل از بکارگیری نتایج در واقعیت وجود ندارد . ازمسئولیت‌های تحلیلگر است که در ساخت مدل و گنجانیدن جزئیات سیستم در آن ، با توجه به دقت مورد نیازدر نتایج ، جانب تعادل و اعتبار را رعایت کند . این تعادل باید به گونه‌ای باشد که اولاً بوسیله تکنیکها و وسایل‌موجود، بررسی مدل امکان پذیر بوده و ثانیاً نتایج بررسی منطبق یا نزدیک به واقعیت باشد . فرایند یک‌مدلسازی مطلوب در زیر نشان داده شده است .
.jpg)
.jpg)
همانطور که ذکر شد یکی از روشهای تجزیه و تحلیل سیستمها ، شبیه سازی است . این که مفهوم دقیق‌شبیه سازی چیست و چه موقع از آن استفاده میشود و دارای چه کاربردهایی است و چه مزایا و معایبی دارد ودارای چه فرایندی است ،بحث هایی هستند که در این بخش به آنها خواهیم پرداخت.
برخلاف بسیاری از علوم فنی که میتوانند برحسب رشته‌ای که منشاء آنها است رده‌بندی شوند (مانندفیزیک یا شیمی) ، شبیه سازی در تمام رشته‌ها قابل استفاده است . انگیزه اصلی شبیه سازی ریشه در برنامه‌های فضایی دارد ، اما حتی یک بررسی غیر رسمی نوشته‌های مربوط به شبیه سازی ، میتواند زمینه وسیع‌کاربردهای فعلی آن را نشان دهد . به عنوان مثال رابرت شانون در کتاب خود (علم و هنر شبیه سازی‌سیستم‌ها) از کتابهایی که در رابطه با کاربرد شبیه سازی در موارد زیر نوشته شدهاند نام می‌برد . این مواردعبارتند از بازرگانی ، اقتصاد، بازاریابی، تعلیم و تربیت، سیاست ، علوم اجتماعی ، علوم رفتاری، روابط‌بین‌الملل ، ترابری، نیروی انسانی، اجرای قوانین ، مطالعات شهری و سیستمهای جهانی. بعلاوه تعداد بیشمارمقالات فنی ، گزارشها و رساله‌های دورة دکترا و کارشناسی ارشد، تقریباً در همه زمینه‌های اجتماعی ،اقتصادی، فنی و انسانی، گواه بر تأثیر و رشد گسترده استفاده از شبیه سازی در تمام جنبه‌های زندگی دارد .
شبیه سازی جنین
شبیه سازی جنینبه این روش Embory Cloning یا Therapeutic Cloning گفته می شود که در آن جنین انسان برای تحقیق در آزمایشگاه شبیه سازی می شود. اهمیت این موضوع در آن نیست که یک انسان، مشابه فرد مورد نظر ساخته شود بلکه هدف آن است که با بررسی و آزمایش روی جنین شبیه سازی شده بتوان نارسایی ها و بیماری های مربوط به انسان را تحلیل کرده و در حد امکان به روشهایی برای جلوگیری از بروز آنها قبل از تولد دست یافت.
در این روش پس از گذشت حدود پنج روز از شکل گیری نطفه، سلولهای خاصی از آن - که سلولهای بنیادی یا Stem Cells نام دارد - برای شبیه سازی یا آزمایش برداشته می شود که با این عمل به جنین صدماتی وارد خواهد شد. (احتمالا" ریشه اصلی بحث بر سر مسائل اخلاقی نیز به همین جا بر می گردد.) این سلولها تقریبا" توانایی تولید هر نوع سلولی در بدن انسان را دارند و دانشمندان با استفاده از این سلولهای خاص امیدوار هستند که روزی بتوانند درمان قطعی بیماری های قلبی، انواع سرطان، آلزایمر و ... را پیدا کنند.
در نوامبر سال 2001 یک دانشمند از مرکز تحقیقات پیشرفته سلولی (Advanced Cell Technologies) در ماساچوست اعلام کرد که توانسته است اولین جنین انسان را به منظور انجام تحقیقات در باره بیماری های انسان، شبیه سازی کند. آزمایش های این دانشمند بر روی هشت سلول انجام گرفت که از میان آنها فقط سه عدد شروع به تقسیم شدن نمودند و در نهایت یکی از آنها توانست فقط به شش تقسیم شود. بنابر این همانگونه که مشاهده می کنید هنوز راه درازی برای شبیه سازی یک انسان وجود دارد.
آیا ممکن است روزی انسان شبیه سازی شود؟مجله تایم، فوریه 2001 با تیتر
Human cloning is closer than you think بسیاری از محافل سیاسی، مذهبی و حتی دانشمندان با فشارهایی که به کنگره آمریکا وارد کرده اند در صدد تصویب لایحه ای هستند که هرگونه تحقیق و فعالیت در این زمینه را ممنوع کند.
اما جدای این مسائل با توجه به هزینه بسیار بالا و درصد کم موفقیت در شبیه سازی حیوانات (بین یک تا دو درصد) که به علت دانش کم در باره روش "شبیه سازی از طریق تولد" می باشد هر گونه تلاش برای تولید انسان از این روش در حال حاضر با شکست روبروه خواهد شد. بخصوص که پس از تولد حیوانات شبیه سازی شده، حدود 30% از این حیوانات که زنده بدنیا می آیند، دارای ناتوانی های بارز جسمی و مشکلات جدی پس از تولد می باشند. دانشمندان عوارض مشابهی را برای شبیه سازی انسان از این روش پیش بینی می کنند.
نکته مهم دیگر وضعیت فکری و روحی انسان می باشد که هنوز بصورت یک سئول بزرگ پیش روی دانشمندان می باشد. شاید برای یک گوسفند خیلی مهم نباشد که نتواند درست فکر کند یا تصمیم بگیرد اما این موضوع بطور قطع برای انسان بسیار مهم می باشد چرا که یک انسان سالم فقط به بدن سالم نیاز ندارد.
مبانی شبیه سازیانسان برای رفع نیازهای خویش سیستم های متنوعی اعم از تولیدی و خدماتی را بوجود آورده است . این‌سیستمها در طول زمان رشد و توسعه یافته‌اند و به نوبة خود مسائل و مشکلات مختلفی را هم ایجاد نمودهاند.از طرف دیگر پیچیدگی های این سیستم ها فرایند تصمیم‌گیری ، هدایت و کنترل را برای افراد مسئول بسیارحساس و مشکل ساخته است . لذا برای حل مسائل و مشکلات و در نهایت کمک به مسؤلان به منظورشناخت و بهبود عملکرد و تصمیم‌گیری در مورد سیستم ها ، روشها و تکنیکهای متفاوتی بوجود آمده اند که‌بکارگیری آنها بستگی به نوعی سیستم و مشکل مربوطه دارد . تجزیه و تحلیل های ریاضی مشاهده عینی وتجربی و فنون مختلف پژوهش عملیاتی را میتوان نمونه‌ای از این روشها دانست . طبیعی است که هریک ازروشهای مذکور دارای نقاط قوت و محدودیتهایی میباشند و بکارگیری همه آنها در مورد یک سیستم‌خاص نه بسادگی امکان پذیر است و نه نتیجه مشابه خواهد داشت . یکی دیگر از روشهائی که برای شناخت‌وضع موجود و بهبود عملکرد سیستمها بوجود آمده ، شبیه سازی است که در این فصل به معرفی آن‌می‌پردازیم . شبیه سازی یکی از پرقدرترین و مفید ترین ابزارهای تحلیل عملکرد فرایندهای پیچیدة سیستم‌هااست . هر مهندس یا مدیری که بخواهد اطلاعاتش را کامل کند باید با این روش آشنا باشد . مدلسازی از طریق‌شبیه سازی تاحد زیادی به‌علوم کامپیوتر، ریاضیات ، احتمالات و آمار متکی است .
چون شبیه سازی نوعی مدلسازی سیستم است لذا در بخش نخست سیستم ها و سپس مدلها و در نهایت‌شبیه سازی را مورد بحث قرار خواهیم داد .
1 ـ سیستمها
برای آشنایی با مفهوم سیستم ابتدا مثالهای از سیستم را ارائه می‌کنیم و سپس با جزئیات بیشتر به بحث‌خواهیم پرداخت . به تشکیلات یک بانک توجه کنید . یک بانک تعدادی انسان ، ماشین، دفاتر، کامپیوتر،مقررات اداری و قوانین پولی و اقتصادی است که همه به نوعی وابسته به یکدیگر بوده و با اثر گذاشتن بر هم‌بمنظور ارائه خدمات بانکی و کسب درآمدهای اقتصادی دارای وحدت و هماهنگی هستند . یک واحدتولیدی ، مثلاً تولید اتومبیل ، مثال دیگری از سیستم است در این واحد هم تعداد زیادی از مهندسین ،کارگران، ماشین آلات ، قوانین کار ، فرمولهای مهندسی، مواد اولیه و قوانین تولید گردهم آمده و هریک در راه‌هدف نهایی یعنی تولید دارای نقشی بوده و در اجرای این نقش از دیگران تأثیر پذیر و بر دیگران تاثیر گذارمی‌باشند. مسلماً هدف از ایجاد یک سیستم یا اداره یک سیستم موجود، کسب بهترین نتایج حاصل از آن‌است. لذا در مورد سیستم های موجود باید تأثیر اجزاء آن بریکدیگر، قوانین و رابطه‌های حاکم برآن و دیگرخصوصیات آنرا شناخت. و اگر هدف ایجاد یک سیستم است باید بهترین تعداد و ترکیب اشیاء و مؤثرترین‌قوانین را برای آن انتخاب نمود . اما انتخاب بهترین ها خود مستلزم شناخت رفتار سیستم با ترکیبات و قوانین‌متفاوت میباشد . در هر حال لازمه ایجاد یا اداره مطلوب یک سیستم ، بررسی و تجزیه و تحلیل آن است .بطور کلی سیستم را میتوان چنین تعریف کرد "مجموعه‌ای از اشیاء با مشخصه‌های معلوم ، که روابط بین آنهاو قوانین حاکم بر آنها مشخص است . اشیاء یک سیستم ممکن است دائمی یا موقت باشند." مثلاً در یک‌سیستم تولیدی ، ماشین های تولیدی جزء اشیاء دائمی و مواد اولیه و یا تولیدات از اشیاء موقت سیستم بشمارمی‌روند . هر یک از اشیاء دائمی یا موقت دارای یک یا چندین مشخصه هستند . اما در یک بررسی تنها آندسته‌مشخصهایی که در ارتباط با هدف بررسی بوده و نتایج از آنها تأثیر پذیر است مدنظر قرار گرفته و بعنوان‌مشخصه در مدل سیستم گنجانیده میشوند. به چگونگی اشیاء ، مشخصات و روابط یک سیستم در یک لحظه‌زمانی وضعیت سیستم در آن لحظه میگویند . اغلب ، تغییرات خارجی سیستم مؤثر واقع شده و بعضی‌تغییرات در سیستم دارای اثراتی بر عوامل خارجی هستند. مجموعة این گونه عوامل خارجی را که بر سیستم‌مؤثر و یا از آن تأثیر پذیرند محیط سیستم خوانند . همراه با گذر زمان مقدار بعضی از مشخصه‌های اشیاءسیستم تغییر می‌یابند . این تغییرات نسبت به زمان ممکن است بصورت پیوسته یا ناپیوسته باشد . بطور مثال‌در یک سیستم بانک تعداد مشتریها یکی از مشخصه‌های سیستم است که تغییرات آن بصورت ناپیوسته باورود و خروج مشتری ها صورت میگیرد . یک ورود باعث افزایش آن و یک خروج باعث کاهش آن میگردد .در عوض یک تصفیه خانه را در نظر بگیرید . مایعات تصفیه نشده و تصفیه شده از اشیاء سیستم بوده و مقدارآنها مشخصه‌ای برای سیستم هستند. تغییرات این مشخصه با گذر زمان ارتباط پیوسته‌ای دارد . به این نوع‌سیستم، سیستم پیوسته و به سیستم مثال قبل یک سیستم گسسته گویند .
2 ـ مدلها
همانطور که گفته شد برای مطالعه و تجزیه و تحلیل سیستمها، روشهای متفاوتی وجود دارد . در مطالعه‌تجربی یکی سیستم ، متغیرها تغییر داده شده و تاثیر آنها بر روی سیستم مشاهده میشود . اما تعدادسیستمهای که بتوان این روش را برای بررسی آنها بکار برد بسیار محدودند . زیرا اولاً تغییر یک متغیر در یک‌سیستم ممکن است باعث دگرگونی سیستم و لذا بی اعتباری بررسی و نتایج حاصل از آن گردد . ثانیاً ایجادتغییر برای مشاهده عکس العمل رفتاری در همه سیستم ها عملی نیست . علاوه بر این ، این روش ، زمانیکه‌طراحی و ایجاد یک سیستم جدید در کار بوده و برای رسیدن به نتیجه مطلوب باید رفتار آن مورد بررسی قرارگیرد ، بی معنی خواهد بود . در اینگونه موارد از یک الگو یا مدلی از سیستم که شامل اطلاعات لازم برای‌بررسی و تجزیه و تحلیل آن باشد استفاده میکنند.
بطور کلی مدل را میتوان چنین تعریف کرد «مدل ، ترکیب مناسبی از خصوصیات یک سیستم و اطلاعات‌مربوط به آن است که به منظور بررسی سیستم مورد استفاده قرار میگیرد.» معمولاً نوع بررسی، مدل و میزان‌اطلاعات قرار داده شده در انرا تعیین میکند . لذا ممکن است بررسی های متفاوت، مدلهای متفاوتی از یک‌سیستم را لازم داشته باشد . بعبارت دیگر سیستم ها در بررسی های گوناگون دارای یک مدل منحصر بفردنیستند . مسئله‌ای که در اینجا پیش می‌آید ، فراگیری جزئیات سیستم بوسیله مدل و یا میزان نزدیک بودن مدل‌به واقعیت است . به بیان دیگر در موقع مدلسازی دو سؤال مطرح میگردد:
ــ در مدل کدامیک و به چه اندازه خصوصیات و جزئیات سیستم باید وجود داشته باشد ؟
ــ میزان شباهت مدل به سیستم واقعی چقدر است ؟
مسلماً هرچه جزئیات بیشتر از سیستم در مدل گنجانده شود ،شباهت زیادتری به سیستم واقعی پیدا نموده‌و رفتار آنرا بهتر نمایش میدهد . در این صورت اگر نتیجه‌ای از مطالعه و بررسی مدل حاصل گردد ، به واقعیت‌نزدیکتر و لذا بکارگرفتن آن در سیستم واقعی عملی‌تر است . از طرف دیگر، وجود جزئیات بیشتر در مدل‌سبب مشکل تر نمودن مطالعه و رسیدن به نتیجه میگردد . اغلب افزودن جزئیات بیش از حد به یک مدل باعث‌تغییر روش بررسی شده و کلیت بحث از دست میرود . بالعکس از قلم انداختن بعضی جزئیات ، تجزیه وتحلیل مدل را ساده‌تر و راه رسیدن به نتیجه را آسانتر و کوتاه تر می‌نماید و از طرف دیگر نتایج حاصل را ازواقعیت‌ها دورتر و بکارگیری آنها را در سیستم واقعی بی‌ثمر خواهد ساخت . بهر حال ، در مدل سازی معیاری‌برای قابل قبول بودن شمول جزئیات یک مدل قبل از بکارگیری نتایج در واقعیت وجود ندارد . ازمسئولیت‌های تحلیلگر است که در ساخت مدل و گنجانیدن جزئیات سیستم در آن ، با توجه به دقت مورد نیازدر نتایج ، جانب تعادل و اعتبار را رعایت کند . این تعادل باید به گونه‌ای باشد که اولاً بوسیله تکنیکها و وسایل‌موجود، بررسی مدل امکان پذیر بوده و ثانیاً نتایج بررسی منطبق یا نزدیک به واقعیت باشد . فرایند یک‌مدلسازی مطلوب در زیر نشان داده شده است .
همانطور که ذکر شد یکی از روشهای تجزیه و تحلیل سیستمها ، شبیه سازی است . این که مفهوم دقیق‌شبیه سازی چیست و چه موقع از آن استفاده میشود و دارای چه کاربردهایی است و چه مزایا و معایبی دارد ودارای چه فرایندی است ،بحث هایی هستند که در این بخش به آنها خواهیم پرداخت.
برخلاف بسیاری از علوم فنی که میتوانند برحسب رشته‌ای که منشاء آنها است رده‌بندی شوند (مانندفیزیک یا شیمی) ، شبیه سازی در تمام رشته‌ها قابل استفاده است . انگیزه اصلی شبیه سازی ریشه در برنامه‌های فضایی دارد ، اما حتی یک بررسی غیر رسمی نوشته‌های مربوط به شبیه سازی ، میتواند زمینه وسیع‌کاربردهای فعلی آن را نشان دهد . به عنوان مثال رابرت شانون در کتاب خود (علم و هنر شبیه سازی‌سیستم‌ها) از کتابهایی که در رابطه با کاربرد شبیه سازی در موارد زیر نوشته شدهاند نام می‌برد . این مواردعبارتند از بازرگانی ، اقتصاد، بازاریابی، تعلیم و تربیت، سیاست ، علوم اجتماعی ، علوم رفتاری، روابط‌بین‌الملل ، ترابری، نیروی انسانی، اجرای قوانین ، مطالعات شهری و سیستمهای جهانی. بعلاوه تعداد بیشمارمقالات فنی ، گزارشها و رساله‌های دورة دکترا و کارشناسی ارشد، تقریباً در همه زمینه‌های اجتماعی ،اقتصادی، فنی و انسانی، گواه بر تأثیر و رشد گسترده استفاده از شبیه سازی در تمام جنبه‌های زندگی دارد .
شبیه سازی
شبیه سازی
شبیه سازی(cloning)یکی از پیشرفته ترین دست یافته های بشر در زمینه علم پزشکی و مهندسی ژنتیک است که هر مرحله پیشرفت آن جنجال های بسیار زیادی را به همراه دارد.
● شبیه سازی حیوانات در شبیه سازی عکس عمل تمایز صورت می گیرد . یعنی باید یک سلول تمایز یافته سلول شروع کننده باشد و سلول های تمایز نیافته تولید کند . در ابتدا این کار غیر ممکن به نظر می رسید تا اینکه در دهه ۱۹۷۰ آزمایشهای اولیه ای انجام شد که در آنها هسته سلول تمایز یافته قورباغه به یک سلول تخم بدون هسته انتقال داده شد . در بعضی از این آزمایش ها سلول تخم تقسیم می شد و تکثیر می یافت حتی در بعضی موارد نوزاد قورباغه نیز به وجود می آمد ولی هیچ کدام به قورباغه بالغ تبدیل نمی شدند . سر انجام دکتر ویلموت و تیمش توانستند با خاموش کردن یک سلول تمایز یافته که از غدد شیری یک گوسفند بالغ گرفته شده بود و دوباره برنامه ریزی آن یک گوسفند کامل را به وجود آورند.
آگاهی از محتوای کامل ژنتیکی موجود کلون شده از فواید شبیه سازی است.
اهداف شبیه سازی الف) اهداف تولید مثلی :
این تکنیک تولید مثلی به منظور مزرعه داری ، حفظ حیوانات در معرض انقراض ، تولید مثل محصولات حیوانی بیشتر و سالم تر، صورت می گیرد . همچنین می توان با این روش به زوج هایی که قادر به بچه دار شدن نیستند نیز کمک کرد .
ب) اهداف درمانی :
در شبیه سازی می توان با کشت دادن سلول های بنیادی جنینی از کلون به انواع سلول های تخصص یافته دست یافت. این سلول ها قابل کشت و پیوند در بیماران هستند (جهت ،آلزایمر، پارکینسون ، دیابت ، بیمیری های قلبی و...)MS درمان
با همه علاقه ای که بشر به شبیه سازی دارد، این پدیده دارای خطرات و ایراداتی است. شبیه سازی باز تولیدی بسیار گران است و امید انجام مطلوب آن بسیار کم است. نزدیک به ۹۰ درصد اقدام های شبیه سازی در این زمینه به نتیجه نمی رسند و برای انجام یک شبیه سازی موفق، باید نزدیک به ۱۰۰ بار انتقال هسته ای صورت گیرد و در همین یک مورد موفق هم، حیوان شبیه سازی شده نسبت به عفونت ها بسیار غیرمقاوم است. نمونه آن هم دالی بود که بر اثر عفونت ریه مرد. علاوه برآن رشد تومورها در آن به سرعت انجام می شود و کوچکترین بیماری برای این نوع حیوانات، می تواند منجر به مرگ شود. اکثر این حیوانات رشد غیرطبیعی دارند و گاه به دلایل نامشخص به یک باره می میرند.
از میان حیواناتی که تاکنون شبیه سازی شده اند، می توان به گوسفند ها، موش ها، گاو ها و حیوانات خانگی از قبیل گربه اشاره کرد. اما یکی از وسوسه انگیزترین شبیه سازی ها، شبیه سازی حیوانات ما قبل تاریخ مانند دایناسورها است، بدین ترتیب که با استفاده از دی ان ای بازمانده از آنها در سنگواره ها، آن ها را شبیه سازی کرد.
هنگامی که این فرضیه مطرح شد، موافقت ها و مخالفت های زیادی با آن شد، اما این التهابات به زودی فروکش کرد، چون این موجودات بیش از ۶۵ میلیون سال پیش از بین رفته اند و این در حالی است که دی ان ای، فقط ۱۰ هزار سال عمر می کند. نظریه بعدی شبیه سازی ماموت ها بود که کمتر از ۱۰ هزار سال پیش زندگی می کرده اند. با این حال پیدا کردن دی ان ای مناسب ماموت ها غیرممکن به نظر می رسد.
مفهوم سلول بنیادی: سلول بنیادی در پستانداران به سلولی گفته میشود که قابلیت تقسیم شدن و تبدیل به سلول های تخصص یافته و تمایز یافته را دارا باشد.تخمک لقاح یافته این توانایی را در حد بالایی داراست، زیرا بالقوه میتواند تقسیم شود وبه صورت یک موجود زنده کامل تکوین یابد.تخمک لقاح یافته چند ظرفیتی است بدین معنی که از هر نظر توانایی رشد و تکامل را دارد..این توانایی پس از تقسیم شدن تخمک به یک یا حتی چهار سلول به قوت خود باقی بوده به گونه ای که هر کدام از سلولها پس از جدا شدن قادر به رشد و تبدیل به یک جنین کامل می باشند، از راه این فرآیند دو قلوها چند قلوها بوجود می آیند ، این چند قلوها موجودات شبیه سازی شده طبیعی هستند که دارای ساختار ژنتیک و سیتوپلاسمی یکسان میباشند پس پدیده شبیه سازی پدیده ای نو و باورنکردنی نیست و از آغاز حیات در سیاره زمین رخ داده است.
سلول های بنیادی یا stem cellدر کودکان وبزرگسالان وجود دارند. سلولهای بنیادی در مغز استخوان وبه تعداد کمتری در جریان خون هر کودک و بزرگسال یافت میشود.
سلولهای بنیادی رویانی انسان میتوانند با لقوه به صورت هر یک از210 نوع سلولی که جسم یک انسان را تشکیل میدهد رشد یابند.
در حال حاضر شبیه سازی به سه شیوه انجام میگیرد:
1. شبیه سازی رویانی 2. شبیه سازی DNA فرد بالغ 3. شبیه سازی درمانی که در این نوع شبیه سازی هدف تولید انسان به صورت کامل نیست بلکه هدف تولید سلولهای بنیادی رویانی است که برای اهداف درمانی به کار می رود .
.jpg)
2. انتقال سلول دهنده به درون تخمک گیرنده توسط میکرومانیپولاتور
3. ایجاد پیوستگی بین سلول دهنده و تخمک گیرنده توسط اتاقک آمیختگی
4. کشت رویان به دست آمده در انکوباتور به مدت 5 -3 روز
5. انتقال رویان در حال رشد به داخل رحم (مادر میزبان)
به منظور تداوم بخشیدن به قابلیت حیات سلول با منجمد کردن و نگهداری آن در دمای بسیار پایین شیوه ای است که دانشمندان از سال 1700 به کار گرفته اند ، این فرآیند قابلیت حیات سلول را تا زمان نا محدودی به حالت تعلیق در می آورد. این فن آوری به طور معمول برای نگهداری semen، رویان وانواع سلول و بافت های انسان و حیوانات کاربرد دارد و سلولها میتوانند بیش از نیم قرن
قابلیت حیات خود را حفظ کنند.
مزایای شبیه سازی : 1. تولید گونه های تراریختی : به این معنی که یک گونه حامل ژنهایی از گونه های دیگر باشد ، مثلا گاوها ،گوسفندان و بزها می توانند به این طریق تولید کننده مواد لبنی دارویی باشند.مثلا آنها میتوانند شیرهایی با ویژگی های زیر تولید کنند :
- شیر حاوی فاکتور انعقاد برای درمان هموفیلی
- شیر حاوی انسولین برای درمان دیابت
2. شبیه سازی رویانی حیوان
3. شبیه سازی رویانی انسان
با پیشرفت چشمگیری که در مورد سلول های بنیادی رویان انسان حاصل شده است میتوان با کشت این سلول ها بافت ها یا اعضای مصدوم را ترمیم یا جایگزین نمود ، میتوان پوست برای قربانیان سوختگی و سلولهای مغزی و طناب نخاعی برای افرادی که از گردن به پایین فلج شده اند تولید نمود.
با استفاده از این فن آوری زوج های نابارور میتوانند بچه دار شوندو پزشکان میتوانند به جای استفاده از موادی که برای بدن جنبه بیگانه دارند ، استخوان ،چربی ، بافت همبند یا غضروف تولید نمایند.
میتوان برای افرادی که دچارسرطان خون هستند مغز استخوان تولید نمود . توصیه میشود برای افرادی که در مراحل وخیم بیماری قلبی هستند و در انتظار دریافت قلب پیوندی به سر میبرند در کنار تجویز داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی از روش پیوند سلولهای بند ناف به عنوان یک روش کمکی استفاده شود.بر این اساس این ایده در دنیا مطرح شده است که نمونه سلولهای بند ناف هر شخص در ابتدای تولد گرفته شود وبرای سالهای بعد برای خود فرد ذخیره شود. با این عمل بیمار شانس بیشتری برای زنده ماندن تا زمان دریافت قلب را خواهد داشت.این روش بویژه در بیماران کهنسال که سلولهای بنیادی مغز استخوان آنها برای پیوند کافی نیست، اهمیت بالاتری دارد که این موارد اشاره جزئی به مزایای این فن آوری است.
انواع شبیه سازی ۱) فناوری دی ان ای باز ترکیب شده
در این قسمت می توان فناوری DNA باز ترکیب شده، شبیه سازیِ ، شبیه سازی مولکولی یا شبیه سازی ژنی را در کنار هم دسته بندی کرد، چون همه از یک پروسه مشترک پیروی می کنند. انتقال دستواره (تکه ای از دی ان ای اصلی که برای تکثیر از آن جدا می شود) از یک ارگانیزم به یک عنصر ژنتیک خود همانندساز مانند پلازمید باکتریایی. دانشمندانی که بر روی یک ژن خاص کار می کنند معمولاً از پلازمید باکتریایی برای تولید کپی های چند گانه همان ژن استفاده می کنند. پلازمیدها کروموزوم های اضافی خود همانندساز مولکول دایره ای دی ان ای هستند که جدا از ژنوم های معمولی باکتریایی هستند.
پلازمیدها و دیگر گونه های ناقل شبیه سازی، توسط محققان ژنوم انسان برای تکثیر ژن ها و دیگر تکه های کروموزوم که مواد شناسایی کافی برای تحقیق بیشتر تولید می کنند استفاده می شوند برای شبیه سازی یک ژن، یک تکه از دی ان ای که ژن مورد نظر را شامل می شود از دی ان ای کروموزومی توسط آنزیم های محدود کننده جدا می شود و سپس با یک پلازمید که توسط همان آنزیم های محدود کننده جدا شده است، ترکیب می شود. هنگامی که یک تکه از دی ان ای کروموزومی به ناقل شبیه سازی در آزمایشگاه وصل می شود، به آن مولکول دی ان ای بازترکیب شده گفته می شود. با انتقال این مولکول به سلول میزبان مناسب، دی ان ای باز ترکیب شده در کنار دی ان ای سلول میزبان باز تولید می شود.
۲) شبیه سازی باز تولیدی
شبیه سازی بازتولیدی فناوری است برای تولید یک حیوان که از همان هسته دی ان ای بهره می برد که حیوانی دیگر در همان زمان یا پیش از آن، آن هسته دی ان ای را داشته یا دارد. دالی گوسفند معروف اسکاتلندی ها با همین روش شبیه سازی شده بود. در این پروسه که انتقال هسته سلول تکثیر شونده نام دارد، دانشمندان مواد ژنتیک هسته یک سلول بالغ اهدا کننده را به یک تخم که هسته و همین طور مواد ژنتیک آن جدا شده اند منتقل می کنند. این تخم که دی ان ای یک سلول اهدا کننده را در خود دارد باید با جریان های شیمیایی یا الکتریکی مراقبت شود تا برای تقسیمات سلولی تحریک شود.
هنگامی که جنین شبیه سازی شده به سطح مناسبی از پیشرفت می رسد به رحم یک میزبان مؤنث منتقل می شود جایی که تا تولد به پیشرفت خود ادامه می دهد. موجودی که با روش انتقال هسته تولید می شود، نمونه شبیه سازی شده واقعی حیوان اهدا کننده نیست و فقط دی ان ای کروموزومی و هسته ای آن همانند حیوان اهدا کننده در این زمینه موفقیت پروژه دالی بسیار چشمگیر است چرا که اثبات کرد مواد ژنتیک یک سلول بالغ می توانند برای تولید یک ارگانیزم جدید کامل مورد استفاده قرار گیرند.
پیش از این دانشمندان بالاتفاق تصور می کردند هنگامی که سلولی به کبد، قلب، استخوان یا هر نوع دیگری از بافت های بدن تخصیص داده می شود، دیگر استفاده از آنها در بافت های دیگر امکان ندارد و دیگر ژن هایی که در سلول بودند و نیازی به آنها نبود غیرفعال می شوند. برخی محققین براین باورند که اشتباه یا کامل انجام ندادن پروسه باز برنامه ریزی، سبب مرگ، نقص عضو و معلولیت حیوانات شبیه سازی شده خواهد شد .
۳) شبیه سازی درمانی
این شبیه سازی که به شبیه سازی جنینی هم معروف است در واقع تولید جنین های انسانی برای استفاده در تحقیقات است. هدف از انجام این شبیه سازی تولید انسان های شبیه سازی شده نیست، بلکه هدف کشت سلول هایی است که می توانند در تحقیقات پیشبردی انسان و همچنین درمان بیماری ها مورد استفاده قرار گیرند. این سلول ها برای محققان بیومکانیک بسیار با اهمیت هستند برای این که می توان از آن ها برای تولید هر نوع سلولی که در بدن انسان وجود دارد استفاده کرد.
این سلول ها پس از گذشت ۵ روز از تقسیم تخم، از آن استخراج می شوند. پروسه استخراج باعث از بین رفتن جنین می شود که این مسأله نگرانی های اخلاقی فراوانی را در پی دارد. محققان امیدوارند روزی این سلول های ساختگی، جایگزین مناسبی برای سلول هایی شوند که بر اثر بیماری هایی نظیر آلزایمر، سرطان و... از بین رفته اند.
پس از آشنایی جزیی با روش های مختلف شبیه سازی، این سؤال مطرح می شود که اصلاً چرا انسان باید شبیه سازی شود؟ و یا این که آیا تا به حال هیچ انسانی شبیه سازی شده است؟ در مورد شبیه سازی انسان باید گفت که تا به حال هیچ انسانی از کشت سلول های یک انسان دیگر تولید نشده است. اما در مورد این که چرا انسان باید شبیه سازی شود، این گروه از دانشمندان موارد ذیل را ذکر می کنند.
یکی از کاربردهای شبیه سازی می تواند برای زوج ناباروری اتفاق بیفتد که تمایل بسیار زیادی به بچه دارند. این بچه که از یکی از والدین شبیه سازی می شود، مسلماً در دوران کودکی فشارهای فیزیولوژیکی بسیار زیادی را متحمل خواهد شد. کاربرد دیگر شبیه سازی می تواند شبیه سازی استعدادهای بشری برای چند نسل باشد. مثلاً می توان با استفاده از دی ان ای اینشتین، وی را شبیه سازی کرد، اما هیچ تضمینی نیست که اینشتین جدید همانند آلبرت با هوش ما همان راهی را برگزیند که اینشتین به خاطر آن به شهرت رسیده است. یکی دیگر از موارد شبیه سازی تولید جنین های تحقیقاتی است.
شبیه سازی DNA
این روش که در اصطلاح علمی DNA Cloning یا Molecular Cloning و یا Gene Cloning گفته می شود عبارت است از مجموعه عملیاتی که توسط آن قسمتی از DNA موجود مورد علاقه که قرار است شبیه سازی شود، به یکی از انواع موجودات ارگانیکی خود تکثیر منتقل می شود. معمولا" از باکتری های خود تکثیر یا Bacterial Plasmid ها برای اینکار استفاده می شود.
تظاهرات موافقین شبیه سازی انسان در نوامبر 2001 طی این شرایط DNA مورد علاقه توسط یک میزبان پردازش و تکثیر می شود. این تکنولوژی تقریبا" از سال 1970 استفاده می شود و از معمولترین فعالیت ها در آزمایشگاه های زیست شناسی می باشد. در این روش، دانشمندان معمولا" از ژن های خاصی برای کپی از یک ژن خاص استفاده می کنند.
- شبیه سازی از طریق تولدبه این روش Reproductive Cloning گفته می شود که بعنوان مثال توانایی تولید حیوانی را دارد که دارای DNA مشخص می باشد. این DNA ممکن است از یک حیوان زنده کنونی گرفته شود و یا حتی از بقایای یک حیوان مرده مربوط به سالهای دور.
Dolly گوسفندی که راجع به آن صحبت کردیم از این روش شبیه سازی شد. دانشمندان طی مجموعه عملیاتی که بنام Somatic Cell Nuclear Transfer - به معنی انتقال هسته سلولهای کالبدی - مشهور است، مشخصات ژنتیکی موجود مورد نظر را به نطفه ای که تمام خواص ژنتیکی آن برداشته شده است منتقل می کنند. البته نطفه جدید باید تحت مراقب های خاص الکتریکی و شیمیایی باشد تا توانایی تکثیر را داشته باشد. پس از آنکه جنین به حد قابل قبولی از رشد رسید، آنرا به داخل رحم یک حیوان ماده منتقل می کنند و از آن به بعد به رشد طبیعی خود تا تولد ادامه می دهد.
به دست انسان در سال 1997 Dolly یا هر حیوان دیگری که با این روش ساخته شود دقیقا" مشابه موجود مورد نظر نخواهد بود چرا که برخی از ویژگی های نطفه از همان ابتدای شکل گیری از پدر و مادر به نطفه منتقل می شوند. اما موفقیت پروژه Dolly در این بود که نشان داد سلولهای DNA یک حیوان بالغ می تواند برای رشد یک نطفه مورد استفاده قرار گیرد. تا قبل از این دانشمندان تصور می کردند سلولهایی که رشد می کنند و بالغ می شوند بسیاری از خواص اولیه خود را از دست می دهند و دیگر توانایی رشد از ابتدا را ندارند.
Dolly در سال 2002 هنگامی که شش ساله بود از دنیا رفت، علت مرگ او ناراحتی و بیماری در ناحیه ریه اعلام شد. دانشمندان هنوز نمی دانند که بیماری او ناشی از متفاوت بودن نوع تولد او دارد و یا اینکه یک بیماری عادی بود که ممکن است گریبانگیر هر جانداری شود.
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم1
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم1
مدل سازی خاک رس
محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیهسازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژی هستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان میدهند؛ خواصی که معمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس میتوانند با پلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی با مونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جایگذاری میشود (خودش را در لایه‌های درون ورقه‌های سفال جای میدهد) و تورق کل ساختار را افزایش میدهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.
دانشمندان با بکارگیری Castep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار میگیرد) تحول کشف شده در این روش را که پلیمریزاسیون میان گذار خود کاتالیست نامیده میشود مطالعه کردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخص کردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ، جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندان آید.
دانشمندان در شرکت BASF شبیه سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم و رفتار ریزواره‌ها بکاربردند. ریزواره‌ها ذراتی کروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجاد میشوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه سازی برای پیشبینی ساختارهای مقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسی کردند.
شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی می شود. چنین نتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتاب محلول در آزمایشگاه میتوان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به این نتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روز نتیجه میدهند.
زیرساختهای پایه برای مدلسازی مولکولی:
در مقالة قبلی نقش فناوری‌انفوماتیک را در فناوری‌نانو از دیدگاه اهمیت آن در مدلسازی مولکولی بررسی کردیم. اکنون می‌خواهیم حداقل مؤلفه‌های لازم در جهت موفقیت در مدلسازی مولکولی را بررسی کنیم. به عبارت دیگر زیرساختهای بحرانی جهت توسعة دانش مدلسازی مولکولی کدامند؟
1) الگوریتم‌ها:
بهبود الگوریتم‌های محاسباتی مورد نیاز است تا از عهدة محاسبه مجموعه‌ای از مولکولهای بزرگ یا مجموعه‌ای از اتمها برآیند. زیرا برهم کنش میان اتمها در کنه موضوع مدل سازی مولکولی نهفته است. زمان محاسبه و قدرت ذخیره‌سازی اطلاعات هر اتم و افزایش دقت با افزایش تعداد اتمها، تابع مستقیمی از افزایش قدرت الگوریتم‌ها است.
2) بکارگیری محاسبات موازی:
با تقسیم مسئله بین چند پردازنده جداگانه، محاسبات موازی، قابلیت رسیدن به راه‌حلهای مناسب و با سرعتهای بالا، را فراهم می‌آورند. به‌هرحال رسیدن به این هدف نیازمند مسائلی (یا بخشی از مسائل) است که میتواند معادلاً تقسیم شود مثلاً الگوریتم‌هائی به منظور گرفتن مزیتهای ساختارهای موازی و راههائی به منظور نوشتن و رفع خطا کردن مؤثر از کدهای موازی.
بسیاری از کدهای شیمی کوانتوم بصورت ضعیفی موازی میشوند که نسبتاً وابسته به روشهای بکارگرفته شده هستند. یک مثال نوعی نظیر مدل کوانتومی مونت‌کارلو یا روش"Laster" و همکارانش است.
3) انتخاب خودکار به همان خوبی روشها:
یک نقش مدل ساز، انتخاب بهترین روش برای یک مسألة مشخص با دقت مورد نیاز مشخص است. چنین تصمیم‌گیریهایی می‌بایستی بصورت خودکار به منظور انتفاع بیشتر و کم‌ترکردن اثر مهارت شاغل باشد. مقایسة دقیق روشهای متفاوت، آرایشهای محاسباتی متفاوت و هدفهای متفاوت کاملاً الزامی است .
4) سخت افزارهای محاسباتی و سیستم عامل‌ها:
سخت افزارهای محاسباتی و سیستم عامل‌ها روشهای متفاوت دیگری به منظور مدلسازی مولکولی هستند مدلسازی مولکولی نیازمندیهای متفاوتی از سخت افزار وسیستم عامل را پدید آورده است. همانطوریکه تغییر دادنها نیازمند استفاده کننده است. ترکیب ابررایانه ها رایانه های شخصی/ ایستگاههای محاسباتی و توزیع محاسب‌ها، پیامد دیگری از یکپارچگی زیرساختهای محاسباتی، نمایشگرها و Interface استفاده کننده است. همچنین زیرساختهای واسطه وابزارهای قابل برنامه‌نویسی تصویر ساز از دیگر نیازمندیها است.
5) مدیریت اطلاعات:
نه فقط نیازهای محاسباتی، می‌طلبد که همچنین حجم نتایج به طرز باورنکردنی با اندازة مسأله رشد میکند. این چالش نیازمند مدیریت پیچیده و بهره‌برداری از نتایج آزمایشگاهی و داده‌های محاسباتی بصورت توأم است. به منظور مؤثر بودن، حجم عظیم اطلاعات جدید می‌بایستی مدیریت شود به گونه‌ای که با نتایج آزمایشگاهی و روابط مبتنی بر تئوری، سازگاری حاصل نماید .
6) واسطه مدلسازی آزمایشگاهی:
روابطی نظیر QSPR و QSAR، وابستگی به خواص آزمایشگاهی قابل مشاهده‌ای دارند که جهت تعیین خواص مولکولی مورد استفاده قرار میگیرد.
QSPR: Quantitative Structure – Property
QSAR: Structure – Activity Relations
این روابط و وابستگیهایشان ممکن است مطلقاً تجربی باشند، اما آنها موفقیت‌آمیز خواهند بود بویژه زمانیکه خواص محاسباتی درست انتخاب شده باشد. همچنین خواص اندازه‌گیری شده می‌بایستی انتخاب شوند به گونه‌ای که رفتار ماده را نشان دهند و اصول فیزیکی و شیمیایی را نقض نکند. پیشگویی خواص قابل اندازه‌گیری بسیار سخت است، اما از خواص قابل پیشگویی اندازه‌گیری میشود شیمی ترکیبات مثال خوبی در این زمینه است، جائیکه، بزرگترین موفقیت‌ها، از درون ساخت کتابخانه‌هایی از مواد انتخابی، بوجود آمده است.
7) آنالیز مسأله:
موفقیت در کاربردهای صنعتی، متکی به شناخت قاطعانه پیامدها یا سؤالات مطرح شده است.
8) زیر ساختهای انسانی:
یک پیامد انسانی کلیدی، داشتن افراد فنی به گونه‌ای که شخصاً یا تحت عنوان دانشگاه هم دارای دانش مدلسازی و هم دارای دانش کاربردهای صنعتی باشند. دقیقاً مهم است که بر محدودة کاربری هر مدل و قابلیتها و توانائیهای آن مدیریت داشته باشیم. ساخت چنین زیرساخت مهمی نیازمند آزمایش و آموزش است.
9) اعتبار بخشی:
اعتبار بخشی معمولاً به آزمایش مدلها در برابر داده‌های موجود به منظور تعیین اعتبار آنها یا حدود اعتبار آنها بر میگردد. این عمل ممکن است درک شود یا نادیده گرفته شود اما این بخش اکیداً یک نیاز است.
10) معتبر بودن:
معتبر بودن دارای دو وجه است:
بنیانگذاری آن و پیشگیری از نقایص آن. اعتبار باید صادقانه بوسیله موفقیت ساخته شود. ناتوانی مدلها بدرستی فهمیده شود. شیء گراهای رایانه‌ای یک کلید اساسی در درک ارتباطات نتایج است. اما از سوی دیگر برای مدلسازها ممکن است مخرب باشد. زیرا یک تصویر جذاب می تواند گمراه کننده باشد. نتایج اجتناب‌ناپذیر شک‌گرایی را تقویت میکند.شخص می‌بایستی روی مسائل مناسب با ابزارهای درست کار کند.
محدودیتهای این روشها چیست؟
در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی و مقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیک کوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر میباشد که بیش از توان عملیاتی منابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکانپذیر نیست، بویژه عملکردها و خواص آنها.
فناوری انفورماتیک و فناوری نانو:پیشرفتهایی در مدلسازی مولکولی
مدلسازی مولکولی پایه‌ای است برای ارتباطات، درک و توسعة فناوریهای نو نظیرفناوری نانو.
این روش راههای جدیدی را در فکر کردن و رسیدن به اهداف فناورانه، فراهم می‌سازد، بنابراین برای توضیح موفقیت‌آمیز کاربردهای این روش، توضیح جنبه‌های تکنیکی به تنهائی کافی نیست اهمیت نیروی انسانی متخصص، هدف نهائی هر پروژه، ساختار سازمانی و زیرساختهای محاسباتی در موفقیت این روش اهمیت قابل ملاحظه‌ای دارند.
یافته ها، در چهارچوب «کاربردها» (از جنبة فنی) و« پروسه‌های مؤثر درکاربرد» ( تمام زیر ساختهای ملزوم) طبقه بندی میشوند.
در مقاله قبلی مروری داشتیم بر قابلیتها و چالشهای دانش انفورماتیک در فناوری نانو. دراین مقاله می‌کوشیم تا حوزه‌های تحقیقاتی و صنعتی را ،که مدلسازی مولکولی در آنها، پذیرفته شده‌است ، معرفی کنیم و از این دیدگاه اهمیت و نقش دانش انفورماتیک را در فناوری نانو روشن کنیم.
یافته های اصلی:
الف)کاربردها
(1مدلسازی مولکولی، به عنوان یک ابزار سودمند و کارا در پاره‌ای از صنایع بکار گرفته شده است.
• صنایع داروسازی: بالاترین درصد پذیرش و موفقیت مربوط به این حوزه است.
• شیمی زراعت: مدلسازی و اطلاع گیری در جهت مبارزه با آفات: وضعیتی مشابه با صنایع داروسازی
• ابزارهای ویژة شیمیایی شامل رنگها و رنگ دانه‌ها ، افزودنیهای روغن، ضد خوردگیها، کاتالیست‌ها
• صنعت سوخت – تولید منابع مادر، حمل و نقل و پروسه‌های حاکم بر آن
• صنعت پلیمر، شیشه و مواد سازه‌ای
• الکترونیک و مواد فتونیک
• گازهای صنعتی
• مراقبتهای فردی و تولیدات غذایی
صنعت نرم افزار سخت افزار
2) این روشها مقبول شدهاند زیرا آنها آزمایش خود را پس داده‌اند:
موفقیتهای بزرگ طبیعتاً توجهات بیشتری را جذب میکند، هم توسط شرکتها و هم در عرصة رقابت بین شرکتها.
مطالعات اخیر 3 زمینة بزرگ موفقیت آمیز در زمینة مدلسازی مولکولی را معرفی کرده است:
کشف داروها، توسعة کاتالیست‌های هموژن و شیمی حرارت
آنالیز اجزاء سازه‌ای مواد به این روش اثر مؤثری بر فیزیک ماده – چگال گذاشته است.
موفقیت ها همیشه در مسیر قابل پیشبینی نبوده است. ده یا حتی بیست سال پیش، Rational drug design به عنوان آیندة صنعت داروسازی شناخته می‌شد- در حالیکه، امروزه طراحی و ساخت داروها مبتنی بر «کامپیوتر»، بر مبنای خواص فیزیکی وشیمیایی آنها- که به نام "Docking" نامیده میشود- با در نظر گرفتن اجزاء مولکولی غشاءهای سلولی یا سایر اجزاء وابسته به آنها ( اهداف تحت درمان)، آینده این صنعت را پیشبینی میکند. امروزه تا حدودی به این هدف رسیده‌ایم و داروهای جدیدی به عرصة‌تجاری سازی رسیده‌اند.
بهرحال، اشتیاق به منظور طراحی داروهای ترکیبی، به نظر می‌رسد که روش ساخت ترکیبی وزنی را از رونق انداخته است . افق جدید این بود که شیمی ترکیبات، سریعتررشد خواهد کرد و کمتر محدود به تجربه باشد، اما به هر صورت، تلاش در جهت ساخت هر ترکیبی امروزه یک فرآیند مهار کردنی است. واقعیت حاضر، مبتنی بر دانش کامپیوتر محور است کاوشهای عقلانی در حوزة مقدورات داروهای جدید به سرعت جهت شناسائی کتابخانة مولکولهائی که می‌بایستی بصورت ترکیبی در آزمایش بکار گرفته شوند، اعتبار می‌یابند، در این نقش و در فرم خالص آن طراحی داروها در حوزه کاندیدادهای مقدور و محدود شده معتبر و اثبات شدهاند.
3) بسیاری از کمپانیها، چنین مدلسازیهایی را به عنوان یک ضرورت می نگرند، در حالیکه برخی هنوز آن را یک وسیلة لوکس می‌بینند:
در زمینه‌های موفقیت آمیز بر شمرده شده، هیچ‌یک از شرکتهای فوق حتی فکر نمی‌کردند که بدون مدلسازی مولکولی بدین پایه از پیشرفت برسند. در سایر زمینه‌ها، مدلسازی یک زمینة فعال در زمینه کاوشهای پژوهشی است یا انتظار میرود که مورد استفاده واقع شود. مدلسازی مولکولی در صنعت نیز جایگاه خود را باز کرده است.
4) نقش پایه‌ای مدلسازی ماده‌ای و مولکولی در صنایع شیمی، سرعت توسعه محصولات و آزمایشهای راهنما را افزایش داده است:
مشارکت فعال مدلسازان در توسعة سریعتر پروسه‌های تولید، مکرراً به اثبات رسیده است. اثر توانمند، اغلب بسیار مؤثر برای حل مسأله، میزبانان بزرگی را برای مدلسازان مولکولی فراهم آورده است. مزیت عمده این روش در این است که با استفاده از محاسبات نسبتاً ساده تعداد حالات مقدور برای حل یک مسألة واقعی را می‌توانیم کم کنیم، چه در مرحلة طراحی و تولید و چه در مراحل توسعه با اتخاذ روشهای دقیق و صحیح اعتبار آزمایشات را تأیید کنیم یا آنها را هدایت کنیم. مدلسازی میتواند انتخابها را هدایت کند و حتی در اغلب موارد میتواند راههای تولید بهتر را جهت آزمایش، شناسائی کند.
در عوض مدل سرویسهای تکنیکی تهیه شده در قالب مدلسازی مولکولی، زمانی که کاملاً با تیمهای آزمایشگاهی و توسعة داخلی، مزدوج نشده است، دارای تجارب ناموفقی بوده‌اند. از این رو مدلسازی مولکولی، می بایستی در تعامل کامل با پژوهشگران آزمایشگاهی باشد.
5) علم و تکنولوژی گامهای بلندی را در راستای همگرائی موفقیت‌آمیز برداشته‌اند.
سودمندی مهندسی از پیشرفتهای علمی و نیز تشویق علم به رشد و حرکت، از مزایای مشهود همگرائی علم و مهندسی است. یک مثال برگزیده از این تعامل در فضای زمان و مکان، گروههای کوچک اتمی که توسط شیمی کوانتوم قابل تفسیر بودند از حد اتم هیدروژن و مولکول هیدروژن تا حد دامنه‌های چندین اتمی شبیه سازی شدهاند و پیشرفتهای عمده‌ای را برای دانشمندان و مهندسان پدید آورده‌اند:
• شبیه سازی مولکولی با استفاده از دینامیک مولکولی نیوتونی و روشهای کاتوره‌ای مونت کارلوتغییرات سیستم را پیش گوئی کرده است.
• روشهای شبه تجربی مبتنی بر اوربیتال مولکولی رو به رشد نهاده‌اند.
• روشهای سلسله مراتبی شیمی کوانتوم که بر آورندة دقت در حوزة زمانی است: شامل روشهای بنیادین گردآوری شده در حوزة « برون یابی» نظیر G1/G2/G3 و CBS و روشهای جایگزینی در حوزة میدان نظیر ONIOM
• تئوری ظرفیت الکترونی کاربردی، در حوزة فیزیک فرموله شده است و به منظور مدلسازی در فیزیک ماده- چگال، بکار گرفته شده است.
• سوای دینامیک مولکولی که مشخصاً شروع می شود با فرمول Car-Parrinello در محاسبات DFT در حال پرواز، سایر روشهای دینامیک مولکولی به سرعت رشد یافته‌اند.
• شبیه سازیهای آشیانه‌ای و حوزه‌های به‌هم پیوسته نظیر تئوری میدان مؤثر یا تئوری "Norskov" تئوریهای اتمهای الحاقی یا روشهای خوشه‌ای، روشهای اجزاء محدود، دینامیک مولکولی، مکانیک کوانتوم آبراهام وهمکاران، وتئوری Seamless Zooming که در ژاپن به سرعت رشد یافته‌اند.
• مدلهای شرایط مرزی تناوبی که اثرات«دوربرد» را مدلسازی میکنند.
کلاس عمومی مدلسازی در حوزة Mesoscale که اغلب با استفاده از معادلات پیوستگی جهت مدلسازی سوپر مولکولی در حوزه‌های پیوسته صورت می‌گیردهمزمان با توسعة دانش نانو، مدلسازی مولکولی به عنوان ابزاری منحصر به فرد، مورد توجه واقع شد. نانو بر غنای دانش مدلسازی مولکولی افزوده است و آن را به گونه‌ای جدی متحول کرده است. به همین ترتیب، دانش شیمی ژنتیک( جانشانی ژنهای موجود در ساختار DNA)، نیازمند این است که بدانیم چگونه دانش به درون حوزة پروتئین سازی رسوخ میکند؟(جانشانی پروتئین‌های موجود وفعال).
مدلسازی همچنین نقش مهمی در رمز گشائی این پروسه‌ها ایفا میکند واین نکته را کشف خواهد کرد که چگونه یک رشته از آمینو اسیدها میتواند خودش را در هندسة پروتئین بگونه‌ای آرایش دهد که رفتار خاصی را موجب شود. علوم کامپیوتر در این راستا کمکی مؤثر و تحسین برانگیز ایفاء خواهد کرد
6) مدلسازی مولکولی جهت ادغام و تفسیر ابزارهای تحلیلی بکار گرفته خواهد شد.
در پاره‌ای موارد، پیش گوئیها دارای حداقل قطعیت نسبت به اندازه‌گیریهای کالریمتری است. به گونه‌ای که مؤثراً آنها را عوض میکنند.مدلسازی یک بخش پر اهمیت از طیف سنجی نوری NMR و کریستالوگرافی است . نقش های آتی را در حوزة تفسیر کروماتوگرافی گاز، دایرة رنگی لرزه‌ای و طیف سنج جرمی بازی خواهد کرد.
7) شباهتهائی برجسته‌ای در بخشهای مختلف صنعتی وجود دارد.
مدلسازهای حلالیت و مخلوط کن‌های واقعی و مدلهائی که بتواند شیمی را در قالب زیست – شیمی به منظور رفتارشناسی بیولوژیک ترکیب کند، پایه‌ای برای طراحی داروها هستند. اما همچنین پایه‌ای برای مطالعات شیمی زهرشناسی هستند. با پیش گوئی زهرشناسی شیمیایی، میتوان امیدوار بود که تولیداتی طراحی خواهد شد که کارآئی بالاتر با حداقل مخاطره خواهند داشت.
8) نیازهای عمده و مورد نیاز صنعت روشهائی هستند که بزگتر، بهتر و سریعتر، باشند و در دامنة بزرگی معتبر باشند و مشتمل بر تکتیکهای چند مقیاسی باشند:
مدلسازی چند مقیاسی بر پایة مدلهائی ساخته میشود که مبتنی بر حدودی در حوزة زمان واندازه هستند نظیر محاسبات انرژی Single-Point در حوزة گاز ایده آل(ایزوله شده) در صفر درجة کلوین.مدلسازی در حوزه های محدود اغلب با خواص ان در محیطهای پیوسته بوسیله مکانیک آماری ادغام میشود(نظیر ترموشیمی گاز ایده آل)
یک فشار دائمی بر پژوهشگران در راستای توسعه سریعتر و دقیق تر این روشها وجود دارد. در انتها، نیز آزمایش کردن این روشها جهت تعیین اعتبار آنها الزامی است. توجه کنید که اساس این«اعتبار بخشی» بر این مبنا است که اعتبار این روشها را به چه حوزه‌ها و به چه حدهائی میتوان تعمیم داد.
مدلسازی در حوزة نانوساختارها و نانوابزارها:
فناوری‌نانو، فناوری در مقیاس نانو جهت مواد و پرسه‌های مرتبط با آن است . یک اتم نوعی، دارای قطر واندروالسی، معادل چند دهم نانومتر است. بنابراین مولکولها و ماکرومولکولها در ابعاد نانوئی وکوچکتر هستند. همة برهم کنشها وخواص ماکروسکوپیک ریشه در این مقیاس دارند و بوسیلة مکانیک آماری و فیزیک ماده- چگال این دو فضا به هم مرتبط میشوند. در همان لحظه خواص مکانیکی تحت تأثیر ساختار الکترونی، بر هم کنشهای غیر پیوندی، یا مقیاسهای واسطه نظیر meso، رفتارهای سوپر مولکولها، است . هر یک از این دامنه‌ها دارای تأثیر و وزنی در مدلسازی مولکولی است ومقدوراتی در جهت پیوند میان این فضاهای کاملاً وابسته به هم، در جهت ساخت پازل ماکروئی، رو به رشد نهاده است.
مدلسازی مولکولی و اثر آن بر صنعت( قابلیتها و چالشها)
1. نقش اساسی مدلسازی مولکولی مواد در صنعت، افزایش سرعت توسعه و راهنمائی به سوی آزمایشهای مؤثر است.
2. احیای پروژه‌های مرده، قابل ارزش است:
نقش مدلسازی مولکولی از منظر سرمایه‌گذاری کاملاً حائز اهمیت است ساخت کاتالیست‌های همگن، تحلیل مکانیزمهای بر هم کنش یا ساخت پلیمرهای ویژه با کاربری خاص از اثرات مدلسازی مولکولی است.
3. ناتوانی در ادغام کامل و به هم وابستة مدلسازی مولکولی با آزمایش، میتواند منجر به تأخیر شود.
4. استفاده از قانون « حق مؤلف» جهت مدلسازان مولکولی، پشتوانه‌ای به سوی توسعة این روشها است.
5. زیر ساختهای محاسباتی، به سمت پروسه‌های مناسب و حتی برای اغلب، محاسبات سطح بالا، سوق داده شوند
6. حرکت به جلو: مدلسازی مولکولی کلیدی است به منظور مدلسازی فناوریهای حیاتی برای آینده.
برای ابر محاسبات، شبکه سازی سوپر کامپیوترها، میکرو پردازنده‌های Pc، پایه ای مناسب جهت محاسبات موازی هستند. NASA در 1993 برای نخستین بار با استفاده از پردازنده‌های مستعمل اقدام به موازی کردن کامپیوتر با استفاده از سیستم عامل LINUX نمود
7. از توسعة نرم افزارها، فقط در راستای توسعة صنعت داروسازی، می‌بایستی اجتناب نمود.
8. مدلسازان تکنولوژی محور و تکنولوژیست‌های درک کنندة مدلسازی مورد نیازند:
مدلسازان خاص و عمومی نیازمند به ترکیبی از کار کارشناسی محض و قضاوت مهندسی میباشند. این ترکیب ساده‌تر به همگرائی خواهند رسید و به گونه‌ای است که نیاز به این ترکیب همیشه احساس میشود. این نیاز در یک محیط پژوهشی روشن‌تر میشود بوژه آنکه فشار بازار اقتصادی و رقابت، R&D را وادار به چرخش به این سمت می کند. بسیاری ار پژوهشگاهها، محیط پژوهشیBell Labs را الگو قرار داده‌اند. این پژوهشگاه که در آغاز با هدف علوم کاربردی تأسیس شده بود به تدریج به سمت یک محیط ترکیبی از علوم محض و کاربردی سوق پیدا کرد.
مهم است که کارشناسان در یک انستیتوی آموزشی تدریس کنند وهمکاریهای پژوهشی خود را به عنوان بخشی از آموزش علم در نظر بگیرند.
چشم انداز:
نتایج مدلسازی مولکولی یا محاسبات، در بخش شیمی تحلیلی کاملاً جا افتاده است. مدلسازیهای چند مقیاسی نیز با دقت بالاتر ومحاسبات سنگین تر پیگیری می شود.
تئوریهای مولکولی و مدلسازیها، شامل تئوری ساختار الکترونی ومدلسازی به عنوان یک زبان بین‌المللی علمی در اغلب شاخه های علوم ومهندسی پذیرفته شده است.
شیمی، فیزیک، بیولوژی بر مبنای مشاهدات، و دستکاریهایی در حوزة انسانی، به مدلسازی مولکلوی وابسته شدهاند. علوم مهندسی این علوم محض را با یکدیگر ترکیب کرده و با ملاحظات اقتصادی و مؤلفه های کمی فیزیک آن را به حوزة تجارت می‌رسانند.
فیزیک محیطهای پیوسته و تفکر عمیق در طبیعت رفتاری الکترونها در اتم در سالهای 1800 میلادی خبر از توسعة مکانیک آماری و مکانیک محیطهای پیوسته می‌داد. ظهور دانش شیمی- فیزیک و اساس ساختارهای مولکولی دراواخر 1800 میلادی حاکی از درک پیوندهای شیمیایی می‌داد که در نهایت در سالهای 1930 توسعه یافت و روشهای شیمی کوانتوم که در سالهای 1950 توسعه یافتند.
مدلسازی مولکولی یک روش مرکزی است که با درک رفتار کوانتائی مواد، حتی از دیدگاه پیش‌گوئی به موفقیتهائی رسیده است.
توسعة تولیدات و عوض شدن پروسه های ساخت وتولید با ظهور مدلسازی مولکولی واثر آن دستخوش دگرگونی شده است مدلسازی مولکولی می تواند به عنوان یک زیر ساخت نامرئی در توسعة علم و فناوری مورد توجه قرار گیرد.
پیشرفتهائی در قدرت سخت افزاری کامپیوترها، مسبب پیشرفتهائی در نرم افزارهای شبیه سازی شده است که تغییراتی رویایی را در مدلسازی پدید آورده است و بسیاری از مسائل بغرنج را حل کرده است و حتی در نگرشهای بنیادین علوم، تغییراتی را بوجود آورده است.
آیا دانش هوش مصنوعی دنیا را دگرگون خواهد کرد:
ارزش نتایج محاسباتی، سریعاً افزایش خواهد یافت در صورتیکه فوراً گسترش و رشد یابد. اما آنها زمانی گرانبها خواهند شد که معنی این نتایج به سمت مهندسی یا نیازهای توسعه، هدایت شود.
پیشرفتهائی در قدرت محاسباتی، درک و قابلیتهای ما را در کاربردی کردن فیزیک و شیمی محاسباتی توسعه خواهد داد. همانگونه که پیشرفتهائی بزرگ در تکنولوژی اغلب منشعب از نتایج و مشاهدات آزمایشگاهی است، مدلسازی مولکولی با افزایش دقت در حل پیچیدگیهای مدل به گونه‌ای که منجر به نتایج سودمند کاربردی شود، در رشد تکنولوژی مفید است. البته نباید از نظر دور داشت که 90% مسائل در ذهن ساخته و پرداخته میشود وابزارهای محاسباتی تنها راهی برای آزمایش، روشهای مختلف حل هستند.
مدلسازی مؤثر و مدیریت نتایج آن، به برداشت کارشناسی و موفقیت آمیز از کدهای مدلسازی مولکولی وابسته است البته، انتخاب روشهای تئوری بر پایة مجموعة شیمی کوانتوم یا پتانسیلهای بر هم کنشی ( شبیه سازی مولکولی) حداقل نقش و سطح را در تصمیم سازی ایفاد می کنند.
کدام ترکیب برای متعادل کردن زمان و دقت مورد نیاز است؟ بهترین تنظیمات برای بهترین نتایج صنعتی کدامند؟
یک Interface مناسب میتواند در خواست‌ها را ارزیابی کند و پیشنهاداتی را در جهت برآورد زمان محاسبات و سایر منابع مورد نیاز، به استفاده کننده نشان دهد. همچنین با نشان دادن نتایج وتصویر سازی نتایج محاسبه شده راههائی را برای ارزیابی نشان میدهد
منابع :
http://nano.ir/
http://daneshnameh.roshd.ir/ -
www.sharghian.com
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم3
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم3
نانوتکنولوژی، انقلابی جدید در صنعت و تکنولوژی
نانوتکنولوژی یا کنترل مواد در مقیاس مولکولی، گشایش اسرار طبیعت در تمام عرصه ها از مهندسی تا پزشکی را نوید میدهد.
در آینده نه چندان دور، در خانه های جدید آجرها ممکن است هنگامی که ترکی درآنها ظاهر میشود خودشان را تعمیر کنند. ماشینها نیز ممکن است با لایه ای به استحکام الماس پوشانده شوند که آنها را در برابر خراشها محافظت میکند. پزشکان نیز خواهند توانست صدها نوع بیماری را تنها با قراردادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت کنند.
نانوتکنولوژی در جهانی بسیار کوچک کنترل میشود. هدف نانوتکنولوژی ساخت اشیاء، اتم به اتم، مولکول به مولکول و با یک رویکرد از پایین به بالاست، راهی که طبیعت میلیونها سال است انجام میدهد.
نانو یک پیشوند علمی است که به معنی "یک میلیاردم" است و حوزه نانوتکنولوژی در حدود میلیاردم متر است، ابعادی که در آن اتمها با هم ترکیب شده و مولکولها روی هم اثر متقابل دارند.
هدف این است که اگر بشر بتواند به اتمها بگوید که چه طور خودشان را مرتب کنند و چگونه رفتار کنند، بسیاری از خواص یک ماده قابل کنترل میگردد. همان طور که در طبیعت اتمهای کربن موجود در زغال سنگ را با تغییر دادن ترتیب قرار گرفتن آنها به الماس تبدیل میکنند، بنابراین خواصی مانند رنگ، استحکام و شکنندگی نیز در سطح اتمی قابل تعیین خواهند بود. دانشمندان بر این عقیده اند که اگر بتوانند یک آجر را اتم به اتم بسازند، مولکولهایش را نیز میتوان طوری تعلیم داد تا هنگامیکه یک ترک ظاهر میشود آن را تعمیر کنند یا اینکه با کم یا زیاد کردن تخلخل، خود را با شرایط مرطوب هوا وفق دهند.
بنابراین نانوتکنولوژی امید ساخت هر چیز قابل تصور را - از کوچکترین جرثقیلها و موتورها گرفته تا لایه های خود اسمبل پلاستیکی یا فلزی - میدهد. برای نخستین بار در تخیلات علمی، به لطف پیشرفتهای اخیر دیدن جهان در مقیاسهای نانو این سناریوها درست و معقول به نظر میرسند. انواع جدید میکروسکوپها و برنامه های قدرتمند کامپیوتری شبیهساز که در 10 سال اخیر توسعه پیدا کردهاند، نانوتکنولوژی را دچار یک نوع انقلاب نمودهاند. میکروسکوپها نه تنها به دانشمندان اجازه میدهند که اتمها را بینند، بلکه به آنها اجازه میدهند که حتی آنها را جا به جا بکنند، همانطور که در آزمایش مشهور سال 1990 دانشمندان مرکز تحقیقاتی Almaden وابسته به IBM ، لغت "IBM" را توسط 35 اتم زنون نوشتند.
امروزه یک تیم از فیزیکدانان IBM یک پیشرفت دیگر را اعلام کردند که مدارات در مقیاس اتمی را به واقعیت نزدیکتر میکند. این پیشرفت که "سراب کوانتم"1 نام گرفته است نشان میدهد که اطلاعات میتوانند در میان اجسام جامد بدون نیاز به سیم حرکت کنند. اسباب جدید عبارتند از: "چشمان، انگشتان و پنسها" که در جهان نانو میتوانند کار کنند. Evgene Wang معاون مهندسی بنیاد ملی علوم آمریکا، به اعضاء مجلس نمایندگان طی گزارشی در مورد نانوتکنولوژی گفت: "نانوتکنولوژی نوید جذب تعداد فزایندهای از علاقمندان به علم، دولت و صنایع خصوصی را میدهد."
دکتر Tom Schaeider یک بیولوژیست ریاضیدان در انستیتو ملی سرطان گفت که: "دلیل این که مردم این را قبول میکنند پشتوانة واقعی علمی آن میباشد". وی اضافه کرد ما قادر خواهیم بود تا هر چیز که خواستیم در آینده بسازیم."
دانشمندان پیشرو در این علم سال گذشته در بنیاد ملی علوم آمریکا گفتند که نانوتکنولوژی یک اثر اساسی روی سلامتی، وضعیت اقتصادی و امنیت مردم جهان خواهد گذاشت و حداقل به اهمیت آنتی بیوتیک ها،IC ها و پلیمرهای ساخت دست بشر در قرن 20 خواهند بود.
در سال 1998 شورای علوم و تکنولوژی کاخ سفید یک گروه کاری بین بخشی IWGN)) تأسیس کرد که خواست بخشهای علمی و صنعتی و دولت بود و موظف شد تا چشم انداز ایالات متحده را در مورد نانوتکنولوژی در طی 10 الی 20 سال آینده توسعه دهد.
دولت ایالات متحده در طی سال 1999 حدود 260 میلیون دلار در این تکنولوژی سرمایه گذاری کرده است. کلینتون نیز پیشنهاد افزایش بودجة نانوتکنولوژی را تا حدود 227 میلیون دلار در سال 2001 را داده است. گروهIWGN پیش بینی میکند که نانوتکنولوژی موجب پیشرفت در زمینه هایی مانند تکنولوژی اطلاعات، پزشکی، علوم زیست، صنعت خودرو، انرژی و امنیت ملی خواهد شد.
این گروه موارد زیر را امکانپذیر میبیند:
v در پزشکی، نانو ذراتی که به توزیع آسان دارو در قسمتهای بدن کمک میکنند. این وسایل به اصطلاح کوچک که از دارو ساخته شدهاند با لایههایی از نانو ذرات پوشیده شدهاند و میتوانند به قسمتهای مختلفی از بدن برسند و بیماریهای از قبیل سرطان را درمان کنند. غدد پروستات و قطعات مصنوعی نیز ممکن است، با این نانو ذرات پوشیده شوند تا از عکسالعملهای ناخواسته جلوگیری کنند. پیشرفت در تشخیص بیماریها نیز قابل پیشبینی است، همانطور که دستگاههای جدیدی که بر اساس تشخیص DNA یا پروتئین پایه گذاری شده اند و میتوانند از مقدار ناچیزی خون به طور همزمان وجود چندین بیماری را تشخیص بدهند.
v در صنایع الکترونیکی، تولید کامپیوترهای سریعتر و بهتر در اندازههای بسیار کوچک مدنظر است. هم اکنون یک هد مغناطیسی با اندازة حدود نانو تولید شده که اطلاعات را از دیسک سخت میخواند. همچنین تراشه های حافظه با اندازة نانو مدنظر هستند که قدرت ذخیرهای برابر با هزاران تراشه فعلی را دارا خواهند بود.
v در علوم زیست محیطی، غشاءهای نانویی فیلترهایی برای سد نفوذ آلودگیها هستند و همچنین قادر خواهند بود تا آلودگیها را با روشهای شیمیایی یا بیولوژیکی پیدا کرده و برطرف کنند. بسیاری چالشها تا بیش از اینکه دانشمندان بتوانند پرده از راز جهان در مقیاس نانو بردارند، باقی خواهد ماند. طبق گزارش اخیر که توسط گروه IWGN ارائه شده است: این عرصه، امروز تقریبا همانجایی است که علم و تکنولوژی بدنبال ترانزیستورها در اواخر دهه های 1940 و 1950 قرار داشت".
اما با در دست داشتن ابزارهای جدید برای دیدن اشیاء کوچک، آزمایشگاهها در کشور کم کم به این مطلب پی میبرند که چگونه اتمها و مولکولها در یک ماده مرتب میشوند. تعدادی از آزمایشگاهها یاد میگیرند که چگونه مولکولها را در الگوهای خاص مانند هرم یا چند ضلعی، خود اسمبل کنند. این مطلب به عنوان یک گام مهم در جهت ساختن مواد نو توسط اتم با اتم به شمار میرود.
دانشمندان امیدوارند به زودی بتوانند موادی از نانو تیوبهای کربنی بسازند که ترتیب قرار گرفتن
اتمهای کربن در آن مانند قرار گرفتن مدادها در داخل یک جعبه است. چنین موادی یک _ ششم دانسیته فولاد را خواهند داشت و مقاومت آنها 50 الی 100 برابر است. آقای Richard Smalley، کسی که در دانشگاه Rice روی نانو تیوبها کار میکند میگوید: ما میدانیم که چگونه آنها را به صورت خود اسمبل بسازیم و این که چگونه مواد دیگر را بپوشانند. این نانو تیوبهای کربنی، مطابق بسیاری از پیش بینیها یک روز تمام چیزها از ماشین تا هواپیما را میپوشاند تا به سطوح آنها استحکام و مقاومت و در نتیجه عمر بیشتری بدهد.
طبیعت برای میلیونها سال صاحب نانوتکنولوژی بوده است و دانشمندان مانند Smalley عقیده دارند که میتوان مطالب بسیاری را با نگاهکردن به سلولها آموخت. او میگوید که تمام آنزیمها در سلولهای ما نانوماشینهایی هستند که وظایف منحصر به فردی را جهت تکامل و رشد انجام میدهند.
گروه Nadrian Seeman در دانشگاه New Yourk تلاش میکند، یک مولکول بیولوژیکی دیگرDNA به عنوان جزء سازنده برای اشیاء سه بعدی به کار برد. آزمایشگاه وی اخیراً یک دستگاه نانو روبوتیک ساخت که از DNA ساخته شده بود و دو بازو داشت و میتوانست بین دو نقطة ثابت حرکت کند.
پژوهشگران میگویند که این وسیله گام اول به سوی توسعة نانوتکنولوژی است که یک روز خواهد توانست مولکولها را در نانو کارخانه هایی با همان ابعاد به کار گیرد.
برخی میگویند که ما زمانی قادر خواهیم بود تا همه چیز را از قطعات ریز بسازیم. مثلاً بدین صورت که به کامپیوتر تعدادی عناصر داده شده و به وی دستور داده میشود تا همه چیز، از سیب تا یک ماشین را بسازد. Schnider گفته است: این جادو نیست، این ایده جادو نیست.
قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی
1. محصولات خود_اسمبل
2. کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3. اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
4. سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
5. نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
6. دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
7. احیاء و سازماندهی اراضی
برخی کاربردها
مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی
در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل سازی مولکولی و شبیه سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America میگوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه روز انجام دهد. شیمیدانها میتوانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.
نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار میتوان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه سازی فرآیندها و عملکردها میشود، جبران ساخت.
این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور میتوانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار میشود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل میشود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه میشود. پیشبینی رفتار و خواص در محدوده ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.
مدلسازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیهسازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیشبینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه سازی مولکولی عمل میکنند. میتوان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم3
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم3
نانوتکنولوژی، انقلابی جدید در صنعت و تکنولوژی
نانوتکنولوژی یا کنترل مواد در مقیاس مولکولی، گشایش اسرار طبیعت در تمام عرصه ها از مهندسی تا پزشکی را نوید میدهد.
در آینده نه چندان دور، در خانه های جدید آجرها ممکن است هنگامی که ترکی درآنها ظاهر میشود خودشان را تعمیر کنند. ماشینها نیز ممکن است با لایه ای به استحکام الماس پوشانده شوند که آنها را در برابر خراشها محافظت میکند. پزشکان نیز خواهند توانست صدها نوع بیماری را تنها با قراردادن یک قطره خون در یک دستگاه تشخیص داده و پس از چند ثانیه نتیجه را دریافت کنند.
نانوتکنولوژی در جهانی بسیار کوچک کنترل میشود. هدف نانوتکنولوژی ساخت اشیاء، اتم به اتم، مولکول به مولکول و با یک رویکرد از پایین به بالاست، راهی که طبیعت میلیونها سال است انجام میدهد.
نانو یک پیشوند علمی است که به معنی "یک میلیاردم" است و حوزه نانوتکنولوژی در حدود میلیاردم متر است، ابعادی که در آن اتمها با هم ترکیب شده و مولکولها روی هم اثر متقابل دارند.
هدف این است که اگر بشر بتواند به اتمها بگوید که چه طور خودشان را مرتب کنند و چگونه رفتار کنند، بسیاری از خواص یک ماده قابل کنترل میگردد. همان طور که در طبیعت اتمهای کربن موجود در زغال سنگ را با تغییر دادن ترتیب قرار گرفتن آنها به الماس تبدیل میکنند، بنابراین خواصی مانند رنگ، استحکام و شکنندگی نیز در سطح اتمی قابل تعیین خواهند بود. دانشمندان بر این عقیده اند که اگر بتوانند یک آجر را اتم به اتم بسازند، مولکولهایش را نیز میتوان طوری تعلیم داد تا هنگامیکه یک ترک ظاهر میشود آن را تعمیر کنند یا اینکه با کم یا زیاد کردن تخلخل، خود را با شرایط مرطوب هوا وفق دهند.
بنابراین نانوتکنولوژی امید ساخت هر چیز قابل تصور را - از کوچکترین جرثقیلها و موتورها گرفته تا لایه های خود اسمبل پلاستیکی یا فلزی - میدهد. برای نخستین بار در تخیلات علمی، به لطف پیشرفتهای اخیر دیدن جهان در مقیاسهای نانو این سناریوها درست و معقول به نظر میرسند. انواع جدید میکروسکوپها و برنامه های قدرتمند کامپیوتری شبیهساز که در 10 سال اخیر توسعه پیدا کردهاند، نانوتکنولوژی را دچار یک نوع انقلاب نمودهاند. میکروسکوپها نه تنها به دانشمندان اجازه میدهند که اتمها را بینند، بلکه به آنها اجازه میدهند که حتی آنها را جا به جا بکنند، همانطور که در آزمایش مشهور سال 1990 دانشمندان مرکز تحقیقاتی Almaden وابسته به IBM ، لغت "IBM" را توسط 35 اتم زنون نوشتند.
امروزه یک تیم از فیزیکدانان IBM یک پیشرفت دیگر را اعلام کردند که مدارات در مقیاس اتمی را به واقعیت نزدیکتر میکند. این پیشرفت که "سراب کوانتم"1 نام گرفته است نشان میدهد که اطلاعات میتوانند در میان اجسام جامد بدون نیاز به سیم حرکت کنند. اسباب جدید عبارتند از: "چشمان، انگشتان و پنسها" که در جهان نانو میتوانند کار کنند. Evgene Wang معاون مهندسی بنیاد ملی علوم آمریکا، به اعضاء مجلس نمایندگان طی گزارشی در مورد نانوتکنولوژی گفت: "نانوتکنولوژی نوید جذب تعداد فزایندهای از علاقمندان به علم، دولت و صنایع خصوصی را میدهد."
دکتر Tom Schaeider یک بیولوژیست ریاضیدان در انستیتو ملی سرطان گفت که: "دلیل این که مردم این را قبول میکنند پشتوانة واقعی علمی آن میباشد". وی اضافه کرد ما قادر خواهیم بود تا هر چیز که خواستیم در آینده بسازیم."
دانشمندان پیشرو در این علم سال گذشته در بنیاد ملی علوم آمریکا گفتند که نانوتکنولوژی یک اثر اساسی روی سلامتی، وضعیت اقتصادی و امنیت مردم جهان خواهد گذاشت و حداقل به اهمیت آنتی بیوتیک ها،IC ها و پلیمرهای ساخت دست بشر در قرن 20 خواهند بود.
در سال 1998 شورای علوم و تکنولوژی کاخ سفید یک گروه کاری بین بخشی IWGN)) تأسیس کرد که خواست بخشهای علمی و صنعتی و دولت بود و موظف شد تا چشم انداز ایالات متحده را در مورد نانوتکنولوژی در طی 10 الی 20 سال آینده توسعه دهد.
دولت ایالات متحده در طی سال 1999 حدود 260 میلیون دلار در این تکنولوژی سرمایه گذاری کرده است. کلینتون نیز پیشنهاد افزایش بودجة نانوتکنولوژی را تا حدود 227 میلیون دلار در سال 2001 را داده است. گروهIWGN پیش بینی میکند که نانوتکنولوژی موجب پیشرفت در زمینه هایی مانند تکنولوژی اطلاعات، پزشکی، علوم زیست، صنعت خودرو، انرژی و امنیت ملی خواهد شد.
این گروه موارد زیر را امکانپذیر میبیند:
v در پزشکی، نانو ذراتی که به توزیع آسان دارو در قسمتهای بدن کمک میکنند. این وسایل به اصطلاح کوچک که از دارو ساخته شدهاند با لایههایی از نانو ذرات پوشیده شدهاند و میتوانند به قسمتهای مختلفی از بدن برسند و بیماریهای از قبیل سرطان را درمان کنند. غدد پروستات و قطعات مصنوعی نیز ممکن است، با این نانو ذرات پوشیده شوند تا از عکسالعملهای ناخواسته جلوگیری کنند. پیشرفت در تشخیص بیماریها نیز قابل پیشبینی است، همانطور که دستگاههای جدیدی که بر اساس تشخیص DNA یا پروتئین پایه گذاری شده اند و میتوانند از مقدار ناچیزی خون به طور همزمان وجود چندین بیماری را تشخیص بدهند.
v در صنایع الکترونیکی، تولید کامپیوترهای سریعتر و بهتر در اندازههای بسیار کوچک مدنظر است. هم اکنون یک هد مغناطیسی با اندازة حدود نانو تولید شده که اطلاعات را از دیسک سخت میخواند. همچنین تراشه های حافظه با اندازة نانو مدنظر هستند که قدرت ذخیرهای برابر با هزاران تراشه فعلی را دارا خواهند بود.
v در علوم زیست محیطی، غشاءهای نانویی فیلترهایی برای سد نفوذ آلودگیها هستند و همچنین قادر خواهند بود تا آلودگیها را با روشهای شیمیایی یا بیولوژیکی پیدا کرده و برطرف کنند. بسیاری چالشها تا بیش از اینکه دانشمندان بتوانند پرده از راز جهان در مقیاس نانو بردارند، باقی خواهد ماند. طبق گزارش اخیر که توسط گروه IWGN ارائه شده است: این عرصه، امروز تقریبا همانجایی است که علم و تکنولوژی بدنبال ترانزیستورها در اواخر دهه های 1940 و 1950 قرار داشت".
اما با در دست داشتن ابزارهای جدید برای دیدن اشیاء کوچک، آزمایشگاهها در کشور کم کم به این مطلب پی میبرند که چگونه اتمها و مولکولها در یک ماده مرتب میشوند. تعدادی از آزمایشگاهها یاد میگیرند که چگونه مولکولها را در الگوهای خاص مانند هرم یا چند ضلعی، خود اسمبل کنند. این مطلب به عنوان یک گام مهم در جهت ساختن مواد نو توسط اتم با اتم به شمار میرود.
دانشمندان امیدوارند به زودی بتوانند موادی از نانو تیوبهای کربنی بسازند که ترتیب قرار گرفتن
اتمهای کربن در آن مانند قرار گرفتن مدادها در داخل یک جعبه است. چنین موادی یک _ ششم دانسیته فولاد را خواهند داشت و مقاومت آنها 50 الی 100 برابر است. آقای Richard Smalley، کسی که در دانشگاه Rice روی نانو تیوبها کار میکند میگوید: ما میدانیم که چگونه آنها را به صورت خود اسمبل بسازیم و این که چگونه مواد دیگر را بپوشانند. این نانو تیوبهای کربنی، مطابق بسیاری از پیش بینیها یک روز تمام چیزها از ماشین تا هواپیما را میپوشاند تا به سطوح آنها استحکام و مقاومت و در نتیجه عمر بیشتری بدهد.
طبیعت برای میلیونها سال صاحب نانوتکنولوژی بوده است و دانشمندان مانند Smalley عقیده دارند که میتوان مطالب بسیاری را با نگاهکردن به سلولها آموخت. او میگوید که تمام آنزیمها در سلولهای ما نانوماشینهایی هستند که وظایف منحصر به فردی را جهت تکامل و رشد انجام میدهند.
گروه Nadrian Seeman در دانشگاه New Yourk تلاش میکند، یک مولکول بیولوژیکی دیگرDNA به عنوان جزء سازنده برای اشیاء سه بعدی به کار برد. آزمایشگاه وی اخیراً یک دستگاه نانو روبوتیک ساخت که از DNA ساخته شده بود و دو بازو داشت و میتوانست بین دو نقطة ثابت حرکت کند.
پژوهشگران میگویند که این وسیله گام اول به سوی توسعة نانوتکنولوژی است که یک روز خواهد توانست مولکولها را در نانو کارخانه هایی با همان ابعاد به کار گیرد.
برخی میگویند که ما زمانی قادر خواهیم بود تا همه چیز را از قطعات ریز بسازیم. مثلاً بدین صورت که به کامپیوتر تعدادی عناصر داده شده و به وی دستور داده میشود تا همه چیز، از سیب تا یک ماشین را بسازد. Schnider گفته است: این جادو نیست، این ایده جادو نیست.
قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی
1. محصولات خود_اسمبل
2. کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3. اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
4. سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
5. نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ و میر خواهد شد.
6. دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
7. احیاء و سازماندهی اراضی
برخی کاربردها
مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی
در سازمان دهی و دستکاری مواد در مقیاس نانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ، شیمی تحلیلی ، خصوصا مدل سازی مولکولی و شبیه سازی است. امروزه ابزار تحقیقاتی فراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America میگوید:"روشهای تجربی مستلزم بهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلی این امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24 ساعت شبانه روز انجام دهد. شیمیدانها میتوانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ، احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی را وسعت دهند.
نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزش و تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزار میتوان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاه بلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه سازی فرآیندها و عملکردها میشود، جبران ساخت.
این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهای شبیه‌سازی چطور میتوانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهای آزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار میشود که شگفتی جهان دانشمندان نظری وارد عمل میشود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانین کوانتوم وارد صحنه میشود. پیشبینی رفتار و خواص در محدوده ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتی است.
مدلسازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یا شبیهسازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیشبینی رفتار در مقیاس نانو و یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر از مدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازها می پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت به شبیه سازی مولکولی عمل میکنند. میتوان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ، مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم2
درباره نانوتکنولوژی بیشتر بدانیم2
نانوتکنولوژی تولید کارآمد مواد و دستگاهها و سیستمها با کنترل ماده در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خواص و پدیده‌های نو ظهوری است که در مقیاس نانو توسعه یافته‌اند.
یک نانومتر چقدر است؟
یک نانومتر یک میلیاردم متر (10-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکن است حدود 1000 اتم را شامل شود. کوچکترین آی سیهای امروزی با ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتم را در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزار برابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.
امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برای اولین بار توسط ریچارد فاینمن (R.Feynnman) ، برنده جایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیا در سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را رد نمی‌کند. وی اظهار داشت که میتوان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتب کوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.
همین عبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنی ساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانو ماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هر دانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثل جی استورس هال (J.Storrs Hall) و اریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یا ماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در میآیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تخت خوابتان را تبدیل به اتومبیل کنید و با آن به محل کارتان بروید.
چرا این مقیاس طول اینقدر مهم است؟
خواص موجی شکل (مکانیک کوانتومی) الکترونهای داخل ماده و اثر متقابل اتمها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می‌پذیرند. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر ، امکان کنترل خواص ذاتی مواد ازجمله دمای ذوب ، خواص مغناطیسی ، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی بوجود می‌آید. استفاده از این پتانسیل به محصولات و تکنولوژیهای جدیدی با کارآیی بالا منتهی میشود که پیش از این میسر نبود.
نظام سیستماتیک ماده در مقیاس نانومتری ، کلیدی برای سیستمهای بیولوژیکی است. نانوتکنولوژی به ما اجازه میدهد تا اجزاء و ترکیبات را داخل سلولها قرار داده و مواد جدیدی را با استفاده از روشهای جدید خود_اسمبلی بسازیم. در روش خود_اسمبلی به هیچ روبات یا ابزار دیگری برای سرهم کردن اجزاء نیازی نیست. این ترکیب پر قدرت علم مواد و بیوتکنولوژی به فرآیندها و صنایع جدیدی منتهی خواهد شد.
ساختارهایی در مقیاس نانو مانند نانو ذرات و نانولایه‌ها دارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند که آنها را برای استفاده در مواد کامپوزیت ، واکنشهای شیمیایی ، تهیه دارو و ذخیره انرژی ایده‌ال می‌سازد. سرامیکهای نانوساختاری غالبا سخت‌تر و غیرشکننده‌تر از مشابه مقیاس میکرونی خود هستند. کاتالیزورهای مقیاس نانو راندمان واکنشهای شیمیایی و احتراق را افزایش داده و به میزان چشمگیری از مواد زائد و آلودگی آن کم میکنند. وسایل الکترونیکی جدید ، مدارهای کوچکتر و سریعتر و … با مصرف خیلی کمتر میتوانند با کنترل واکنشها در نانوساختار بطور همزمان بدست آیند. اینها تنها اندکی از فواید و مزایای تهیه مواد در مقیاس نانومتر است.
منافع نانوتکنولوژی چیست؟
مفهوم جدید نانوتکنولوژی آنقدر گسترده و ناشناخته است که ممکن است روی علم و تکنولوژی در مسیرهای غیرقابل پیش بینی تأثیر بگذارد. محصولات موجود نانوتکنولوژی عبارتند از: لاستیکهای مقاوم در برابر سایش که از ترکیب ذرات خاک رس با پلیمرها بدست آمده‌اند، شیشه‌هایی که خودبه خود تمیز میشوند، مواد دارویی که در مقیاس نانو ذرات درست شدهاند، ذرات مغناطیسی باهوش برای پمپهای مکنده و روان سازها ، هد دیسکهای لیزری و مغناطیسی که با کنترل دقیق ضخامت لایه‌ها از کیفیت بالاتری برخوردارند، چاپگرهای عالی با استفاده از نانو ذرات با بهترین خواص جوهر و رنگ دانه و ... .
در نیم قرن گذشته شاهد حضور حدود پنج فناوری عمده بودیم، که باعث پیشرفت های عظیم اقتصادی در کشورهای سرمایه گذار و ایجاد فاصله شدید بین کشورهای جهان شد. متأسفانه در کشور ما بدلیل فقدان جرات علمی و عدم تصمیم گیری بموقع ، به این فرصتها پس از گذشت سالیان طلائی آن بها داده می شد که البته سودی هم برای ما به ارمغان نمی آورد، همچون فنآوری الکترونیک و کامپیوتر در دو سه دهه گذشته که امروزه علیرغم توانائی دانشگاهی و داشتن تجهیزات آن، هیچگونه حضور تجاری در بازارهای چند صد میلیاردی آن نداریم. فناوری نانو جدیدترین این فرصتها ست، که کشور ما باید برای حضور یا عدم حضور درآن خیلی سریع تصمیم خود را اتخاذ کند.
علم و فناوری نانو ( نانو علم و نانو تکنولوژی) توانائی بدست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانومتری (ملکولی) و بهره برداری از خواص و پدیده های این بعد در مواد، ابزارها و سیستم های نوین است. این تعریف ساده خود دربرگیرنده معانی زیادی است. به عنوان مثال فناوری نانو با طبیعت فرا رشته ای خود، در آینده در برگیرنده همه ی فناوریهای امروزین خواهد بود و به جای رقابت با فن آوری های موجود، مسیر رشد آنها را در دست گرفته و آنها را به صورت « یک حرف از علم» یکپارچه خواهد کرد.
میلیونها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ( ملکولی ) - مثل یک درخت یا یک میکروب - ساخته می شود. علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهائی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز یافت نمی شوند. فناوری نانو کاربردهای را به منصه ظهور می رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهائی را در جامعه برجا می گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است. به عنوان مثال:
o ساخت مواد بسیار سبک و محکم برای مصارف مرسوم یا نو
o ورشکستگی صنایع قدیمی همچون فولاد با ورود تجاری مواد نو
o کاهش یافتن شدید تقاضا برای سوخت های فسیلی
o همه گیر شدن ابر کامپیوترهای بسیار قوی، کوچک و کم مصرف
o سلاحهای سبک تر، کوچکتر، هوشمند تر، دوربردتر، ارزانتر و نامرئی تر برای رادار
o شناسائی فوری کلیه خصوصیات ژنتیکی و اخلاقی و استعدادهای ابتلا به بیماری
o ارسال دقیق دارو به آدرس های مورد نظر در بدن و افزایش طول عمر
o از بین بردن کامل عوامل خطرناک جنگ شیمیائی و میکروبی
o از بین بردن کامل ناچیز ترین آلاینده های شهری و صنعتی
o سطوح و لباسهای همیشه تمیز و هوشمند
o تولید انبوه مواد و ابزارهائی که تا قبل از این عملی و اقتصادی نبوده اند ،
o و بسیاری از موارد غیر قابل پیش بینی دیگر!
دکترDrexler در همایش جهانی نظام علمی در زمینه نانوتکنولوژی اظهار کرده است: "در جهان اطلاعات ، تکنولوژیهای دیجیتالی کپی‌برداری را سریع، ارزان، کامل و عاری از هزینه‌بری یا پیچیدگی محتوایی نمودهاند. حال اگر همین وضعیت در جهان ماده اتفاق بیافتد چه میشود. هزینه تولید یک تن تری بیت تراشه‌های RAM تقریبا" معادل با هزینه بری ناشی از تولید همان مقدار فولاد میشود".
دکترSmalley رئیس هیئت تحقیقاتی دانشگاه رایس و کاشف Buckyballs میگوید:
" نانوتکنولوژی روند زیانبار ناشی از انقلاب صنعتی را معکوس خواهد کرد". در مقدمه مقاله نانوتکنولوژی که توسط آقایان Peterson و Pergamit در سال 1993 نگاشته شده چنین آمده است :
" تصور کنید قادرید با نوشیدن دارو که در آب میوه مورد علاقه‌تان حل شده است سرطان را معالجه کنید . یک ابر کامپیوتر را که به اندازه یک سلول انسان است در نظر بگیرید. یک سفینه فضایی 4 نفره که به دور مدار زمین میگردد با هزینه‌ای در حدود یک خودروی خانوادگی تجسم کنید" .
موارد فوق، فقط تعداد محدودی از محصولات انتظار رفته از نانوتکنولوژی هستند. انسان در معرض یک انقلاب اجتماعی تسریع شده و قدرتمند است که ناشی از علم نانوتکنولوژی است. در آینده نزدیک گروهی از دانشمندان قادر به ساخت اولین آدم آهنی با مقیاس نانومتری میگردند که قادر به همانندسازی است. طی چند سال با تولید پنج میلیارد تریلیون نانوروبات ، تقریبا" تمامی فرایندهای صنعتی و نیروی کار کنونی از رده خارج خواهند شد. کالاهای مصرفی به وفور یافت‌شده ، ارزان، شیک و با دوام خواهند شد. دارو یک جهش سریع و کوانتومی را به جلو تجربه خواهد نمود. سفرهای فضایی و همانندسازی امن و مقرون به صرفه خواهند شد. به این دلایل و دلائلی دیگر، سبکهای زندگی روزمره در جهان بطور زیربنایی متحول خواهد شد و الگوی رفتاری انسانها تحت‌الشعاع این روند قرار خواهد گرفت.
سه فناوری تسخیرکننده
از طرفی شاید بتوان گفت تسخیرکنندگان علم و فناوری آینده در سه گروه فناوری اطلاعات، نانوفناوری و زیست فناوری خلاصه می شوند.
قرارگیری مقادیر و حجم زیادی از اطلاعات در فضائی کوچک از ابعاد هم گرائی نانوفناوری و فناوری اطلاعات می باشد از طرفی در زیست فناوری و یا به عبارتی برای زیست شناسان قرار گیری حجم زیادی از اطلاعات در یک فضای بسیار کوچک موضوعی بسیار آشنا می باشد.
در کوچکترین سلول انسانی همه اطلاعات مربوط به یک موجود زنده از قبیل رنگ مو، رشد استخوان و عصب ها وجود دارد. حتی در قسمت بسیار کوچکی از سلول به نام DNA که شامل حدوداً پنجاه اتم می باشد همه این اطلاعات ذخیره می گردد ( نه تنها سطح یا به عبارتی تعداد اتم ها بلکه نحوه قرار گرفتن این زنجیره ها در ذخیره سازی اطلاعات زیستی اهمیت دارد). شاید یکی از علل هم گرائی این فناوری و فناوری اطلاعات وجود همین مسائل مشترک این سه فناوری است.
ابزارهای جدید برای کارهای ظریف
اگر شما از دانشمندان علوم سطح بپرسید که چه پیشرفتهای عمده دستگاهی باعث شدهاند تا نانوتکنولوژی در خطوط مقدم تحقیقات علوم فیزیکی قرار گیرد، تقریبا" همه آنها به داستان میکروسکوپ پروب اسکن‌کننده SPM (Scanning probe microscope SPM: در SPM یک پروب نانوسکوپی در ارتفاع ثابتی بر بالای بستری از اتمها حفظ میشود. این فاصله میتواند آنقدر کم باشد که الکترونهای اتمهای تیرک و سطح با هم تعامل داشته باشند. این تعاملات میتواند آنقدر قوی باشد، که اتمها از جا کنده شده و به جای دیگری بروند.)
اشاره میکنند. علیرغم تازه واردگی به عرصه تحلیل دستگاهی، استفاده از میکروسکوپی تونل‌زنی اسکن‌کننده STM (Scanning tunneling microscope STM : وسیله‌ای برای تهیه تصویر از اتمهای روی سطوح مواد، که نقش مهمی در درک توپوگرافی و خواص الکتریکی مواد و رفتار قطعات میکروالکترونیکی دارند. STM بر خلاف یک میکروسکوپ نوری، برای تهیه تصویر نیروهای الکتریکی را با یک پروب نازک‌شده به حد تیزی یک اتم آشکار میکند. پروب سطح را جاروب کرده، بی‌نظمی‌های الکتریکی حاصل از پوسته‌های الکترونی یا ابرالکترونی پیرامون اتمها را به کمک یک کامپیوتر به تصویر مبدل میکند. به دلیل یک اثر مکانیک کوانتومی موسوم به «تونل‌زنی»، الکترونها میتوانند به سادگی از تیرک به سطح و بالعکس بجهند. درجه وضوح تصاویر در حدود nm1 یا کمتر است. از STM میتوان برای جابجایی تک به تک اتمها و تهیه نقشه‌های پروضوح از سطوح مادی استفاده کرد.) ، میکروسکوپی نیروی اتمی (AFM) و دیگر تکنیکهای مشتق‌شده از این دو مورد اصلی در بسیاری از آزمایشگاهها ، به دلیل حجم زیاد اطلاعاتی که از مقیاس نانومتر به دست می دهند، متداول و حتی گریزناپذیر شده است. ریچارد فینمن طی یک سخنرانی در همایش جامعه فیزیک آمریکا در 1959 در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا که بعد در آنجا استاد فیزیک شد ایده‌هایی بنیادی در زمینه کوچک‌سازی نوشتجات، مدارها و ماشینها ایراد کرد : " آنچه من می‌خواهم به شما بگویم، مسئله دستکاری و کنترل اشیاء در مقیاس کوچک است. تردیدی وجود ندارد که در نوک یک سوزن آنقدر جا هست که بتوان تمام دایره‌‌المعارف بریتانیکا را جا داد." فینمن برای به تفکر واداشتن محققین و تاکید نمودن بر عقیده‌اش مبنی بر امکان فیزیکی چنین معجزه‌ای ، جایزه‌هایی 1000 دلاری برای اولین افرادی که به اهداف مشخص شده ای در کوچک‌سازی کتابها و موتورهای الکتریکی دست یابند تعیین کرد. فینمن تاکید کرد : " من در حال خلق ضد جاذبه نیستم که به فرض روزی اگر قوانین (فیزیک) آنچه ما می‌پنداریم، نبودند عملی شود. من صحبت از چیزی می‌کنم اگر قوانین آنچه ما می‌پنداریم باشند، عملی خواهد بود. ما به آن دست پیدا نکرده‌ایم چون خیلی ساده هنوز درصدد انجام آن نبوده‌ایم."
وضعیت جهانی
از فناوری نانو به عنوان "رنسانس فناوری" و" روان کننده جریان سرمایه گذاری " یاد می شود.ورود محصولات متکی بر این فناوری جهشی بس عظیم در رفاه و کیفیت زندگی و توانائی های دفاعی و زیست محیطی به همراه خواهد داشت و موجب بروز جابجائی های بزرگ اقتصادی خواهد شد . هم اکنون بخش های دولتی و خصوصی کشورهای مختلف جهان شامل ژاپن ، آمریکا، اتحادیه اروپا، چین، هند، تایوان، کره جنوبی، استرالیا، اسرائیل و روسیه در رقابتی تنگاتنگ بر سر کسب پیشتازی جهانی در لااقل یک حوزه از این فناوری به سر میبرند . هم اکنون روی هم رفته حدود 30 کشور دنیا در زمینه فناوری نانو دارای "برنامه ملی" یا درحال تدوین آن هستند، وطی پنچ سال گذشته بودجه تحقیق و توسعه در امر فناوری نانو را به 5/3 برابر افزایش داده اند. کشورهای ژاپن و آمریکا نیز فناوری نانو را اولین اولویت کشور خود در زمینه فناوری اعلام کرده اند .
و امّا بطور کلی و خلاصه اینکه:
o نانوتکنولوژی چست؟
o نانوتکنولوژی مطالعه ذرات در مقیاس اتمی برای کنترل آنهاست. هدف اصلی اکثر تحقیقات نانوتکنولوژی شکل‌دهی ترکیبات جدید یا ایجاد تغییراتی در مواد موجود است. نانوتکنولوژی در الکترونیک، زیست‌شناسی، ژنتیک، هوانوردی و حتی در مطالعات انرژی بکار برده میشود.
o چرا " Nano"؟
o nano کلمه‌ای یونانی به معنی کوچک است و برای تعیین مقدار یک میلیاردیم یا 9- 10 یک کمیت استفاده میشود. چون یک اتم تقریباً" 10 نانومتر است، این اصلاح برای مطالعه عمومی روی ذرات اتمی و مولکولی بکاربرده میشود.
o تفاوت بین نانوعلم و نانوتکنولوژی چیست؟
o نانو علم صرفا" تحقیق است ولی نانوتکنولوژی کاربرد تحقیقات برای حل مسائل و ساخت مواد جدید است.
o نانوتکنولوژی از کجا آمده است؟
o برای اولین بار ریچارد فینمن برنده جایزه نوبل فیزیک پتانسیل نانوعلم را در یک سخنرانی تکان‌دهنده با نام " درپایین اتاقهای زیادی وجود دارد"، مطرح کرد . فینمن اصرار داشت، که دانشمندان ساخت وسائلی را،که برای کار در مقیاس اتمی لازم است، شروع کنند. این موضوع مسکوت ماند، تا اینکه اریک درکسلر (دانشجوی تحصیلات تکمیلیMIT) ندای فینمن را شنید و یک قالب‌کاری برای مطالعه "وسایلی که توانایی حرکت دادن اشیاء مولکولی و مکان آنها را با دقت اتمی دارند" ایجاد کرد، که در سپتامبر 1981 در مقاله‌ای با نام " پروتئین راهی برای تولیدانبوه مولکولی ایجاد میکند" آن را ارائه داد. درکسلر آن را با کتابی بنام " موتورهای خلقت" دنبال کرد و توسعه مفهوم نانوتکنولوژی را همانند یک کوشش علمی ادامه داد. اولین نشانه های ثبت‌شده از این مفهوم نانوتکنولوژی تغییر مکان دادن اشیا مولکولی، در سال 1989 بود، موقعی که دانشمندی در مرکز تحقیقات آلمادنIBM اتمهای منفردگزنون را روی صفحه نیکل حرکت داد، تا نام IBM را روی سطح نیکل نقش کند.
o آیا نانوتکنولوژی خیالی‌تر از علم است؟
o از موقعی که اولین مقاله در دهه گذشته منتشر شد، از نانوتکنولوژی همانند چوبدست سحرآمیزی برای ساخت کودکان طراح تا ماشینهای تولید اکسیژن برای استعمار کره مریخ، تصور می‌شد. هیجانات از واقعیات جلوتر بود، اما پیشرفت واقعی با مسائلی پیش‌پا افتاده شروع شد.چند سال پیش محققین در دانشگاههای کالیفرنیا، رایس وMIT موفق به ساخت نانوذراتی شدند، که به دانشمندان کمک می‌کردند. تعدادی از اساتید این دانشگاهها شرکتهایی تأسیس کردند، که وسایل موردنیاز برای تحقیقات مقیاس نانو را می‌ساختند. اکنون آنها به شدت دنبال حفاظت کارهایشان از طریق ثبت اختراع هستند، تا زمینه تولید فرایندهایشان را فراهم کنند. کاربردهای علمی نانوعلم هنوز کم است. اما مقداری از تولیدات اولیه اکنون وارد بازار میشوند.
o کارهای علمی انجام‌شده بوسیله نانوتکنولوژی چیست؟
o بیشترین کار علمی روی ایجاد تغییراتی در مواد شیمیایی یا نقشه‌برداری از ترکیبات زیستی، مانند DNA و سلولهای سرطانی است. بعضی ازاولین محصولات تجاری، بهبود تولیدات شیمیایی کنونی یا روشهای پزشکی است
آشنایی با سانتریفوژ
آشنایی با سانتریفوژ
اولین سانتریفوژ صنعتی دنیا بیش از نیم قرن پیش توسط یک دانشمند آلمانی به نام زیپه اختراع شد و به طور عملیاتی مورد استفاده قرار گرفت. البته تکنولوژی آن با سانتریفوژهای امروزی فرق زیادی داشت، ولی اصول کار آن فرقی با سانتریفوژهای امروزی نداشت.
در صنعت سوخت هسته‌ای، این وسیله نقشی اساسی دارد جهت جدا کردن ایزوتوپ‌های اورانیوم235 و اورانیوم238در گاز هگزافلوراید اورانیوم(UF6) از سانتریفوژ استفاده میشود. البته روشهای متعددی مانند جداسازی ایزوتوپی الکترومغناطیسی، پخش دیفوزیون گازی، دیفوزیون گرمایی، فرآیندهای آئرودینامیکی، جداسازی ایزوتوپی لیزری، تبادل یونی و فرایند جداسازی پلاسمایی وجود دارد ولی در بیش از 95درصد صنعت هسته‌ای جهان، اورانیوم به وسیله یکی از دو روش سانتریفوژ گازی و پخش گازی جدا شده و غنی میشود.
سانتریفوژ دستگاه استوانه‌ای شکلی است که درست مثل توربین هواپیما پره‌هایی در وسط آن وجود دارد. این پره‌ها به طور متوسط در هر ثانیه 1000 دور می‌زنند. در نتیجه این چرخش، اورانیوم سنگین روی دیواره آخرین سانتریفوژ قرار میگیرد و اورانیوم235در کنار آن می‌نشیند. باید هزاران سانتریفوژ در کنار هم قرار گیرند تا بتوان با کمک مجموعه آنها اورانیوم را غنی کرد ایران در فرآیند کاربردی غنی‌سازی از روش سانتریفوژ گازی استفاده میکند.
در روش پخش گازی، هگزافلوراید اورانیوم تحت فشار از میان یک سری دیافراگم‌ها یا غشاهای متخلخل عبور کرده و از آنجایی که اورانیوم 235 سبک‌تر از اورانیوم 238 میباشد آنها سریعتر حرکت کرده و امکان کمی بیشتری برای عبور از سوراخ‌های موجود در غشا را دارند.
گاز UF6 که از طریق غشا پخش میشود اندکی غنی بوده ضمن اینکه آنچه نمی‌تواند گذر کند از اورانیوم 235 تهی است.
در روش پخش گازی دوران سریع ماده سبب میشود تا ایزوتوپ‌های سنگین‌تر به طرف دیواره خارجی حرکت کنند. عامل جداسازی در این روش به تفاوت جرمی ایزوتوپ‌هایی که باید جداسازی شوند بستگی دارد در غنی‌سازی اورانیوم با روش سانتریفوژ گازی، از تعداد زیادی سیلندر دوار که به صورت موازی و متوالی کنار هم قرار داده شدهاند استفاده میشود.
دستگاههای سانتریفوژ به صورت آبشاری یا کاسکد(سیستم غنی‌سازی دنباله‌ای) به هم مرتبط هستند این دوران باعث ایجاد یک نیروی گریز از مرکز میشود، به طوری که مولکولهای گازی سنگین‌تر به طرف خارج سیلندر حرکت کرده و مولکولهای گازی سبک‌تر در قسمت مرکزی(محورگردنده) جمع میشوند.
باید یادآور شد که به دلیل سرعتهای دوران بسیار بالا، طراحی آنها و همچنین مواد استفاده شده در آنها از نظر متالوژی پیچیده بوده و دقت بالایی را طلب میکند. گاز UF6 خورنده بوده، بنابراین باید تمام اجزایی که با این ماده در تماسند مقاوم در برابر خوردگی باشند .
جهت بالا بردن ظرفیت جداسازی سانتریفوژها باید طول گردنده و سرعت دیواره گردنده افزایش یابد. برای ساخت گردنده‌ها از آلیاژ‌های آلومینیوم، فولاد ماراژین، تیتانیوم و یا ترکیباتی که با برخی شیشه‌های خاص تقویت شده که با نام فیبرهای کربنی معروف هستند،استفاده میشود؛ البته متداولترین ماده در حال حاضر، فولاد ماراژین است یک سانتریفوژ مدرن از زمان راه‌اندازی، به مدت بیش از 10سال میتواند بدون نگهداری به کار خود ادامه دهد.
از مراکز مهم غنی‌سازی اورانیوم که از روش پخش گازی استفاده میکنند در اروپا میتوان به گروناو(Gronau) آلمان و یورنکو که متشکل از شرکتهای انگلیسی، آلمانی و هلندی هستند نام برد که مکان آن در capenhurst بریتانیا میباشد.
روسیه هم به عنوان یک غول صنعتی در این زمینه از چهار مرکز که چهل درصد ظرفیت جهان را تولید میکند از همین شیوه پخش گازی استفاده میکند. آمریکا هم تکنولوژی سانتریفوژ گازی را در آینده نزدیک جایگزین تکنولوژی سانتریفوژهای پخش گاز قدیمی میکند زیرا این روش نسبت به روش قدیمی به انرژی کمتری برای رسیدن به جداسازی مشابه نیاز دارد.
ژاپن، چین، برزیل، پاکستان و شاید کره شمالی هم جهت غنی‌سازی اورانیوم از چنین روشی استفاده میکنند. به طور کلی مجموعه آبشارهای بزرگ سانتریفوژ گازی که در کشورهای فرانسه، آلمان، بریتانیا و چین مورد استفاده قرار میگیرند برای تولید اورانیومی است که برای مصرف داخلی و نیز صادرات است، اما در ژاپن تولید آن فقط جهت مصرف داخلی است.
باتوجه به این آمار میتوان دریافت که در حال حاضر و آینده هم سانتریفوژهای گازی مهمترین نوع جهت غنی‌سازی اورانیوم در سطح جهان بوده و هر روز در جهت افزایش تکنولوژی و راندمان آن کار میشود؛ البته لازم به ذکر است که روسیه این صنعت عظیم را به عنوان یادگاری ارزشمند از اتحادجماهیرشوروی سابق به ارث برده است و در حال حاضر تأمین‌کننده سوخت هسته‌ای تعداد زیادی از راکتورهای قدرت دنیا بوده و از این نظر در دنیا پیش رو است.
منبع: همشهری آنلاین
رادیو دارو یا داروهای هسته ای چیست ؟
رادیو دارو یا داروهای هسته ای چیست ؟
کاربرد رادیوداروها
روشهای تشخیص زنده
روشهای تشخیص زنده آن روشهایی هستند که در آنها یک رادیو دارو در سیستم یک مریض زنده ، بطریق خوراندن ، تزریق ، یا با استنشاق وارد میگردد. اشعه گامای نشر شده بوسیله رادیو داروها برای تامین اطلاعات مورد نیاز بر روی صفحه کامپیوتر قابل مشاهده هستند.
روشهای تشخیص غیر زنده
روشهای غیر زنده آنهایی هستند که روی نمونه‌های برداشته شده از یک مریض انجام میگیرد. تعدادی از این روشها مستلزم بکارگیری رادیو داروها است. ولی مهمترین آنها روش رادیو ایمونواسی (RIA) میباشد.
رادیو ایمونواسی و تاثیر آن در پزشکی
رادیو ایمونواسی نوعی تجزیه بطریق رقیق کردن ایزوتوپی (IDA) ، جزو استو کیومتری است که در آن عنصر مورد تجریه نشاندار و غیر نشاندار برای پیوند با مقادیر محدود مولکولی که بطور خاص با عنصر مورد تجزیه پیوند میدهد، رقابت میکند. RIA بطور گسترده در آزمایشگاههای پزشکی برای تعیین هورمونها ، داروها ، ویروسها ، و دیگر گونه‌های آلی در سطح جهان بکار میرود. شروع RIA به سالهای 1950 ، با بررسی S.Berson و R.Yalow برروی متابولیسم انسولین B1I در مریض‌های دیابتی بر میگردد.Berson و Yalow دریافتند که مریض‌های دیابتی موادی در سرم خون دارند که با انسولین پیوند میدهند. آنها مشاهده کردند که انسولین نشاندار و غیرنشاندار با این ماده پیوند دهنده رقابت کرده، و این مقدار انسولین غیرنشاندار موجود ، مقادیر انسولین نشاندار را که پیوند داده متاثر میکند. آنها در این مطالعه توانایی روش ، جهت ارزیابی انسولین را دریافتند. RIA از آن زمان تا کنون پیشرفتهای گسترده‌ای را در روشهای پزشکی با کاربردهای وسیع برای اندازه گیری مقادیر بسیار کم بسیاری از بیو مولکولهای مهم نموده است.
کاربردهای درمانی تشعشع
کاربردهای درمانی تشعشع و رادیو داروها نسبت به کاربردهای تشخیص محدودتر هستند. زمانی که تشعشع برای درمان بکار میرود، مقصود نابود نمودن یک قسمت خاص از نسوج مریض با تشعشع است. چشمه تشعشع میتواند داخلی و خارجی باشد.چشمه‌های مورد استفاده در درمان
چشمه‌های خارجی تشعشع در حال حاضر اساسا در شکل باریکه‌های الکترونی یا اشعه ایکس است. بسیاری از دستگاهها میتوانند برای تولید این تشعشعات بکار روند. ولی شتابدهندهای خطی کوچک بیشترین کاربرد را دارند. الکترونهای با انرژیهای 4 تا 15 میلیون الکترون ولت برای درمان سرطانهایی که نزدیک سطح بدن هستند، مانند سرطانهای پوست ، سینه ، سر و گردن بکار می‌روند.زمانی که نفوذ بیشتری از تشعشع لازم باشد، اشعه گاما از یک چشمه بسته رادیو نوکلید مورد استفاده قرار میگیرد. 60Co بطور گسترده‌ای برای این منظور بکار رفته است، ولی در حال حاضر 137Cs ترجیح داده میشود. علاوه بر تشعشع خارجی یک عضو ممکن است، یک سوزن یا دانه رادیواکتیو را در داخل بدن مریض کاشت و لذا تنها مقاطع خاصی را که باید نابود شوند، پرتودهی نمود. در این رابطه کاشتهای 198Au و 125I متداول است.
آثار مخرب تشعشع بر سیستم زنده
آسیب تشعشع به سلولهای پستانداران را می توان به سه دسته تقسیم بندی کرد :(1) آسیب کشنده ، که غیر قابل برگشت و غیر قابل ترمیم است و بنا به تعریف منجر به مرگ سلول می شود .
(2) آسیب زیر کشنده که در شرایط طبیعی طی چند ساعت ترمیم می شود ، مگر آنکه آسیب زیر کشنده دیگری به سلول وارد شود ( برای مثال ، از یک دز تشعشع بعدی ). این دو آسیب با یکدیگر اندرکنش انجام داده و به آسیب کشنده منجر می شود . بنابراین ، افزایش بقا در رژیمهای تقطیعی با فاصله زمانی مناسب مبین ترمیم آسیب زیر کشنده است و (3) آسیب قابل کشنده ( PLD ) ، جزئی از آسیب تشعشع که با شرایط محیطی بعد از تابش گیری قابل تعدیل است . تمام این سه مورد صرفاً اصطلاحات عملی می باشد زیرا در سلولهای پستانداران مکانیزمهای ترمیم و مقاومت بخوبی در سطح مولکولی شناخته نشده است .
در چند گونه مخمر ، جهش یافته هایی جداسازی شدند که به مرگ آوری اشعه ایکس ( یا اشعه فرابنفش ) حساسیت نشان می دهند . بسیاری از گونه های وحشی نیز با نقصهای ژنی جداسازی شدند که در بعضی موارد توالیهای DNA آنها نیز تعیین شده است . ظاهراً محصولات ژنی به طور مستقیم در فرایند ترمیم دخالت دارند یا تابعی از عناصر کنترلی بازرس مولکولی می باشند.
در سلولهای پستانداران اولین ژن ترمیم شناسایی شده مربوط به ژن ترمیم آسیب ناشی از میتومایسین C بوده است . این ژن که روی کروموزوم 18 انسان قرار دارد، شناسایی و تعیین توالی شده است . وضعیت برای اشعه ایکس بسیار مشکلتر می باشد زیرا رده های سلولی جهش یافته پستانداران – که در مقایسه با نوع وحشی از حساسیت پرتوی بسیار بالایی برخوردارند – بسادگی در دسترس قرار ندارند . برای مثال ، در مورد میتومایسین C ، حساسیت سلولهای جهش یافته و وحشی به دارو تا حدود 500 برابر متفاوت است در حالی که بسیاری از جهش یافته های پستانداران و حساس به پرتو در مقایسه با سلولهای نرمال فقط 2 تا 3 برابر حساسیت بیشتری نشان می دهند . این امر جداسازی ژنهای ترمیم طبیعی اشعه ایکس را از نظر فنی مشکل می سازد . به هر حال ، در انسان یک ژن با قابلیت اصلاح حساسیت اشعه ایکس در یک رده سلولی جهش یافته در هامستر چینی جداسازی و موقعیت و توالی آن روی کروموزوم 19 مشخص و تعیین شد . ژن در نقص ژنتیکی اتاکسی تلانژکتیازی انسان – که حساسیت پرتوی زیادی نشان می دهد و مستعد ابتلا به سرطان است – نیز کلون و تعیین توالی شد
آسیب قابل کشنده
تغییر شرایط محیطی پس از تابش اشعه ایکس به علت رخداد ترمیم PLD ، بر نسبت سلولهای زنده ناشی از تابش دزی معین تاثیر می گذارد . این آسیب بالقوه کشنده است زیرا تحت شرایط فیزیولوژیک طبیعی بیان آن به مرگ سلول منجر می شود . اما اگر در نتیجه دستکاری در محیط پس از تابش گیری ، بقا افزایش یابد، ترمیم PLD روی داده است.اگر سلولهای تابش دیده ، به جای محیط کاشت کامل به مدت چند ساعت در محلول نمکی نگهداری شوند ، PLD ترمیم می شود . البته این نوع تیمار ، تیماری نامناسب برای سلولهاست و به هر حال ، به آنچه که در شرایط فیزیولوژیک روی می دهد ، شبیه نیست . لی تل و همکارانش فرایند ترمیم PLD را در کشتهای سلولی در مرحله ثابت بررسی کردند و به نظر می رسد الگوی in vitro مناسبی برای سلولهای تومور در شرایط in vitro باشد ( شکل 5-1 ) . درصورت نگهداری سلولها در این مرحله به مدت 6 تا 12 ساعت پس از تابش گیری و سنجش قابلیت تشکیل کلونی آنها ، بقای سلولها به طور قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت
با نشان دادن مشابهت مکانیزم و حجم ترمیم PLD در in vitro با تومورهای آزمایشگاهی in vivo ، اهمیت ارتباط PLD در پرتودرمانی بیشتر شد . اگر تابش گیری تومور در in situ و برداشت سلولها از بافت اولیه برای تعیین قابلیت تولید مثل با وقفه ای چندین ساعته روبرو شود ، در این حالت ، ترمیم به افزایش قابل توجه بقای سلول منجر خواهد شد شایان ذکر است جمعبندی داده های تجربی قابل دسترسی با ترمیم PLD موافقت کلی دارد . در صورت نامناسب بودن شرایط ، پس از تابش گیری برای رشد سلولها – به گونه ای که سلولها نتوانند با کروموزومهای آسیب دیده وارد مرحله میتوز شوند – نسبت بقای سلولها افزایش می یابد . همچنین اگر با ایجاد شرایط نامناسب رشد در میتوز تاخیری ایجاد شود ، آسیب DNA ترمیم می گردد.
اهمیت ترمیم PLD در پرتودرمانی بالینی مورد بحث است . با توجه به روی دادن این فرایند در تومورهای قابل پیوند حیوانات دلیلی مبنی بر فرض روی ندادن آن در تومورهای انسان وجود ندارد . از سوی دیگر پیشنهاد شد مقاومت پرتویی انواع خاصی از تومورهای انسان به قابلیت ترمیم PLD آنها ارتباط دارد ؛ به عبارت دیگر ، تومورهای حساس به پرتو ، ترمیم PLD را بخوبی انجام نمی دهند اما تومورهای مقاوم به اشعه ، از مکانیزم های ترمیمی مناسب برای PLD برخوردارند. علی رغم جالب و جذاب به نظر رسیدن این فرضیه ، اما هنوز به بررسی بیشتری نیاز دارد .
طب هسته ای مجزه قرن
یکی از روشهای تشخیصی و درمانی ارزشمند در طب، پزشکی هسته ای می باشد. که تبلور آن از ابتدا تا کنون تلفیقی از کشفیات مهم تاریخی بوده است. اولین جرقه در سال 1895 با کشف اشعه X و در 1934 با کشف مواد رادیواکتیو زده شد. اولین استفاده کلینیکی مواد رادیواکتیو، در سال 1937 جهت درمان لوسمی در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی بود. بعــــــد از آن در 1946 با استــــــفاده از این مواد توانستند در یک بیمار مبتلا به سرطان تیروئـــــید از پیشرفت این بیماری جلوگیری کنند. البته تا 1950 کاربرد کلینیکی مواد رادیواکتیو بطور شایع رواج نیافت و مسکوت ماند. طی سالهای بعد از آن متخصصین و فیزیکدانان به این واقعیت پی بردند که می توان از تجمع رادیو داروها در ارگان هدف تصاویری از آن تهیه نمود و یا به درمان بافت آسیب دیده کمک نمود. بطوریکه در اواسط دهه 60 مطالعات بسیاری در خصوص طراحی تجهیزات لازم آغاز گشت. در دهه 1970 توانستند با جاروب نمودن از ارگانهای دیگر بدن مانند کبد و طحال، تومورهای مغزی و مجاری گوارشی تصاویری را تهیه نمایند. و در دهه 1980 از رادیو داروها جهت تشخیص بیماری های قلبی استفاده نمودند و هم اکنون نیز با ضریب اطمینان بسیار بالایی از پزشکی هسته ای در درمان و تشخیص و پیگیری روند درمان بیماریها استفاده می گردد. طب هسته ای از جمله گرایش های تخصصی درشاخه های پزشکی است ودارای اهمیت و نقش قابل ملاحظه ای دربهبودی بیماران و مطمئن ترین روشها و سبکهای تشخیص اشعه ای برای تشخیص بیماریها و علاج آنها در عصر امروزی است.این شاخه ازعلم که کاربرد آن در پزشکی از اهمیت بالایی برخوردار است دارای کارایی و توانائی های فوق العاده درتشخیص عضو مصدوم و کم کاری یا نقص و ضعف در انجام وظیفه توسط هر کدام از اعضای جسم انسان است که به واسطه تغییرات شیمیایی معین در عضو مورد بررسی قرار می گیرد. به وسیله این روش وسبک پزشکی می توان بیماری را درمراحل اولیه و قبل از وارد شدن به مراحل مزمن و بدخیم و لاعلاج بهبودی به موقع و زودهنگام با تشخیص و جلوگیری ازگسترش بیماری انجام داد. البته کاربرد طب هسته ای تنها به مرحله تشخیص محدود نمی گردد بلکه دارای نقش اساسی در بهبودی بعضی از بیماریها دارد بدین شکل که با تزریق یا اعطای مقداری از ماده مخصوص و متفاوت با اشعه ای که در تشخیص به کار می رود در مسیر و مراحل بهبودی بیمار کاربرد دارد. بدین صورت که این ماده در محلهای بیماری و مختل متمرکز گردیده با تمرکز اشعه به محل و ریشه کنی بیماری و عامل بیماری ومحدود و بسته نمودن بیمار (عارضه دیده) از توسعه وگسترش و رسوخ بیماری وحمله به دیگر اعضا و تسری به محلهای دیگر جسم بشر جلوگیری می نماید بدون اینکه اثر جانبی مضر و منفی بر قسمتهای دیگر جسم داشته باشد.
جمع آوری وتنظیم :نسرین ون آبادی کارشناس پرستاری از اورمیه
منبع:sahand27216.parsiblog.com
6 تفسیر از شبیه سازی انسان دو
6 تفسیر از شبیه سازی انسان دو
4)قصه خودمان گزارشى از آینده
در این روز از آینده مشابه سازى آسان تر از نوشابه سازى است و جهان هنوز سه قطبى است.جهان اولى ها همگى کلون شده هستند، جهان دومى ها مخلوطى از کلون شده ها و آدم هاى طبیعى هستند و در جهان سوم تعداد کم شمارى کلون شده در میان آدم هاى طبیعى زندگى مى کنند. این گزارش از جهان اول تهیه شده است.ابردستگاه آزمایشگاهى روى هر درجه اى که قرار بگیرد، نمونه تولید شده همان سن را خواهد داشت. درجه ها از صفر تا صد متغیر هستند و اعشار آنها بیشتر مورد استفاده عاطفى دارد. اگر درجه روى صفر قرار بگیرد، سن نمونه تولید شده برابر با عمر نوزاد تازه به دنیا آمده است و اگر روى عدد صد قرار بگیرد، یک پیرمرد یا پیرزن صدساله تولید مى شود. عدد بیست بیشترین درخواست را دارد و عدد صد کمترین را.در حال حاضر (از آینده) سرعت این ابردستگاه به شکل حیرت آورى زیاد شده است و یک ساعته یک نمونه انسان کامل تحویل مى دهد، در هر سنى که بخواهید، اما دانشمندان حتى به سرعت تولید یک آدم در یک ثانیه هم فکر مى کنند که فعلاً بلندپروازى است.
گروه هاى آنارشیست با کارشکنى هاى گسترده به دولت ها و دانشمندان اعتراض مى کنند. آنها مى گویند باید با تولید انبوه ابردستگاه ها، کلونیسم از کنترل دولت ها درآید و هر فردى یک ابردستگاه آزمایشگاهى داشته باشد تا هر وقت که بخواهد و هر چند تا که بخواهد خودش را تولید و بازتولید کند. دولت ها به دلیل کنترل جمعیت و مسائل امنیتى به شدت با این نظریه مخالفند. در همه کشورهاى جهان اول ابردستگاه در انحصار دولت ها است. مجازات آنارشیست ها در صورت اثبات اتهام کارشکنى آنها محروم شدن از کلون شدن است که به معناى اعدام است. زیرا پس از مرگشان نمونه مشابهى ندارند تا زندگى آنها را ادامه بدهد.
البته تا رسیدن به زمان مرگ بیشتر آنارشیست ها از رویه خود برمى گردند و شامل بخشودگى مى شوند.در این جهان مرگ از نظر معنا مرده است و انسان به جاودانگى اختیارى رسیده است. بعضى ها تا پیرى خود با خیال راحت سر مى کنند و سپس با کلون خود دوباره زندگى را آغاز مى کنند، ولى بیشتر مردم حوصله رسیدن به پیرى را ندارند و در میانسالى خود را از میان برمى دارند تا در نمونه جدید و جوان خود تجدید حیات کنند.تعداد کمى مایل هستند از نوزادى یا کودکى دوباره زندگى را آغاز کنند و ترجیح مى دهند، زنده بمانند تا کودکى خود را خودشان بزرگ کنند و بعد که نمونه خودشان به آب و گل رسید و توانست به طور مستقل زندگى کند، با خیال راحت نسخه کهنه خود را نابود مى کنند.قانون بر این مورد نظارت کامل دارد. هر آدمى آزاد است هر چند بار تا ابد خود را تکثیر کند، اما در آن واحد فقط مى تواند دو نفر باشد، خودش و نمونه بازتولید شده اش و اختیار با خودش است که بماند یا برود و بگذارد نمونه جدید زندگى او را ادامه بدهد.ریزتراشه هایى که همزمان با تولید نمونه در آن نصب مى شود، موجب کنترل الکترونیکى موالید مى شود که البته داده هاى بسیار زیادى روى ریزتراشه ها ضبط مى شوند.
اگر از یک نفر بیش از یک نمونه وجود داشته باشد، آژیرى در کامپیوتر مرکزى به صدا درمى آید و تعقیب و یافتن نمونه زیادى به سرعت برق ممکن مى شود.مرگ واقعى به معناى قدیمى آن وقتى اتفاق مى افتد که کسى از تکثیر خودش منصرف شود و بخواهد احتمال بالقوه تجدید حیاتش را هم نابود کنند که در آن صورت وصیت مى کند، جسدش را بسوزانند.اخیراً میزان انصراف از تکثیر خود و درخواست سوزانده شدن پس از مرگ بسیار زیاد شده که نشانه بروز بحران افسردگى شدید در این جوامع است.سلاح هاى پیشین منسوخ شده اند، زیرا پس از قتل کسى مى شود با فرستادن DNA مقتول به ابردستگاه یک ساعته او را بازتولید و زنده کرد. گرچه خیلى ها به دلیل عدم توانایى مالى باید مدتى در نوبت یا برزخ بمانند. شرکت هاى بیمه هزینه هاى یک بار تولید هر نمونه را تقبل مى کنند که این نوع بیمه اجبارى است.
اما براى احتمالات و تصادفات گوناگونى که در زندگى روى مى دهد، انواع بیمه ها وجود دارد که از عهده مالى همه افراد برنمى آید. به هر صورت حتى در صورت خاکسپارى یک فرد ندار، امکان بالقوه تجدید حیاتش همیشه وجود دارد.سلاح هاى آتش زایى که فرد را در یک آن خاکستر مى کند، ولى به اشیا و مکان ها آسیبى نمى رساند، سلاح رایج است. کافى است مشخصات ریزتراشه فردى به یکى از این سلاح ها داده شود، آن وقت از هر فاصله اى مى شود آن فرد را خاکستر کرد و سرقت داده ها از ابررایانه مرکزى و یا لو رفتن مشخصات فردى مهمترین شکل جنایت است.قوانین در عین ساده شدن پیچیدگى هاى خاص خود را دارند. از نظر قانون نمونه جدیدتر تا زمان ادامه زندگى نمونه والدش حق ندارد خود را تکثیر کند. باقى حقوق به طور مساوى میان نمونه قدیم و جدید تقسیم مى شود.
بسیارى از اختلاف ها و جرم ها از حقوق نابرابر میان نمونه قدیم و جدید ناشى مى شود.نظریه هاى مختلفى درباره روح با یکدیگر در چالش هستند. نظریه غالب این است که نمونه جدید تا زمان حضور منشاء خود یعنى نمونه قدیم فاقد روح است و به محض معدوم شدن نمونه قدیم روح آن به نمونه جدید منتقل مى شود. ولى مثل همیشه چالش بر سر استثناها و بى نظمى ها است و برخى جدل مى کنند که اگر کسى به فرض به طور غیرقانونى در آن واحد چند نمونه از خودش را تکثیر کند و بعد خود را معدوم کند، روح او در کدام یک از نمونه هاى جدید حلول خواهد کرد؟عده اى پاسخ مى دهند که چنین چیزى ممکن نیست. زیرا دولت به شدت بر تولید نمونه ها نظارت دارد و پاسخ داده مى شود که اولاً غیرممکن نیست و دوماً فرض آن غیرممکن نیست.جهان اولى ها بالاخره توانسته اند با موجودات سیاره اى بسیار دورتر از منظومه شمسى تماس برقرار کنند. در واقع آن موجودات با زمین تماس گرفته اند. پیام آنها پس از سفرى دراز و نورى در فضا بالاخره به زمین رسیده است و جهان اولى ها توانسته اند آن پیام را در جو زمین رصد و ترجمه کنند. موجودات این سیاره پس از طى پیشرفت هایى که براى مردم زمین قابل تصور و تخیل هم نیست، با یک توافق عمومى خودشان را تا حد میکروارگانیسم ها کوچک کرده اند و به آغاز پیدایش حیات بر روى سیاره خود بازگشته اند و فشرده تمدن خود را روى دیسکتى براى مردم زمین فرستاده اند. آنها با شیوه اى دور از تصور همه مظاهر زندگى و دستاوردهایشان را از روى سیاره شان محو کرده اند و خودشان هم با خاک و سنگ و املاح و آب یکى شده اند. پس از تهیه این گزارش مى خواهم داستانى بنویسم درباره عشق میان یک فرد کلون شده از جهان اول و یک فرد طبیعى از جهان دوم و یا سوم. اگر فرد کلون شده ریزتراشه اش را از بدن خود درآورد، امکان تولید مثل طبیعى براى او وجود خواهد داشت، اما امکان تکثیر او براى ابد از بین مى رود. فرد کلون شده از تکثیر و جاودانگى خود مى گذرد و به سوى ...ولى از آنجا که ممکن است آینده این مسیر را طى نکند، مى شود فعلاً در نوشتن این داستان دست نگه داشت.
5)سفید یا سیاه !
بشر نمی‌داند که آیا از آنچه که به دست آورده باید خوشحال باشد یا متأثر. این همه‌ی آن چیزی است که درباره شبیه‌سازی (Cloning) میتوان بر زبان آورد.
علم اکنون به جایی رسیده است که میتواند نسخه‌ای دقیقاً یکسان را از یک مولکول یا ارگانیسم تولید کند، سلولی را از سلولهای غیرجنسی انسانی بگیرد، تخمکن زن را تخلیه نماید و آن سلول را به رحم ماده ـ که فقط کار حمل و نگهداری بر عهده اوست ـ تزریق نماید.
این کار، یعنی کشت هسته سلول غیرجنسی در یک رحم طبیعی یا مصنوعی قدمی فراتر از تلقیح مصنوعی است. زیرا تلقیح مصنوعی همانند نوع طبیعی آن اسپرم و اوول، هر کدام با 23 کروموزوم با یکدیگر ترکیب میشوند تا 46 کروموزوم یک سلول انسان طبیعی ایجاد گردد. ولی در شبیه‌سازی تخمک هیچ نقشی در تهیه کروموزوم‌ها ندارد، زیرا سلول غیرجنسی برعکس سلولهای جنسی همه‌ی 46 کروموزوم را به همراه دارد.
فرق دیگر شبیه‌سازی با تلقیح طبیعی این است که در اینجا سلول دهنده میتواند از یک زن یا مرد دیگر تهیه گردد، حتی میتوان از خود همان زنی که شبیه‌سازی در رحم او صورت میگیرد اخذ نمود.
آنها که این دانش را یک انقلاب می‌دانند بدون شک به بیراهه نرفته‌اند. هر چند در اینکه آن را یک انقلاب سفید یا سیاه نامید هنوز حرف و حدیث بسیار است.
دانشمندان، حتی همه ابناء بشر همواره به دنبال یافتن عمری جاویدان بوده‌اند و این تحول یکی از ثمرات همه ساعاتی است که بشر برای یافتن عمر دائمی در تلاش بوده است.
ما در اینجا به جای اینکه همه گفتارمان را صرف تعریف و توصیف شبیه‌سازی یا یافتن تاریخچه و پیشینه برای آن کنیم، سعی داریم به صورتی موضوعی بدان پرداخته و با طرح سوالاتی، برای پاسخگویی به آنها بکوشیم.
سوالات فراوانی را میتوان مطرح نمود که ما در اینجا این موارد را برگزیده‌ایم:
1ـ آیا شبیه‌سازی خوب است یا بد و به عبارت دیگر مفید است یا مضر؟ 2ـ آیا این مسأله ممکن است یا غیرممکن؟ 3ـ قانونی است یا غیرقانونی؟ 4ـ مشروع است یا غیرمشروع؟ 5ـ چه اشکالات حقوقی در مسیر آن میتواند ایجاد شود؟ 6ـ نتایج جامعه‌شناختی آن چه خواهد بود؟ و در نهایت با نگاهی نو به شبیه‌سازی به بررسی مجدد و جداگانه‌ای از دنیایی که به سمت شبیه‌سازی میرود خواهیم پرداخت.
1) استنساخ یا شبیه‌سازی مفید است یا مضر؟
صحبت از فهرست نمودن منافع و مضرات شبیه‌سازی فرصت مفصلی را می‌طلبد. در این قسمت به طور اجمالی به این موضوع می‌پردازیم که آیا شبیه‌سازی خواهد توانست برای بشریت مثمرثمر باشد؟
آیا رسیدن به فناوری زیستی در خصوص شبیه‌سازی راهگشای نیازهای ما خواهد بود؟
در اینکه هر دانشی مفید است یا مضر و صرف اینکه یک دانش میتواند مفید باشد یا خیر حرف بسیار است. آیا اینکه علمی را به عنوان دانش مضر معرفی کرد یا نه از ساحت بحث ما فراتر است و فقط به همین مقدار بسنده می‌کنیم که گذاردن نام دانش بر هر چیز جدیدی برای تطهیر آن از دامن عیوب و مضرات کار لغوی است، همچنان که مضر خواندن هر نوآوری نیز به بهانه ایجاد رفورم و اصلاح به همان اندازه لغو و بیهوده به نظر می‌رسد.
بحث ماهیتی در اینکه یک علم میتواند مضر باشد یا خیر به تنهایی نمی‌تواند چندان مفید فایده باشد و در مورد علم شبیه‌سازی نیز بایستی از علم بودن آن مطلع شد، منافع و مضرات آن را شناخت و پس از سبک و سنگین کردن آنها به این پرسش و پرسش‌هایی از این دست پاسخ داد.
باید اذعان کرد هرچند تاکنون منافع چندی را برای دانش شبیه‌سازی برشمرده‌اند، مضرات آن هنوز بر فواید آن می‌چربد. این به سبب نو بودن شبیه‌سازی است.
در فایده‌هایی که برای این علم برمی‌شمرند میتوان به اموری همچون امکان ایجاد ژن‌درمانی و علاج بیماریهای صعب‌العلاج در سایه به ثمر رسیدن این دانش اشاره کرد.
علاوه بر این به امکان بچه‌دار شدن جفت‌های نازا آن هم از ژن یکی از آن دو نیز اشاره شده است. فراتر از اینها در سایه این علم میتوان امیدوار بود که سلولهای آسیب‌دیده یک شخص قابل تعویض باشند و یا امکان دارد که با شبیه‌سازی بتوان اعضایی چون قلب را، به افراد محتاج پیوند زد.
اینها از جمله منافعی است که برای دانش استنساخ فهرست کردهاند ولی به عللی که در قسمت آخر مقاله بدان خواهیم پرداخت بشر امید چندانی به امکان استفاده از این امتیازات ندارد. این مسأله فراتر از اشکالات فنی است، یعنی بیشتر از آنکه نگران آن باشیم که علم شبیه‌سازی چه زمان به این چنین پیشرفتهایی خواهد رسید باید نگران مسائل دیگری باشیم، زیرا به قول یکی از دانشمندان که در این عرصه به مطالعه پرداخته، اینکه فقط از نقاط مثبت دانش مزبور استفاده شود بسیار ساده‌لوحانه است ـ خصوصاً در دنیای حاضر ـ.
در مضرات این علم بایستی قائل به تفکیک بود. یک سری زیان‌ها هستند که از سوءاستفاده از این دانش بروز میکنند، یعنی بیشتر از آنکه نتیجه مستقیم فناوری ژنتیکی باشند نتایج غیرمستقیم آن در اثر سوءاستفاده از توانایی‌هایی است که این دانش در اختیار بشر لجام‌گسیخته‌ی عصر حاضر قرار میدهد.
شاید مهمترین یا به عبارت دیگر خطرناک‌ترین زیان، شکل‌گیری برده‌داری نوین باشد. تأسیس یک جامعه‌ی شبیه‌سازی شده با همه‌ی خصوصیاتی که برای این دانش برخواهیم شمرد این خطر را در پی خواهد داشت که بشر با سوءاستفاده از این فرصت نظام برده‌داری جدیدی به راه بیاندازد. چنان که اشاره شد میتوان بشر جدیدی ایجاد کرد که در رحم مصنوعی خلق شده و هیچ اصل و نسبی هم ندارد و علاوه بر آن به راحتی با ژنهای او که عصاره حیات او به شمار میآیند بازی کرد. مسأله بعد که از سوءاستفاده از این دانش نشأت میگیرد، درهم شکستن اصل زوجیت است. چنانچه قرآن کریم نیز به این مسأله اشاره داشته و بنابر کشفیات اخیر دانش زیست‌شناسی هم مشخص شده است که همه موجودات به صورت زوج خلق شدهاند. البته با دیدی دقیق‌تر باید علاوه بر آسیب دیدن اصل زوجیت به این مسأله نیز اشاره کرد که بنیاد خانواده نیز با این مسأله در معرض آسیب قرار میگیرد. چنانچه میتوان استعداد جامعه کنونی علی‌الخصوص جامعه‌ی غرب را در از هم‌پاشیدگی بنیاد خانواده بر این مسأله افزود.
سوءاستفاده دیگری که ممکن است انجام گیرد، ایجاد انسان‌هایی است که ممکن است به وجود بیایند تا به عنوان انبار وسایل یدکی در اختیار صاحبان ثروت قرار گیرند. انسان‌هایی که وقتی نیاز شد قلب و کلیه و دیگر اجزای بدنشان از وجود آنها برداشته شده و برای رسیدن انسان به جاودانگی به آنها چوب حراج زده شود. البته موارد سوءاستفاده ممکن است هر روز بیشتر شود ولی این بخش را با دو مورد امکان سوءاستفاده دیگر به پایان می‌بریم.
الف) بعید نیست انسان پیشرفته قرن 21 به مدد این دانش و برای اصلاح بشر و به اصطلاح ایجاد جامعه‌ای با بهترین کیفیت نژادی (!)، بازاری به راه بیاندازد که در آن کلون‌دهندگان، نژادهای برتر و حتی افراد مشهور همچون هنرمندان و بازیگران سینما و … باشند.
ب ) عین هم بودن یا شبیه‌سازی افراد بشر در دانش شبیه‌سازی امکان بیشتری دارد، زیرا در تلقیح طبیعی کروموزومهای انسان ایجاد شده از دو نفر اخذ شده و این مسأله باعث میشود که شخص شباهت به دو نفر داشته باشد. ولیاخذ تمام کروموزوم‌ها از یک شخص، امکان شباهت والد و مولود را بیشتر میکند ـ اگر بتوان اعتقاد به والد و مولود بودن آنها داشت ـ
همین قضیه نیر امکان سوءاستفاده از این شباهت را بالا می‌برد ولی باید اقرار نمود که همه‌ی اینها بیشتر از اینکه مستقیماً از شبیه‌سازی ناشی شوند در اثر سوءاستفاده‌هایی است که بی‌شک از آن به عمل خواهد آمد.
مسأله بعد آسیبهای مستقیمی است که دانش ژنتیک جدید قادر به حل آنها نیست. یکی از این موارد امکان بالای جهش ژنی و ایجاد اختلالات جسمی و عقلی فراوان در این پروسه است که هنوز شیمیدانها و زیست‌شناس‌هایی که در این عرصه فعالند نتوانسته‌اند راه‌حلی برای آن بیابند. انستیتو روزلین ـ که زادگاه اولین حیوان شبیه‌سازی شده به شمار میرود ـ خود بر خطرات فراوانی که این دانش برای فرزندان خود ایجاد میکند هشدار داده است.
برخی ژن‌ها که در اصطلاح زیست‌شناسی به آنها ژنهای بدخیم گفته میشود، گاه نهفته و گاه آشکار ایجاد میشوند. استفاده از روش استنساخ امکان فعال شدن این ژن‌ها را نیز بالا می‌برد و شبیه‌سازی بر این مسأله نیز توان استیلا نیافته است. دانش سقط جنین نیز بالا میرود، چنانچه از هر چند صد مورد باروری انجام شده تنها یک مورد به نتیجه می‌رسد و این خود ناشی از شکستن ژن‌هاست که در نتیجه آن درصد کورتاژ بالا میرود.
امکان ایجاد شخصیت بینابینی در افراد شبیه‌سازی شده، از دست رفتن تنوع ژنتیک که دلیل اصلی مقاومت نوع بشر در برابر بیماری‌هاست، خطاهای زیادی که در اثر استفاده از این روش به وقوع می‌پیوندند و همچنین ایجاد جامعه بی‌هویت و بی‌اصل و نسب از دیگر نتایج مستقیمی است که از این دانش عاید بشر میگردد. دست آخر هم اینکه بتوان بر این مشکلات فائق آمد یا خیر در تخصص رشته زیست‌شناسی بوده و ما را بدان دیار راهی نیست.
2) این کار ممکن است یا غیرممکن؟
هر چند موافقان اندک و مخالفان بسیار زیاد شبیه‌سازی از هم اینک غوغای شگرفی در رد یا قبول آن به راه انداخته‌اند ولی باید اشاره کرد که فناوری شبیه‌سازی هنوز در ابتدای راه است. با توجه به نتایج به دست آمده در تحقیقات انستیتوها و مؤسساتی که در این زمینه فعال هستند بایستی گفت که هنوز راه نرفته زیادتر از مسیر طی شده در این دانش است. حتی میتوان قدمی فراتر گذاشت و اذعان کرد که تنها بشر میتواند شبیه‌سازی کند. البته یک سری ادعاهای غیرثابت شده نیز هستند که هنوز در صحت و سقم آنها حرف و حدیث بسیار است، از این رو که مدارک علمی چندانی برای اثبات آنها ارائه نشده است. چندی پیش ادعا شد که زنی 30 ساله یک انسان شبیه‌سازی شده را به دنیا آورده ولی همان گونه که گفتیم مدارک علمی قطعی در این باره در دست نیست. آن طور که در مضرات این علم نیز اشاره شد، هرچند مراحل کاشت و داشت به عمل می‌رسد، ولی همواره در مرحله برداشت و پس از آن، انسان شبیه‌سازی شده با مانع سختی روبه‌روست. موفقیت وضع حمل زنده، 3% کل تولدها اعلام شده و هم‌اکنون ـ با مدارک متقن ـ فقط یک مورد شبیه‌سازی قطعی به جهانیان معرفی شده است که گوسفندی است به نام دالی. این گوسفند نیز دچار پیری زودرس شده و پس از تحمل بیماریهای مختلف چندی پیش درگذشته است.
3) قانونی است یا غیرقانونی؟
شیراک، رئیس جمهور فرانسه در یک موضع‌گیری آشکار، شبیه‌سازی را اقدامی جنایتکارانه خواند و خواستار ممنوع شدن آن شد. علاوه بر فرانسه، آلمان نیز به مخالفت با این پدیده برخاسته است. WHO (سازمان بهداشت جهانی )، یونسکو و یا نهادهای بین‌المللی دیگر نیز به همان راه رفته‌اند. سازمان بهداشت جهانی در قطعنامه‌ای که به تصویب اکثریت اعضای آن رسید آن را غیرقابل قبول خواند و یونسکو نیز از سازمان ملل درخواست کرد تا با صدور بیانیه‌ای خواستار توقف فعالیت شرکتهایی شود که در این زمینه مشغول فعالیت هستند. علاوه بر اینها قواعد داخلی کشورهای پیشرفته از جمله آلمان، ژاپن، فرانسه، نروژ و استرالیا از هم اینک علاوه بر هر گونه تحقیق، تولید محصولات شبیه‌سازی شده را نیز ممنوع کردهاند. در آمریکا نیز هرچند کنگره سابق در این زمینه تساهل به خرج داده ولی هم‌اینک موضع‌گیری‌ها به سمت ممنوعیت این پدیده به پیش میرود. از جمله موضع جورج بوش را میتوان مثال زد. وی بر ممنوعیت پژوهش روی سلول وراثتی تأکید کرد. با همه این احوال، سنا قواعد محدودکننده‌ای را که از تصویب کنگره حاضر گذشته بود تصویب نکرد ـ هرچند دلایل آن را اشکال در قواعد فنی و حقوقی این پیش‌نویس عنوان کردهاند ـ
چنانچه گفتیم، کشورهای پیشرفته و صاحب فناوری موضعی منفعلانه و دافعانه‌ای در این خصوص بروز دادند. آنها ترس یا حتی وحشت عجیبی از دنیای شبیه‌سازی شده دارند و به نظر می‌رسد هرچه می‌گذرد این واهمه، شدت بیشتری میگیرد. دولت‌های صاحب تکنولوژی بیشتری به صف مخالفان این فناوری می‌پیوندند و به نظر می‌رسد برای اینکه این قواعد، بین‌المللی نیز بشود وضعیت مساعد است و لازمه آن پا پیش گذاشتن کمیسیون حقوق بین‌الملل و تهیه پیش‌نویس کنوانسیون لازم و ارائه آن به سازمان ملل است تا بدین طریق، این وحشت عمومی با دافعه‌ای جهانی مواجه گردد.
4) مشروع است یا غیرمشروع؟
در سطور بالا به قانونی بودن یا قانونی نبودن این مسأله پرداختیم ولی مسأله بعدی وجهه‌ی شرعی آن است. در این باره میتوان به نظرات علمای اسلام و مسیحیت اشاره کرد.
واتیکان با صدور بیانیه‌ای با این فناوری مخالفت کرد. موضع کاتولیک‌ها هماهنگ با حرکت جهانی توقف این فناوری است. واتیکان آن را پیامد باوری وحشیانه خواند که فاقد اصول اخلاقی و انسانی است. کاتولیک‌ها مدعی هستند که ادامه تلاش بشر و رسیدن به یک جامعه شبیه‌سازی شده راه را بر نوعی برده‌داری هموار می‌سازد.
هرچند هنوز هیچ کشور اسلامی قابلیت استفاده از دانش شبیه‌سازی را ندارد، ولی نهادهای اسلامی در این باره موضع‌گیری کردهاند. مجمع اسلامی الازهر، شبیه‌سازی انسان را حرام دانسته و مدعی شده است که باید جلوی آن را گرفت. این مجمع علمی، شبیه‌سازی را از نظر اسلام مضر خوانده است، زیرا معتقد است که خدا انسان را احسن مخلوقات خود معرفی کرده است و دخالت را در آن، دخالت در عالی‌ترین صنعت خداوند برشمرده است ـ به نظر می‌رسد که علمای عامه قدرت خداوند را قابل دسترسی تصور کردهاند.
مفتی مصر نیز مدعی است شبیه‌سازی با بسیار ضروریات دین مغایر است، شورای پژوهش های اسلامی الازهر نیز آن را حرام اعلام کرد. البته عده‌ای از علمای عامه (سنی) نیز بوده‌اند که شبیه‌سازی محدود را آن هم برای یک عضو معین مطلوب شمرده‌اند.
دکتر رأفت عثمان رئیس دانشکده حقوق الازهر مصر این نظر را ابراز داشته که در ادامه به بیان و نقد آن می‌پردازیم.
او برای شبیه‌سازی چهار حالت متصور است. حالت اول آن است که هسته سلول غیرجنسی از شوهر همان زنی اخذ شود که شبیه‌سازی در رحم او به وقوع می‌پیوندند. در حالت دوم این هسته از سلول غیرجنسی یک مرد اجنبی اخذ میشود. حالت سوم استیفای آن از یک زن بیگانه است و حالت آخر اخذ آن از بدن همان زنی است که سلول در بدن او کاشته خواهد شد.
دکتر رأفت عثمان از بین این چهار مورد، مورد اول را می‌پذیرد ولی با سه شرط: اول آنکه آنها از راه طبیعی بچه‌دار نشوند. دوم، اطمینان حاصل کنند که طفلی که متولد خواهد شد طبیعی بوده و هیچگونه نارسایی زینتی در وجود او نخواهد بود و سوم، اطمینان حاصل نمایند که این طفل شبیه‌سازی شده در صورت حضور در جامعه هیچ خطری برای آن به حساب نخواهد آمد.
هرچند این نظر، جدید به نظر می‌رسد ولی در مورد محرومیت این طفل متولد شده با اقوام نسبی جای حرف و حدیث است و شاید حتی بتوان گفت او برای این طایفه محرم نخواهد بود. حتی از آنجا که در تعریف فقهی، فرزند به کسی اطلاق میشود که از سلول جنسی یک پدر ایجاد میشود، در رابطه پدر و فرزند و مادر و فرزندی مشکل وجود خواهد داشت که در این باره بیشتر سخن خواهیم گفت.
شاید صدای بیشترین موافقت‌ها با شبیه‌سازی از نای فقهای شیعه برخاسته باشد. سید سعید حکیم یکی از فقهاست. وی هرچند مخالف تلقیح مصنوعی است و آن را با حکم احتیاط واجب، رد میکند ولی مدعی است در اسلام دلیلی بر حصر تولید مثل از راه طبیعی نداریم. او آنچه حرام است را سوءاستفاده از نتایج این علم می‌داند و معتقد است هر علمی که از آن سوءاستفاده شود حرام خواهد بود ولی بر اباحه اصل آن به واسطه این حرمت نمی‌توان صحه گذارد.
محمد حسین فضل‌الله نیز بر جواز اصل قضیه تأکید دارد. چون معتقد است که این قضیه خلقت از عدم نیست. البته همه فقهای شیعی با این رای همراه نیستند. چنانچه در قم، آیت‌الله صانعی با آن به مخالفت برخاسته است و حتی برای آن تعزیر نیز قائل است . هرچند ایشان نیز بر امکان استفاده از جنبه‌های علمی تأکید می‌نماید. حتی به نظر می‌رسد منظور ایشان از تعزیر، تعزیر سوءاستفاده‌کنندگان از این دانش باشد.
6)خط تولید بشر
شبیه‌سازی گونه بشر، حامل مخاطرات و تهدیدهایی برای حیات آدمی و طبیعت است. در سایه چنین پیشرفت خارق‌العاده‌ای است که «انسانیت» به حاشیه رانده میشود و فرزندان نسل بشر به کالاهایی در عرصه بازارهای جدید زیستی مبدل شده و زمینه خلق تجارتی سودآور را برای بشر دمدمی مزاج مدرن فراهم می‌سازد. در چنین شرایطی است که آدمی در یک خط تولید، آن گونه که خود می‌خواهیم، تحت دستکاری مهندسان حیات قرار میگیرد و در قالب یک کالا تولید میشود.
آدمی هم اکنون موقعیتی خطیر را تجربه میکند. در پیش روی ما چشم‌انداز قریب‌الوقوع شبیه‌سازی انسان ترسیم شده است. تحقق این شاهکار خارق‌العاده، چیزی جز خدایی کردن آدمی در مسیر تعیین سرنوشت خود نیست؛ تعیین سرنوشتی که با پیامدهای شومی برای آینده تمدن بشر همراه خواهد شد. هم اینک محققین و دانشمندان، نخستین آزمایشهای خود را در این باره انجام داده‌اند و جهان بی‌صبرانه و مشتاقانه در انتظار تحقق چنین رجعیتی است.اگرچه چنین موضوعی، بسیاری را نگران ساخته، اما حامیان چنین تکنولوژی‌ای این سؤال را مطرح میکنند که چه دلیلی برای عدم استفاده از آن وجود دارد؟ چرا یک زوج نابارور نتوانند از این میراث ژنتیکی خود عدول کنند و برای بچه‌دار شدن، حق انتخابی داشته باشند؟
اما از سوی دیگر، تعدادی از عالمان اخلاق، کم و بیش و به دنبال انزجار برخی از تحقق چنین چشم‌اندازی، مخالفت‌هایی را نسبت به این موضوع از خود نشان داده‌اند که البته مخالفت‌هایشان و نیز نگرانی‌ها و تردیدهایشان از این مقوله، به مسائلی همچون تضمین بی‌خطر بودن آزمایشها و سلامت نوزادان خلاصه شده و بعضاً نگرانی‌هایشان به موضوع نابودی و به کنار گذاشتن برخی رویان‌های تولیدی در روند شبیه‌سازی مرتبط میشود، اما متأسفانه موضوعات بس اساسی‌تر و جدی‌تری مورد بی‌توجهی قرار گرفته است.
بی‌شک شبیه‌سازی انسان با مسائلی اساسی و در رأس آن با مسائل مرتبط با ماهیت و ارزش آدمی پیوند خورده است. هیچ رویدادی در طول تاریخ حیات بشر، توان چنین تأثیرگذاری‌ای را بر آینده انسان نداشته است؛ که دلایل متعددی هم برای این ادعا وجود دارد. نخست اینکه، تصور واقعی ما از حیات، ریشه در روابط جنسی و رابطه زیستی زن و مرد دارد. بخش مهمی از تاریخ تمدن ما از آداب و رسوم ازدواج گرفته تا مفهوم خانواده، قبیله و ملت، در رابطه تنگاتنگ با مسائل جنسی ما بوده است. همواره آدمی به تولد فرزندانش به مثابه موهبتی الهی نگریسته و همراه شدن اسپرم زن و مرد، خود نمایانگر تسلیم شدن آدمی در برابر نیروهایی است که همواره خارج از کنترل بشر بوده است. آمیزش زن و مرد همانا به منزله نوعی خلقت جدید و منحصر به فرد و البته محدود بوده است.
دلیل نفرت ذاتی بسیاری از شبیه‌سازی، معلول این واقعیت است که چنین پدیده‌ای میتواند به آغاز سفر جدیدی تبدیل شود که در آن «موهبت حیات» رفته رفته به حاشیه رانده میشود و نهایتاً هم مورد بی‌توجهی قرار میگیرد. موضوعی که ماحصل آن، تبدیل فرزندان جدید ما به کالاهایی در عرصه بازار خواهد بود؛ کالاهایی که جز جز آنها از پیش طراحی شده، تولید میگردند و در بازارهایی جدید عرضه میشوند.
شبیه‌سازی در وهله نخست، نه یک خلقت که همانا یک «تولید» است. استفاده از فن‌آوری‌های جدید زیستی این امکان را فراهم می‌آورد تا موجودی جاندار در یک خط تولید، آن گونه که خود انتظار داریم، تحت مهندسی قرار گرفته و تولید شود. هنگامی که از استانداردهای مهندسی صحبت به میان می‌آید، نخستین موضوعی که به ذهن متبادر میشود، همانا کنترل کیفی و نتایج قابل پیشبینی محصول تولیدی است و این دقیقاً همان وضعیتی است که درباره شبیه‌سازی هم متصور است. برای نخستین بار در طول تاریخ، می‌توانیم ساختارهای ژنتیکی فرزندان خود را به دست و به خواست خود تعیین کنیم و ماحصل آن نه یک خلقت منحصر به فرد که تولید و به عبارت دیگر نوعی تکثیر است. شبیه‌سازی انسان بی‌شک نوید دهنده آغاز تمدن به نژادی سوداگرانه‌ای است که در دنیای جدید و شکوهمندی (!) که در آن تکنولوژیهای نوین در روند بهبود وضعیت فرزندان‌مان گوی سبقت را از هم می‌ربایند، به ما این امکان را میدهند تا شاهد پیدایشی دیگر در عرصه حیات باشیم. در چنین عصری است که هر انسانی میتواند به خدایی در مسیر تولید فرزندانش بر پایه میل و اراده خود تبدیل شود.
در آینده و یقیناً تا زمانی که فرزندان امروز ما به دوران بزرگسالی خود میرسند، امکان تغییرات ژنتیکی در سلول و رویان‌های اهدایی میسر خواهد شد و بی‌شک، خلق نمونه‌های سفارشی از نمونه اصلی، به یک واقعیت مبدل میشود و این همان چیزی است که چندی پیش یان ویلموت در تولید دومین گوسفند شبیه‌سازی شده خود آن را عملی ساخته است. اگرچه تولد این گوسفند یعنی «پالی» به اندازه اولین گوسفند یعنی «دالی» مورد توجه قرار نگرفت، اما این تولد حقیقتاً تولدی رعب‌آور و شوم‌تر از تولد نمونه‌های نخستین خود بود. بر اساس الگوی تولد پالی است که دانشمندان میتوانند گونه‌های سفارشی بی‌شماری را به خواست مشتریان خود تولید کنند.
آیا کسی میتواند در این باره، ذره‌ای شک و تردید به خود راه دهد که آنچه را که ویلموت درباره پالی به کار بسته، در آینده توسط صنعت بیوتکنولوژی برای تولید فرزندان سفارشی مورد استفاده قرار خواهد گرفت؟ باز هم حامیان شبیه‌سازی در این باره ابراز می‌دارند که مگر این اشکالی دارد؟ و اصلاً اگر پدر و مادری بداند که احتمال انتقال استعدادهای ژنتیکی‌اش همچون استعداد بیماری قبلی و یا سکته یا سرطان به فرزندان وجود دارد، آیا خود را متعهد به حذف چنین ژنی نمی‌بیند؟ اما سؤال اساسی در این باره آن است که به راستی حد و مرز توقف کجاست؟ آیا تنها به همین موارد محدود میشود یا اینکه به حذف مسایل و مشکلات پیش پا افتاده دیگری هم خواهد انجامید؟
اما از منظری دیگر، گسترش چنین تکنولوژی‌ای، مبین نوع جدیدی از جاودانگی و فناناپذیری خواهد بود. در چنین بستری است که هر نسلی میتواند به هنرمندی غایی تبدیل شود و دائماً ویژگی ژنتیکی همنوعانش را مطابق میل و سفارش دیگران روزآمد نماید تا بالاخره به آن الگوی ایده‌آلش یعنی رسیدن به یک گونه ژنتیکی کامل و بی‌عیب برسد.
ساده‌لوحانه است اگر تصور کنیم که تنها مردم کمی به استفاده از این فرصت پیش آمده روی خواهند آورد. هم اکنون محققین بسیاری در مراکز ناباروری از همجوم افرادی خبر میدهند که به رغم توانایی‌شان در زاد و ولد، خواستار استفاده از این تکنولوژی در تولید فرزندان‌شان هستند.
اما آن تهدید اساسی که در نتیجه شبیه‌سازی، آدمی را متوجه خود می‌سازد و تا کنون هم توسط دانشمندان، علمای اخلاق، سیاستمداران و شرکتهای فعال در عرضه بیوتکنولوژی ابراز نشده، آن است که در جامعه‌ای که مردم به طراحی امیال و مهندسی استانداردهای مورد نظر خود در روند تولید فرزندان‌شان اقدام نمایند، چه رفتاری با کودکان غیرشبیه‌سازی شده و غیرسفارشی به عمل خواهد آمد؟ و اصلاً نگاه جامعه به کودکی که با نوعی ناتوانی به دنیا آمده است، چه خواهد بود؟ آیا چنین جامعه‌ای، چنین کودکی را برمی‌تاید و یا اینکه به وی به مثابه موجودی که حامل خطا در رمزهای ژنتیکی‌اش است و یا به بیان ساده‌تر، به مثابه یک محصول معیوب نمی‌نگرد؟ بی‌شک نسل‌های آینده در برابر چنین کودکانی و نیز کودکانی که تحت مهندسی قرار نگرفته‌اند و از ضوابط و استانداردهای ژنتیکی حاکم در بازار زیستی ـ صنعتی به دورند، تحمل کمتری از خود نشان میدهد و در صورت تحقق چنین مسأله‌ای، آدمی آن سرمایه ارزشمند، یعنی احساس همدردی و انسان‌دوستی خود را از دست خواهد داد، چرا که در دنیایی که آدمی به این نحو به دنبال به کمال رسانیدن فرزندان خود است، دیگر جایی برای بقای چنین احساسی باقی نخواهد ماند.
منابع:
http://www.bashgah.net
http://www.jazirehdanesh.com
ماه نامه - سیاحت غرب - 1383 - سال دوم، شماره 16، آبان
6 تفسیر از شبیه سازی انسان
6 تفسیر از شبیه سازی انسان
1)چگونه پدیده شبیه‌سازی از کنترل خارج میشود؟
شبیه‌سازی انسان، به استناد ضرورت کارهای تحقیقاتی برای شناخت و درمان بیماریها، نمی‌تواند مانع از خطرات عظیم و بالقوه‌ی این عمل برای آینده‌ی جامعه‌ی بشری شود. قانونی شدن این امر، زمینه‌ی تبدیل عمل زاد و ولد انسان به نوعی تولید صنعتی که در آن کودکان به اشیای دستکاری شده و محصولات مطابق با خواست و اراده‌ی ما، تبدیل خواهند گشت را فراهم می‌آورد.
کوتاهی‌های کنگره پیشین آمریکا، در ممنوع ساختن شبیه‌سازی انسان، توانایی ما را در کنترل استفاده‌های غیراخلاقی از بیوتکنولوژی ـ حتی زمانی که این گونه استفاده‌ها آن مسایل وموضوعاتی را که برای ما ارزشمند هستند، با تهدید خود مواجه می‌سازد ـ مورد تردید جدی قرار داده و از همین رو است که کنگره جدید بایستی برای حذف این سد قانونی، اقدام لازم را به عمل آورد.
تقریباً در آمریکا همه در مخالفت با شبیه‌سازی، متفق‌القولند و اکثریت عظیم مردم با آن مخالفند. عمده دانشمندان و محققین نیز بر این باورند که بایستی شبیه‌سازی به عنوانی عملی غیرقانونی معرفی گردد و حتی یکایک اعضای کنگره نیز آن را محکوم نمودهاند. واقعیت آن است که شبیه‌سازی علاوه بر آن که حامل مخاطرات و آسیبهای جدی بر بدن کودک شبیه‌سازی شده است، ارزش و جایگاه تولیدمثل بشری را مورد تهدید واقعی خود قرار میدهد. همچنین، شبیه‌سازی، امکان کنترل ژنتیکی بی‌سابقه و بی‌مانندی را بر نسل بعدی فراهم می‌آورد و از همین رو است که این عمل، به عنوان اولین گام تحقق دنیای «به نژادی» که در آن کودکان به اشیای دستکاری شده ومحصولات مطابق با خواست و اراده ما تبدیل خواهند گشت، محسوب میشود.اما به رغم چنین نگرانی‌هایی، قوانین موردنظری که ممنوعیت شبیه‌سازی را به همراه داشت، از تصویب مجلس سنا بازماند که البته مانع اصلی تحقق چنین خواستی، ابهام پیرامون دو موضوع «تحقیق در مورد سلولهای غیرجنسی» و «تحقیقات بر روی رویان‌ها» بود که گره‌گشایی از این دو موضوع، میتواند راهکار تصویب قوانینی مسوولانه برای ممنوع ساختن شبیه‌سازی در ایالات متحده به حساب آید.
در ابتدا ما باید حقایقی را برای خود روشن سازیم. تمام فرآیندهای شبیه‌سازی انسان با یک عمل مشابه آغاز میشود و آن هم تولید رویان شبیه‌سازی شده انسان است. توسل به این شیوه برای تولید نوزاد انسان، مستلزم کاشت رویان‌های شبیه‌سازی شده در بدن زنان و رشد آن تا هنگام تولد است، اما شبیهسازیهایی که در راستای تحقیق‌های زیستی ـ پزشکی صورت می‌پذیرد، برخلاف نمونه قبلی، مستلزم تشریح و دستکاری رویان‌ها خارج از بدن و با هدف تسلط بر سلولهای غیرجنسی است.
امروزه مباحثه‌ها و مجادله‌های موجود، حول ممنوع‌سازی اولین شیوه و بعضاً حول هر دو شیوه مذکور دور می‌زند، اما مسلم آن است که لحاظ نمودن مسایل اخلاقی و واقع‌بینانه ایجاب میکند که حداقل اگر شبیه‌سازی بااهداف تحقیقاتی ادامه می‌یابد، شبیه‌سازی انسان ممنوع گردد.
نکته مهم دیگر آن است که مباحث صورت گرفته در این باره، نه تنها ناکافی بوده، بلکه بر حول موضوعاتی اشتباه و نامرتبط با اصل مطلب، معطوف شده است؛ به طوری که در چنین فضایی، طرفداران شبیه‌سازی با اهداف تحقیقاتی، غالباً بر آن بوده‌اند تا با توسل به این ادعای واهی که این شیوه، اصلاً شبیه‌سازی نیست و رویان‌های تولیدی اصلاً به معنای واقعی، رویان نیستند، در پی تحریف واقعیت و خلط موضوع برآیند.
از سوی دیگر، مخالفین این گونه تحقیقات، صرفاً فکر و ذکر خود را به ممنوع ساختن این شیوه، معطوف ساخته و از این رو، از اصل مطلب بازمانده‌اند و نتیجه آن چیزی جز این نیست که این نیروی گسترش یافته برای کنترل و دستکاری بر حیات بشری و شیوه‌هایی که شبیه‌سازی را به یک واقعیت مبدل می‌سازد، خلق کودکان شبیه‌سازی شده را به امری رایج تبدیل میکند.
درست است که این گونه تحقیقات، میتواند به ارمغان آورنده امیدی برای شناخت و درمان بیماریها باشد، اما نباید با توسل به ادعاهایی مبنی بر ارزش و یا ضرورت این گونه تحقیقات، خود را فریب دهیم، چرا که اصلاً در این باره، هیچ سابقه و پیشینه قابل قبولی ـ حتی در مورد حیوانات که عمدتاً در عرصه پزشکی به عنوان توجیهی برای بسط این تحقیقات بر روی انسان شناخته میشود ـ در اختیار نداریم.
امروزه گزینش‌های ژنتیکی رویان‌ها در حال تبدیل شدن به یک صنعت روبه‌رشد میباشد. برخی از کارشناسان، چنین رویکردی را به مثابه شیوه‌ای برای خلق کودکانی که از لحاظ ژنتیکی سالم و بی‌نقص هستند، می‌ستایند، اما مسلم است که به رغم همه ادعاهای موجود، توسل به این ادعا که شبیه‌سازی انسان صرفاً به زوج‌های نابارور، شبیهسازیهای تحقیقاتی فقط به مطالعه درباره بیماریها محدود خواهد شد، نگرشی خام و ساده‌لوحانه است.
نگاهی عمیق به این مسأله، بیانگر آن است که تولید رویان‌های شبیه‌سازی شده با هر هدفی که صورت پذیرد، جهشی بزرگ در تبدیل زاد و ولد انسان به نوعی تولید صنعتی خواهد بود و در حقیقت از همین رو است که ما نباید در این باره خود را این گونه فریب دهیم؛ چراکه پذیرش رویان‌های شبیه‌سازی شده حتی در راستای اهداف تحقیقاتی، حداقل در اصول به معنای پذیرش برتری روبه گسترشِ ژنتیکی نسلی بر نسل بعدی خواهد بود؛ زمانی که رویان‌های شبیه‌سازی شده بشری در آزمایشگاهها موجودیت یابند، در واقع سنگ بنای
انقلاب به‌نژادی گذاشته میشود.
در مجموع، این گونه نگرانی‌ها است که بسیاری از کشورها را از جمله آلمان، ژاپن، فرانسه، نروژ، استرالیا و … برآن داشته تا هم تولید و هم تحقیق در این حوزه را ممنوع سازند و پارلمان اروپا نیز در همین راستا است که هر گونه شبیه‌سازی انسان را ممنوع ساخته است. مسلم آن است که آمریکا نیز باید هیمن رویکرد را اتخاذ کند و حداقل اگر آن را به صورت کامل ممنوع نمی‌سازد، بایستی این گونه فعالیت‌ها و تحقیقات را برای چند سال به حالت تعلیق درآورد. در چنین فرصتی است که این سیاست، به ما امکان میدهد تا اهمیت واقعی نقض مرزهای اخلاقی و بنیادینی را که در جریان شبیه‌سازی شکل میگیرد، درک نماییم و در ک این واقعیت است که ما را به تدبیری ایمن برای مقابله با تولید کودکان شبیه‌سازی شده، پیش از آنکه به روالی عادی تبدیل شود، مجهز می‌سازد و در کنار آن، تداوم بحث‌های مرتبط با این موضوع را به همراه خواهدداشت.
در صورتی که هم‌اکنون اقدامی در این راستا انجام ندهیم، آنگاه شبیه‌سازی انسان به امری عادی تبدیل خواهد شد و دیگر بایستی به ورود و حضور این گونه انسانها در عرصه زندگی خود تن درهیم.
2)هراس از پدیده کلون
چرا ما از تصویر آینه¬اى خود وحشت داریم؟
اگر بخواهید به «کلون ها» (موجودات همانند سازى شده) فکر کنید، احتمالاً چیزى غیرطبیعى و مرموز، شیطانى و ترسناک را در نظر خواهید آورد. بنابراین تا اندازه اى طنزآمیز است که اولین پستاندارى که به طور مصنوعى شبیه سازى شده گوسفندى گیاهخوار و بسیار آرام و سر به راه به نام «دالى» بوده است. تا آنجایى که ما خبر داریم «دالى» هرگز سعى نکرد به مربیان خودش حمله کرده و یا براى فرمانروایى بر دنیا توطئه چینى کند. «اسنوپى» هم به عنوان اولین سگ شبیه سازى شده تهدیدى براى جامعه به حساب نمى آمد. از اخبار مربوط به تولد وى با فریادهاى شادى و شگفتى و طنز و لطیفه استقبال شد و گاردین نوشت که «دانشمندان سگ هاى تازى را رها کرده اند.» با این وجود «دالى» و «اسنوپى» در ریشه کن کردن تعصبات و پیش داورى ها در برابر نوع خویش، ناموفق بودند. ما کمى مثل نژادپرست ها هستیم که مى گویند «آنها» همه شان مشکوکند، گرچه آن چند تایى که ما مى شناسیم از نوع «خوب» هستند.
ترس و شیفتگى ما نسبت به کلون ها به شیوه اى تحکم آمیز بار دیگر در فیلمى جدید با عنوان «جزیره» با هنرمندى «اوان مک گرگور» و «اسکارلت جوهانسن» کاوش شده است. در تلاشى براى غلبه بر تمایلات ضدکلونى این بار قهرمانان، خودشان کلون هستند. با این وجود هنوز شبیه سازى در قالب نیرویى اهریمنى به تصویر کشیده شده است. «مک گرگور» و «جوهانسن» تنها به منظور تامین قطعات یدکى انسان هایى که شبیه سازى از روى آنها انجام شده، آفریده شده اند. آنها در مجموعه اى زندگى مى کنند که به شدت تحت کنترل بوده و تنها معدود افراد خوش اقبال این فرصت را پیدا مى کنند که به «جزیره» آورده شوند. یعنى تنها مکانى بر روى زمین که آلوده نشده است. در واقع آنهایى که انتخاب شده اند براى اعضاى حیاتى شان قطعه قطعه مى شوند.
پس چرا کلون ها براى تخیل ما هم جذاب هستند و هم انزجارآور؟ این بدین دلیل نیست که ما هم اکنون
شاهد زیستن، نفس کشیدن و راه رفتن کلون ها در اطراف خود نیستیم. دوقلوهاى یکسان، دو برابر شده فرمول ژنتیکى یکدیگر هستند. هیچ کلونى بیش از دوقلوها نمى تواند شبیه نسخه اصلى خود باشد. اما دوقلوها براى کلون هراسى ها تا اندازه اى مانند «ترور مک دانلد» هستند براى نژادپرستان: آنها براى ما چون «ما» هستند و نه چون «آنها».
البته دوقلوها به طور طبیعى آفریده شده اند، درست مثل خودمان. این ماهیت مصنوعى کلون هاى تخیلى است که آنها را چنین اهریمنى مى کند. از این رو کلون ها همان وحشتى را در ما برمى انگیزند که «مرى شلى» در «فرانکنشتاین» نهاده بود. بسیارى چنین احساس مى کنند که مداخله در اسرار حیات و آفریدن انسانى به دست انسان کارى نامقدس و نامبارک است. ما چنین مى پنداریم که این عبور از خط قرمز و نشانیدن انسان به جاى خدا است و قطعاً چیز خوبى از آن درنخواهد آمد.
اما این به خودى خود کلون هراسى ما را کاملاً توضیح نمى دهد. مردم همیشه از انجام شدن کارهایى که خارج از توان بشر انگاشته شده بیم داشته اند. زمانى که ترن بخار اختراع شد، بسیارى تصور مى کردند مسافرانى که با این قطار به سرعت در حرکت هستند دچار خفگى خواهند شد. در زمانى بسیار نزدیک یعنى سال ۱۹۷۸ با تولد «لوییز براون» اولین نوزادى که در لوله آزمایش به وجود آمد، این نگرانى پدیدار شد که پزشکان دست به عملى زده اند که به گونه اى ترسناک نخوت آمیز است.
«کاردینال گوردون گرى» از «ادینبورگ» در واقع جمع کثیرى را خطاب کرد زمانى که گفت: «من تردیدهاى شومى درباره معناى ضمنى این کار و نتایج آن براى آیندگان دارم.» و حالا کمتر کسى از لقاح مصنوعى اظهار ناخشنودى مى کند.پیشرفت هاى علمى همواره با این واکنش ها روبه رو بوده اند. بیشتر ما چنین مى پنداریم که هر انسان، وجودى یگانه با جوهرى ثابت است که در طول زمان تغییر نمى کند. به نظر مى رسد که شبیه سازى این اندیشه را به چالش مى طلبد.
شبیه سازى، به آشکارترین گونه اى، یگانگى ما را با طرح موضوع دوگانه شدن خود و درون به خطر مى اندازد. فیلم «پسران برزیل» را که در سال ۱۹۷۸ ساخته شده است، در نظر بگیرید. در داستان مبتذل این فیلم، یک دانشمند علم ژنتیک به نام «یوزف منگل»، ۹۴ پسر را از خون هیتلر شبیه سازى مى کند و مطمئن است که هر پسر کوچک یک هیولاى شیطانى و هیتلرى جدید است. در اینجا در واقع جوهر و ذات هیتلر چندین برابر شده است.
اما ما با بررسى دوقلوهاى همسان مى دانیم که «خود»، محصول وراثت و محیط است، دوقلوهاى همسانى که از بدو تولد از یکدیگر جدا شده اند، در برخى موارد کاملاً شبیه یکدیگر هستند. اما تجارب و شیوه متفاوت پرورش آنها بدین معنى است که هر یک هنوز فردى متمایز با باورها، خاطرات و عادات منحصر به خویش است. همچنین است در مورد دوقلوهاى همسانى که در کنار یکدیگر پرورش یافته اند.
حتى «پسران برزیل» تاثیر ضربه روانى را که هیتلر تجربه کرده مى پذیرد و داستان بر این پایه استوار است که پدرخوانده هاى همه این پسران در زمان ۱۴ سالگى ایشان کشته مى شوند.
با وجود این، حتى اگر بخش قابل توجهى از آن چیزى که مى گوید ما کیستیم با هیچ چیزى به جز ژن ها تعیین نشود، به خودى خود مى تواند ترسناک باشد. ممکن است ما چیزى بیش از ژن هایمان به تنهایى باشیم، اما تنها همین واقعیت که نقش ژن ها مى تواند تا این اندازه تعیین کننده باشد، مسئله بغرنجى است. هراس از اینکه ما در کنترل کامل هویت خویش نباشیم، چیز دیگرى را هم که براى ما ارزشمند است، زیر سئوال مى برد: اراده آزاد. هیتلرهاى کوچک «پسران برزیل»، خودشان انتخاب نکرده اند که شیطانى باشند: آنها بدین شکل ساخته شده اند. آیا اگر این درباره شیطان صادق است، در مورد خوب ها نیز صدق مى کند؟ یک بار دیگر، گرچه این حقیقت دارد که تربیت و محیط تفاوت ها را مى سازند، تجربه کلون هاى طبیعى یا همان دوقلوهاى همسان، به ما نشان مى دهد که جنبه هایى از وجود ما از بدو تولد کمابیش تعیین و تثبیت شده است. این کار از جهاتى یک زحمت اضافى است چرا که ما نیازى به کلون ها نداریم تا چنین چیزى را نشان دهیم.
پدرومادرها داستان هاى بسیارى را باز مى گویند که چگونه فرزندشان ویژگى هاى شخصیتى ایشان را که از دوران خردسالى تا بزرگسالى و در تمام زندگى با خود داشته اند، بروز مى دهد.
بزرگسالان گشاده رو و خوشبین، تقریباً همیشه کودکانى گشاده رو و خوشبین بوده اند. کودکان درون گرا
ممکن است وقتى بزرگتر شدند، اعتمادبه نفس بیشترى پیدا کنند، اما به ندرت تبدیل به بزرگسالان برون گرا مى شوند.این بدان معنى است که محور اصلى آن چیزى که ما هستیم، بسیار پیش از آنى که به اندازه کافى بالغ شویم تا بتوانیم تصمیم هاى آگاهانه اى براى تغییر آن بگیریم، ثابت و پایدار گشته است.
و تا آن موقع، ترجیحات، تمایلات و استعدادهاى اساسى ما به گونه اى شکل گرفته و تثبیت شده اند. انتخاب هاى به اصطلاح آزاد ما نیز در محدوده شخصیتى شکل مى گیرند که به هیچ وجه آزادانه انتخاب نشده است.واقعیت ها و خیال پردازى ها درباره شبیه سازى تنها چیزى را به رخ ما مى کشند که هم اکنون درست در برابر ماست: اگر ما اراده آزاد داریم، این امر به هیچ روى مطلق نیست چرا که ما آن چیزى را که اساساً هستیم، انتخاب نمى کنیم. ما مجبوریم از میان محدودیت هاى شخصیتى و سرشتى که در ابتدا توسط ژن هایمان و فقط پس از آن به وسیله چگونگى تربیت ما تعیین شده اند، انتخاب کنیم.
اما شاید بزرگترین وسوسه اى که کلون ها در ما برمى انگیزند، شباهت آنها با باور قدیمى «همزاد» باشد. براى مثال، در «جزیره»، «مک گرگور» و «جوهانسن» با موقعیتى وسوسه انگیز و در عین حال عصبى کننده روبه رو مى شوند و آن، همان رویارویى با انسان هایى است که از روى آنها شبیه سازى شده اند. مهم نیست که این سخن به واقع تا چه اندازه نادرست است، در این رویارویى، این احساس وجود دارد که آنها با خودشان ملاقات کرده اند. «همزاد» مى تواند بسیار نگران کننده باشد. سال ها پیش، من در زیرزمین متروى لندن کسى را ملاقات کردم که به نظرم کاملاً شبیه خودم بود. لحظه بسیار ناخوشایندى بود. از سویى بسیار برانگیخته شده بودم و نمى توانستم از نگریستن به کسى که به نظرم، «من» دیگرى مى آمد، خوددارى کنم. اما از سوى دیگر، نمى خواستم خودم را جریحه دار کنم. گرچه احتمالاً هیچ چیز ترسناکى روى نداده بود، اما این طور به نظرم مى رسید که وارد بعد دیگرى شده ام و براى تجربه دو بعد به طور همزمان، مى بایست نظم کیهانى درهم شکسته شده باشد. من گاه فکر مى کنم که چه روى مى داد اگر مى توانستم از همزاد تصورى ام عکسى بگیرم و آن را در کنار عکسى از خودم قرار دهم. آیا واقعاً یکسان به نظرم مى رسیدیم؟ فکر مى کنم که در این صورت احتمال یکسان نبودنمان، بیشتر مى بود و این اشاره به آن چیزى است که براى من مهمترین پرسش درباره شبیه سازى است. از یک سو، ما دوست داریم فکر کنیم که موجوداتى یگانه بوده و ذاتى تغییرناپذیر داریم.
اما از سوى دیگر، در واقع اصلاً خودمان را نمى شناسیم. تنها کافى است چند اپیزود از سریال«برادر بزرگ» را ببینید تا دریابید که حقایقى درباره ما وجود دارند که بر دیگران مسلم هستند اما از نگاه خود ما که از درون به خود مى افکنیم، پوشیده مى مانند. اگر شما قرار بود کلون خودتان را ملاقات کنید، این به معناى ملاقات با خودتان نبود. اما ایده قراردادن آینه اى در برابر «خود» آنقدر ملموس است که ما را پریشان و آشفته مى سازد. این همان جاذبه و دافعه اى است که من در رویارویى با همزادم تجربه کردم. کسى که من دیدم، به شدت آشنا و در عین حال کاملاً بیگانه بود. آشنایى بدین سبب بود که من فکر مى کردم او مانند من است و من هر روز با خودم زندگى مى کنم. اما بیگانگى و دورى از این واقعیت نشأت مى گرفت که من خودم را از زاویه اى مى دیدم که قبلاً هرگز ندیده بودم و این چشم انداز این امکان را طرح مى نمود که من در بسیارى موارد، بسیار متفاوت از آن چیزى هستم که خودم گمان مى کنم. بدین دلیل است که کلون ها تا این اندازه ما را به وحشت مى اندازند.
ما درباره خود یک ایده زمخت و خام از آنچه و آنکه هستیم، داریم. به جزئیات اهمیتى نمى دهیم و تصور مى کنیم که زیر و بم هاى خودمان را مى شناسیم و مى پنداریم که آزاد و منحصر به فرد هستیم. بگذریم از اینکه به لحاظ علمى تا چه اندازه این تصور درست است، اما ما گمان مى کنیم که کلون ها، دو برابر شده «خود» ما هستند. از آنجایى که آنها یگانه نیستند، کاملاً آزاد نیستند و چشم اندازى بسیار متفاوت از آنچه ما هستیم را نشان مى دهند، تمامى این اطمینان هاى هر روزه را زیر سئوال مى برند و به چالش مى کشند. و باز آنها ما را به خود مى خوانند چرا که هیچ پرسشى اساسى تر از این نیست که: من کیستم؟ لحظه اى که ما شیفتگى خود را در برابر ایده «کلون ها» از دست بدهیم، روزى است که علاقه به خویشتن را از دست داده ایم.
3)کلون ها آن چیزی نیستند که تصور می رود
در سال 1903 میلادی گیاه شناسی به نام " هربرت وبر " واژه " کلون " را برای توصیف مجموعه‌ای از جانداران به کار برد که از راه تولید مثل غیر جنسی از یک والد به وجود میآیند. برخی از جانوران دریایی، گیاهان و میکروب‌ها به همین شیوه تکثیر میکنند. برای مثال، پایه‌های گوناگونی که از یک گیاه توت فرنگی به وجود می آیند، کلون یکدیگر به مشار میآیند. به زودی واژه کلون مورد پذیرش زیست‌شناسانی قرار گرفت که در آزمایشگاه، سلولهای پیکر جانداران را کشت می‌دادند. سلولهای به دست آمده از کشت یک سلول نیز کلون یکدیگر هستند.
گاهی کلون جانوران ، به طور طبیعی به وجود می آید . زنبورهای نر از طریق کلون سازی پدید می آیند ، یعنی برای تولید آن ها به لقاح اسپرم و تخمک نیازی نیست . به هر حال ، بر خلاف گیاهان ، سلول های پیکری ( غیر جنسی ) جانوران نمی توانند جاندار بالغی پدید آورد . طی چهل سال گذشته ، زیست شناسان می خواستند بدانند آیا این امر یک محدودیت زیستی یا یک مشکل فنی است .
همه سلول های پیکری یک جاندار از تقسیم سلول تخم حاصل می شوند . این سلول ها در مراحل بعدی برای انجام کارهای ویژه ای تخصص پیدا می کند . در واقع از سلول های تمایز نیافته ای که از سلول تخم حاصل می شوند ، سلول های تمایز یافته و تخصص یافته ای مانند سلول بینایی ، سلول کبدی و سلول عصبی حاصل می شود . زیست شناسان می خواستند بدانند در جریان تکوین جانداران ، چگونه از سلول تخصص نیافته ، سلول های تخصص یافته به وجود می آید .
گروهی معتقد بودند که تمایز سلول ها با محدود شدن " قدرت ژنتیکی تام " آنها همراه است . به عبارت دیگر ، در جریان تقسیم سلولی و تمایز سلول ها ، بخشی از ژن های آن ها به صورت گزینشی و به طور متوالی از دست می رود . برای مثال ، سلول عصبی فقط ژن هایی را در خود نگه می دارد که برای انجام فعالیت های عصبی به آنها نیاز دارد و بقیه ژن ها را از دست می دهد .
گروه دیگری معتقد بودند که همه سلول ها " قدرت ژنتیکی تام " دارند . به عبارت دیگر ، ژن های آن ها دست نخورده باقی می ماند و تفاوت سلول های تخصص یافته با سلول های تخصص نیافته در نحوه فعالیت ژن هاست . برای مثال ، سلول عصبی همان ژن های سلول بینایی را دارد . اما ژن هایی در این سلول فعال اند که به انتقال پیام عصبی کمک می کنند و در سلول بینایی ژن هایی فعال اند که در دریافت نور دخالت دارند .
اگر همه سلول ها ، ژن های یکسانی داشته باشند باید همه آن ها به طور بالقوه توان ایجاد جاندار کاملی را داشته باشند ، همان طورکه سلول تخم این توان را دارد . بنابراین ، اگر هسته سلول تخمک که جایگاه ژن هاست را از آن خارج کنیم و هسته یک سلول پیکری ( سلول پوست ، سلول عصبی یا سلول پیاز مو ) را درون آن بگذاریم ، باید جندار کاملی پدید آید .
در قرن نوزدهم و بیستم ، محققان این نظر را در جانداران مختلف آزمودند . برای مثال ، در اواخر دهه 1890 میلادی ، هسته سلول پیکری قورباغه را درون تخمک قورباغه دیگری گذاشتند که پیش تر هسته و در واقع کل ماده ژنتیکی آن را برداشته بودند . از سلول حاصله ،قورباغه بالغی پدید آمد . در سال 1997 ، آزمایش مشابهی روی گوسفند انجام شد که به تولد " دالی " مشهورترین گوسفند جهان انجامید .
بنابر این ، کلون سازی هرگز به عنوان روشی برای ازدیاد ساده جانوران مورد توجه نبود . در اسکاتلند ( محل تولد دالی ) گوسفندان بهای گزافی ندارند . قورباغه ، موش ها ، گوساله ها و دیگر جانورانی که تاکنون شبیه سازی شده اند ، همه جا به وفور یافته می شوند . در واقع کلون سازی برای پاسخ گویی به یکی از پرسش های بنیادین زیست شناسی ، یعنی نحوه تمایز سلول ها ، مطرح شد .
تصوری که جامعه از کلون سازی دارد ، با واقعیت فاصله دارد . این تصور ، در فیلم های تخیلی ( نخستین فیلم در این زمینه در سال 1965 به نام " کلون" عرضه شد ) و خیال پردازی های " الوین تافلر "( که در سال 1970 در کتاب "شوک آینده " منتشر شد ) ریشه دارد . وی یک مفوم علمی را در یک پیش بینی فانتزی به طور نادرست و خلاف واقع جلوه می دهد : " به زودی انسان می تواند کپی برابر با اصل خودش را تولید کند ." متاسفانه این برداشت نادرست از کلون سازی ، از کتاب های علمی _ تخیلی به گزارش های خبری و حتی کتاب های علمی راه پیدا کرد .
چون کلون ها از لقاح اسپرم و تخمک پدید نمی آیند ، ازلحاظ ژنتیکی با والدی که اطلاعات ژنتیکی را در اختیار آن ها قرار داده است ، تفاوت ندارند . اما آن ها کپی والد خود نیستند . دو قلو های همسان نیز از لحاظ ژنتیکی با هم تفاوت ندارند ، اما دو انسان مجزا محسوب می شوند و هر چند از لحاظ ظاهر و رفتار به هم شباهت دارند ، اما کاملا عین هم نیستند ؛ حتی اثر انگشت آنان با هم تفاوت دارد .
برخی به غلط تصور می کنند ، همه خصوصیات انسان را ژن ها تعیین می کنند . هر چند ژن ها نقش مهمی در بروز خصوصیات ظاهری و رفتاری ما دارند ، اما آن ها تنها عامل تاثیرگذار نیستند . محل زندگی ما ، غذایی که می خوریم ، آموزش هایی که می بینیم ، کتابی که می خوانیم ، فیلمی که می بینیم ، موسیقی که گوش می دهیم و حتی خواندن همین مقاله و نوشتن آن بر خصوصیات ما تاثیر می گذارد . از این رو ، دو انسان در کره زمین یافت نمی شود که کاملا عین هم باشند و تولید دو انسان که کاملا عین هم باشند نیز ، غیر ممکن است .
حدود نیم قرن است که محققان روی دانه های برف تحقیق می کنند و هنوز دو دانه برف پیدا نکرده اند که کاملا عین هم باشند . رطوبت و دما دو عامل اساسی هستند که بر شکل یک دانه برف تاثیر می گذارند . چون رطوبت و دما در بخش های مختلف یک ابر کاملا یکسان نیست و دانه برف در مسیر خود از ابر تا سطح زمین با شرایط جوی متفاوتی روبه رو می شود ، شکل دو دانه برف به طور کامل عین هم نمی شود . البته ، چون خصوصیات ذاتی مولکول های آب در شکل گیری یک دانه برف مؤثر است ، شکل همه دانه ها از اصول و تقارن مشابهی پیروی می کند .
بدون شک تفکرات ، احساسات و رفتارهای ما ساز و کار زیست شناسی دارند . اما این به آن مفهوم نیست که ما می توانیم دخالت ژن ها را در این فرایندها مجزا از بقیه عوامل در نظر بگیریم . ما حاصل عملکرد ژن ها هستیم ، ژن هایی که تحت تاثیر محیط فعالیت می کنند و از آن تاثیر می پذیرند و این محیط حتی تاریخی را که بر اجداد ما گذشته است شامل می شود .
برخی تصور می کنند کلون سازی همانند زنده کردن مردگان توسط حضرت عیسی (ع ) است . از این رو ، تصور می کنند در آینده نزدیک ، مرگ بی معنا می شود و می توان خویشاوندان مشرف به مرگ را با این روش حیات دوباره بخشید . اما باید دانست که کلون سازی با یک سلول آغاز می شود . سپس این سلول باید مراحل جنینی را پشت سر بگذارد و مراحل رشد و کمال اجتماعی را بپیماید تا به فردی تمام عیار تبدیل شود . از آن جا که بخشی از شخصیت آدمی را ژن های او تعیین می کنند ، کلون حاصل تنها به والد خود شباهت ظاهری خواهد داشت و کپی برابر اصل او نخواهد بود . شباهت کلون به والد خود حتی کمتر از شباهت دوقلو های همسان به یکدیگر خواهد بود . زیرا دوقلوها در یک رحم و به طور همزمان تکوین می یابند ، اما کلون و والد در دو رحم و در دو زمان متفاوت رشد و نمو می کنند .
برخی تصور می کنند با این روش می توان دانشمندان ، ورزشکاران ، هنرپیشه ها و حتی جنایتکارانی مانند هیتلر را حیات دوباره بخشید . اما این احتمال وجود دارد که کلون ها ( قرین های ژنتیکی ) این افراد از لحاظ رفتاری کم ترین شباهت را به آنان داشته باشند .
همه ما همه روزه و هر لحظه بر سر دوراهی ها یا چند راهی های گوناگونی قرار می گیریم و بر اساس آگاهی ها ، تاثیرات جامعه یا رخدادهای تصادفی به سویی کشیده می شویم .از این رو ، احتمال این که قرین های ژنتیک ، فلسفه دیگری برای زندگی خود برگزینند ، بسیار زیاد است . برای مثال ، ممکن است کلون انیشتین را داشته باشیم که بازی در فیلم های فیزیک ، کمدی را پیشه خود سازد . آیا ما می توانیم این قرین را به تحقیق درزمینه فیزیک وادار کنیم ؟
تصویر نادرستی که از کلون سازی در ذهن افراد وجود دارد ، ساخته گزارش های خبری است . گزارش های خبری اغلب بیسیار ساده شده اند و ممکن است تحت تاثیر سلیقه روزنامه نگاران و حتی دانشمندان ، چنان ساخته و پرداخته شوند که به یک داستان مهیج تبدیل شوند . ارزیابی های معقول با ابعاد گستره تر ، چه در نشریات عمومی و چه در نشریات تخصصی ، به ندرت توجه زیادی را به خود معطوف می دارند . در نتیجه برداشت های ما از شواهد علمی ممکن است تحت تاثیر چند یافته مهیج که امکان دارد برخی از آن ها نادرست باشند ، دچار انحراف و کج فهمی شود .
برای مقابله با اثرات گزارش های علمی تحریف شده ، فقط یک پادزهر وجود دارد : افراد غیر متخصص باید درباره آزمایش ها و تفسیرهایی که در زیست شناسی استفاده می شود ، بیشتر بیاموزند .
کلون ها نیز انسان هایی شبیه انسان های دیگر خواهند بود . بشر چیز جدیدی خلق نکرده است . کلون سازی در طبیعت رخ می دهد و اگر در انسان معمول نیست به این خاطر است که تولید مثل جنسی مزایایی دارد که تولید مثل غیر جنسی ( کلون سازی ) ندارد . البته ، برخلاف تصور نادرستی که وجود دارد ، کلون سازی روشی معمول برای تولید انسان نخواهد شد . وقتی فن لقاح در لوله آزمایش ( IVF ) پدید آمد ، عده ای موضع گیری کردند که این فن بنیان خانواده را متزلزل می کند و عده ای می توانند با این فن لشکری از تبهکاران بسازند . اما دیدیم که IVF به شیوه ای معمول برای تولید فرزند تبدیل نشد و انسان ها از روی ناچاری به آن روی می آورند . برای تولید لشکر تبهکاران نیز راه های ساده تری وجود دارد و به کلون سازی نیازی نیست . مقاله را با سخن جالبی از استاد مطهری به پایان می بریم : " بسیاری از مسایل علمی این شانس و خوشبختی را دارند که جز در محیط دانش و دانشمندان مطرح نمی شوند و جز دست صلاحیت دار دانشمندان آن ها را لمس نمی کند ولی بعضی از مسایل از این خوشبختی بی نصیب اند ،به همه مجامع و محافل کشیده می شوند ، هر دستی آن ها را لمس می کند و البته احتیاج به توضیح ندارد که دستمالی شدن زیاد یک مساله علمی از طرف هر فرد و دسته ای چهره و قیافه آن را عوض می کند و کار طالبان و پژوهندگان را دشوار می سازد و بلکه در قدم های اول آن ها را دچار ضلالت و گمراهی می نماید . "
دسته بندی سلول های بنیادی
دسته بندی سلول های بنیادی
اغلب سلولهای بدن انسان عملا قادر به تقسیم نیستند و بسیاری از زمان تولد تا مرگ شخص بدون تقسیم شدن حضور دارند. البته بعضی بافتهای بدن نظیر خون، پوست و لوله گوارش دارای چرخه بازسازی سریعی هستند و در هر روز ممکن است چندین سلول جدید بسازند. به عنوان مثال یک مرد متوسط با وزن 70 کیلوگرم در هر روز 1011×2 سلول خونی می سازد. همچنین روزانه میلیونها سلول پوستی و گوارشی ساخته می شود. سلولهای بنیادی سلولهایی هستند که قادر به همانندسازی خود هستند و نیز می توانند طی فرایند تمایز به یک یا انواعی از سلولهای بالغ تبدیل شوند.
به طور کلی سلولهای بنیادی به سه دسته تقسیم میشوند:
سلولهای بنیادی بزرگسال (Adult stem cells)،
سلولهای بنیادی جنینی (Embryonic stem cells)
سلولهای بنیادی بند ناف (Umbilical cord stem cells).
سلول بنیادی بزرگسال
در طول چند سال اخیر گزارش های علمی از وجود سلولهای بنیادی بالغ در موش در ارگانهایی مثل مغز، ماهیچه ، پوست، دستگاه گوارش،قرنیه،شبکیه،کبد وپانکراس آورده شده است که این سلولها قادرند قسمتهای آسیب دیده بافت خود را،از نو بسازند.چنین سلولهایی در انسان بالغ نیز وجود دارند و ممکن است روزی برای مقاصد درمانی به خدمت گرفته شوند . به کار گرفتن سلول های بنیادی برای درمان به چند دلیل امری بسیار مطلوب است :اول اینکه فعالیت سلولهای بنیادی بالغ به طور طبیعی منجر به ایجاد یک بافت خاص متشکل از چندین سلول میشود که هر کدام قادرند در صورت انتقال به بدن یک بیمار، تمام اجزای بافت را از نو بسازند .
دوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ ،فاکتور های رشدی ترشح میکنند که میتواند محل اقامت دیگر سلولها را در بافت دستخوش تغییر کنند ؛که این ویژگی نیز میتواند در موقع انتقال این سلولها اثرات سود مندی داشته باشد. سوم اینکه بعضی از سلولهای بنیادی بالغ قادرند به بافتهای صدمه دیده مهاجرت کنند.این ویژگی می تواندباعث شود که این سلول ها در موقع پیوندخودشان محل های مورد نظرراپیدا کنند.اگر سلول بنیادی بالغ در یک محیط مناسب قرارداده شوند، می توانند سلول های بافت های مختلف رابه وجودآورند.اما این کاربا چه الگویی صورت می گیرد وآن ها چه نوع سلول هایی را تولید خواهند کرد؟
I.Mackenzie و همکارانش نشان دادند که توانایی سلول های بنیادی اپی تلیاال (که نوعی از سلول های بالغ بنیادی هستند)برای ایجاد کلونی رده های سلولی یک ویژگی ذاتی است؛ اما تمایز دوباره وایجاد ساختمانهای خاص تنها درپاسخ به محرک های محیطی رخ می دهد.
سلول درمانی آسیب به استخـوان دراثر بیماری یا در اثر ضربه ، یک مساًله ی شایع است که علاوه بـراین که باعـث آزار بسیاری ازبیماران می شود، هزینه های زیادی را نیز به وجود می آورد. روش های درمانی در حال حاضر تا حدی موفق هستند چون از یک طرف درمان در این مورد طولانی مدت است واز طرفی دهندگان پیوند استخوانی محدود است.
R.canceddaوهمکاران ازترکیبی از سلول های بنیادی اسـترومای مغـز
استخوانBoneMarrowStemCellsیاbmscو سرامیک در درمان یک شکاف ، که در تمام لایه های استخوانی در دیافیزاستخوان تیبیا در یک گوسفند بالغ ایجاد شده بوداستفاده کردند . آن ها سلول های مغز استخوان خود گوسـفـــنـد را جدا کرده وآن ها را در آزمایشگاه کشت دادند تا به یک استوانه سرا میکی خلل و فرج دار تبد یـل شد و سپـس آن ها در محـل صدمه دیـده در استخوان تیبیای حیوان کاشتند.به منظور ثابت کردن پیوند ،از فیکساتورخارجی نیزاستفاده شد. سرامیک گفته شده کاملآ با استخوان یکی شد و از نظر عـملکرد نیزبه خوبی تطابق یافـت؛علاوه برشکل ظاهری استخوان که گویای این مطلب بود،اشعه ، میکروگرافی، بافـت شناسی و مطالعات دیگر نیزاین مطلب را تایید می کرد. پس از به دست آوردن نتایج از مدل حیوانی آن ها این روش را با رعایت کامل مسائل اخلاقی در مورد ۶ انسان نیز پیاده کردند. آنها صرف نظر از تعداد کم بیماران ، این امر را بسیارامید بخش خواندند.
Christopher Bjorson از دانشگاه واشنگتن و Angelo Viscovi از انستیتوی ملی نورولوژی ایتالیا نشان دادند که هم سلول های جنینی و هم بالغ ،اگر به موش هایی پیوند زده شوندکه مغزاستخوان آن هاتوسط اشعه از بین برده شده است، می توانندمانند سلول خون ساز عمل کنند.(۴)سلولهای بنیادی عصبی سلولهای بنیادی عصبی رامیتوان در گونه های بسیاری از پستانداران در مراحل مختلف حیات آنان یافت. در شرایط فیزیولوژیکی یآزمایشگاهی خاص، آنها ظرفیت زیادی برای تکثیر خود دارند. سلولهای بنیادی عصبی میتوانند به تمام سلولهای اصلی عصبی یعنی: نورونها ، آستروسیتها و الیگودندروسیتهاتبدیل شوند . سلولهای بنیادی بزرگسال مانند همه سلولهای بنیادی دیگر دو ویژگی مشترک دارند؛ اول اینکه قادر به ساخت کپی های خود به مدت طولانی می باشند و دوم اینکه می توانند به سلولهای بالغی با خصوصیات مورفولوژیک شناخته شده و با عملکرد اختصاصی تبدیل شوند.
ین سلولها قادر نیستند به همه نوع سلول تمایز پیدا کنند بلکه تنها قادرند به سلولهای بالغ همان بافتی که در آن هستند تبدیل شوند (مثلا سلولهای بنیادی مغز استخوان که به سلولهای خونی تبدیل می شوند). سلولهای بنیادی بزرگسال بسیار کم و نادر هستند به عنوان مثال از هر 10 تا 15 هزار سلول مغز استخوان تنها یک سلول از نوع سلولهای بنیادی است. منشا و چگونگی شکل گیری این سلولها به طور دقیق مشخص نیست و فرضیات مختلفی برای آن مطرح شده است از جمله اینکه این سلولها در هنگام تمایز جدا از بقیه مانده و تمایز نیافته اند. امروزه سلولهای بنیادی از بافتهای مختلفی از جمله خون، مغز، نخاع، لوله گوارش، پوست، عضلات و غیره جدا شدهاند
این سلول ها می توانند دردرمان بیماریهای نورولوژیکی انسان مثل پارکینسون،هانتینگتون،مالتیپل اسکلروزوصدمات ناشی سکته های مغزی به کا روند. با توجه به اینکه سلول های بنیادی عصبی توانائی مهاجرت دارند،می توانند به عنوان پروتئین های درمانی یا ناقل های سلولی به کار روند ؛ همین طور در اصلاح بیماری های ژنتیکی دستگاه عصبی مرکزی وتومورهای مشخصی که به سایتوکاینها جواب میدهند.(۵) تحقیقات جدید نشان میدهند که سلولهای بنیادی عصبی که قبلا"تصور می شد فقط می توانند به سلولهای عصبی تبدیل شوند، میتوانند خود را مبدل به سلولهای پیش سازخونی کنند.
سلول های بنیادی جنین انسان
نام سلولهای بنیادی جنینی (رویانی) از منشا آنها یعنی رویان گرفته شده است. در واقع این سلولها از یکی از مراحل ابتدایی تشکیل و توسعه جنین بنام مرحله بلاستوسیتی گرفته می شوند. به طور اختصاصی سلولهای بنیادی جنینی از توده سلولی درونی بلاستوسیت در مرحله پیش از لانه گزینی در دیواره رحم به دست می آیند. این سلولها هم قادر به همانندسازی خود هستند و هم قادرند به انواعی از سلولهای مختلف تمایز یابند.
سلول های بنیادی جنینی در لایه درونی بلاستوسیست انسان، در مراحل اولیه رشد رویان( از روز چهارم تا هفتم بعداز باروری) یافت می شوند. اگر سلول های بنیادی جنین انسان، که ما از اینجا به بعد آنها راHESC می خوانیم، از رویان جدا شده ودر شرایط مناسب آزمایشگاهی کشت داده شوند می توانند به شکل تمایز نیافته به رشد خود ادامه دهند؛ درعین حالی که توانایی تمایز یافتن به هر یک از سه لایه اصلی سلول های رویانی را دارامی باشند.Thomson
و همکارانش برای اولین بار در سال ۱۹۹۸ توانستند موفق به کشت HESCدرمحیط آزمایشگاه شوند. همان طور که گفته شد این سلولها می توانند بارهاوبارها تکثیرشده وسلول هایی را بوجود آورند که مانند خودشان دارای قدرت تمایز هستند . برای تکثیر سلول ها در آزمایشگاه قبلا"از سلول های سرطانی استفاده می شد که البته در هرتقسیم سلول هایی غیر طبیعی و ناپایدارنیزوبوجود می آورنداماامروزه میتوانHESCها رابه کارگرفت که می توانند تا مدت ۲سال به مجموعه های کامل ودست نخورده ای از کروموزم ها تقسیم شوند .
اکنون ۲دهه است که روی سلول های بنیادی رویانی موش ها کار می شود . برای آن که بتوانیم سلول های بنیادی موش را در شرایطی نگه داریم که تمایزپیدا نکنند باید آنها را در ماده ای به نام LFTیاLeukemia Inhibitoriy Faktor کشت دهیم .اما در مورد HESCها این مساله متفاوت است، چون برای جلوگیری از ایجاد تمایز باید آنها را در یک ظرف پطری که حاوی سرم گاو است، و روی لایه ای از سلولهای جنینی موش کشت داد . اگر این سلولها را از محیط مذکور در آورده و درون مایع بریزیم تشکیل اجسام کروی شکلی به نام "اجسام رویانی"را میدهند که این اجسام نیز دارای قدرت تمایز به هر سه لایه اصلی جنینی می باشند. سلول هایی که از اجسام رویانی مشتق میشوند به سلول های قلب ،اپی تلیالی رنگدانه دار وبدون رنگدانه و سلول های عصبی تبدیل می شوند.
اگرHESCها به بدن موش تزریق شوند ایجاد توده های سلولی به نام تراتوما می کنند که ازآنجایی که دارای قدرت تمایز به هر سه لایه هستند، می توانند تومورهای مختلف در بدن موش ایجاد کنند.این شواهد نشان می دهد که چگونه وقتی HESCها در محیط غیر طبیعی قرار گیرند تبدیل به سلول های سرطانی یاneoplastic میشوند .Thomson و همکاران اظهار میکنند که HESC ها میتوانند روزی منبع پایان ناپذیر تولید سلولهای تمایز نیافته در آزمایشگاه باشندو بعد ها به عنوان سلولهای کبد ، پانکراس ویا سلولهای عصبی برای مقاصد درمانی مورد استفاده واقع شوند.
البته مساله مهمی که در اینجا مطرح است وجود آنتی ژنهای تطابق بافتی در گیرنده پیوند است- یا همان "رد پیوند"- پیشنهاد میشود با استفاده از روشهای مهندسی ژنتیک سلولهای بنیادی را به نحوی با سیستم ایمنی سازگار کرد تا واکنش ایمنی کمتری را شاهد باشیم. این کار با ایجاد یک تناظر ژنتیکی دقیق بین گیرنده پیوند از یک طرف و بافتی که از منت ها ایجاد میشود از طرف دیگر، امکان پذیر است ؛ و این تناظر دقیق با استفاده از روشSCNT(somatic cell nuclear transfer)در تولید سلول بنیادی(شکل ۱) ، قابل وصول است.
سلولهای بنیادی خون بند ناف
دسته سوم سلولهای بنیادی سلولهای بند ناف هستند که همانطور که از نامشان بر می آید از خون بند ناف در هنگام وضع حمل جدا می شوند و قابل نگهداری هستند تا در آینده در صورت لزوم برای همان بچه یا اعضای خانواده وی و یا برای شخص دیگری استفاده شوند
خون بندناف خونی است که پس از تولد در بند ناف و جفت باقیمانده و دور ریخته می شود. این خون غنی از سلولهای بنیادی است.
سلولهای بنیادی خون بند ناف همانند سلولهای بنیادی خونساز مغز استخوان تقسیم می شوند تا به تولید:
• سلولهای قرمز، که اکسیژن را به تمام بدن حمل می کنند.
• سلولهای سفید، که در سیستم ایمنی فعالانه شرکت دارند.
• پلاکتها که به انعقاد خون کمک می کنندبپردازند
همچنین قادر به ساخت انواع سلولهای دیگر و ترمیم و نگهداری سلولها در هنگام جراحت می باشند.
امروزه محققان در حال بررسی و آزمایش امکان کاربرد سلولهای بنیادی در درمان بیماریهای مختلف می باشند. از جمله بیماریهایی را که امیدهای زیادی به درمان آنها می رود می توان به آلزایمر و پارکینسون، آسیبهای نخاعی، دیابتها (از طریق جایگزین نمودن سلولهای پانکراتیک ترشح کننده انسولین)، بیماریهای کرونری قلب (با جایگزینی سلولهای ماهیچه ای قلب)، بیماریهای کبدی مثل سیروز و غیره اشاره نمود.
منابع :
- روزنامه شرق
- http://www.hamshahrionline.ir
-http://phalls.com
- http://www.ardalan.id.ir