ابزارهایی که همراه هستند

 این همراه بودن باعث شده است کاربردهای متنوعی برای آن‌ها در نظر گرفته شود. استفاده از تلفن‌های همراه برای تشکیل یک سیستم هشدار زلزله، اتصال دست مصنوعی به تلفن همراه، ترجمه و ارسال پیام‌ها به زبان Lorm و تهیه ارزان‌قیمت اسکن‌های سه‌بعدی برای چاپ‌گرهای سه‌بعدی کاربردهایی هستند که بیش‌تر بر ویژگی «همراه» بودن تلفن‌های همراه تکیه دارند. در این بخش، چنین کاربردهایی از تلفن‌های همراه را مرور خواهیم کرد. یکی از این موارد مربوط به تلاش‌های گروهی از محققان مؤسسه فناوری کالیفرنیا به سرپرستی علی حاجی‌میری است که امکان تهیه اسکن‌های سه‌بعدی دقیق را با استفاده از تلفن همراه فراهم کرده‌اند. چنین امکانی تلفن‌های همراه را از ابزاری برای تهیه عکس‌های معمولی، به یکی از ویژگی‌های دنیای آینده تبدیل خواهد کرد. به همان اندازه که امروز عکس گرفتن برای ما کاری عادی و ضروری است، در آینده تهیه اسکن‌های سه‌بعدی و چاپ سه‌بعدی، به یک روند رایج تبدیل خواهد شد و آن‌چه حاجی‌میری و گروه وی ارائه داده‌اند، یکی از ضروریات چنین دورانی خواهد بود. 

اسکن سه‌بعدی دقیق
نخستین گام برای استفاده از چاپ‌گرهای سه‌بعدی، در اختیار داشتن یک اسکن سه‌بعدی با کیفیت از سوژه مورد نظر است. هرچند چنین اسکنرهایی وجود دارند، اما برای تهیه اسکن‌های با کیفیت بالا، به اسکنرهای دقیق‌تری نیاز است که چنین اسکنرهایی گران‌قیمت و بسیار بزرگ هستند و استفاده از آن‌ها برای کاربران معمولی به‌صرفه نیست. مهندسان مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) به سرپرستی علی حاجی‌میری، یک تراشه تصویرگیری کوچک بسیار دقیق و ارزان‌قیمت طراحی کرده‌اند که قادر است تصاویر سه‌بعدی با کیفیت بالا تهیه کند (شکل 1). این ابزار به یک تراشه سیلیکونی به اندازه کم‌تر از یک میلی‌متر مربع مجهز و قادر است اندازه‌گیری‌های دقیقی در عمق انجام دهد. در یک دوربین معمولی، هر پیکسل نمایان‌گر میزان شدت نوری است که از یک شیء رسیده است و اطلاعاتی درباره فاصله جسم تا دوربین به ما نمی‌دهد. ولی هر پیکسل در دوربین Caltech علاوه بر اطلاعات مربوط به شدت نور، اطلاعات مربوط به فاصله را نیز در خود دارد. 

 شکل 1: نمونه اولیه تراشه تصویرگیری Caltech اسکن بسیار دقیقی از سکه را ارائه داده است. با مجهز کردن اسمارت‌فون‌ها به چنین تراشه‌ای، می‌توان اسکن‌های بسیار مناسبی از سوژه‌های مختلف تهیه کرد. 

 کار گذاشتن چنین تراشه‌ای در یک اسمارت‌فون، این ابزار را به یک اسکنر سه‌بعدی تبدیل خواهد کرد. به ‌این ترتیب، می‌توان از طریق اسمارت‌فون اسکنی سه‌بعدی از یک سوژه تهیه کرد و با ارسال فایل برای یک چاپ‌گر سه‌بعدی مدلی از آن سوژه را ساخت. حاجی‌میری می‌گوید: «هر پیکسل روی این تراشه یک تداخل‌سنج مستقل است (ابزاری که از تداخل امواج نوری برای اندازه‌گیری‌های دقیق استفاده می‌کند) که علاوه بر شدت نور، فاز و فرکانس سیگنال را نیز شناسایی می‌کند.» اساس این روش استفاده از فناوری معروف LIDAR است که برمبنای آن یک جسم توسط پرتوهای لیزر اسکن می‌شود. با این فناوری، ابعاد جسم و فاصله تعیین می‌شود. در این روش یکی از ویژگی‌های نوری به‌نام همدوسی استفاده می‌شود. امواج نوری همدوس فرکانس‌های یکسانی دارند. بنا به گفته حاجی‌میری، با استفاده از آرایه‌ای از لایدارهای بسیار کوچک روی تراشه، می‌توان هم‌زمان بخش‌های مختلف یک جسم یا یک صحنه را بدون نیاز به حرکات مکانیکی در تصویرگیر اسکن کرد. در نمونه اولیه، از یک آرایه 16 پیکسلی استفاده شده، اما حاجی‌میری معتقد است می‌توان این آرایه را به صدها و هزاران پیکسل رساند. او می‌گوید: «اندازه کوچک و کیفیت بالای این تراشه‌های تصویرگیری کاهش قابل توجه هزینه‌ها را در پی خواهد داشت و با قرار دادن چنین تراشه‌ای در ابزارهای شخصی نظیر اسمارت‌فون‌ها، می‌توان کاربرهای جدید زیادی را برای آن متصور بود». لازم به ذکر است فیروز افلاطونی و بهروز عبیری از جمله محققانی هستند که در این طرح با حاجی‌میری همکاری داشته‌اند.

پیام‌رسانی به زبان Lorm
در آلمان شیوه‌ای ارتباطی برای افراد نابینا به‌نام Lorm مرسوم است. در این شیوه، با انگشت یک سری نشانه‌ها روی کف دست فرد نابینا رسم می‌شود و او این علایم را بر اساس زبان Lorm می‌شناسد و منظور فرد را متوجه می‌شود. افراد زیادی با زبان Lorm آشنایی ندارند و نابینایانی که از مشکل شنوایی هم رنج می‌برند، با چنین زبانی مشکل زیادی دارند. یک گروه محقق آلمانی ابزاری طراحی کرده‌اند که امکان تبادل پیام به زبان Lorm و با کمک تلفن همراه را فراهم می‌کند. این ابزار که Mobile Lorm Glove نام دارد، متشکل از یک دستکش ویژه است که در آن حس‌گرهایی برای تشخیص اشاره‌های Lorm و نیز موتورهای کوچکی برای بازسازی نشانه‌های Lorm بر دست فرد نابینا گنجانده شده است (شکل 2).

 شکل 2: Mobile Lorm Glove متشکل از یک دستکش ویژه است که در آن حس‌گرهایی برای تشخیص اشاره‌های Lorm و نیز موتورهای کوچکی برای بازسازی نشانه‌های Lorm بر دست فرد نابینا گنجانده شده است.

حس‌گرهای تشخیص فشار کار گذاشته شده در کف دستکش، به فرد نابینا اجازه می‌دهد پیام‌های مورد نظر خود را به زبان Lorm بر کف دست بنویسد. پیام‌های Lorm که این حس‌گرها جمع‌آوری کرده‌اند، از طریق اتصال بلوتوث به تلفن همراه وی فرستاده می‌شود. این داده‌ها از طریق تلفن همراه به‌طور خودکار و در قالب پیامک برای تلفن همراه فرد گیرنده ارسال می‌شود. در صورتی که فرد استفاده‌کننده از این دستکش پیامکی دریافت کند، این پیام از تلفن همراه و توسط بلوتوث برای دستکش ارسال می‌شود و دستکش با کمک موتورهای کوچکی لرزش‌های مناسب را روی دست ایجاد می‌کند. Mobile Lorm Glove از ارتباطات موبایل نظیر پیام‌های متنی، چت یا ایمیل پشتیبانی می‌کند. این محققان در تلاش هستند تا با این روش امکان استفاده از کتاب‌های الکترونیکی و صوتی را نیز برای این دسته از افراد فراهم کنند. 

سیستم هشدار زلزله
سیستم‌های هشدار پیش از زلزله آغاز وقوع یک زمین لرزه را تشخیص می‌دهند و پیش از این‌که لرزش‌ها روی سطح زمین احساس شوند، هشدارهایی را برای مردم و سیستم‌های خودکار می‌فرستند. دانشمندان راهی پیدا کرده‌اند که بتوان از حس‌گرهای ابزارهای همراه نظیر اسمارت‌فون‌ها برای برپایی یک سیستم مقرون به‌صرفه هشدار پیش از زلزله (EEW) استفاده کرد. اهمیت چنین راه‌کاری زمانی مشخص می‌شود که بدانیم در بسیاری از مناطق دنیا به دلایلی از جمله هزینه زیاد، امکان نصب سیستم‌های هشدار زلزله وجود ندارد. هرچند بخش‌های زیادی از مناطق مسکونی در سراسر جهان در مقابل زلزله آسیب‌پذیر هستند؛ با این حال، سیستم‌های EEW در مناطق محدودی نظیر ژاپن و مکزیک عملیاتی شده‌اند.
گیرنده‌های جی‌پی‌اس به‌کار رفته در یک اسمارت‌فون نسبت به نمونه‌هایی که در مطالعات علمی‌ استفاده می‌شود، دقت کم‌تری دارند. با این حال، می‌توان با کمک آن‌ها حرکات زمین در یک زلزله بزرگ را تشخیص داد. با جمع‌آوری داده‌های چند اسمارت‌فون در منطقه و تحلیل آن‌ها می‌توان یک سیستم هشدار پیش از زلزله را در مناطقی راه‌اندازی کرد که به دلایلی از جمله نداشتن بودجه کافی قادر به نصب سیستم‌های پیش‌رفته نیستند. سارا مینسون، یکی از محققانی که روی این پروژه کار می‌کند، معتقد است: «اعلام هشدارها براساس اطلاعات جمع‌آوری شده از شرکت‌کنندگان در این طرح به این معنا است که جامعه از داده‌هایی بهره‌مند می‌شود که خود جمع‌آوری می‌کند.» به گفته بنیامین بروکس، مدیر پروژه: «بیش‌تر مناطق دنیا تنها به دلیل هزینه بالای اجرای شبکه‌های نظارتی مورد نیاز، امکان استفاده از هشدارهای زلزله را ندارند.» این محققان در آزمایش‌های خود دریافته‌اند که می‌توان این کار را با داده‌های حاصل از تعداد محدودی تلفن همراه در یک محل انجام داد. به‌طور مثال، با داده‌های تلفن همراه کم‌تر از 5 هزار نفر در یک منطقه پرجمعیت، می‌توان با سرعت مناسبی زلزله را تشخیص داد و آن را تجزیه و تحلیل کرد و هشدارهای مناسب را برای مناطق دورتر از محل فرستاد.
در حال حاضر، چنین روشی تنها برای زلزله‌هایی با شدت زیاد مناسب هستند و بسیاری از زلزله‌های خطرناک دیگر از این طریق قابل شناسایی نخواهد بود. برپا کردن سیستم‌های EEW نیازمند شبکه‌های بسیار گسترده‌ای از ابزارهای علمی‌ است که اجرا و نگه‌داری این تجهیزات در یک مقیاس بزرگ کار دشواری محسوب می‌شود، اما بهره‌گیری از ابزارهای الکترونیکی شخصی که این روزها بسیار فراگیر هستند و مشارکت مردم در چنین طرحی، به‌طور بالقوه امکان جدیدی را برای برپایی یک سیستم هشدار زلزله فراهم می‌کند. استفاده از تلفن‌های همراه به‌عنوان شبکه حس‌گرهای توزیع شده، جایگزین خوبی برای شبکه تجهیزات علمی ‌مورد استفاده در چنین کاربردهایی است.

دست مصنوعی
شرکت ژاپنی Exiii یک دست مصنوعی به‌نام Handiii طراحی کرده است که برای پردازش سیگنال‌های عصبی به اسمارت‌فون متصل می‌شود. این دست مصنوعی که قطعات آن به روش چاپ سه‌بعدی ساخته می‌شوند، مشابه سایر دست‌های مصنوعی، از سیگنال‌های ماهیچه‌ای انتهای دست قطع شده استفاده می‌کند. با این حال، بسیاری از مشکلات دست‌های مصنوعی رایج را برطرف کرده است. نکته مهم درباره این دست مصنوعی علاوه بر قیمت بسیار پایین آن، سهولت تعمیر و تعویض قطعات آن است. استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی نه تنها امکان ساخت و تعویض قطعات این دست را ایجاد می‌کند، بلکه امکان ساخت قطعات با رنگ‌های دلخواه و به‌طور سفارشی را نیز فراهم می‌کند. از طرفی در نمونه‌های رایج، برای پردازش سیگنال‌های ماهیچه‌ای از سیستم‌های ویژه و گران‌قیمت استفاده می‌شود، در حالی که Handiii از توان پردازش یک اسمارت‌فون و نرم‌افزار موبایلی ویژه‌ای استفاده می‌کند که برای آن طراحی شده است (شکل 3).

 شکل 3: دست مصنوعی Handiii با اتصال به تلفن همراه کار می‌کند. قطعات این دست مصنوعی به روش چاپ سه‌بعدی قابل ساخت هستند و تعمیر و تعویض قطعات آن ساده‌تر از نمونه‌های مشابه است.

این شرکت در سایت خود آورده است: «چابکی یک دست مصنوعی موضوع مهمی‌ نیست؛ آن‌چه از نظر ما اهمیت بیش‌تری دارد، بهبود عملکرد، کاهش قیمت تمام شده و طراحی زیباتر محصول نهایی است.» با این‌که در خبرها قیمت این دست مصنوعی 300 دلار اعلام شده است، اما آن‌چه در سایت این شرکت آمده نشان می‌دهد این تنها هزینه تمام شده برای مواد چاپ سه‌بعدی و ماژول‌های الکترونیکی آن است و در صورت ارائه محصول تجاری، هزینه‌های دیگر نیز به قیمت نهایی افزوده خواهد شد.

منابع: 1 , 2 , 3 , 4