دانلود تحقیق فیزیک پزشکی

معرفی رشته های فیزیک پزشکی ومهندسی پزشکی در دانشگاه ABERDEEN

فیزیک پزشکی کاربرد فیزیک ، الکترونیک و محاسبات در کارهای پزشکی است شماری از تخصص ها مثل پزشکی هسته ای که از مواد پرتوزا برای تشخیص و درمان بیماریها استفاده می کنند.

رادیو تراپی که برای نابودی بافتهای سرطا نی از شتابدهنده های خطی سود می بردو نگاره برداری تشدید مغناطیسی نمونه هایی از فعالیت های فیزیک پزشکی است .

مهندسی زیستی کاربرد مهندسی در توسعه و ساخت ابزار جهت توانبخشی و همچنین مواد جدید است .

دپارتمان های اصلی موجود دردانشگاه عبارتند از :
فیزیک پزشکی ، نگاره برداری پزشکی ، فن آوری رسانه ها یا اطلا عات و مهندسی زیستی .

هررشته میتواند بصورت تحصیلا ت تکمیلی برای دیپلم post graduate diploma (PgDip) یا کارشناسی ارشد در علوم M.Sc بر گزار شود دوره کارشناسی ارشد دوازده ماه به طول می انجامد وجهت ورود به آن دانشجو باید حداقل معدل (2) دررشته فیزیک یا سایررشته های وابسته داشته باشد .

برای مدرک (PgDip) معدل کمتری نیز جهت ورود قابل قبول است ، امادوره فقط دوترم ، یعنی هشت ماه ودانشجو ترم پایانی راکه یک پروژه کوتاه تحقیقاتی است طی نمی کند .

ولی توانایی علمی آنها معادل چیزی است که برای درجهM.Sc انتظار می رودو ممکن است درپایان ترم دوم اجازه داد ه شود تا به دوره کارشناسی ارشد راه یابند .

چه چیزهائی رادراین دوره ها یاد خواهند گرفت ؟کل دوره شامل سه ترم ، هرکدام به مدت چهارماه است .

ترم اول : مقدمه عمو می برای همه شاخه های فیزیک پزشکی و مهندسی زیستی است .

واحدهای ارائه شده شامل تشخیص پرتوی ، پزشکی هسته ای ، رادیوتراپی، حفاظت در برابرپرتو، الکترونیک ، محاسبات ، MRI ، و مهندسی زیستی است .

افزون واحدهایی در فیزیولوژی و بیوشیمی سلولی وجوددارد .

درسهای تئوری همراه باکارعملی وبالینی تکمیل می شود .

ترم دوم : در این مرحله دانشجویان در شماری از موضوعات به بررسی ژرف تری می پردازند.

این موضوعات چنین هستند:
رادیوتراپی ( پرتودرمانی ) ، بیومکانیک ومهندسی ، توانبخشی ، پزشکی هسته ای ، بیومتریال ، نگاره برداری تشدید مغناطیسی ، توموگرافی تابش پوزیترون ، معماری کامپیوتروالگوریتم ، الکترونیک پزشکی وتجهیزات ، سیستم های کامپیوتری وروشها ، فراصوت ، حفاظت دربرابرپرتو ، تابش‌های غیریونیزان درپزشکی، ساختار کامپیو تر ، طراحی کامپیوترو الگو ریتم ،مواد درسی بصورت درس ، سمینار وعملی ارائه میشود .

ترم سوم : این ترم تنها برای دانشجویان M.Scاست و در بر گیرنده یک پروژه پژوهشی است که بصورت یک پا یان نامه برای امتحان بوسیله ممتحن خارجی داده می شود.پروژه های اخیر در بر گیرنده موارد ذیل هستند:



- آزمون MRI فعالیت مغز
- بکار گیری اطلاعات بدست آمده حاصل ضرب دز -سطح
- بهینه سازی نگاره برداری رزو نانس دو گانه الکترون -پروتون
- بررسی های تفکیک پذیری د رماموگرافی دیجیتالی وبرروی فیلم
- افزایش کیفیت تصویربرداری تشدید دوگانه پروتون - الکترون
- بهینه سازی گردآوری اطلاعات PET و بازسازی پارامتر های آن

کاربرد علم فیزیک در ورزش
کاربرد علم فیزیک و علوم وابسته علم مکانیک و مکانیک زیستی “ بیومکانیک ” در تکنیک و مهارتهای ورزشی :
حدودا از سال 1914 میلادی اهمیت استفاده از قوانین علم فیزیک و رشته های وابسته آن خصوصا علم مکانیک در فعالیتهای روزمره و ورزشی مورد توجه قرار گرفت .

خانم واتز “ WATTS ” درهیمن سال با بکارگیری وسایل تحقیقاتی ساده ، اهمیت درک و کاربرد صحیح اصول علم مکانیک را در فعالیتهای روزانه و ورزشی گوشزد نمود و گفت :
زمانیکه این اصول کاملا تفهیم شد ، آنوقت ما مجاز به استفاده از آنها نه تنها برای تمرینهای بخصوص ، بلکه در تمام رشته های ورزشی و فعالیتهای عادی روزمره هستیم .

خانم واتز گفت : کاربرد درست اصول علم مکانیک ، نتایج فعالیتهایی ورزشی شما را مطلوبتر و از جراحات هولناک به نحو چشم گیری پیش گیری کی نماید .

ناخودآگاه ، در حرکات ورزشی و فعالیتهای ورزشی روزمره قوانین علم مکانیک و مکانیک زیستی “ بیو مکانیک ” نظیر ، قوانین نییروی جاذبه ، تعادل ، حرکت ، طرز بکار بردن اهرم ، نیرو ، شناوری “ در ورزشهای آبی ” برخورد و پرتاب و غیره مورد استفاده قرار می گیرند .

از سال 1950 میلادی سود جستند از این علوم و رقابتهای المپیک و بین المللی توسط کشورهای صاحب در ورزش خصوصا شوروی سابق جنبه جدی و ظهور خط سیاسی در ورزش را هر چه بیشتر دامن زد .

کاربرد قوانین فیزیک زمانی شگفتی آفرید که ورزشکاران آلمان شرقی سابق با شرکت خود در مسابقات بین المللی و ثبت رکوردهایی باور نکردنی در اکثر رشته ها ، دو کشور صاحب نام ورزشی یعنی شوروی سابق و آمریکا را مات و مبهوت نمودند .

انستیتوهای ورزشی آلمان شرقی با تجهیزات آزمایشگاهی فوق مدرن و اساتید مجرب و صاحب کلاس و با ارائه سیستم های مدرن و جدید تمرینی و تربیتی و خلق تکنیک های باور نکردنی بر مبنای قوانین علم مکانیک، فاصله خود را در تحقیقات علمی ورزشی با سایر کشورها به نحو چشم گیری عمیق تر کردند .

این چنین تکنیک های علمی تا حدود زیادی موضوع شانس یا بهانه قرعه سخت و جهت گیری دارو بنفع کشور خاصی را خنثی کرد و ثابت نمود ، تنها ورزشکاران صاحب تکنیکهای علمی کامل و بی نقصی می توانند مبارز به طلبند .

امروزه شاهد شکوفائی ورزش علمی در تمام زمینه ها هستیم و آینده نشان خواهد داد که کشورهای صاحب “ علم و تحقیقات ” و آماده سرمایه گذاری معنوی و اقتصادی دراین جهت ، مقمهای بزرگ را به دست می‌آورند .

در این مقالات سعی می شود با زبان ساده ، قوانین علم فیزیک و رشته های وابسته “ مکانیک و بیو مکانیک ” و کاربرد مؤثر آنها را در ورزش بررسی کنیم .

قبل از ارائه این قوانین ، لازم است ، رابطه بین علم فیزیک و مکانیک و بیو مکانیک برای خوانندگان عزیز تشریح گردد : فیزیک چیست ؟

فیزیک یکی از شاخه های مهم “ شاید مهم ترین ” علومم طبیعی بوده و بررسی تمام پدیده های طبیعی را به نحوی زیر پوشش خود قرار می دهد .

علم فیزیک در مطالعه عناصر تشکیل دهنده ماده یا جسم مادی و عمل متقابل این عناصر غیر قابل انکار و بررسی چنین برهم کنشها ، خواص جسم مادی را در پیش روی ما قرار داده و دسترسی به مجهولات پدیده های طبیعی را آسان می کند .

فیزیک علاوه بر بررسی ساختار جسم مادی و عوامل تشکیل دهنده آن ، ارتباط نزدیک با سایر علوم طبیعی در رشته و بعنوان یک پدیده بنیادی در تمامی پژوهشهای علمی کاربرد وسیعی را به خود اختصاص می دهد .

بررسی اوضاع و احوال علومی نظیر انرژی ، نور ، مکانیک “ جامدات و سیالات ” شیمی ، نجوم ، زمین شناسی بدون استفاده از فیزیک امکان ندارد .

شاخه های سنتی فیزیک : تا پایان قرن نوزدهم و شروع قرن بیستم ، حیطه عملیات علم فیزیک را در علومی نظیر ، مکانیک ، ترمودینامیک ، الکتریسیته ، مغناطیس ، صدا و نور خلاصه می دانستند .

مثلا ، مکانیک را علم الحرکات و نور را برای دستیابی به علم اپتیک و صدا و شنوائی را برای دسترسی به علم اکوستییک و الکترومغناطیس را بعنوان رابط با تمامی شاخه‌های ذکر شده بکار می گرفتند .

علم مکانیک بعنوان شاخص ترینن رشته‌های علم فیزیک بکار گرفته شد و بسرعت توسعه یافت و بهه دو بخش استاتیک ودینامیک تقسیم گردید.

قوانین بیشماری در ارتباط با استاتیک و دینامیک مطرح شد که اغلب آنها امروز نیز در فعالیتهای علمی ـ صنعتی ـ ورزشی مورد استفاده قرار می گیرند “ در مقالات آتی به این قوانین و کاربرد آنها در ورزش اشاره خواهد شد ”.

در شروع قرن بیستم دیدگاه ها نسبت به علم فیزیک دستخوش دگرگونی گردید و شاخه جدیدی بنام فیزیک نوین خصوصا بررسی انرژی هسته ای بدان اضافه شد .

این تغییرات بیشتر تحت تاثیر اندیشه های نوین ، ستاره تابناک و جاویدان عالم فیزیک یعنی “ آلبرت انیشتین ” قرار داشت .

انیشتین دیده فیزیک دانان ، عالمان و دانشمندان را نسبت به فضا ، زمان و سرعت و حرکت بکلی دگرگون ساخت و مسائل پیچیده نیروی جاذبه ومعماهای کهکشانها را حل نمود .

کارهای علمی انیشتین و معادلات و برداشت او از نیروی جاذبه “ که بنحو چشم گیری با تعریف نیروی جاذبه نیوتن اختلاف دارد ” زمان فعلی را پوشش میدهد و قوانین ارائه شده او برآینده جهان تاثیر خواهد گذاشت .

ثقل انیشتینی یا “ نسببیت عام ” همانطوری که بر اجرام سماوی و اقمار و ستارگان و سفینه ها اثر میگذارد ، مطمئنا رشته های مختلف ورزش را متحول و متاثر خواهد کرد .

چرا که سرعت در بیدار کردن انرژی نهفته اجسام رل اساسی بازی می کند و این مهم در فرمول E= mc انیشتین بیان شده .

می دانیم سرعت و شتاب در کسب رکوردهای بالا رل اساسی را بازی می کند و کسب انرژی بالا توسط ورزشکار “ یعنی فرمول انیشتین ” قادر به خلق رکوردهای غیر قابل باور در سالهای 2500 یا 3000 میلادی خواهد بود .

البته آنچه در رابطه باانرژی نهفته و سرعت گفته شد ، می تواند بعنوان خیال پردازی تلقی شده ، ولی آینده رکوردهای حیرت انگیز در رشته های گوناگون ورزشی بستگی به سرعت و جذب انرژی دراین راستا دارد .

بهر صورت با بکارگیری و استفاده از ثقل انیشتینی و حذف ثقل نیوتنی “ به هر حال در مقابل ثقل انیشتینی قابل هضم نیست ” کار رکوردها و ورزش نیز بهمین جا ختم نمی شود .

به هر صورت فیزیک نوین ایجاب می کند در هر زمان ، اصول و مبانی و تفکرات قبلی دانشمندان علوم ریاضی ـ فیزیک مورد بررسی قرار گرفته و تغییرات جدید بکار رود .

پیدایش علم مکانیک زیستی یا بیومکانیک در ورزش : در سالهایی اخیر برای تجزیه و تحلیل حرکات جسمانی موجودات زنده خصوصا انسان “ بیش از همه حرکات ورزشی ” دانشمندان پس از بحث هایی طولانی به واژه بیو مکانیک یا مکانیک زیستی رو آوردند .

در حقیقت بیو مکانیک نیز شاخه ای از علم مادر یعنی فیزیک است و همان قوانین در این رشته نیز صادق می باشد .

تعریف علم بیومکانیک : در رابطه با تکنیکها ومهارتهای ورزشی ، بیو مکانیک باین شرح تعریف می شود : بیو مکانیک علمی است که با بکارگیری قوانین فیزیک و مکانیک در حرکات ورزشی و فعالیت های روزمره انسان و تجزیه و تحلیل عمل و عکس العمل نیروهای داخل و خارجی بر بدن انسان وتاثیرات نهائی این نیروها صحبت می کند .

مکانیک زیستی یا بیو مکانیک چه تغییراتی در روشها و فنون ورزشی ایجاد کرده : بطور کلی کاربرد قوانین علم بیو مکانیک یا مکانیک زیستی در ورزش وتکنیکهای مربوطه موجب تغییرات شگرف و باورنکردنی شده .

مثلا ، تغییر در حرکات کلاسیک وزنه درر حرکات کلاسیک وزنه برداری و برگزیدن “ استیل چمباتمه ” و کشش های انفجاری “ کشش با شتاب بالا ” رکوردهای این ورزش سنگین را بنحو چشم گیری تغییر داده ، ضمنا موجب دگرگونی پایه ای در تکنیک های آن گردیده .

رابطه علم فیزیک با ورزش : فیزیک اساس و بنیاد اکثر علوم طبیعی است و در زمینه های گوناگون علمی کاربرد دارد .

ورزش نی از این قاعده مستثنی نیست و بدون استفاده از قوانین فیزیک هیچ یک از فرآیندهای ورزشی قابل تجزیه و تحلیل نیستت .

یکی از شاخه های پر ارزش فیزیک ، مکانیک است که در تمام زمینه های ورزشی بصورت پایهای وو گسترده بکار می رود “ در مقالات آینده تک تک آنها با ذکر مثال ورزشی عرضه می شوند ” .

برای ایجاد ارتباط بیشتر بین ورزش علمی و علم مکانیک تعریف هر دو را بشرح ذیل ارائه می کنیم .

مقایسه این دو تعریف می رساند که چقدر ورزش علمی به علوم مربوط به فیزیک وابسته است .

تعریف علم مکانیک : علم مکانیک علمی است که در رابطه با حرکت و تاثیر نیروها بر اجسام صحبت می کند .

تعریف علم ورزش : علم ورزش علمی است که ، در ارتباط با بکارگیری نیروی عضلانی ورزشکار و انتقال آن توسط تاندونهای ماهیچه به اهرمهای بدن او حرکت و جنبش آنها را باعث شده و فعالیتهای ورزشی به سرانجام می رسد یا نیروهای واقعی ورزشکار که نیروی عضلاننی می باشند ، بر اجسام که می تواند وسایل ورزشی و غیره باشد اثر کرده و تحرکات اهرمها را بدنبال می آورد وموجب تکامل حرکت ورزشی خواهد شد .

این دو تعریف بسیار شبیه می باشند و میی رساند چقدر قوانین فیزیک ورشته های مربوط آن در تکنیکهای ورزش موثرند .

همین طور زمانیکه سرعت و قدرت و نرمش و کم نیاوردن نفس در کشتی آزاد فرنگی با ضوابط و قوانین جدید اعمال گردید ، این دو ورزش از حالت خسته کننده و بی تحرک به ورزشی فعال و صاحب سبک و تکننیک و جذاب مبدل گردید یا زمانیکه مقررات شنا در برگشت تغییر کرد بطور وضوح بر روی رکوردها اثرات عمیق گذاشت.

این مسئله در پرش ارتفاع با بکارگیری نیزه های فایبر گلاس و قابل انعطاف نیز معجزه کرد اما در این میان کوچ ها و مربیان با بروز چنین تغیرات غیر قابل پیش بینی روبرو و غافل گیر شدند ، ولی کلاسهای توجیهی ـ آموزشی و تئوریک ـ عملی این نقیصه را نیز جبران ررکد .

علم بیو مکانیک مربیان و مدرسین ورزشی را در تجزیه وتحلیل علمی حرکات ورزشی یاری داده و آنها را در اجراء تکنیک ها و فنون علمی حرکات ورزشی یاری داده و آنها را در اجراء تکنیک ها و فنون علمی راهنمائی و تصمیم گیری را برایی آنان آسان تر می کند .

مثلا در وزنه برداری استفاده وسیع از قوانین بیو مکانیک و مکانیک در حرکات کلاسیک و آموزشی جنبه های فنی ـ تکنیکی این دو حرکت بعهده مربی است .

این مربیان در سطح خیلی پیشرفته باید دانش بیو مکانیک وقوانین مربوط به آنها را جذب کرده و بکار گیرند .

نقطه شروع جذب این دانش علمی بدون شک دانشکده های ورزش است .

این دانشکده ها بجایی واحد های درسی غیر ضروری ، باید دروس فیزیک و بیو مکانیک وریاضیات مربوطه را جدی گرفته ، علاوه بر واحدهای تئوریک ، آزمایشگاههای آنها را که به شکل عملی چگونگی کاربرد قوانین فیزیک و بیو مکانیک در ورزش را نشان می دهند ، بر پا و تجهیز نمایند .

آنچه ارزش علم بیو مکانیک را هر چه وسیع تر نمایان می کند ، بهبود بخشیدن بر تکنیکها و رکورهای ورزشی است و سرانجام شکوفائی استعدادهای نهفته نوآموزان ورزشکار است که از وظایف مربی بحساب می آید .

.::تاثیرات نانو تکنولوژی::.

تاثیرات نانوتکنولوژی فوائد بالقوه نانوتکنولوژی فراگیر است که در موارد زیر توضیح داده می‌شود: مواد و ساخت اساساً، نانوتکنولوژی تغییر در روش تولید مواد و دستگاهها در آینده می‌باشد.

توانمندی ساخت اجزاء سازنده با اندازه ترکیب دقیقاً کنترل‌شده و سپس اسمبل‌کردن آنها در ساختارهای بزرگتر با خواص و وظایف منحصر به فرد، بخشهایی از صنعت ساخت مواد را دچار انقلاب خواهد کرد.

در حال حاضر ما فقط از قله یک کوه یخی آگاهی پیدا کرده‌ایم نه تمام مزایایی که ساختاردهی نانو، خواهد آورد؛ مزایایی مانند مواد سبکتر، قویتر و قابل برنامه‌ریزی، کاهش هزینه‌های چرخه عمر از طریق نرخ خرابی کمتر، دستگاههای جدید بر مبنای قوانین و معماری جدید و استفاده از ساخت مولکولی و خوشه‌ای که مزیت اسمبلی در سطح نانو را برای اهداف دلخواه فراهم خواهد کرد.

ما خواهیم توانست ساختارهایی را ایجاد کنیم که تا به حال در طبیعت مشاهده نشده است.

در این زمینه، چالشها عبارتند از: سنتز مواد از طریق طراحی، ایجاد بیومواد و مواد الهام‌گرفته‌شده از زیست، توسعه روشهای تولید مقرون به صرفه و مقیاس‌پذیر و تشخیص عوامل نانویی در خرابی مواد.

کاربردها نیز عبارتند از: الف- ساخت فلزات نانوساختاری، سرامیکها و پلیمرها در اشکال دقیق و بدون ماشین‌کاری ب- چاپ پیشرفته با ذرات در مقیاس نانومتر با بهترین خواص رنگ و رنگمایه ج- کاربیدهای سمانته[1] و آبکاری‌شده در مقیاس نانو و پوشش‌دهی نانویی ابزارهای برش و کاربردهای الکترونیکی، شیمیایی و ساختاری د- استانداردهای جدید برای اندازه‌گیری در مقیاس نانو هـ – ساخت نانویی در تراشه با سطح بالای پیچیدگی و وظیفه‌مندی نانو الکترونیک و تکنولوژی کامپیوتر انجمن صنعت نیمه‌هادی[2] (SIA) طرح‌مسیر[3] پیشرفت مداوم در ریزسازی، سرعت و کاهش مصرف در دستگاههای پردازش اطلاعات، حسگرهای جمع‌آوری سیگنال، دستگاههای دارای مدارات‌منطقی برای پردازش، دستگاههای حافظه و ذخیره‌سازی، صفحات نمایش و دستگاههای انتقال برای ارتباطات طراحی کرده‌است.

طرح مسیر SIA آینده را تقریباًًًًَُُُ تا سال 2010 و ساختارهای 1/0 میکرونی (100 نانومتر) برنامه‌ریزی نموده و فقط دستگاههای تمام نانوساختاری در آن دیده نشده است.

این طرح‌مسیر با نبود دستگاههای نانوساختاری واقعی پایان می‌یابد زیرا قوانین و روشهای ساخت و روش یکپارچه‌سازی دستگاهها و تبدیل آنها به سیستم، عموماًً ناشناخته بوده‌اند.

طرح مسیر SIA صراحتاً اعلام می‌دارد که «اگر این صنعت باید پیشرفت خود را برای رسیدن به رشد اقتصادی قوی در آمریکا، ادامه دهد، حمایت مستمر دولت لازم است.» زمان لازم برای رسیدن علم به تکنولوژی تقریباً 10 تا 15 سال است؛ اکنون زمانی حیاتی برای سرمایه‌گذاری دولت در علوم و تکنولوژی نانوساختارها به عنوان سخت‌افزار لازم برای پاسخگویی تقاضاهای مستمر در تکنولوژی اطلاعات است.

به علاوه، این سرمایه‌گذاری منافع بیشتری را در پی خواهد داشت که دستیابی به اهداف طرح‌مسیر SIA را امکان‌پذیر می‌سازد یا شتاب می‌بخشد.

حوزه حافظه‌های اطلاعات مغناطیسی روشنگر این مسأله است.

در طول 10 سال از زمان کشف بنیادی پدیده جدید مقاومت مغناطیسی[4] بسیار بزرگ، این تکنولوژی نانو به طور کامل، جایگزین تکنولوژیهای قدیمی هد دیسک کامپیوتر در یک بازار 34 میلیارد دلاری در سال 1998 شد.

سایر پیشرفتهای بالقوه عبارتند از: الف- دستگاههای ریزپردازنده نانوساختاری که روند موجود در استفاده از انرژی کمتر و هزینه واحد کمتر را ادامه می‌دهد و درنتیجه باعث بهبود ثمربخشی کامپیوترها تا میلیونها برابر می‌شوند.

ب- سیستمهای ارتباطی با فرکانس انتقال بالاتر و بهره‌برداری کارآتر از طیف نوری برای رسیدن به پهنای باند حداقل ده برابر، با پیامدهایی در کسب و کار، آموزش، سرگرمی و تفریحات و دفاع ج- دستگاههای کوچک ذخیره‌سازی انبوه با ظرفیتهایی در سطح چندترابیت، هزار برابر بهتر از امروز د- سیستمهای نانوسنسور یکپارچه با قابلیت جمع‌آوری، پردازش و ارتباط‌دهی انبوهی از اطلاعات با حداقل انداره، وزن و مصرف انرژی کاربردهای بالقوه نانوالکترونیک همچنین شامل این موارد می‌باشد: § ایستگاههای واقعیت مجازی قدرتمند که کمکهایی را برای تدریس حضوری و تفریحات فراهم می‌آورد § قابلیت محاسباتی کافی برای توانمندساختن وسایل نقلیه نظامی و غیرنظامی بدون سرنشین و قابلیتهای ارتباطی که بسیاری از رفت‌وآمدها و دیگر سفرهای تجاری را در عرصه در حال گسترش سوختهای حمل و نقل، غیرضروری می‌نماید.

پزشکی و بهداشت سیستمهای زندگی با رفتار مولکولی در مقیاسهای نانو اداره می‌شوند، جایی که اکنون رشته‌های شیمی، فیزیک، زیست‌شناسی و شبیه‌سازی کامپیوتری به سوی آن همگرا شده‌اند.

چنین معارف چندرشته‌ای، پیشرفت در نانوبیوتکنولوژی را برمی‌انگیزد.

اجزاء سازنده مولکولی زندگی –پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلوئیک، لیپیدها، کربوهیدراتها و بدلهای غیر بیولوژیکی آنها[5]- مثالهایی از موادی هستند با خواص منحصر به فرد که با اندازه، چین‌خوردگی و الگوهایی در مقیاس نانو مشخص می‌شود.

بصیرتهای اخیر در جهت کاربردهای دستگاهها و سیستمهای ساخته‌شده نانویی حاکی است که فرآیندهای پرزحمت امروزه در Genome Sequencing و تشخیص حالت ژنها می‌تواند از طریق به کارگیری سطوح و دستگاههای نانویی، به صورت کاراتر و با شگرفی انجام شود.

گسترش توانایی تشخیص ماهیت و ساختار ژنتیک فردی، صراحت تشخیص و درمان‌شناسی را دچار انقلاب خواهد کرد.

فراتر ار تسهیل کاربرد بهینه دارو، نانوتکنولوژی می‌تواند فرمولاسیونها و مسیرهای جدیدی برای توزیع دارو فراهم آورد که پتانسیل درمان‌شناسی را بسیار وسعت می‌بخشد.

افزایش قابلیتهای نانوتکنولوژیکی، به طور چشمگیری در مطالعه بیوتکنولوژی و پاتولوژی سلول مفید خواهد بود.

به عنوان نتیجه‌ای از توسعه ابزارهای تحلیلی جدید که قادر به کاوش در عرصه نانومتر می‌باشند، به صورت روزافزون شناسایی خواص شیمیایی و مکانیکی سلولها (شامل فرآیندهایی چون تقسیم و جابجایی سلول) و اندازه‌گیری خواص مولکولهای تک امکان‌پذیر خواهد شد.

بنابراین این قابلیتها کلیه روشهای متوسط‌گیری را که در حال حاضر در علوم‌زیستی بکار می‌روند تکمیل می‌کنند و یا بالاتر، جایگزین آنها می‌شوند.

به علاوه مواد سازگار با زیست و دارای کارآیی بالا از کنترل نانوساختارهای آنها نتیجه می‌شوند.

پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها یا بدلهای غیربیولوژیکی آنها مثالهایی از موادی هستند که خواص منحصر به فردی را به عنوان اندازه، چین‌خوردگی و الگوهایشان دارا هستند.

برمنبای این قوانین بیولوژیکی، مواد و نانوسیستمهایی که از زیست الهام گرفته شده‌اند، در حال حاضر با روش خود-اسمبلی[6] و سایر روشهای الگوگیری شکل گرفته‌اند.

نانومواد آلی و غیرآلی مصنوعی، می‌توانند به عنوان سلولهایی که در تشخیصها، نقش ایفا می‌کنند (به عنوان مثال نقاط کوآنتوم در تصویرسازی) و همچنین به صورت بالقوه به عنوان اجزاء فعال معرفی شوند.

نهایتاً افزایش قدرت محاسباتی که با نانوتکنولوژی ایجاد شده است شناسایی شبکه‌های ماکروسکوپی را در محیطهای واقعی امکان‌پذیر خواهد نمود.

چنین شبیه‌سازی‌هایی در پیشرفت پیوندهای سازگار با زیست و فرآیند کشف دارو، بنیادی خواهد بود.

کاربردهای بالقوه عبارتند از: الف – Genome Sequencing سریع و کارآتر که انقلابی در تشخیص و درمان‌شناسی ایجاد خواهد کرد.

ب- مراقبت بهداشتی کارآمد و ارزانتر با استفاده از دستگاههای دوردست و داخل بدن ج- فرمولاسیون و مسیرهای جدیدی برای توزیع دارو که پتانسیل درمانی آنها را از طریق هدف‌گرفتن توزیع داروهای جدید به نقاطی از بدن که تاکنون غیرقابل دسترس بوده‌اند توسعه می‌دهد.

د- بافتها و اندامهای با دوام‌تر که نسبت به وازدن و طردشدن مقاوم هستند.

هـ- کمکهای تقویت‌کننده بینایی و شنوایی و- سیستمهای حسگر که بیماری‌های در حال ایجاد را در بدن تشخیص و سرانجام تمرکز مراقبت بیمار را از درمان بیماری به تشخیص و پیشگیری تغییر می‌دهد.

هوانوردی و جهان‌پژوهی محدودیت شدید سوخت برای بالا بردن بار به مدار زمین و فراتر از آن و همچنین الزام فرستادن فضاپیما به اهداف دور و درازمدت به دور از خورشید (کاهش انرژی خورشیدی)، ادامه کاهش در اندازه، وزن و مصرف انرژی محموله را ایجاب می‌کند.

مواد و دستگاههای نانوساختاری، راه‌حل این چالشها را نوید می‌دهند.

نانوساختارها همچنین در طراحی و ساخت مواد سبک‌وزن و از نظر گرمایی پایدار برای استفاده در هواپیماها، راکتها، ایستگاههای فضایی و مسیرهای اکتشافی خورشیدی و سیاره‌ای، حیاتی و مهم هستند.

به علاوه، فضای کم گرانش و خلاء بالا به ایجاد نانوساختارها و سیستمهای نانویی که در زمین قابل ساخت نیستند، کمک می‌کند.

کاربردها عبارتند از: الف- کامپیوترهای دارای مصرف انرژی کم، تحمل تشعشع و کارآیی بالا ب- تجهیزات نانویی برای فضاپیماهای کوچک ج- سیستم الکترونیک که با حسگرهای نانوساختاری و نانوالکترونیک ممکن شده است د- مانع گرمایی و پوشش‌دهنده‌های نانوساختاری که در برابر ساییدگی مقاوم هستند.

محیط‌زیست و انرژی نانوتکنولوژی پتانسیل تأثیر چشمگیر در کارآیی، ذخیره و تولید انرژی را دارد.

این تکنولوژی می‌تواند در ثبت و حل مشکلات زیست‌محیطی به کار گرفته شود: مهارنمودن آلودگی از محدوده وسیعی از منابع و گسترش تکنولوژیهای فرآیندی جدید و سبز که تولید فاضلابهای نامطلوب را به حداقل می‌رساند.

تأثیر در کنترل، تولید و پردازش صنعتی، شگفت‌انگیز بوده و به ذخیزه انرژی مخصوصاً از طریق عملیات متکی به بازار که با قاعده و نظم در تضاد می‌باشد، منجر می‌شود.

چندین تکنولوژی جدید که قدرت ساختاردهی نانویی را بکار می‌گیرند ولی توسعه آنها بدون بهره‌مندی از قابلیت‌های جدید تحلیلی در مقیاس نانو بوده است، این پتانسیل را روشن می‌سازد: الف- تحقیقات بلندمدت در صنعت شیمی به منظور استفاده از مواد کریستالی به عنوان پشتیبانیهای کاتالیزوری، به ایجاد کاتالیستهایی را با اندازه خلل و فرج حدود 1 نانومتری که به خوبی تعریف شده، باعث شده است.

کاربرد آنها در حال حاضر پایه اصلی صنعتی است که از 30 میلیارد دلار در سال پافراتر گذاشته است.

ب- کشف مواد mesoporeus سفارشی MCM-41 که با صنعت نفت تولید شده است با اندازه خلل و فرج بین 10 تا 100 نانومتر که در حال حاضر به طور گسترده در زدودن آلوده‌کننده‌های بسیار ریز به کار گرفته می‌شود.

ج- چندین شرکت تولیدی شیمیایی در حال توسعه مواد پلیمری هستند که با ذرات نانویی تقویت شده‌اند.

این مواد می‌تواند جایگزین قطعات فلزی ساختاری در صنعت خودرو شود.

استفاده وسیع از نانوکامپوزیتها می‌تواند به کاهش مصرف 5/1 میلیارد لیتر بنزین در عمر تولید یک سال وسائل نقلیه منجر شود و آلودگیهای مربوط به دی‌اکسیدکربن را سالانه بیشتر از 5 میلیارد کیلوگرم کاهش دهد.

د- جایگزینی کربن سیاه در تایرها با ذرات خاک‌رس در مقیاس نانومتر و پلیمرهای غیرآلی تکنولوژی جدیدی است که به تولید تایرهای سازگار با محیط‌زیست و مقاوم در برابر ساییدگی منجر می‌شود.

همچنین پیشرفتهای بالقوه آینده عبارتند از: § استفاده از سیستمهای نانوروباتبک و هوشمند برای مدیریت فاضلابهای محیط‌زیستی و هسته‌ای § استفاده از نانوفیلترها برای جداسازی ایزوتوپها در پردازش سوخت هسته‌ای § استفاده از مایعات نانویی برای افزایش کارآیی سردکننده رآکتورهای هسته‌ای § استفاده از نانوپودرها برای رفع آلودگی § استفاده از شبیه‌سازی کامپیوتری با مقیاس نانو برای امنیت هسته‌ای.

بیوتکنولوژی و کشاورزی اجزاء سازنده مولکولی زندگی –پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک، لیپیدها، کربوهیدراتها و بدلهای غیربیولوژیکی آنها– مثالهایی از موادی هستند که خواص منحصر به فردی را که با اندازه، چین‌خوردگی و الگوهایی در مقیاس نانو مشخص می‌شوند، دارا هستند.

سنتز و پردازش زیستی، روشهای کاملاً جدیدی را برای ساخت فرآورده‌های شیمیایی دارویی، عرضه می‌کنند.

تجمع اجزاء سازنده بیولوژیکی در مواد و دستگاههای سنتزی اجازه می‌دهند تا وظایف بیولوژیکی با سایر خواص دلخواه مواد ترکیب شوند.

تقلید و همانند‌سازی سیستمهای بیولوژیکی، عرصه مهمی را در تحقیقات در چندین رشته پدید آورده است.

به عنوان مثال، عرصه فعال «شیمی بدل‌سازی بیویی» برمبنای همین رویکرد می‌باشد.

علوم نانو مستقیماً در پیشرفتهای کشاورزی نیز به روشهای مختلف مشارکت دارد: § موادشیمیایی قابل استحاله از طریق علوم‌زیستی و با مهندسی مولکولی برای تغذیه گیاهان و مراقبت در برابر حشرات § بهبود ژنتیک در حیوانات و گیاهان § تحویل ژن و دارو به حیوانات § تکنولوژیهای آزمایش DNA بر مبنای آرایه‌های نانویی.

به عنوان مثال اینگونه تکنولوژیهای برمبنای آرایه، به دانشمند گیاه‌شناسی اجازه می‌دهد تا دریابد که وقتی گیاه در معرض فشار نمک یا خشکسالی قرار می‌گیرد کدام ژنها این اثرات را از خود بروز می‌دهند.

کاربرد نانوتکنولوژی در کشاورزی هنوز در شروع راه ارزیابی و توجه است.

امنیت ملی وزارت دفاع، اهمیت نانوساختارها را در دهه گذشته تشخیص داده و نقش مهمی را در پرورش و رشد این عرصه برعهده داشته است.

کاربردهای حیاتی دفاع عبارتند از: الف- ادامه تسلط بر اطلاعات از طریق نانوالکترونیک پیشرفته که به عنوان قابلیت مهمی در امور نظامی شناخته شده است.

ب- سیستمهای واقعیت مجازی پیچیده‌تر برمبنای الکترونیک نانوساختاری که آموزش مؤثر و توانمندتر را امکان‌پذیر می‌سازد.

ج- افزایش استفاده از اتوماسیون و رباتیک پیشرفته برای جبران کاهش در نیروهای نظامی، کاهش مخاطره سپاهیان و بهبود کارآیی وسایل نقلیه؛ به عنوان مثال چیزی به اندازه چندین هزار پوند می‌تواند از یک هواپیمای جنگنده بدون خلبان کنده شود و اهداف بزرگتری را مورد حمله قرار دهد.

چابکی جنگنده به صورت شگرف، بدون‌نیاز به محدودیت نیروی g روی خلبان بهبود می‌یابد و بنابراین کارآیی جنگ را افزایش می‌دهد.

د- دستیابی به کارآیی بالاتر (وزن سبکتر، قدرت بالاتر) که در بسترهای نظامی مورد نیاز است و به طور همزمان کاهش نرخ شکست و هزینه کمتر در چرخه عمر را باعث می‌شود.

هـ- بهبودهایی که در حس‌نمودن شیمیایی، بیولوژیکی و هسته‌ای و مراقبت از تلفات به شدت مورد نیاز است.

و- بهبودهایی در طراحی سیستمهای ثبت و مدیریت منع گسترش سلاحهای هسته‌ای ز- دستگاههای مکانیکی نانو و میکرو ترکیب شده برای کنترل سیستمهایی دفاع هسته‌ای سایر کاربردهای دولتی علوم و تکنولوژی نانو مزایایی نیز برای سایر اهداف آژانسهای دولتی دارد، شامل: الف- تجهیزات سبکتر و امنتر در سیستمهای حمل و نقل (وزارت حمل و نقل) ب- اندازه‌گیری، کنترل و بهبود آلودگیها (آژانس حفاظت از محیط ‌زیست) ج- تحقیقات پیشرفته پزشکی قانونی (وزارت دادگستری) د- چاپ و حکاکی با کیفیت بالای اسناد و اسکناس (اداره حکاکی و چاپ) علوم و آموزش علوم، مهندسی و تکنولوژی نانوساختارها هم نیازمند و هم قادر به ایجاد پیشرفتهایی در بسیاری از رشته‌هاست: فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، مواد، ریاضیات و مهندسی.

این رشته‌ها در تحول خود، در هر حوزه تقویت شده و همزمان مجهز شده‌اند تا با مخاطب قراردادن نانوساختارها، فرصتی را از روی حسن اتفاق برای احیای روابط بین خود فراهم آورند.

پویایی تلاشهای بین‌رشته‌ای در حوزه نانوساختارها، ارتباطات آموزشی میان رشته‌ها را تقویت می‌کند و باعث تولد عرصه‌هایی خواهد شد که امروزه فقط تصور آنها ممکن است.

توسعه بیشتر هر حوزه، نیازمند تغییراتی در زیرساختهای آزمایشگاهی و منابع انسانی در دانشگاهها و در آموزش تخصصهای نانوتکنولوژی، بویژه برای حاملهای صنعتی می‌باشد.

تجارت جهانی و رقابت تکنولوژی، یک عامل مهم تأثیرگذار در تمام سطوح اقتصاد آمریکاست.

انتظار می‌رود نانوتکنولوژی، تقریباً در تمام تکنولوژیها، کاربرد فراگیر داشته باشد.

سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه نانوتکنولوژی برای بهبود موقعیت ما در بازار جهانی ضرورت دارد.

پیشگامی ملی نانوتکنولوژی، توسعه تکنولوژیهای توانمند حیاتی را نظیر نانوالکترونیک، مواد نانوساختاری و فرآیندهای تولید در مقیاس نانو با پتانسیل گسترده تجاری ممکن خواهد ساخت.

برای صنایع آمریکا ضروری است که مزیت نوآوریهای نانوتکنولوژی را به دست آورند.

در آستانه پایان فیزیک فیزیکدانان طی 150 سال گذشته در جست وجوی «نظریه همه چیز» بودند، یعنی قانون واحدی که بتواند رفتار تمام نیروها و مواد موجود در طبیعت را تفسیر کند.

اولین موفقیت در این مسیر در دهه 1980 به دست آمد.

در آن زمان جیمز کلرک ماکسول فیزیکدان اسکاتلندی نشان داد که الکتریسیته و مغناطیس جنبه های متفاوتی از یک پدیده واحد یعنی «الکترومغناطیس» هستند.هدف بعدی دانشمندان آن بود که بین این نیرو و سایر نیروها و موادی که این نیروها بر آن اثر می گذارند، ارتباطی برقرار شود.

طی سال های متمادی تلاش برای تلفیق نیروی گرانش با این نیرو با شکست مواجه شد.

در دهه 1970 دانشمندان دریافتند که اگر ذرات را نه فقط به عنوان نقاط صرف، بلکه به صورت «تارها»های چندبعدی در نظر بگیریم می توان بر این مشکل غلبه کرد.

طی بیست سال بعدی این مفهوم عجیب در کانون توجه دانشمندان برای خلق نظریه همه چیز قرار گرفت.

امروزه بسیاری بر این باورند که ابرتارها بخشی از یک تئوری کامل تر و عجیب تر با نام تئوری M است.

این تئوری بیان می کند که جهان ما و هر چیزی که در آن است را می توان اشیای 11 بعدی توصیف کرد، که این ابعاد، به جز چهارتای آنها، کوچک شده و به اندازه یک اتم در آمده است.

هر چند که تئوری M کاملا تایید نشده است، اما به گمان بسیاری از فیزیکدانان بهترین نامزد تئوری پایانی یا تئوری همه چیز مسحوب می شود.

فهرست مطالب کاربرد علم فیزیک در ورزش 3 فیزیک چیست ؟

5 شاخه های سنتی فیزیک : 5 تعریف علم بیومکانیک : 7 رابطه علم فیزیک با ورزش : 8 تعریف علم مکانیک : 8 تعریف علم ورزش : 9 تاثیرات نانوتکنولوژی 11 مواد و ساخت 11 نانو الکترونیک و تکنولوژی کامپیوتر 12 پزشکی و بهداشت 14 هوانوردی و جهان‌پژوهی 16 محیط‌زیست و انرژی 17 بیوتکنولوژی و کشاورزی 19 امنیت ملی 20 سایر کاربردهای دولتی 21 علوم و آموزش 21 تجارت جهانی و رقابت 22