جورج وايتسايدز.. الربط بين الكيمياء والروبوتات والرعاية الصحية

على مدى أكثر من خمسة عقود، كرّس جورج وايتسايدز، الأستاذ بجامعة هارفارد، حياته ومهنته للسعي وراء المعرفة، وقدم مساهمات كبيرة في البحث في الكيمياء وربط تطبيقاتها بمجالات متنوعة مثل الهندسة والروبوتات والرعاية الصحية.

بعد أن وصف نفسه بأنه “فضولي بطبيعته”، يسعى إلى تطبيق أبحاثه على أكبر التحديات التي يواجهها المجتمع، مخترقًا عددًا من الحدود في هذه العملية. كتب ذات مرة : “لقد أصبحت مهتمًا بأفضل السبل لجعل البحث الجامعي مثيرًا للاهتمام فكريًا (أي العلم من أجل الفهم) ومفيدًا عمليًا (أي التكنولوجيا الناجحة)” .

بالنسبة لـ جورج وايتسايدز، أصبح تطبيق الأبحاث لتلبية الاحتياجات المجتمعية ذا أهمية قصوى، حيث “يجب أن يكون الباحثون دائمًا قادرين على الإجابة على السؤال: “من يهتم؟”. تكريمًا لعيد ميلاده الثاني والثمانين في أغسطس المقبل، تهدف هذه الطبعة من رواد العلوم إلى تسليط الضوء على حياة الكيميائي جورج وايتسايدز ومهنته المؤثرة.

جورج وايتسايدز.. الحياة المبكرة والتعليم

ولد جورج وايتسايدز في 3 أغسطس 1939 في لويزفيل، كنتاكي، الولايات المتحدة الأمريكية. وباعتباره ابنًا لمهندس كيميائي، فقد تعرض للعلوم منذ صغره وبدأ العمل كفني مختبر في شركة والده في سن المراهقة، حيث كان يقوم بتنظيف الأواني الزجاجية وإجراء تحليلات للمواد. وصف وايتسايدز هذه المهمة الدنيوية المتمثلة في تنظيف الأواني الزجاجية بأنها “مهدئة”، مسلطًا الضوء على أهمية الاستمتاع بالمهام اليومية الصغيرة المتأصلة في مهنة الفرد.

وبعد اعتبار الرياضيات واللغة الإنجليزية تخصصين جامعيين، تم تشجيعه على التركيز على الكيمياء، التي درسها عندما كان طالبًا جامعيًا في جامعة هارفارد. قال وايتسايدز في إحدى المقابلات : “بما أنني كنت فنيًا ذا خبرة على الأقل، فقد قمت بعمل جيد بما فيه الكفاية، واخترت البقاء في الكيمياء” .

بعد أن ترك جامعة هارفارد في عام 1960، حصل على درجة الدكتوراه. من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك) تحت قيادة جون روبرتس، حيث تم تدريبه ككيميائي عضوي فيزيائي متشدد. وقال: “كانت الكيمياء في كلية الدراسات العليا بمثابة تقدم منطقي، ومن هناك ذهبت للعمل في إحدى الجامعات، لأنه بدا أكثر جاذبية للعمل على كل ما أريد العمل عليه، بدلاً من القيام بما يريدني شخص آخر أن أفعله”. .

انتقل من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا إلى منصب أستاذ مساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، وبعد 19 عامًا، انضم إلى جامعة هارفارد في عام 1982، حيث يشغل الآن منصب أستاذ جامعة وودفورد إل وآن إيه فلاورز.

ولادة الطباعة الحجرية الناعمة

“لم تعد الكيمياء تتعلق بالذرات والجزيئات فحسب، بل تتعلق بما يمكن أن تفعله، باعتبارها مجالًا يتمتع بقدرات فريدة في التعامل مع الجزيئات والمادة، لفهم الأنظمة المعقدة التي تتكون (جزئيًا) من الذرات والجزيئات ومعالجتها والتحكم فيها”. كتب في مقال نشر في Angewandte Chemie في عام 2015

وتمشيا مع هذا المنظور للعلوم الكيميائية، قال إن الكيمياء كحقل تميل إلى التركيز على الجوانب الضيقة للمشكلات الكبيرة وتدريب “الفنيين الجزيئيين”. ومع ذلك، ليس من الضروري أن يتم دراسة الكيمياء بهذه الطريقة؛ إنه في الواقع النظام الأفضل تجهيزًا للعمل على المشكلات الأكثر جاذبية في العلوم الأساسية والتطبيقية.

وخير مثال على هذه الفلسفة في الممارسة العملية هو دوره في تطوير الطباعة الحجرية الناعمة. الطباعة الحجرية اللينة عبارة عن مجموعة من تقنيات التصنيع النانوي التي تستخدم مواد عضوية “ناعمة” لإنشاء هياكل مجهرية ونانوية لتطبيقات تتراوح من الرعاية الصحية إلى الروبوتات.

في عام 1965، توقع جوردن مور، مؤسس شركتي إنتل وفيرتشايلد لأشباه الموصلات، أن يتضاعف عدد الترانزستورات الموجودة على الرقاقة الدقيقة كل عامين تقريبًا، مما يؤدي إلى أجهزة كمبيوتر أسرع وأكثر قدرة – وهو توقع يسمى قانون مور. ولكن هذا يعني أيضًا أن هذه التطورات في علوم الكمبيوتر ستصل في النهاية إلى الحد الأقصى، حيث أن القدرة على تركيب أجهزة أصغر وأصغر على الرقائق ستصل أيضًا إلى الحد الأقصى نتيجة لقدرتنا على إنتاج هياكل دقيقة ونانوية بكميات كبيرة.

بالنسبة لوايتسايدز، أصبحت هذه مشكلة مثيرة للاهتمام. وكانت تقنية التصنيع النانوي سهلة الاستخدام وبالتالي يمكن نشرها على نطاق واسع هي المفتاح لحل هذه المشكلة. في السبعينيات، كانت مجموعة وايتسايدز تدرس كيمياء السطح وتوصيف وتطبيق الطبقات الأحادية ذاتية التجميع للجزيئات العضوية. في التجميع الذاتي، ترتب الجزيئات أو الأشياء نفسها بطريقة مستقرة لتشكل أنماطًا محددة جيدًا. وتدفقت هذه القدرة بشكل طبيعي إلى تطور الطباعة الحجرية الناعمة، حيث يتم استخدام الطبقات الأحادية المجمعة ذاتيًا من الجزيئات العضوية كقوالب لتصنيع الأنماط على السطح.

وفي ما يزيد قليلاً عن عقدين من الزمن، أصبحت الطباعة الحجرية الناعمة تقنية إنتاج قياسية في العديد من مجالات الهندسة وعلوم المواد. توفر تقنيات التصنيع النانوي المعتمدة على الطباعة الحجرية الناعمة طريقة مريحة ومنخفضة التكلفة وفعالة لتصنيع الهياكل الدقيقة والنانوية. إن ما يغير قواعد اللعبة هو قدرته على العمل في ظل الظروف المحيطة، وعدم الحاجة إلى بيئة خاضعة لرقابة صارمة (على سبيل المثال، غرفة الأبحاث).

أحد المجالات المثيرة للاهتمام التي نتجت عن عمله في الطباعة الحجرية الناعمة هو علم الموائع الدقيقة أو تقنيات “المختبر على الرقاقة”، والتي يمكنها التغلب على العوائق التي تحول دون إنشاء تشخيصات سهلة الاستخدام، ومحمولة، وغير مكلفة، ويمكن التخلص منها، وسريعة، وقابلة للتطوير من أجل تطوير الأمم. الاختبارات التشخيصية التي صممها مختبر وايتسايدز تناسب طابع البريد، وتكلف أقل من بنس واحد، ويمكنها الكشف بدقة عن الأمراض التي تتراوح من إصابة الكبد إلى مرض فقر الدم المنجلي .

الجدارة الفكرية

وتمثل مثل هذه المشاريع ما يسميه جورج وايتسايدز “الجدارة الفكرية”، أي التكنولوجيا التي يحركها طرح أسئلة جوهرية. يتضمن تصميم أجهزة بسيطة قدر الإمكان وتوفر فائدة اقتصادية وقوية وعملية.

كما وجدت الطباعة الحجرية الناعمة تطبيقًا في الهندسة والروبوتات وساعدت في ريادة مجال الروبوتات اللينة، حيث سمح تعدد استخداماتها للعلماء بتصنيع هياكل قابلة للتخصيص مصنوعة من مواد لينة قائمة على البوليمر لبناء “روبوتات ناعمة” قادرة على حركة أكثر تطورًا وسلاسة.

“تخيل روبوتًا بأذرع ناعمة ومرنة – لكنها قوية في نفس الوقت. سيكون مثل هذا الروبوت قادرًا على حل العديد من التحديات المرتبطة برعاية الأعداد المتزايدة من كبار السن والمرضى. وقال وايتسايدز في مقابلة مع الجامعة التقنية في الدنمارك في عام 2016: “مع مرور الوقت، أصبحت هذه مسألة ذات اهتمام شخصي بالنسبة لي” .

بالمقارنة مع الروبوتات الصلبة المعقدة والمكلفة نسبيًا، تتمتع الروبوتات الناعمة بقدرة معززة على تحريك الأشياء الحساسة، وتكون أكثر قدرة على التكيف عندما يتعلق الأمر بالبيئات المعقدة وغير المألوفة، كما أنها خفيفة الوزن. بفضل هذه التطورات الرائدة، أصبح مجال الروبوتات الناعمة الآن أكثر ارتباطًا بعلوم المواد وفتح المجال لمزيد من التطوير التعاوني.

العلوم متعددة التخصصات في أفضل حالاتها

يُعد وايتسايدز بلا شك واحدًا من أكثر العلماء والمخترعين إبداعًا ونشاطًا اليوم، حيث يعالج المشكلات الصعبة لتقديم حلول لتلبية احتياجات المجتمع. إن دعوته لمجال الكيمياء لإعادة التركيز على حل مشكلات العالم الحقيقي هي دعوة لها صدى هائل اليوم.

لقد امتد عمله، بطبيعة الحال، إلى ما هو أبعد من المقتطف الصغير الموصوف هنا. تعمل مجموعته البحثية اليوم على مشاكل متنوعة مثل أصل الحياة والسيطرة على الحرائق. لكن العنصر المشترك الوحيد الذي يربط هذا العمل معًا هو الإجابة على السؤال “من يهتم؟” ليس من الصعب العثور عليه أبدًا.

السياسة والخدمة العامة

إضافةً إلى بحثه العلمي، ينشط وايتسايدز أيضًا في الخدمة العامة. كان جزءًا من لجنة العلوم والهندسة والسياسة العامة، التي ألفت تقرير الأكاديميات الوطنية «الصعود فوق العاصفة المتجمعة» (2007).

تناول التقرير القدرة التنافسية للولايات المتحدة في العلوم والتكنولوجيا. حُدد تحديان رئيسيان بوصفهما ضروريين للبراعة العلمية والهندسية الأمريكية: 

1)  خلق وظائف عالية الجودة للأمريكيين.

2)  تلبية حاجة الأمة إلى طاقة نظيفة موثوقة بأسعار معقولة.

وضعت اللجنة 4 مجالات للتوصيات، مع عشرين اقتراحًا محددًا للإجراءات القابلة للتنفيذ. تناول التقرير القضايا البشرية والمالية والمعلوماتية لصالح:

• تحسين التعليم في مجال العلوم والرياضيات من مرحلة رياض الأطفال حتى نهاية التعليم الثانوي، لضمان وجود مجموعة من الأفراد الموهوبين الذين يمكنهم العمل في العلوم.
• دعم البحوث الأساسية طويلة الأجل، لضمان التطوير المستمر للأفكار الجديدة التي من شأنها دعم الاقتصاد وتحسين نوعية الحياة.
• خلق بيئة إيجابية للتعليم العالي تتيح لأمريكا استعمال الطلاب والعلماء والمهندسين من الولايات المتحدة وسائر العالم.
• تشجيع الابتكار من خلال السياسات الاقتصادية التي تدعم التصنيع والتسويق.