فوتونیک

مواد، ساختارها، سطوح و ساختمان بدن حشرات، گرایشات علمی بزرگی هستند، اما چنین دانش های بنیادینی در مورد اصول عملکردی این ساختارها برای کاربردهای فنی، به ویژه در معماری، بسیار مطرح است. برخی از بزرگ ترین چالش ها در معماری امروزی، چندمنظوره بودن، صرفه جویی در مصرف انرژی و پایداری است، مشکلاتی که حشرات در حین سیر تکاملی خودشان تا حدی حل کرده اند. حشره شناسان مقدار زیادی از اطلاعات درباره ساختار و عملکرد این ساختار و سطوح زنده جمع آوری کرده اند. از این اطلاعات می-توان به منظور تقلید برای کاربردهایی در معماری استفاده بهینه کرد. زمینه های اصلی تکنولوژی که می توان ایده های الهام گرفته از حشرات را در آن ها به کار گرفت، عبارتند از: 1- مصالح جدید، 2- ساختارها، 3- سطح ها، 4- تکنولوژی پیوند و مواد چسباننده، 5- علوم بصری و فتونیکی. چند نمونه انتخاب شده در این بررسی کوتاه مورد بحث قرار گرفته اند، اما با داشتن بیش از یک میلیون گونه حشره توصیف شده به عنوان منبعی برای الهام گرفتن، می توان انتظار ایده های بسیار زیادی از حشره شناسی برای بیومیمتیک های الهام گرفته از حشرات را داشت. تلفیق دانش مضاعف زیست شناسی حشرات با معماری، عملکرد ساختمان های آینده را بهبود خواهد بخشید. هرچند، زیست شناسان هنوز درک کاملی از عملکرد ساختاری ماده و ساختمان حشرات ندارند. درنتیجه، زمینه های تکنولوژی بسیاری از تحقیقات بنیادی مضاعف حشره شناسی سود می برند. همچنین آزمایش برای الهامات جدید از حشرات احتمالاً مهمترین زمینه تحقیقاتی در آینده ای نزدیک خواهد بود.

بیش از نیم قرن پیش ریچارد فاینمن، به نمایندگی از زیست شناسان، در یک سخنرانی مشهور از فیزیکدانان و مهندسان خواست تا میکروسکوپی بسازند که صد برابر بهتر از میکروسکوپ های موجود باشد. متأسفانه، بنیادی ترین و اصلی ترین سؤالات زیست شناسی هنوز بدون پاسخ باقی مانده اند؛ همان طور که فاینمن سخنورانه بیان کرد، هنوز نتوانسته ایم نگاهی به موضوع پرسش بیندازیم.  هدف این مقاله برجسته کردن نقش چشمگیری است که فوتونیک در هزاره جدید بازی می کند تا تصویری خوب از دنیای سلولی و درون سلولی برای ما بسازد. ابتدا در خصوص آخرین رهکارهای ارائه شده برای از پیش رو برداشتن چالشهای مشاهده شده در دنیای مینیاتوری سلولی و درون سلولی بحث شده است. سپس، بر روش تصویربرداری انتگرالی تأکید شده است، از آن رو که برای مشاهده دنیای سلولی از طریق تحریک سیستم بینایی انسان و فرآهم آوردن تصویری سه بعدی با کیفیت خوب بهترین کاندید است؛ دو رویکرد: یکی مبتنی بر نور هندسی و دیگری بر نور موجی ارائه شده اند تا اساس این روش به درستی شرح داده شود. این رویکردها در دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی شریف ارائه شده اند. از آنجایی که قدرت تفکیک این روش محدود است و اساساً تحریک سیستم بینایی انسان در سطح زیرمولکولی اعتبار لازم را ندارد، بخش پایانی این مقاله به برخی از آخرین دستاوردهای نوین نانوفوتونیک اختصاص دارد که می توانند به زیست شناسان در مشاهده دنیای زیر سلولی و در دستیابی به سطح تک مولکولی یاری رسانند.