سارا طاهری، روزنامه‌نگار: هشتمین جشنواره علمی، پژوهشی و فناوری فرهیختگان چندروز پیش به‌منظور شناسایی و تشویق برگزیدگان این دانشگاه در زمینه‌های مختلف علمی، پژوهشی و فناوری و در راستای توجه به مسائل پژوهش‌محور و دانشگاه نسل سوم برگزار شد. در این جشنواره 5 اختراع در بخش‌های هیات‌علمی، دانشجویی و بین‌المللی به‌عنوان اختراعات برتر برگزیده شد. دانشگاه آزاد اسلامی واحد آبادان یک اختراع در بخش هیات‌علمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین یک اختراع در بخش دانشجویی و دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد سه اختراع بین‌المللی داشته‌اند. در این گزارش به جزئیات این 5 اختراع پرداخته‌ایم که در ادامه می‌خوانید.

اختراعی که به کمک بیماران صرعی آمده است

Signal processing for extracting a mother wavelet function  یا همان «پردازش سیگنال برای استخراج یک تابع موجک مادر» توسط حسین پورقاسم، عضو هیات‌علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد و مرتضی به‌نام دانشجوی دکتری فنی و مهندسی این واحد دانشگاهی ارائه شده و در هشتمین دوره جشنواره فرهیختگان به‌عنوان اختراع برتر در بخش بین‌المللی برگزیده شد.

در این اختراع باتوجه به ماهیت تصادفی سیگنال‌های EEG و رفتار الگوهای تشنج صرعی، یک سیستم نرم‌افزاری خودکار بر پایه‌ ریاضیات به‌منظور طراحی و استخراج کرنل موجک تشنج - ویژه (Seizlet) ارائه شده است. در این سیستم، پس از پیش‌‌پردازش و فیلترینگ سیگنال‌های EEG در باند فرکانسی موردنظر‌، یک زیرمجموعه از پایگاه داده‌ مورد استفاده برای طراحی Seizlet استفاده می‌شود. برای این منظور، با استفاده از تخمین گروهی تابع چگالی احتمال (PDF) به‌وسیله روش مدل مخلوط گوسی (GMM) براساس الگوریتم EM یک تابع چگالی احتمال Bimodal برای هر لحظه از نمونه‌های سیگنال‌های EEG تقریب زده می‌شود. با محاسبه مد از هر PDF یک کرنل براساس نقاط با چگالی بالا با ماکزیمم عبور مدل‌سازی می‌شود. این سری زمانی مدل‌سازی‌شده به‌عنوان یک کرنل اصلاح‌شده اثبات می‌شود. با استفاده از فرآیند کاهش نرخ نمونه‌‌برداری این سری زمانی هموار و آماده می‌شود. پیک‌ها و اکسترمم‌های محلی کرنل اصلاح‌‌شده در حوزه زمان به‌عنوان نمونه‌هایی با بیشترین تکرار در سیگنال‌های EEG دارای تشنج تعیین می‌شوند. سپس این مجموعه نقاط به‌عنوان منحنی پوش کرنل اصلاح‌شده با استفاده از چندجمله‌ای لاگرانژ درونیابی شده است. بنابراین اثبات می‌شود که کرنل چندجمله‌ای درون‌یابی‌شده و نرمال‌شده کاندید مناسبی برای تابع مقیاس Seizlet است. سرانجام موجک مادر Seizlet با پردازش‌های لازم در حوزه‌های زمان و فرکانس به‌دست آمده و شرایط پذیرش آن بررسی شده است.

 تشخیص و پیش‌بینی یک تشنج صرعی

Detecting and predicting an epileptic seizure  یا همان تشخیص و پیش‌‌بینی یک تشنج صرعی دومین اختراع حسین پورقاسم، عضو هیات‌علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد و مرتضی به‌نام دانشجوی دکتری این واحد دانشگاهی است.

در این اختراع، یک سیستم نرم‌افزاری و محاسباتی خودکار به‌منظور تشخیص و پیش‌بینی الگوهای تشنج صرعی در سیگنال‌های مغزی ارائه شده است. در این سیستم با انتخاب سیگنال‌‌های EEG به‌صورت چندکاناله و انجام پردازش‌‌های لازم هر ایپاک از سیگنال برای فرآیند طبقه‌بندی آماده‌‌سازی شده است. براساس مرتبه‌ مشتق‌‌پذیری سیگنال EEG که با استفاده از تعریف Lipschitz و سطوح تنظیم به‌دست می‌آید، نقشه‌ مخروطی(Cone of influence map) با اعمال موجک مادر Seizlet در فضای دوبعدی تشکیل می‌شود. با تحلیل خطوط بیشینه‌ پیمانه‌‌ای از نقشه موردنظر، چهار نوع الگو با نام SMMP معرفی شده است. این الگوها با به‌کارگیری کرنل‌‌های مخلوط گوسی و هم‌پوشانی بهینه‌ روی سیگنال‌‌های EEG جابه‌جا می‌شوند. در این فرآیند جابه‌جایی، یک روش جدید برای استخراج ویژگی ارائه شده است و چهار ویژگی ساختاری با نام CEF استخراج شده است. برای بهینه‌‌سازی الگوها و ویژگی‌ها، یک الگوریتم بهینه‌سازی ترکیبی براساس الگوریتم بهینه‌شده‌ HHO در ترکیب با LVRA و شبکه عصبی المن استفاده شده است. سرانجام، ویژگی‌های بهینه‌شده برای طبقه‌‌بندی سیگنال‌های مغزی دارای تشنج صرعی و بدون تشنج صرعی با استفاده از طبقه‌بند آدابوست در یک ساختار آبشاری به‌کار گرفته شده‌اند.

مرتضی به‌نام درخصوص این اختراع به «فرهیختگان» گفت: «این دو اختراع، یک سیستم محاسباتی و نرم‌افزاری برای پیش‌بینی و تشخیص تشنج صرع است؛ این دو طرح از مقالات ما استخراج شده و به دو اختراع تبدیل شده است. یک بخش این اختراع، طراحی یک سیستم ریاضی برای مدل‌سازی سیگنال‌های مغزی تشنج است.»

او اضافه کرد: «به‌عبارت بهتر این اختراع برای افرادی که به بیماری تشنج صرع دچار هستند مفید خواهد بود. داده‌های افرادی که به تشنج صرع دچار بوده و همچنین افراد سالم تهیه شده و مدل‌سازی براساس این سیگنال‌ها انجام شده است. بخش اول این اختراع مدلی برای سیگنال‌های تشنج و غیرتشنج بوده و بخش دوم روشی است برای تشخیص اینکه فرد دچار تشنج شده است یا خیر. درواقع با استفاده از مدلی که در قسمت اول به‌دست آمده، متوجه می‌شویم فرد دچار تشنج شده است یا خیر.»

به‌نام در ادامه تصریح کرد: «کسی که دچار بیماری تشنج است باید عمل جراحی انجام دهد؛ اینکه بتوانیم مشخص کنیم حمله‌هایی که به فرد دست داده حمله‌های مربوط به تشنج بوده و همچنین ناحیه تشنج را تشخیص دهیم، نیازمند علم و تلاش است. فردی که دچار حمله تشنجی شده، برای انجام عمل جراحی نیازمند بررسی است تا متوجه شویم این عمل درکدام ناحیه باید انجام شود و نیازمند چه اقدامات و مراقبت‌هایی است.»

این مخترع اضافه کرد: «این اختراع می‌تواند به این هدف کمک کند تا بیماران صرعی دچار مشکل نشوند. همچنین اقدامات پیشگیرانه برای حمله به بیماران صرعی کمک دیگری است که توسط این دو اختراع به بیماران انجام می‌شود.»

او بیان کرد: «اگر بتوان برای انجام مطالعات یک تیم دانشجویی تشکیل داد، می‌تواند به انجام اختراعات بیشتری منجر شود. انجام این طرح‌ها بیشتر ازطریق یک کامپیوتر و محاسباتی بوده و هزینه چندانی ندارد؛ بنابراین اگر مسئولان دانشگاه برای تشکیل یک تیم دانشجویی از آنها حمایت کنند و امکانات آزمایشگاه دراختیار آنها قرار گیرد، می‌توان کارهای علمی بیشتری انجام داده و اختراعات را به مرحله تجاری‌سازی رساند.

کاهش مصرف انرژی در صنعت با نانو اکسید آلومینیوم

«ساخت پوشش‌های پودری محافظ حرارتی با استفاده از نانو اکسید آلومینیوم» اختراعی است که توسط علی‌اکبر عظمتی و بهزاد شیرکوند هداوند در دانشگاه آزاد اسلامی واحد آبادان ارائه شده و در هشتمین جشنواره فرهیختگان به‌عنوان اختراع برتر در بخش اعضای هیات‌علمی در حوزه فنی و مهندسی به‌عنوان اختراع برتر برگزیده شد.

علی‌اکبر عظمتی، عضو هیات‌علمی واحد آبادان و مخترع این طرح در گفت‌وگو با «فرهیختگان» درخصوص این اختراع توضیح داد: «این اختراع با هدف کاهش مصرف انرژی در قسمت‌های مختلف صنعت و ساختمان ساخته شده و تاکنون مورد مشابهی نداشته است.»

او با بیان اینکه طرح ساخت پوشش‌های پودری محافظ حرارتی با استفاده از نانو اکسید آلومینیوم ثبت اختراع شده است، گفت: «البته هنوز به مرحله تجاری‌سازی نرسیده و مشکل عمده این موضوع نیز این است که هیچ ارتباطی بین ما، مصرف‌کننده و صنعت وجود ندارد. درنهایت موانع اداری بسیاری نیز وجود دارد که البته برخی از آنها اجتناب‌ناپذیر هستند.»

عظمتی گفت: «باتوجه به بحران انرژی موجود در جهان، استفاده از پوشش‌های پودری مانع حرارتی، اخیرا موردتوجه محققان و بخش‌های مختلف قرار گرفته است. هدف از ساخت پوشش‌های پودری با نانو اکسید آلومینیوم با خاصیت مانع حرارتی است.»

او اضافه کرد: «مواد اولیه مورد استفاده در این اختراع نانو اکسید آلومینیوم؛ رزین پلی‌استر کربوکسیله؛ تری‌اتوکسی متیل سیالن؛ عامل پخت تری‌گلیسیدیل ایزو سیانورات؛ بنزوین؛ ایزو پروپیل الکل؛ اسید کلریدریک و همترازکننده هستند. پس از اصلاح سطحی نانو ذرات اکسید آلومینیوم؛ نانو ذرات اصلاح‌شده با نسبت وزنی 5 درصد با استفاده از دستگاه پیش‌اختلاط با رزین پلی‌استر به‌صورت خشک مخلوط شدند.»

مخترع این طرح تصریح کرد: «ساخت رزین پودری محافظ حرارتی از روش اختلاط مذاب با استفاده از اکسترودر دو مارپیچه انجام شد. دمای تمام نواحی اکسترودر برابر 110 درجه سانتیگراد و سرعت آن 200 دور بر دقیقه درنظر گرفته شد. مذاب حاصل به‌وسیله غلتک‌های خنک‌کننده سرد و به‌صورت پرک درآمد. پرک‌های حاصل دوباره با شرایط قبل اکسترود شدند.»

او در پایان گفت: «سپس پرک‌های به‌دست آمده از اکسترودرها با استفاده از آسیاب آزمایشگاهی به ذرات با اندازه 20 تا 90 میکرون تبدیل شدند. پودر به‌دست آمده دارای خاصیت محافظ حرارتی بوده و آماده اعمال به‌روی سطوح فلزی به روش الکترواستاتیکی است.»

محافظ آنتی نیدل استیک، اختراعی برای کمک به کادر درمان

«محافظ آنتی نیدل استیک» اختراعی است که در حوزه پزشکی و مهندسی پزشکی توسط محمدمسعود محمودی و مریم‌سادات سیدجعفرکاشی دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین در هشتمین جشنواره فرهیختگان به‌عنوان اختراع برتر در بخش دانشجویی برگزیده شد.

نیدل استیک شدن به مفهوم آسیب نفوذی جلدی ناشی از وسایل پزشکی نوک تیز آلوده به خون یا ترشحات بدن بیمار بوده است. هدف از طراحی این محافظ کاهش این مشکل است. این محافظ از سه مکعب هم‌اندازه تشکیل شده که به صورت ریلی به روی هم باز و بسته می‌شوند و با داشتن یک صفحه چرخان دایره‌ای که توسط اهرمی که در قسمت خارجی قرار دارد تنظیم می‌شود. صفحه چرخان با اتصال به قسمت ابتدایی سوزن انژیوکت و حرکت آن به خارج و همزمان با خارج شدن سوزن صفحات ریلی به جلو حرکت کرده و از تماس هرگونه برخورد سوزن با دست جلوگیری می‌کند. همچنین در آخر با قرار دادن هپارین الک در جایگاه مخصوص و با آزاد کردن اهرم درپوش محفظه را می‌بندد و با قرار داشتن هپارین الک روی محفظه پس از خروج سوزن می‌توان هپارین الک موجود روی درپوش راه خروج خون را بست و به این وسیله دست هیچ‌گونه برخوردی با سوزن و خون ندارد. این محافظ برای آمپول‌ها هم کاربرد دارد؛ به این صورت که با اتصال محفظه سر سوزن با صفحه چرخان سوزن از کاور خود خارج شده و پس استفاده با قرارگیری در کاور خود و با یک حرکت پیچشی سر سوزن داخل محفظه باقی می‌ماند و از نیدل استیک شدن جلوگیری می‌کند. 

محمدمسعود محمودی، دانشجوی کارشناسی پرستاری دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین، یکی از مخترعان این طرح در گفت‌وگو با «فرهیختگان» گفت: «ازجمله مشکلات کادر درمانی در بیمارستان‌ها حین استفاده از انژیوکت و سرنگ احتمال آسیب با سرسوزن(نیدل) آنهاست. این اختراع بر خلاف اختراع‌های موجود که ساختار انژیوکت و سرنگ را تغییر می‌دهند با توجه به ساختار بهینه خود هیچ‌گونه تغییری در ساختار ایجاد نکرده و همچنین از برخورد دست با سر سوزن به‌طور کامل جلوگیری می‌کند.»

او با بیان اینکه این طرح گواهی ثبت اختراع و گواهی سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران را به خود اختصاص داده است، اضافه کرد: «همچنین مقاله این طرح نیز منتشر شده و در جشنواره بین‌المللی اختراعات خیام به مرحله نهایی راه یافته است. البته این طرح به‌صورت نمونه‌سازی انجام شده و تعداد محدودی برای تست و انتشار مقاله طراحی و ساخته شده است.»  به گفته محمودی بهترین راه تولید این طرح حمایت شرکت‌های تجهیزات پزشکی برای تولید آن است.

مخترع طرح محافظ آنتی نیدل استیک با تاکید براینکه در زمینه اختراع علوم پزشکی فاصله زیادی بین رشته علوم پزشکی و مهندسی وجود دارد، تصریح کرد: «این مشکل باعث می‌شود بسیاری از ایده‌ها فقط در حد ثبت اختراع باقی مانده و ساخته نشوند. این درحالی است که برای بسیاری از این طرح‌ها می‌توان آینده فوق‌العاده درخشانی را متصور بود که در عرصه جهانی رقابت کنند.»

او درخصوص موانع پیش روی مخترعان نیز توضیح داد: «یکی از مشکلاتی که بسیاری از مخترعان با آن روبه‌رو هستند عدم باور مسئولان نسبت به این اختراعات است. متاسفانه مسئولان به مخترعان اعتماد نکرده و به دنبال این عدم اعتماد، قاعدتا هیچ‌گونه سرمایه‌گذاری نیز انجام نشده و درنهایت از تولید بسیاری از طرح‌ها جلوگیری می‌شود.»

محمودی در پایان گفت: «بنده تاکنون سه ثبت اختراع انجام دادم که متاسفانه هیچ حمایتی از سوی مسئولان نشده است؛ اکنون به مرحله نهایی جشنواره اختراعات لهستان راه یافته‌ام اما به دلیل هزینه بالا و عدم حمایت سازمانی هنوز نتوانسته‌ام در این جشنواره ثبت‌نام کنم.»

بوش‌های دولایه تقویت شده، قابلیت اجرا در صنعت خودروسازی

 ( Production of Reinforced double-layer Paris) یا همان ساخت بوش‌های دولایه تقویت شده به وسیله قالب ترکتریکس یک اختراع بین‌المللی است که توسط مجید هاشم‌زاده و علیرضا مردانی در حوزه فنی‌ومهندسی(مکانیک) در دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد طراحی شده و در هشتمین جشنواره فرهیختگان به‌عنوان اختراع برگزیده انتخاب شد.

در این طرح ساخت بوش‌های دولایه با استفاده از قالب‌های ترکتریکس مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا ورق دایره‌ای خام را روی ماتریس فرم ترکتریکس بدون ورق‌گیر قرار گرفت. در ادامه بوش تراشیده شده داخل سنبه دوپله جا زده شد. پس از اعمال نیرو روی ماتریس توسط سنبه، بوش داخل ورق کشش خورده، محبوس شده و بوش تقویت شده با الیهی داخلی تولید شد. ساختار مواد تشکیل‌دهنده بوش‌ها می‌تواند بسته به کاربرد در شرایط گوناگون متفاوت باشد. از این روش در ساختارهای بزرگ می‌توان برای تولید مخازن تحت فشار دو الیه، کپسول‌های CNG، صنایع دریایی، حتی در صنایع نظامی استفاده کرد. همچنین در ساختارهای کوچک‌تر برای ساخت بوش‌های دولایه کاربرد دارند.

مجید هاشم‌زاده عضو هیات‌علمی دانشگاه آزاد اسلامی نجف‌آباد درباره جزئیات این اختراع گفت: «عنوان این اختراع «ساخت بوش‌های تقویت شده دولایه با قالب‌های ترکتریکس» است. قالب‌های ترکتریکس یکی از انواع قالب‌های کشش عمیق است که در آن از ورق‌گیر استفاده نمی‌شود. تکنولوژی ساخت این نوع قالب‌ها به دلیل وجود منحنی ترکتریکس (Tractrix) در دهانه ماتریسِ قالب نسبتا پیچیده است اما به دلیل ساختار ساده و تعداد قطعات کمتر نسبت به قالب‌های کشش عمیق معمول، امروزه مورد توجه طراحان و قالب‌سازان قرار گرفته است.»

او اضافه کرد: «ساخت بوش‌های دولایه با استفاده از قالب ترکتریکس برای اولین بار در دنیا توسط یک تیم تحقیقاتی از گروه مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد انجام شده است. قالب متشکل از یک سنبه و یک ماتریس ترکتریکس است. در این روش ابتدا قالب روی میز دستگاه پرس نصب می‌شود. یک عدد بوش داخلی که از قبل تراشکاری شده است، روی سنبه قرار داده می‌شود. سپس ورق دایره‌ای شکل نیز که از یک ورق با جنس متفاوت نسبت به بوش از قبل آماده‌سازی شده است روی قالب در دهانه ترکتریکس موقعیت‌دهی می‌شود.»

او تصریح کرد: «با حرکت پرس، سنبه همراه با بوش روی ورق در دهان ماتریس فشار وارد می‌کند و به‌تدریج ورق را به درون حفره‌ای که به فرم منحنی ترکتریکس است می‌کشد. در طی این فرآیند، درحالی‌که سنبه، ورق را به درون حفره قالب می‌کشد، ورق به شکل یک پوسته خارجی روی بوش داخلی شکل می‌گیرد. محصول چنین فرآیندی، یک بوش دولایه از جنس‌های متفاوت خواهد بود. میزان نفوذ لایه‌های سطحی دو فلز در یکدیگر در حد قابل است به علاوه اینکه پوسته بیرونی این بوش به دلیل انجام فرآیند شکل‌ دهی و نیز آیرونیگ روی آن در طول عبور از حفره ترکتریکس، کارسخت شده و دارای استحکام بالایی است. همچنین تیراژ تولید با این روش بالاست.»

هاشم‌زاده در پاسخ به این سوال که این اختراع با چه هدفی بوده است، توضیح داد: «امروزه بوش‌های دولایه در صنایع مختلف کاربرد وسیع پیدا کرده‌اند که ازجمله می‌‌توان به صنایع نظامی، ساخت تجهیزات پزشکی، صنعت خودرو و صنایع هوافضا اشاره کرد. ترکیب دولایه از ورق‌های فلزی با خواص مکانیکی، متالورژیکی و شیمیایی متفاوت می‌تواند خواص منحصربه‌فرد به بوش بدهد.»

او با ذکر مثالی بیان کرد: «به‌عنوان مثال، بوش با پوسته خارجی مقاوم به سایش و سطوح داخلی با چقرمگی زیاد در صنایع نظامی کاربرد دارد. این طرح قابلیت اجرا در ابعاد مختلف را دارد. همچنین این طرح فقط محدود به ساخت بوش‌ها نیست. سیلندرهای دولایه گاز CNG (‌لایه داخلی مقاوم به خوردگی شیمیایی و لایه بیرونی مقاوم به ضربه) نیز از دیگر کاربردهای این طرح است که قابلیت اجرا در صنعت خودروسازی را دارد.»

مخترع این طرح در پاسخ به این سوال که این طرح آیا ثبت اختراع شده یا خیر گفت: «این طرح در سایت اداره ثبت اختراعات آمریکا (USPTO) و سازمان ثبت اختراعات کشور منتشر و ثبت شده و درحال طی مراحل موردنیاز برای اخذ گرنت نهایی است. طرح ساخت بوش‌های دولایه با استفاده از قالب ترکتریکس مورد تایید سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران نیز قرار گرفته است.»

هاشم‌زاده با بیان اینکه از این طرح در مرحله آزمایشگاهی نتایجی خوبی گرفته‌ایم اما هنوز به مرحله تجاری‌سازی نرسیده است، اضافه کرد: «در مورد تجاری‌سازی این طرح باید به این نکته توجه داشت که این طرح به تنهایی نمی‌‌تواند به‌عنوان یک محصول ساخته و روانه بازار شود. شاید بتوان چنین بوش‌های دولایه‌ای را با روش‌های دیگری ساخت اما نکته قابل توجه در این اختراع این است که روش ساخت، یک روش ساخت منحصربه‌فرد است.»

او تاکید کرد: «برای تجاری‌سازی این طرح(همانند سایر طرح‌هایی از این قبیل) به یک اعلام نیاز از طرف صنایع مختلفی که بخشی از محصولات‌شان با استفاده از این روش یا این محصول می‌تواند بهینه شود است.»

عضو هیات‌علمی دانشگاه آزاد اسلامی نجف‌آباد ادامه داد: «ما (تیم تحقیقاتی این پژوهش) در دانشگاه به وظایف حرفه‌ای و شرعی خود که همانا تحقیق و پژوهش روی مشکلات صنعت و نیز توسعه مرزهای دانش است عمل کرده‌ایم که نتیجه آن همین ثبت اختراع است. حالا نوبت مسئولان است که باید به وظایف خود که همان حمایت از این طرح‌ها و اجرایی شدن در صنعت است، کمک کنند.»

او در پایان تاکید کرد: «درغیر این صورت این پژوهش نیز همانند بسیاری دیگر از پژوهش‌ها به کتابخانه مرکزی دانشگاه انتقال داده شد و تا چند صباحی دیگر، گردوغبار بی‌مهری روی آن خواهد نشست.»