الكاتب: الدكتور حازم فلاح سكيك

تمكن علماء الروبوتات الأميركيين من تعليم رجل آلي مصمم لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من إعاقة في التحرك كيفية التقاط أشياء يشار إليها بواسطة الليزر.

وكان الباحثون برئاسة مدير مركز “روبوتات العناية بالصحة ” في معهد جورجيا للتكنولوجيا شارلي كامب اكتشفوا طريقة لتعليم رجل آلي يدعى “إل ـ إي” ويلفظ “إيلي” للعثور على غرض ونقله بعد الإشارة إليه بواسطة الليزر، وهذه تعتبر وسيلة للتواصل.

وقال كامب “يشير الناس عادة إلى الأشياء لكننا لسنا دقيقين لذا نستخدم الكلام أو الإطار العام من أجل توضيح أي شيء مهم، أما الرجل الآلي فلديه قدرة على حمل أشياء محددة سلفاً مثل علبة صودا إلاّ ان التقاط الأغراض اليومية العامة لطالما كان يشكل تحدياً“.

وتخطى مؤشر الليزر الذي طوره فريق كامب هذا التحدي إذ وفر وسيلة للناس حتى يحددوا نقطة اهتمام “إل ـ إي” ووجدوا سبلاً تتيح له التقاط
غرض ما من دون فهم ما هو أو ما اسمه.

يشار إلى ان نتائج البحث الذي شاركت فيه البروفيسور جولي جاكو والدكتور جوناثان غلاس قد قدمت في أوائل هذا الشهر في هولندا خلال مؤتمر دولي حول التفاعل بين الإنسان والرجل الآلي.

لماذا يتنفس الغواص خليطا من الهليوم والأكسجين بدلا من الهواء الطبيعي؟!

تتكون معظم أنابيب الهواء من نيتروجين وأوكسجين بنسبة أربعة إلى واحد. والنيتروجين غاز لا يتمتع بأي نشاط كيميائي يمر في الجسم أثناء التنفس دون أن يسبب أي تغيير كيميائيي أو تأثيرات لاحقة.

إلا أن ضغط الماء يزداد كلما ازداد العمق، وللمحافظة على تنفس الغواص بشكل طبيعي يجب أن يزداد ضغط مزيج الهواء الذي يتنشقه. وعلى عمق نحو ثلاثين مترا، مثلا، سيحتاج الغطاس إلى تنشق هواء يزيد ضغطه أربعة أضعاف الضغط الجوي، وإذا كان هذا المزيج هواء عاديا، يجب أن تقوم أنسجة الشحم في جسم الإنسان بامتصاص النيتروجين بسرعة اكبر مما يظهر في بقية أنسجة الجسم. وبما أن الدماغ والجهاز العصبي المركزي يتكونان من الدهن والشحم بنسبة 60 بالمئة. لذا يؤثر فيهما الغاز بشكل قوي، ويعيق حركتهما العادية. وتكون النتيجة تخدير الغواص بالنيتروجين، وهي حالة مشابهة كثيرا للثمل الناتج من شرب مادة مسكرة.

والخطر الآخر المرتبط بتنشق مزيج النيتروجين في أعماق البحار هو مرض نقص الضغط (الانحناءات). فإذا نزل الغطاس بسرعة كبيرة إلى عمق البحر، سيتمدد النيتروجين الموجود في الأنسجة الدهنية ويكون فقاعة في الدماغ أو الحبل الشوكي أو المفاصل، ويسبب عددا من الأعراض المرضية من ضمنها الشلل والألم الشديد.

ويمكن للغطاسين تجنب هاتين الحالتين عبر تنشق مزيج الهليوم والأوكسجين بدلا من الهواء. والهليوم أيضا غاز خامل غير نشيط، لا يتفاعل مع أنسجة الجسم ونسبة امتصاصه أقل من نسبة امتصاص النيتروجين. إلا أنه، يولد حرارة أكبر وأسرع من النيتروجين الأمر الذي يؤدي إلى فقدان حرارة جسم الغطاس نسبة إلي درجة حرارة الماء المحيط به، لذا فإن الغطاس الذي يتنشق مزيج الهيليوم والأكسجين مضطر إلى ارتداء بزة غطس ساخنة. وأخيرا هناك سيئة أخرى لغاز الهليوم هو تأثيره في الصوت حيث يصبح صوت مستنشقه كصوت دونالد داك .. وذلك لفترة مؤقتة.

لو أنه لدينا غواصة تقف عل سطح الماء فمتى تكون قوة الطفو – أرشميدس أكبر ما يمكن؟

 

طبعاً يمكن دراسة المسألة بالمعادلات ولكن الدراسة بقوانين الهندسة والمتجهات أسهل بكثير: عندما تتوازن الغواصة على سطح الماء فيكون حسب قانون نيوتن الثالث قوة الجاذبية تساوي وتعاكس بالاتجاه قوة الطفو.

وبما أن الغواصة لا تحتوي على غاز أخف من الهواء كالهليوم وليس فيها محرك للطيران  (ربما في المستقبل) فهي لا تنوي الطيران وتكون أكبر قيمة لقوة الطفو وهي قوة رد فعل تساوي قوة الجاذبية عند سطح الماء وبإشارة معاكسة. (وهو الجواب)

الآن لو كانت قوة الوزن 100000 نيوتن وقوة الطفو 20000 فستكومن المحصلة 80000 نيوتن أي الغواصة داخل الماء على عمق يناسب مع المحصلة 800000 نيوتن وحسب شكلها وشكل خزاناتها وكلما نزلت إلى القاع كلما امتلأت خزاناتها بالماء وقلت (انخفضت قيمة) قوة الطفو (وزن الماء المزاح والذي يساوي عددياً حجم الماء المزاح

 

m = ρ V = 1 V

 

على السفن التجارية علامات عمق منها مباشرة يمكن معرفة كتلة حمولتها بدون الحاجة لحساب كتلة كل حقيبة دخلت إليها.

 

د سعيد محمد صباغ

Dr.Said SABBAGH

جامعة الملك فيصل – كلية المعلمين بالإحساء- قسم العلوم – منسق شعبة الفيزياء

ص ب 2313 رمز 31981

[email protected]

[email protected]

00966501232400

في خبر علمي على موقع BBC بعنوان ‘Super-scope’ to see hidden texts بتاريخ 13 سبتمبر 1007 حول التجهيزات الخاصة بمعجل الجسيمات الذي يعرف باسم بالسينكلترون الماسي Diamond synchrotron الضخم في مدينة اوكسفوردشير Oxfordshire في بريطانيا والذي كلف بناؤه أكثر من 500 مليون دولار بحجم 5 ملاعب كرة قدم.  وذكر الخبر ان هذا المعجل له القدرة على إنتاج ضوء مركز بقوة 10 بلايين مرة شدة ضوء الشمس.  هذا ضوء قوي جدا وبالتأكيد التطبيقات التكنولوجية له سوف تكون لها أثرها على العديد من الاكتشافات العلمية.

يأمل العلماء في استخدام الضوء الناتج عن معجل السنكلترون الماسي لقراءة المخطوطات القديمة التي تعاني من الكثير من الأضرار التي أفقدتها محتوياتها.  حيث سوف يساعد هذا الضوء الناتج على قراءة المخطوطات الملفوفة والتي تحتوي على الكثير من المعومات التي تهم علماء الآثار وعلماء الإنسانيات والباحثين في هذه المجالات وذلك لأنه حتى الآن لم يتسنى التعرف على ما في هذه المخطوطات لأنه يصعب فتحها وقراءتها حيث انها مخطوطات قديمة جداً وهشة لا يسمح أبدا بلمسها.  وباستخدام معجل السنكلترون الماسي يمكن تسليط هذا الضوء القوي على هذه المخطوطات أو الكتب وقراءتها بدون ان تفتح!

 يصدر عن السنكلترون أشعة اكس قوية يمكن توجيهها إلى هذه المخطوطات الملفوفة والحصول على صور ثلاثية الأبعاد لمحتوياتها من نصوص وصور. وباستخدام برامج الكمبيوتر المتخصصة يمكن للعلماء من فصل صورة المخطوطة أو الكتاب إلى طبقات ليتم إعادة بناء المخطوطة الكترونياً وتصفحها على شاشة الكمبيوتر.  وقد تم بالفعل تجربة هذه الفكرة بنجاح على كتاب  يعود للقرن الثاني عشر.  حيث ان الحبر المستخدم في كتابة ذلك الكتاب يحتوي على الحديد وهذا مكن أشعة اكس من تكوين صورة لأثار الحبر على صفحات الكتاب.

وللعلم فقد تم اكتشاف أكثر من 800 مخطوطة في احد الكهوف في البحر الميت على حدود الضفة الغربية في فلسطين وتعرف باسم مخطوطات البحر الميت Dead Sea Scrolls.  يعود تاريخ هذه المخطوطات إلى 200B.C أي 200 عام قبل الميلاد.  وهذه المخطوطات في حالة حرجة جدا نتيجة الضرر الذي أصابها حيث انها كتبت على جلود الحيوانات ومع مرور الزمن تحولت مادة الكولاجين collagen إلى جلاتين gelatin وأصبحت آثار الكتابة مضمحلة جداً للعين المجردة.  ويعتقد انها تحتوي على الكثير من المعلومات.  ويأمل العلماء بعد المزيد من التجارب بإمكانهم قراءة محتويات مخطوطات البحر الميت.

معجل السنكلترون الماسي قادر على إنتاج ضوء قوي وبمختلف الأطوال الموجية والذي سوف يسهل على العلماء من الحصول على صور للأجسام على المستوى الذري.  وفي الجزء التالي من الموضوع سوف نركز على فكرة عمل معجل السنكلترون الماسي ونستعرض المزيد من التطبيقات المتوقعة لهذا المعجل.

معجل السنكلترون الماسي  The Diamond Synchrotron

يعرف أيضا باسم مصدر الضوء الماسي Diamond Light Source، وبدأ تشغيل هذا المعجل في يناير 2007.  والجهاز المستخدم لإنتاج الضوء يعتمد على معجل الجسميان الأولية sub-atomic particle accelerator.  والعملية تبدأ بمدفع الكتروني يقذف شعاع من الالكترونات في أنبوبة مستقيمة تسمى لايناك lanic تستخدم في تعجيل الالكترونات قبل إرسالها إلى المعجل السنكلتروني الدائري.

في تجويف المعجل الدائري تتسارع الالكترونات تحت تأثير فرق جهد يصل إلى 3Gev أي 3  آلاف مليون إلكترون فولت.  ثم تدخل هذه الالكترونات بتوجيه مجال مغناطيسي كبير إلى معجل دائري اكبر لتعطي مزيدا من الطاقة لتصل سرعة الالكترونات فيه إلى سرعة قريبة من سرعة الضوء.

رسم توضيحي لمبدأ عمل معجل السنكلترون الماسي، في الوسط المعجل الخطي lanic والسنكلترون الدائري المركزي ثم في الخارج المعجل الدائري الكبير.

 أنابيب مستقيمة تعرف باسم beamlines تمتد خارج المعجل الدائري الكبير.  حيث ان الالكترونات المعجلة في مسار دائري تنتج إشعاع كهرومغناطيسي (ضوء). تخرج هذه الأشعة من الأنابيب المستقيمة المنتشرة على المحيط الخارجي للسنكلترون.  الضوء الخارج من خلال هذه الأنابيب يستخدم في الكثير من التطبيقات منها فحص الأجسام على مستوى الذرة.

وقد صرح العلماء العاملون في هذا المشروع بان الضوء مفيد جدا حيث يمكن الحصول على ضوء في منطقة الميكروويف وحتى أشعة اكس، وبشدة عالية جدا تصل لـ 10 بلايين شدة ضوء الشمس أو 100 بليون مرة اشد من أشعة اكس المستخدمة في التطبيقات الطبية.

يعمل المعجل السنكلتروني الماسي 24 ساعة في اليوم (بدون توقف)  ويقوم العلماء من مختلف أنحاء العالم بحجز زمن معين لاستخدام هذا الضوء في إجراء تجاربهم على محيط المعجل عند أطراف الأنابيب المستقيمة حيث تقوم الفرق البحثية بتثبيت معداتها وترتيبها استعدادا لبدأ التجربة في الموعد المحدد لهم.  ويعلق احد العلماء في لقاء صحفي مع BBC بان استخدامات هذه المعجل سوف تؤثر على الأبحاث من منصات إنتاج النفط وحتى مصانع الشيكولاته.

وجدير بالذكر انه يوجد العشرات من هذه المعجلات في أنحاء العالم.  ويتم إجراء العديد من الأبحاث العلمية التي نعرف عنها والتي لا نعلم عنها شيء وهي ليست أجهزة فقط لقراءة الكتب القديمة انما كان ذلك مثال على مدى عمق الأبحاث الممكنة لهذه التقنيات حيث انها أجهزة لها قدرات عجيبة تصل لتصوير الفيروسات ولدراسة المجالات المغناطيسية والأبحاث البيئية والطبية في مجال العلاج من الإمراض المستعصية مثل السرطان وحتى في اكتشاف مواد جديدة لتخزين المعلومات.

  أترككم مع هذا الفيلم الوثائقي عن فكرة عمل السنكلترون الماسي

 

 

 

 

 

لمزيد من المعلومات والتطبيقات يمكنك زيارة هذه المواقع

 

• Synchrotrons of the World

• http://en.wikipedia.org/wiki/Diamond_Light_Source

• http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/5178034.stm

 

 

سبق وان تحدثنا في موضوع متكامل عن الطب النووي وتعرضنا في ذلك المقال عن تقنيات الطب النووي وكيف يعمل وفي هذا الموضوع من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح مبسط لتقنية المسح الطبقي بواسطة انبعاث البوزيترونات والتي تعرف باسم PET.

 

ما هو المسح الطبقي بواسطة انبعاث البوزيترونات PET؟

تقنية المسح الطبقي بواسطة انبعاث البوزيترونات هي ترجمة لـ Positron Emission Tomography وتعرف أكثر باختصارها PET. وأحيانا تسمع الأطباء يقولون مسح PET أو صورة PET وهذا نوع من أنواع التصوير المستخدم في الطب النووي.  حيث إن الطب النووي احد أفرع الطب التي تعتمد على العلاج الإشعاعي حيث يتم استخدام جز بسيط من المواد المشعة في التشخيص أو في العلاج من بعض الأمراض التي تحدث تطورات غير طبيعية في جسم الإنسان.

تصوير جسم الإنسان بواسطة المواد المشعة يعتبر من الفحوصات الطبية التي يعتمد عليها الأطباء في تشخيص الحالة المرضية والمواد المستخدمة في عملية التصوير تعرف باسم radiopharmaceutical أو radiotracer.

وطبقا لنوع الفحص الطبي النووي الذي يقوم به المريض فان نوعا محددا من المواد المشعة radiotracer يحقن في الوريد أو يتناوله المريض عن طريق الفم أو في بعض الحالات يستنشق عبر الأنف، وفي النهاية يتجمع في المنطقة المراد فحصها، حيث تصدر هذه المواد طاقة تحملها أشعة جاما.  هذه الطاقة يتم رصدها بواسطة أجهزة خاصة تعرف باسم كاميرا جاما gamma camera، ومجس أو ماسح PET.  هذه الأجهزة تعمل مع بعضها البعض ويتحكم بها كمبيوتر لقياس كمية المواد المشعة التي امتصها الجسم لتمكن بعدها من تكوين الصورة بتفاصيل دقيقة عن تركيب الأعضاء الداخلية للجسم ووظائفها.

في بعض المراكز المتخصصة في الطب النووي يتم الدمج بينها وبين تقنيات أخرى مثل التصوير المقطعي الطبقي CT computed tomography أو مع التصوير بالرنين المغناطيسي magnetic resonance imaging MRI للحصول على المزيد من المعلومات لإجراء فحوصات دقيقة من عملية المقارنة والتحليل والتفسير والربط بين الصور الناتجة عن التقنيات المختلفة.  وهذا بالتأكيد يقود إلى الحصول على معلومات واضحة ويجعل عملية التشخيص أكثر دقة.

فحص PET يقيس وظائف الجسم المهمة مثل تدفق الدم ومقدار الأكسجين والسكر (الجليكوز) المستخدم في عمليات الايض metabolism، وهذه معلومات في غاية الأهمية تمكن الطبيب من تقييم جسم الإنسان وقياس وظائف الأعضاء والأنسجة المسئولة عن ذلك في جسم الإنسان.

ما هي الاستخدامات الشائعة للـ PET؟

(1) تستخدم تقنية مسح PET في

(2) الكشف عن الخلايا السرطانية.

(3) تحديد مقدار انتشار الخلايا السرطانية في جسم الإنسان

(4) مساعدة الطبيب في وضع خطة فعالة لعلاج السرطان

(5) معرفة ما إذا كان السرطان قد عاد للجسم مرة أخرى بعد مرحلة العلاج

(6) تحديد مقدار تدفق الدم في عضلة القلب

(7) تحديد سبب حدوث النوبة القلبية

(8) تحديد المناطق في عضلة القلب التي سوف تستفيد من عملية القسطرة للشريان التاجي

(9) تحديد النشاط الغير طبيعي للدماغ مثل الكشف عن الأورام أو مشاكل في الذاكرة أو أي مشاكل تخص الجهاز العصبي

(10) تستخدم أيضا لرسم لدماغ الإنسان الطبيعي وفحص وظيفة القلب.

ما هي الخطوات الواجب اتخاذها للاستعداد والتجهيز لفحص PET؟

(1) من الممكن أن يطلب من المريض قبل أن يدخل في إجراءات فحص PET أن يرتدي معطف خاص ومن الممكن أن يسمح له بان يدخل الفحص بملابسه العادية.

(2) يجب على المريض أن يخبر الطبيب بأي أدوية يتناولها حتى لو كانت فيتامينات أو أعشاب طبيعية أو مكملات غذائية. كذلك إذا كان لديه حساسية من أي نوع.  ويجب أن يخبر الطبيب بأي مرض حديث أصيب به ويطلعه بتفاصيل حالته الصحية.

(3) التخلص من المجوهرات والكماليات قبل الفحص حيث إنها من الممكن أن يؤثر على نتائج الفحص.

(4) في العادة يعطى المريض تعليمات محددة حسب نوع الفحص الذي سيخضع له، كما إن مرضى السكر يكون لهم تعليمات خاصة يجب التحضير لها قبل الفحص. 

كيف تبدو الأجهزة والمعدات؟

يشبه جهاز التصوير الطبقي بانبعاث البوزيترونات PET في الشكل جهاز التصوير الطبقي الذي يستخدم أشعة اكس والمعروف باسم CT. ويكون داخل الحلقة عدد من أجهزة رصد أشعة جاما الصادرة عن المواد المشعة التي حقن بها المريض.

كما يوجد جهاز كمبيوتر يقوم بتكوين الصورة من البيانات التي يحصل عليها من أجهزة الرصد (كاميرا جاما).

كيف تتم عملية الفحص PET؟

في الفحوصات التي تتم باستخدام أشعة اكس يتم الحصول على الصورة عن طريق مرور أشعة اكس من مصدر خارج جسم الإنسان. أما في التصوير باستخدام الطب النووي فان الفحص يبدأ بإعطاء المريض جرعة محددة من المادة المشعة والتي تتجه إلى العضو في جسم الإنسان المراد فحصه، تصدر المواد المشعة أشعة جاما. تقوم كاميرا جاما بالتقاط هذه الأشعة وتحولها إلى إشارة كهربية يستقبلها الكمبيوتر ويحللها ويكون الصورة.

وللعلم فان الصورة التي نحصل عليها من PET لا تكون واضحة المعالم بالمقارنة بالصور التي تنتجها أجهزة أشعة اكس حيث تعبر الصورة عن التغيرات في النشاط الكيميائي لجسم الإنسان والمناطق في الصورة التي تحتوي على بقع مضيئة تسمى hot spot تشير إلى كمية كبيرة من المواد المشعة في هذا المكان من جسم الإنسان حيث يكون النشاط الكيميائي اكبر ما يمكن.  والمناطق الأقل نشاطا تظهر كبقع باردة  cold spots وتشير إلى كمية قليلة من المواد المشعة في ذلك المكان ونشاط كيميائي اقل.

من الذي يقوم بقراءة نتائج الفحص؟

أخصائي الأشعة المتخصص والمتدرب في مجال الطب النووي يقوم بتفسير الصور وارسال التقريب للطبيب المختص.

ما هي فوائد ومخاطر تقنية PET

لنبدأ أولا بالفوائد

(1) المعلومات التي يحصل عليها الطبيب من فحوصات الطب النووي فريدة وغالبا لا يمكن الحصول عليها بتقنيات أخرى.

(2) للكثير من الأمراض التشخيص بالطب النووي يعطي أفضل المعلومات التي يحتاج إليها الطبيب ليحدد العلاج المناسب.

(3) لا يشعر المريض المعالج بالطب النووي بألم مقارنة بالعمليات الجراحية البديلة.

(4) من خلال التعرف على التغيرات في الجسم على مستوى الخلية، فان صور الـ PET تكشف المرض في بداياته قبل أن يكشفه أي فحص أخر مثل الـ CT أو MRI.

ثانياً المخاطر

(1) تعتبر جرعة المواد المشعة التي يحقن بها المريض صغيرة نسبياُ ولا تعرضه لخطر يذكر بالمقارنة بالفوائد التي يحصل عليها.

(2) الطب النووي يستخدم منذ أكثر من 50 عاماً ولهذا تم التحقق من عدم وجود أثار جانبية على المدى البعيد نتيجة الجرعة البسيطة من المواد المشعة التي تناولها.

(3) من الممكن أن يكون هناك نوع من الحساسية في جسم بعض الأشخاص للمواد المشعة ولكن هذه تعتبر حالات نادرة جداً.

(4) حقن الجسم بالمواد المشعة قد يسبب آلام مؤقتة.

(5) يجب على المرأة الحامل أو المرضعة أخبار الطبيب بذلك قبل أن يتخذ قراره بإجراء فحص PET.

ما هي عيوب فحص PET؟

(1) كثرة الاستعدادات المتعلقة بالطب النووي تستنزف الكثير من الوقت، وذلك لان وصول المادة المشعة للجزء المراد فحصه وتصويره قد يأخذ في بعض الأحيان ساعات وأحيانا أخري يتوجب الانتظار لأيام.

(2) القدرة التحليلية للصور التي أخذت بتقنيات الطب النووي اقل من التقنيات الأخرى مثل الـ CT و MRI.  ولكن المعلومات التي نحصل عليها من الطب النووي لا يمكن الوصول لها بأي تقنية تشخيص أخرى.

(3) المسح بتقنية PET يمكن أن يؤدي إلى نتائج مضللة في حالة أن يكون الاتزان الكيميائي في الجسم غير طبيعي بمعنى أن نتائج الفحوصات لمسح PET لشخص مصاب بمرض السكر أو لشخص تناول وجبة غذائية قبل الفحص بساعات معدودة فان النتائج سوف تتأثر بشدة بتغير مستوى السكر في الدم أو مستوى الأنسولين في الدم.

(4) بسبب الاضمحلال السريع للمواد المشعة فإنها ستكون مؤثرة لفترة محدودة من الزمن، ولهذا من المهم للمريض أن يكون متواجد في الموعد المحدد ليتناول المادة المشعة في الزمن المدرج والمخصص له.  ولهذا فان أي وصول المريض متأخرا عن الموعد قد يطلب منه المتخصص حجز موعد أخر.

 

بالمقارنة مع الكاميرا الرقمية وقدرتها التحليلية كم تبلغ قدرة العين التحليلية؟

هذا بالفعل سؤال جميل والإجابة عليه سوف تظهر قدرات العين التي وهبنا الله عز وجل كنعمة من نعمه التي لا تحصى، بداية قبل ان نضع القيمة الكبيرة للقدرة التحليلية للعين نحتاج ان نعرف بعض المعلومات عن المجسات البصرية في العين والتي تكون في الشبكية وهي العصيات المسئولة عن الرؤية الليلية (الأبيض والأسود) والمخاريط المسئولة عن الرؤية النهارية (الألوان) وعدد المخاريط يصل ما بين 6-7 مليون مجس وعدد العصيات يتراوح بين 75-150 مليون مجس. فإذا ما افترضنا ان المخاريط الحساسة للألوان والتي تعتمد عليها عملية الإبصار في النهاز وحيث ان كل مجس مخروطي متصل مع عصب بصري لمركز المخ فإننا قد نقدر ان القدرة التحيليلة للعين في حدود 7 ميجا بكسيل وإذا ما أضفنا لهم المجسات العصوية التي فنستطيع ان نقدر ان القدرة التحيليلة للعين يصل إلى 157 ميجا بكسيل ولكن لا يتوقف الأمر عند هذا الحد.

فنحن نملك والحمد لله عينان اثنتان وهذا يعني ان مجال الرؤية التي تغطيها بالنظر بكلتا العينين فإنها تكون مساحة كبيرة بالمقارنة مع المساحة التي تغطيها عدسة الكاميرا وهذا عامل مهم جدا أيضا يجب ان يدخل في حسباننا. فيقدر ان تكون قدرة العين التحليلية 575 ميجابيكسيل.

بالمقارنة مع الفيلم الفوتوغرافي فانه حتى تصل الكاميرا الرقمية إلى دقة الكاميرا المعتمدة على الفيلم فانه يجب ان تصل إلى 32 ميجابيكسيل.

عندما يتحدث المرء عن الطاقة الشمسية فإن أول ما يخطر في البال هو تحويلها إلى كهرباء عن طريق الخلايا الضوئية، إلا أن هذه التقنية أضحت قديمة بسبب أدائها الضعيف وكلفتها العالية.

 

الجيل الجديد من محطات الطاقة الشمسية

 

هل فكرت من قبل كيف تعمل تقنية الويب أو بمعنى أخر عندما تجلس أمام الكمبيوتر وتقوم بالاتصال بالانترنت ثم تفتح أي صفحة لتقرأها كما تفعل الآن، أو عندما تقوم بالضغط على أي رابط لينقلك إلى صفحة أخرى أو ان تقوم بطباعة عنوان موقع في متصفح الانترنت، أو ان تقوم بالضغط على أي صفحة حفظتها في المفضلة. ماذا يحدث خلف كواليس الكمبيوتر لتظهر لك الصفحة التي طلبتها.

إذا كنت بالفعل قد تساءلت بينك وبين نفسك أو سالت احد أصدقائك لتعرف ما يحدث فأنت في المكان الصحيح الآن وستعرف الإجابة بإذن الله ففي هذا المقال من كيف تعمل الأشياء سوف نقوم بشرح فكرة عمل خادم صفحات الويب المسئول عن تلبية طلبك وإحضار الصفحة التي تريد سواء كنت في بيتك أو في مكان عملك أو في أي مكان في العالم. 

الفكرة الأساسية

دعنا نفترض انك تتصفح مواقع الانترنت على كمبيوترك وبينما أنت مستغرق في قراءة هذا المقال اتصل بك احد أصدقاؤك ليخبرك انه قرأ مقال رائعاً ويريد منك ان تقرأه أنت أيضا.  فوافقت وأحضرت قلما لتكتب عنوان المقال والذي هو رابط URL وهي اختصار لـ  uniform resource locator  وكتبت العنوان على النحو التالي: 

http://www.hazemsakeek.net/index.htm

فقمت بطباعة العنوان في المتصفح وضغط على مفتاح الإدخال Enter. فظهرت لك الصفحة التي قرأها صديقك لتستمتع أنت بقراءتها.  وببساطة فان الشكل التالي يوضح الخطوات التي تمت لكي تأتي الصفحة من الانترنت إلى جهازك. 

يقوم المتصفح بالاتصال مع خادم صفحات الويب والذي يعرف باسم web server ويطلب منه الصفحة والذي يقوم بدوره بإرسال الصفحة للمتصفح.  هذا باختصار شديد ولكن دعنا نلقى نظرة أعمق على تفاصيل العملية.

خلف الكواليس

ان تفاصيل ما يحدث عندما نقوم بطلب الحصول على صفحة ما من الانترنت وبمجرد ان نضع رابط الـ URL وضغط على مفتاح الإدخال Enter فان الخطوات الرئيسية التالية تحدث تباعاً وهي:

(1) يقوم المتصفح بتقسيم عنوان الموقع URL إلى ثلاثة أقسام هي:

(i) بروتوكول http

(ii) اسم النطاق server name والذي يكون www.hazemsakeek.net

(iii) اسم الملف والذي هو index.thm 

(2) يتصل المتصفح بخادم أسماء النطاقات name server ليحصل منه على عنوان IP الخاص باسم النطاق www.hazemsakeek.net

(3) يقوم المتصفح في هذه المرحلة بالاتصال بخادم الصفحة على عنوان IP الذي حصل عليه من خلال المنفذ (port) 80 (سنقوم بتوضيح ذلك لاحقا)

(4) يقوم بروتوكول HTTP بتوجيه المتصفح لإرسال طلب حصول على الموقع باستخدام اسم الملف www.hazemsakeek.net/index.htm *

(5) يقوم الخادم بإرسال كود HTML الخاص بالصفحة المطلوبة إلى المتصفح.

(6) يقوم المتصفح بقراءة كود الـ HTML وتحويله إلى صفحة انترنت تظهر على الشاشة.

 

* في بعض الأحيان يرسل الكوكيز cookies طلب للحصول على الصفحة من خلال المتصفح وسوف نقوم بشرح فكرة عمل الكوكيز  

لاحظ عزيزي القارئ إننا اعتمدنا على عدد من المصطلحات الخاصة بالانترنت مثل IP و HTTP و HTML و port و protocol وسوف نقوم بشرح هذه المصطلحات لمزيد من التوضيح.

الانترنت

نعود من البداية ونسأل أنفسنا ما هي الانترنت؟ الانترنت هي تجمع ضخم جدا لملايين الكمبيوترات ومن جميع الأنواع والأصناف تربطها شبكة توصل كل جهاز بالأجهزة الباقية.  تسمح الشبكة لهذه الأجهزة بالاتصال مع بعضها البعض فمثلا كمبيوتر المنزل يمكنك ان يتصل مع هذه الشبكة من خلال اتصال تلفوني عبر جهاز المودم أو عن طريق DSL أو بأي طريقة أخرى، مع مزود خدمة الانترنت والذي يعرف بالاسم internet service provider وتختصر بالأحرف ISP.  أما الكمبيوتر في العمل سواء في شركة أو جامعة فإنها تتصل مع شبكة الانترنت من خلال كرت شبكة مثبت في الجهاز ليتصل مع الشبكة المحلية للمؤسسة التي تربط أجهزتها مع بعضها البعض، وهذه الشبكة المحلية تتصل بالانترنت من خلال مزود خدمة الانترنت ISP ولكن من خلال خط تلفوني سريع مثل T1 والذي يستطيع ان يتعامل مع 1.5 مليون بت (وحدة المعلومات المتداولة في ذاكرة الكمبيوتر) في الثانية الواحدة.  في حين ان الخط التلفوني العادي المعتمد في الاتصال بالانترنت عبر المودم فان سرعته تتراوح بين 30,000 إلى 50,000 بت في الثانية.

يتصل مزود الخدمة المحلي بمزود خدما اكبر من خلال كوابل الألياف الضوئية fiber optics والتي تعتبر العمود الفقري لكامل شبكة الانترنت في العالم بمجمله.  حيث تربط قارات العالم شبكة ضخمة من خلال كوابل الألياف البصرية الممتدة في أعماق البحار (تذكر المشكلة التي حدثت في انقطاع الانترنت في العديد من الدول بسبب انقطاع كابل انترنت في البحر المتوسط) وبهذه الطريقة يكون كل كمبيوتر متصل على شبكة الانترنت سيكون متصلا أيضا جهاز آخر متصل مع الشبكة معه في نفس الوقت. 

العملاء والخوادم clients and servers

بصفة عامة يمكن ان نقوم بتصنيف أجهزة الكمبيوتر المتصلة بشبكة الانترنت إلى فئتين هما الخوادم servers والعملاء clients حيث تعتبر الأجهزة التي توفر خدماتها على الانترنت مثل تصفح المواقع أو إرسال البريد أو تبادل الملفات تعتبر أجهزة خوادم servers مثل web server أو mail server أو FTP servers.  والأجهزة التي تستفيد من هذه الخدمات تسمى عملاء clients. فمثلا عندما تقوم بالطلب موقع ياهو www.yahoo.com فان الجهاز الذي يستضيف موقع ياهو يعتبر خادم والجهاز الذي تستخدمه هو عميل.

في الحقيقة يمكن ان يكون كل جهاز على شبكة الانترنت خادم لبعض الأجهزة وعميل لأجهزة أخرى وحسب البرامج التي تثبت على أجهزة الخوادم يمكن ان يقوم الخادم بدور خادم صفحات الويب أو خادم للبريد الالكتروني أو خادم لتبادل الملفات.  وحسب البرنامج الذي تستخدمه على جهازك فانه يتعامل مع الخادم المناسب فمثلا إذا كنت تستخدم متصفح الإكسبلورر أو متصفح الفيرفوكس فان المتصفح سيتعامل مع خوادم صفحات الويب أما إذا كنت تستخدم برنامج للبريد الالكتروني فانه سيتعامل مع خوادم البريد الالكتروني وهكذا.

عناوين بروتوكول الانترنت IP Addresses

لكي تصبح الأمور على شبكة الانترنت أكثر انتظاما وسهولة في التعامل مع هذا الكم الكبير جد في الأجهزة وأنواعها وطبيعة عملها فان كل جهاز على الشبكة يخصص له رقم فريد ومميز يسمى عنوان بروتوكول الانترنت IP address حيث الحرفين IP هي اختصار لكلمة Internet protocol، وتتميز هذه العناوين في إنها مكونة من 32bit تمثل في أربع مجموعات تفصلها نقطة كما في الشكل التالي

216.183.103.150

تسمى الأربع أرقام في عنوان IP بالثمانية لان تأخذ القيم من 0 إلى 255 أي ان هناك 28 من الاحتمالات لكل مجموعة.

كل جهاز متصل بالانترنت له عنوان IP مميز.  أما الخادم فيكون له عنوان IP ثابت ولا يتغير في اغلب الأحيان.  ولتوضيح هذا الأمر فانك عندما تقوم بالاتصال بالانترنت عبر جهاز المودم فان جهازك يحصل على رقم IP من مزود الخدمة المشترك معه ويكون هذا الرقم مخصص لك ومميز طالما استمر اتصالك بالانترنت ولكن إذا قمت بقطع الاتصال وإعادته مرة أخرى فان الجهاز يحصل على رقم IP آخر.

لنقوم بفحص عنوان IP لجهازك الآن، كل ما عليك هو ان تقوم بتشغيل الأمر RUN وتكتب CMD وتضغط على زر موافق لتفتح لك شاشة تنفيذ الأوامر (شاشة سوداء) تكتب عند إشارة الإدخال الأمر IPCONFIG.EXE ثم تضغط على المفتاح Enter.

وبالتالي فانه من حيث فكرة عمل الانترنت فانه يمكن ان يتم كتابة رقم IP للموقع المراد تصفحه وسيقوم المتصفح بالوصول للخادم الذي يحتوي على الموقع ويجلبه لك.  ولكننا بالتأكيد نفضل التعامل مع أسماء المواقع Domain name.

أسماء النطاقات Domain Names

حيث ان معظم الناس تجيد تذكر الأسماء وحفظها بطريقة أفضل كثيرا من حفظ الأرقام وتذكرها مثل أرقام عناوين بروتوكولات الانترنت فان هذه العناوين ترتبط باسم نطاق (على سبيل المثال عندما تقوم بتخزين رقم صديقك على الهاتف تقوم بحفظ الرقم وحفظ اسم صاحب هذا الرقم، وعندما تريد الاتصال به فانك تبحث عن اسمه أسهل بكثير من البحث عن رقمه من بين الأرقام المخزنة) ويكون اسم النطاق مكون من ثلاثة مقاطع كما في عنوان الموقع التعليمي للفيزياء هذا

www.hazemsakeek.net

 الجزء الأول وهو الأحرف المشهورة (“www”) تسمى اسم المضيف host name

الجزء الثاني هو  (“hazemsakeek”) هو اسم النطاق domain name

الجزء الثالث هو (“com”) ويعتبر المستوى الأعلى لاسم النطاق top-level domain name 

خوادم أسماء النطاقات Name Servers

تختص هذه الخوادم بحفظ كل أسماء النطاقات وضمان عدم تكرارها وربطها مع عناوين بروتوكول الانترنت IP address وذلك من خلال قاعدة بيانات ضخمة موزعة على شبكة الانترنت حول العالم.  وقد تحدثنا عن هذه الخوادم بالتفصيل في مقال منفصل بعنوان كيف تعمل خادم أسماء النطاقات: 

البوابات Ports

كل جهاز خادم من أجهزة شبكة الانترنت يقدم خدماته من خلال بوابات مرقمة ports، ولكل خدمة رقم خاص متوفر على جهاز الخادم.  فعلى سبيل المثال إذا كان جهاز الخادم يعمل كجهاز خادم لصفحات الويب فان هذا الخادم سيكون متوفر عند البوابة 80
في حين ان بوابة خادم تبادل الملفات باستخدام برتوكول FTP يكون متوفر عند البوابة 21، ويقوم العميل بالاتصال مع هذه الخدمات من خلال عنوان IP وعبر البوابة المخصصة.

البروتوكولات Protocols

بعد أن يتصل العميل بخدمة معينة عبر البوابة المخصصة لهذه الخدمة فان العميل يستطيع أن يستفيد من هذه الخدمة من خلال بروتوكول محدد.  البروتوكول protocol هو عبارة عن طريقة معرفة مسبقا لتمكن العملاء من التحدث مع مزود الخدمة. والمقصود بالعملاء هنا هو البرنامج الذي يعمل على الجهاز مثل برنامج متصفح الانترنت الإكسبلورر أو غيره.  وفي العادة يكون البروتوكول عبارة عن نص يصف طريقة التخاطب بين العميل والخادم.

ومن ابسط هذه البروتوكولات هو daytime protocol أي بروتوكول الوقت.  فإذا ما اتصل جهازك بخادم يدعم برتوكول الوقت عبر البوابة 13 فإن الخادم سيقوم بإرسال التاريخ والوقت الحالي ثم يفصل الاتصال مع جهازك. وإذا فحصنا هذا البروتوكول لوجدنا انه عبارة عن الجملة التالية

“If you connect to me, I will send you the date and time
and then disconnect.”

ومن الأمثلة الأخرى على البروتوكول وهو بروتوكول HTTP المستخدم من كافة أجهزة خوادم صفحات الويب، والذي يسمح بالحصول على الملفات المطلوبة من أجهزة خادم صفحات الويب من خلال الأمر الرد على طلب الحصول على الملف المرسل من قبل متصفح الانترنت بمجرد أن تضع عنوان الـ URL والذي يبدأ عادة بالأحرف http وبعد أن يرسل الخادم الصفحة المطلوبة لمتصفحك يفصل الاتصال، وهذه هي وظيفة هذا البروتوكول

ملاحظة: بروتوكول HTTP الأصلي كان يتعامل فقط مع أسماء الملفات مثل ملف index.htm أو أي ملف موجود على الخادم ولكن تم تطوير البروتوكول ليتعامل مع كامل عنوان URL وهذا انعكس ايجابيا على الشركات المزودة لأسماء النطاقات حيث سمح بالتعامل مع النطاقات الافتراضية virtual domains  بمعنى أن يكون هناك أكثر من نطاق على نفس الجهاز تستخدم نفس الـaddress  IP لكل النطاقات التي تستضيفها لديها.   

لنضع كل المعلومات مع بعضها البعض، والآن بعد أن قمنا بشرح تفاصيل عملية تصفح مواقع الانترنت وكيف نحصل على المعلومات من أي مكان وفي أي لحظة فإننا الآن نستطيع أن نحلل معنى كل جزء في عنوان URL لأي موقع وعلى سبيل المثال هذا رابط موقع الفيزياء التعليمي وهو

www.hazemsakeek.net/index.htm

حيث إن http هي برتوكول طلب المعلومات والحصول عليها. والعنوان www.hazemsakeek.net هو اسم الخادم الموجود فيه ملفات الموقع.  واسم الملف المطلوب في الرابط هو index.php وهو يشير إلى الصفحة الرئيسية للموقع ولا نحتاج إلى كتابته في الرابط لان البروتوكول يقوم بذلك بشكل افتراضي، وأي ملف تريد أن تحصل عليه من يجب أن تحدد مساره بالضبط كما تفعل في ملفاتك على جهازك، فإذا كان الملف المطلوب داخل مجلدات فرعية عليك أن تضمنها داخل العنوان باستخدام علامة / لينتقل من مجلد إلى أخر.

•  يقوم المتصفح بالاتصال بخادم أسماء النطاقات  name server ليترجم عنوان الموقع إلى عنوان  IP ليتصل بخادم الويب الذي يستضيف النطاق www.hazemsakeek.net. يقوم المتصفح بالاتصال مع خادم الويب على عنوان 

    IPوعبر المنفذ المخصص لخادم الويب وهو  port 80.

• بعد تنفيذ بروتوكول HTTP فان المتصفح يرسل طلب الخادم للحصول على الملف المطلوب.
• يقوم الخادم بتلبية الطلب كود  HTML بمحتويات الملف إلى المتصفح.
• يقوم المتصفح بقراءة كود HTML ويحولها إلى الصفحة التي نراها على الشاشة.

معلومات حول الحماية والأمان Security

تضيف كل أجهزة الخادم أنظمة حماية بمستويات مختلفة فمثلا بعض الأحيان تصل لصفحة على موقع على الانترنت تطلب منك اسم الدخول الرقم السري لتسمح لك بدخول للصفحة وهنا تعتبر هذه الصفحة محمية بكلمة سر وهي نوع من أنواع الحماية، وفي البعض الأخر تسمح بعض المواقع لمجموعة من الأعضاء بالدخول لصفحات معينة في الموقع لا يراها سواهم.  وهناك بعض المواقع التي تحتاج فيها لإدخال بيانات مالية مثل رقم كرت الفيزا لشراء غرض ما من الموقع فان نظام الحماية المستخدم في الموقع يقوم بتشفير البيانات التي تدخلها ليضمن ان هذه البيانات لا يمكن ان يحصل عليها احد بطريقة غير شرعية. 

معلومات حول الصفحات التفاعلية Dynamic Page

في الحقيقة مواقع الانترنت تتكون من صفحات ثابتة لا تتغير إلا إذا قام صاحب الموقع بتغيرها وهناك الصفحات التفاعلية التي تسمح لك بإدخال بيانات أو معلومات أو كتابة تعليقات مثل دفتر الزوار أو نموذج الاتصال أو تصويتك على استفتاء أو منتديات الحوار أو تعليقك على هذا المقال هذا هو المقصود بالصفحات التفاعلية أي تلك التي يتفاعل فيها الزائر مع الموقع.

كذلك المواقع التي توفر لك نماذج لتعبئتها لتحجز تذكرة طائرة أو غرفة في فندق أو تشتري جهاز أو كتاب فهي تستقبل منك الطلب وتقوم بالرد عليك من خلال الموقع.

كذلك محركات البحث تعتبر من المواقع التفاعلية، حيث تقوم بإدخال كلمة مفتاحية للبحث عن موضوع معين ويقوم محرك البحث بإيجاد المواقع التي تحتوى على الكلمة المفتاحية.

وفي النهاية نلاحظ ان ما يجري خلف كواليس شبكة الانترنت الكثير من الأمور المعقدة والمنظمة في نفس الوقت، والآن بالتأكيد ندرك ان تصفح الانترنت ليست عملية طلب الحصول على ملف واستقباله فقط وإنما هناك ملايين العمليات المعقدة تجرى من خلف الكواليس في كل مرة تطلب موقع او تضغط على رابط لينقلك من صفحة لأخرى وشكرا لك من ساهم في هذه التقنيات لتجعل من تصفح الانترنت عملية سهلة بدون أن نفهم كل هذه الأمور المقعدة.

يعرف الإنسان إمكانية تحويل حرارة الجسم، وخصوصا راحة اليد، إلى كهرباء منذ زمن بعيد نسبيا، لكن العلماء الألمان نجحوا لأول مرة في إنتاج طاقة كهربائية من حرارة الجسم تكفي لتشغيل أجهزة الاستشعار الطبية. وذكر بيتر شبيس من معهد فراونهوفر الألماني، ان حرارة اليد أصبحت قادرة على تشغيل أجهزة استشعار خاصة في عيادات الإسعاف والردهات التي تتطلب الرقابة الدائمة على المرضى. وما عاد الإنسان بعادة إلى توصيلة كهربائية كي يشغل الأجهزة التي قد تنقذ حياته.

ونجح فريق العمل، الذي يترأسه شبيس، في استخدام حرارة جسم المريض فقط لتشغيل أجهزة قياس الضغط، تخطيط القلب، قياس سرعة النبض، سرعة وانتظام النفس وحرارة الجسم نفسها. كما نجحت التقنية في إرسال هذه المعلومات حول المريض من البيت إلى المستشفى بواسطة الهاتف الجوال. ولا يحتاج المريض سوى إلى الضغط براحة يده على جهاز معين يتولى تحويل الحرارة إلى تيار كهربائي صغير.

وتحتاج الأجهزة الصغيرة، مثل أجهزة الاستشعار عن بعد والمجسات الكهربائية، إلى كهربائية ضئيلة لا تزيد عن فولتين، إلا أن مولدات الكهرباء من الحرارة السائدة حتى الآن كانت تفشل في إنتاج هذه الفولتية. وتتمكن محولات شبيس الجديدة من تشغيل هذه الأجهزة باستخدام 200 ميني فولت، أو أقل، تنتجها حرارة جسم الإنسان بسهولة. وهذا يعني ان شبيس وزملاءه نجحوا في إنتاج محول حراري ـ كهربائي يستطيع أن ينتج أكثر من فولتين من نفس الحرارة.

وأكد شبيس ان فريق العمل أفلح في إنتاج وحدات كهربائية خاصة وأنظمة إلكترونية جديدة وفريدة بهدف التوصل إلى هذه النتائج. ولا يحتاج الجهاز إلى أية بطارية ويعمل على إنتاج الكهربائية اللازمة لتشغيل نفسه وتشغيل الأجهزة الأخرى. كما تم تطوير وتحسين التقنية بحيث صار من الممكن تشغيل الأجهزة باستخدام تيار يبلغ 50 ميني فولت.

ويعتقد فريق العمل ان من الممكن تحسين أداء المحول الحراري ـ الكهربائي عن طريق زيادة حساسيته لفرق الحراري. وإذا كانت المحولات التقليدية تحتاج إلى فرق حراري، بين حرارتها وحرارة المحيط، يبلغ 10 درجات مئوية كي تشرع في العمل، فأن من الممكن زيادة حساسية الجهاز الجديد كي يشتغل ويولد الكهرباء عند تماسه مع جسم لا تزيد حرارته عن حرارة الجهاز أكثر من 0.5 درجة مئوية.

ولا تقتصر استخدامات المحولات الحرارية ـ الكهربائية الجديدة على المجال الطبي فقط، لأن التقنية تعد بإنتاج جيل جديد بالغ الحساسية للفوارق الحرارية. ويمكن لمثل هذه الأجهزة أن تستخدم في صناعة أجهزة قياس استهلاك الحرارة في أجهزة التدفئة، في الرقابة على المجمدات والثلاجات، وفي الرقابة على البضائع المجمدة.. الخ.