فائزون بجائزة مبتكرون دون 35: تعرّف إلى جهاد الدملاوي من مصر ووديان بابطين من المملكة العربية السعودية وابتكاراتهما

جهاد الدملاوي، مصر

نال جهاد الدملاوي جائزة مبتكرون دون 35 من إم آي تي تكنولوجي ريفيو لعام 2022، وهو حاصل على بكالوريوس في هندسة المواد من جامعة عين شمس المصرية، والماجستير والدكتوراة في علوم وهندسة المواد من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا (كاوست)، وهو زميل أبحاث ما بعد الدكتوراة في مختبر المواد النانوية الوظيفية والأجهزة (FNDL) في الجامعة نفسها.

قاد جهاد بنجاح مشاريع متعددة التخصصات بالتعاون مع ما يقرب من 20 مجموعة بحثية محلية وعالمية، حيث كان ولا يزال تركيزه منصباً على تطوير مواد نانوية جديدة لمجموعة من التطبيقات الواقعية، حيث استفاد من هذا التعاون الذي غالباً ما يتم بمبادرة ذاتية، في تطوير نطاق واسع من المعرفة ونهج شامل لمواجهة التحديات العلمية.

أدت أبحاثه في مجال تكنولوجيا النانو إلى اختراقات ملحوظة في مجالات متنوعة، بما في ذلك البلازمون، والإلكترونيات الضوئية، والخلايا الكهروضوئية، وتحلية المياه، والإلكترونيات الشفافة، وحصاد الطاقة، بالإضافة إلى العديد من براءات الاختراع الأميركية وعشرات المنشورات العلمية، كما كان ولا يزال نشطاً في مختلف المؤتمرات العلمية، حيث قدم أعماله وبحوثه في اجتماعات ومؤتمرات ذات شهرة عالمية حصد معها العديد من الجوائز والتكريمات.

ويأتي حصوله على جائزة مبتكرون دون 35 بعد تطويره طريقة ناجحة لاستخدام مواد نانوية عالية الأداء ومنخفضة التكلفة كبديل للمواد عالية التكلفة في الخلايا الشمسية، ويأتي تركيزه في هذا المجال وعلى وجه التحديد على الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون، بعد أن لاحظ الاستهلاك العالي لمعدن الفضة (المحرك الرئيسي لأسعار خلايا السيليكون الشمسية).

حيث وجد أنه وسط الانتشار الواسع النطاق للخلايا الكهروضوئية والاستهلاك العالي لمعدن الفضة، فإن هذين العاملين من شأنهما أن يقيدا القدرة الإنتاجية لخلايا السيليكون الشمسية، حيث توصل إلى ابتكار من شأنه استخدام مواد نانوية عالية الأداء ومنخفضة التكلفة لتحل محل المواد عالية التكلفة مثل الفضة المستخدمة بكثرة في الخلايا الشمسية.

قام بتطوير طريقة جديدة حاصلة على براءة اختراع لبناء الخلايا الشمسية تعتمد على استخدام مادة كربيد التيتانيوم مكسين (MXene Titanium Carbide) كقطب خلفي من خلايا السيليكون الشمسية لتحل محل الفضة، وأظهر جدوى ذلك على نطاق تجاري (على مساحة 250 سنتيمتراً مربعاً) دون المساس بكفاءة الخلايا الشمسية، من خلال استخدام نظام رش آلي محسَن لإيداع أغشية مستمرة من هذه المواد النانوية على خلايا السيليكون الشمسية بدلاً من الأقطاب الكهربائية الفضية المتساقطة المستخدمة عادةً.

وقد حققت الخلايا الشمسية التي تم تصنيعها بهذه الطريقة الجديدة أداءً مساوياً للخلايا الشمسية التي تستخدم معدن الفضة، علاوة على ذلك أظهرت الخلايا الشمسية القدرة على العمل الطويل وعلى مدى أكثر من عامين.

وقد أثبت الابتكار المقدم لنيل براءة اختراع جهاد، التي تنتظر موافقة مكتب تسجيل براءات الاختراع والعلامات التجارية الأميركية (USPTO)، أن التكلفة الإجمالية لجهاز الخلايا الشمسية الجديد قد انخفضت بأكثر من 25% على المستوى الصناعي، ما سيكون له تأثير في التكلفة بشكل كبير على نشر هذه التكنولوجيا على نطاق أوسع، لا سيما في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا التي تتميز بشمس ساطعة على مدار العام.

وتنبع أهمية الاختراع الذي أوجده جهاد في أنه يمكن معالجة مادة كربيد التيتانيوم مكسين بسهولة في ظل الظروف المحيطة، بعكس معدن الفضة الذي يتطلب تعقيداً كبيراً في المعالجة. على سبيل المثال، يمكن ترسيب مادة كربيد التيتانيوم مكسين (MXenes) على الخلايا الشمسية باستخدام تقنيات بسيطة مثل الطلاء بالرش.

بالإضافة إلى ذلك، تتمتع هذه المواد النانوية بالقدرة الفائقة والعالية في توصيل الكهرباء، كما أنها أقل تكلفة بكثير من معدن الفضة، ما يجعلها ذات إمكانات كبيرة لتحل محل المعادن باهظة الثمن في العديد من التطبيقات.

بالإضافة إلى خلايا السيليكون الشمسية، قام جهاد بتوسيع تطبيق هذه المواد النانوية لتشمل الخلايا الشمسية الترادفية (الخلايا المصنوعة من السيليكون والبيروفسكايت)، والتي من المتوقع أن تولّد كفاءة أعلى للخلايا الشمسية من خلايا السيليكون الشمسية.

ويخطط جهاد من خلال أبحاثه في هذا المجال لتحقيق ثلاثة أهداف رئيسية هي:

تصميم مناهج مطورة لتوسيع نطاق تصنيع ومعالجة مادة مكسين للوصول إلى حدود صناعية جديدة من خلال بناء خلايا شمسية متصلة بها بمساحة تزيد على 1 متر مربع.
تحسين بروتوكولات التركيب والوصفات لتعزيز الخصائص الجوهرية لهذه الكربيدات المعدنية الانتقالية بهدف تحقيق أداء للجهاز يفوق ما يتم تحقيقه باستخدام مواد تجارية باهظة الثمن مثل الفضة.
توسيع النطاق الترددي للتطبيق الصناعي لهذه العائلة من المواد النانوية إلى مجالات أخرى خارج الخلايا الشمسية، بما في ذلك تطبيقات تجميع الطاقة المائية والاستشعار.

وديان بابطين، المملكة العربية السعودية

نالت وديان بابطين جائزة مبتكرون دون 35 من إم آي تي تكنولوجي ريفيو لعام 2022، وهي حاصلة على البكالوريوس في الهندسة الطبية الحيوية من جامعة ديلاوير الأميركية عام 2017، والماجستير عام 2019، والدكتوراة عام 2022 في الهندسة الكهربائية من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا، وتعمل حالياً باحثة ما بعد الدكتوراة في مختبر الوسائط بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (إم آي تي).

تمت تسميتها بالنجمة الصاعدة في حدث إي إي سي إس (EECS) لعام 2022، ووصلت إلى النهائيات في جوائز الابتكار إس إكس إس دبليو 2022 (SXSW 2022)، وقدمت نماذج أولية لمشاريعها البحثية في معارض عالمية مثل معرض المنتجات الاستهلاكية سي إي إس (CES)، وآي دي تيك إي أكس (IDTechEx)، وهي عضوة في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات آي إي إي إي (IEEE)، وجمعية مهندسي الطب الحيوي والبيولوجي بي إم إي (BME)، وسكرتيرة فرع جمعية الأجهزة الإلكترونية إي دي إس (EDS) في غرب المملكة العربية السعودية.

لدى الدكتورة وديان خلفية متعددة التخصصات، حيث تركز مواضيعها البحثية في مجالات مثل أجهزة الاستشعار والمحركات والموائع الدقيقة والإلكترونيات المرنة والناعمة للرعاية الصحية والتطبيقات البيئية.

فازت بجائزة مبتكرون دون 35 لعام 2022 بعد تطويرها منصة متعددة الوظائف قابلة للارتداء لمراقبة صحة الإنسان، حيث قامت بتحويل فكرتها إلى ابتكار بعد أن لاحظت أن مجال تطوير الإلكترونيات المتوافقة جسدياً يجذب انتباه شركات تطوير الأجهزة القابلة للارتداء نظراً إلى طبيعتها المتوافقة مع واجهات جلد الإنسان.

حيث قامت بتطوير منصة مرنة متعددة الوظائف يمكن ارتداؤها باستخدام الجرافين والإلكترونيات القائمة على المعدن السائل، ويقدم هذا الاختراع نظاماً جديداً متعدد الوظائف ومتوافقاً فيزيائياً يمكن ارتداؤه يستخدم المواد الناشئة مثل الجرافين المعدني السائل، حيث إن المنصة المطابقة التي تستخدم هذا المعدن قادرة على قياس التسارع بالقصور الذاتي ومتكاملة لمراقبة أنماط الحركة ودرجة الحرارة والرطوبة والتنفس لاسلكياً.

وتأتي أهمية هذا الاختراع لأن معظم مستشعرات الحركة المتقدمة الموجودة الآن محدودة من حيث المبدأ والتصميم لتوجيه حركة المفاصل فقط، لأنها تفتقر إلى وجود ماس مقاوم للاهتزاز أو أنها لا تزال تعتمد على دمج كتلة واقية صلبة داخل المستشعر المطبوع.

وهذا ما عملت وديان على تقديم حل له من خلال ابتكار منصة قابلة للارتداء ناعمة تماماً بما في ذلك الكتلة بالقصور الذاتي القائمة على المعدن السائل ما ينتج عنه أداء عالي الحساسية، بالإضافة إلى ذلك قامت باعتماد تقنية النقش بالليزر في عملية تصنيع النظام الأساسي، ما يحقق توازناً أساسياً بين تكلفة النظام الأساسي والوظائف، حيث يمكن استخدام المنصة في المراقبة في الوقت الفعلي لصحة الإنسان والنشاط البدني.

وتخطط وديان إلى توسيع نوع مستشعرات البشرة المدمجة في المنصة إلى مستشعرات كيميائية حيوية، بالإضافة إلى المستشعرات الفيزيائية لتعكس حالة صحية أكثر دقة وشمولية للجسم من أجل التشخيص وعلاجات الرعاية الصحية، بالإضافة إلى تطوير إصدار متوافق مع عدم وجود بطارية من النظام الأساسي من خلال دمج وحدات حصاد الطاقة (Energy Harvesting).

مع تحسن تقنيات التصنيع، سيكون من المرغوب فيه تصغير المنصة الحالية من أجل تحسين الأداء العام لعناصر الاستشعار، كما يمكن دمج خوارزميات التعلم الآلي الصغيرة وتحليلات البيانات الضخمة في النظام الأساسي لتقديم ملاحظات في شكل التعرف إلى أنماط الحركة وأنماط تنبؤية للعلامات الحيوية لتوفير رؤى حول المعلومات الأعمق التي يمكن استخدامها للعلاج الشخصي والوقاية.

جدير بالذكر أن الخطط المستقبلية التي تسعى وديان إلى تحقيقها تتضمن الحصول على برامج تسريع وحاضنة تعتمد على هذه التقنية وتجميع فريق لتشغيلها كشركة ناشئة قريباً، حيث لديها حالياً براءة اختراع مؤقتة بناءً على هذه التكنولوجيا.