تقلید از سازوکار شنوایی ماهی‌ها برای درک ارتعاشات

تقلید از سازوکار شنوایی ماهی‌ها برای درک ارتعاشات

طراحی و ساخت ابزارهای مصنوعی با الگوبرداری از ساختارها و سازوکارهای موجود در بدن جانداران، به‌عنوان الگوبرداری زیستی(تقلید زیستی) شناخته می‌شود.شرط اولیه و الزامی برای الگوبرداری زیستی،توجه به ساختار دقیق و عملکرد هردستگاه از بدن موجود زنده است.

سابقه چنین پژوهش‌هایی را می‌توان از گذشته‌های دور دانست؛ مثلا الهام گرفتن مخترعان ابزارهای پرواز از شکل بدن و عملکرد بال پرندگان و نمونه‌هایی دیگر اما در دهه‌ها و به‌ویژه سال‌های اخیر، شاهد پررنگ شدن این نوع نگاه در پژوهش‌های تحقیقاتی با هدف بهبود عملکرد سازه‌های مختلف هستیم. از جمله مواردی که در این زمینه می‌توان به آن اشاره کرد، ساخت گوشی‌های پزشکی براساس سازوکار شنوایی ماهی است. ‌ماهی‌ها فقط گوش داخلی دارند که به طور کلی از مجاری نیم‌دایره و محفظه‌های حاوی سنگریزه‌های شنوایی به نام‌های اوتریکول، ساکول و لاژنا ساخته شده و مجموعا در شنوایی و برقراری تعادل نقش دارد. با توجه به این‌که ساختار گوش ماهی‌ها فقط متشکل از بخش داخلی بوده و گوش خارجی و گوش میانی ندارند، برای دریافت امواج صوتی باید ارتعاشات را به صورت مستقیم درک کنند. به‌همین دلیل، این نوع سازوکار در گوش ماهی‌ها می‌تواند برای ساخت گوشی‌های پزشکی مفید باشد؛ از آنجا که در گوشی‌های پزشکی هم برای درک و دریافت صداهای قلب به تماس مستقیم گوشی با سینه بیمار و دریافت مستقیم ارتعاشات صوتی نیاز است. این قابلیت دانشمندان را به فکر الگوبرداری از سازوکار گوش داخلی ماهی‌ها انداخت تا بتوانند با این روش ابزارهای سنجشی مختلفی را طراحی و تولید کنند. به‌ویژه پژوهشگران چینی در سال‌های اخیر توانسته‌اند طراحی‌های آزمایشی موفقیت‌آمیزی در این زمینه انجام دهند. برای مثال ماهی‌ها با ساختاری موسوم به خط جانبی، حرکات آب را حس می‌کنند. خط جانبی نوعی سامانه حسی دارای چند هزار گیرنده مکانیکی (موسوم به نوروماست) است. نوروماست‌ها هم روی سطح پوست و هم در کانال‌های زیراپیدرمی قرار دارند. با رویکرد تقلید زیستی، امکان طراحی مصنوعی آرایشی از حسگرهای جریان براساس نوروماست‌های خط جانبی ماهی‌های استخوانی وجود دارد. این نوع الگوبرداری، برای ناوبری و کنترل ربات‌ها و وسایل نقلیه زیر‌آبی به‌شدت مورد توجه پژوهشگران است؛ به‌ویژه این‌که، خط جانبی مصنوعی نوعی روش حسی جدید و بدون صدا برای کاربردهای زیرآبی است که مکمل حسگرهای سنتی مانند بینایی و سونار است. شماری از ریزابزارهای حسگر جریان، با الهام از ساختار نوروماست در خط جانبی ماهیان استخوانی (یا حتی سلول‌های مژکدار حسگر جریان باد در حشرات)، در دهه اخیر طراحی و ساخته شده‌ است. به‌وجود آمدن چنین روندی در مطالعات ساختارهای زیستی و تلاش برای الهام گرفتن از آنها، نیاز به توجه و سرمایه‌گذاری برای انجام پژوهش‌هایی از این دست در مؤسسات تحقیقاتی و نهادهای پژوهشی کشور را طلب می‌کند. 

دکتر محمدمهدی زمانی‌جمشیدی | پژوهشگر زیست‌شناسی دریا