تحقیقات پایه بر اساس کنجکاوی انجام و این تحقیقات که به عنوان تحقیقات اکتشافی نیز شناخته می‌شود، به دلیل تاکید آن بر جستجوی دانش به جای کاربردهای تجاری به پیشرفت‌هایی منجر شده است که نه‌تنها فناوری‌های جدید بلکه حتی زمینه‌های کاملا جدیدی از علم مانند ژنومیک را به وجود آورده و برخی از این کشفیات حتی تصادفی بود.
به نقل از یونسکو، در این گزارش، نمونه‌هایی از روش‌های متعددی را خواهید یافت که تحقیقات پایه راه را برای توسعه پایدار هموار می‌کند.
یکی از برجسته‌ترین نمونه‌های پیوند بین تحقیقات اساسی و تغییرات اجتماعی ترانزیستور است. هنگامی که اولین رادیو ترانزیستوری در اوایل دهه ۱۹۵۰ وارد بازار شد، ثمره تقریبا ۵۰ سال تحقیق اساسی در آزمایشگاه‌های عمومی بود. تراشه رایانه به دنبال ساخت اولین مدار یکپارچه ایجاد شد. از آن زمان کوچک‌سازی مدارهای مکانیکی، ساخت دستگاه‌های مکانیکی، الکترونیکی و نوری کوچک‌تر ممکن شده است؛ تلفن‌های هوشمند امروزی از میلیون‌ها ترانزیستور کوچک برای انجام فرآیندهای پیچیده استفاده می‌کنند.
سلامتی
داشتن ظرفیت در علوم پایه به نفع کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه با توجه به ظرفیت برنامه‌های کاربردی برای تقویت توسعه پایدار و افزایش استانداردهای زندگی است. به عنوان مثال تعداد فزاینده‌ای از مردم در سراسر جهان از دیابت رنج می‌برند و با کمک مطالعات آزمایشگاهی در مورد روش‌هایی که ژن‌ها را می‌توان برای ساخت مولکول‌های پروتئینی خاص دستکاری کرد؛ در حال حاضر دانشمندان قادر به مهندسی ژنتیکی یک باکتری معمولی به نام اشریشیا کلی برای تولید انسولین مصنوعی انسانی هستند.
واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) که در سال ۱۹۸۳ توسط بیوشیمی‌دان آمریکایی، کری بنکس مولیس، اختراع شد، تکنیکی است که برای کپی کردن بخش‌های کوچک دی‌ان‌ای (DNA) استفاده می‌شود. واکنش زنجیره‌ای پلیمراز مانند یک ذره‌بین عمل می‌کند و تجزیه و تحلیل بخش‌های DNA را آسان‌تر می‌کند.
واکنش زنجیره‌ای پلیمراز کاربردهای گسترده ای دارد؛ می‌توان از آن برای تشخیص وجود باکتری‌ها و ویروس‌ها درون غذا، آب یا بدن بیماران استفاده کرد. طی ۲ سال گذشته واکنش زنجیره‌ای پلیمراز بارها برای آزمایش افراد مبتلا به کووید ۱۹ مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین این موضوع می‌تواند برای تشخیص یک اختلال ژنتیکی یا درک بیشتر از روابط تکاملی بین موجودات مختلف استفاده شود. در پزشکی قانونی واکنش زنجیره‌ای پلیمراز می‌تواند برای شناسایی مجرم بر اساس نمونه‌ای که در صحنه جرم باقی مانده است مانند فولیکول مو استفاده شود. کری بنکس مولیس در سال ۱۹۹۳ به دلیل کشف انقلابی خود جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد.
شیمی سبز
در شیمی تحقیقات اساسی پایه‌هایی را برای کاربردهای سبز مانند جایگزین‌های بی‌ضرر برای مواد شیمیایی و حلال‌های سمی، فرآیندهای شیمیایی با انرژی کارآمدتر، مواد شیمیایی زیست تخریب‌پذیر و ضایعات و… ایجاد می‌کند. یکی از نمونه‌های ماده جدیدی که از تحقیقات علوم پایه پدید آمده، گرافن است که کاربردهای بالقوه بی‌شماری در صنعت دارد. گرافن جدا شده که در سال ۲۰۰۴ معرفی شد، بسیار سبک و بسیار قوی‌تر از فولاد و در عین حال بسیار انعطاف‌پذیر است. به عنوان مثال گرافن را می‌توان در زیره‌های لاستیکی گنجاند تا کفش‌ها را بادوام‌تر کند.
آیا می‌دانستید صفحه نمایش تخت روی تلویزیون یا تلفن همراه شما ثمره همین تحقیقات اولیه است؟ کشف کریستال‌های مایع در سال ۱۸۸۸ بیش از یک قرن بعد تخت کردن صفحه نمایش تلویزیون‌ها، رایانه‌ها و تلفن‌های همراه را ممکن ساخت پس از آنکه مشخص شد می‌توان از کریستال‌های مایع در دستگاه‌های نمایشگر استفاده کرد.
کریستال‌های مایع برای اولین بار در دهه ۱۹۶۰ در دستگاه‌های تصویربرداری نوری مورد استفاده قرار گرفت. کریستال مایع به خودی خود نور تولید نمی‌کند بلکه از یک منبع خارجی مانند نور پشتی تلویزیون استفاده می‌کند تا تصاویر را تشکیل دهد و مصرف انرژی پایینی داشته باشد. همانطور که اغلب در تحقیقات پایه اتفاق می‌افتد، کریستال‌های مایع به طور تصادفی کشف شد.
انرژی
یکی از چالش‌های کلیدی امروز انتقال به اشکال پاک انرژی است. هیدروژن در حال حاضر در مقیاس صنعتی استفاده می‌شود اما انرژی هیدروژن تقریبا به طور کامل از زغال سنگ و گاز تامین می‌شود. تبدیل آب به هیدروژن با استفاده از فتوسنتز مصنوعی با تقسیم آب (H۲۰) به مولکول‌های هیدروژن و اکسیژن می‌تواند یک روش سبز برای تولید انرژی هیدروژن ارائه دهد.
تعداد فزاینده‌ای از خانوارها از گرمایش نفت یا گاز به سمت گزینه‌های خورشیدی، زمین‌گرمایی و گلوله‌های چوبی روی می‌آورد. زیست‌توده تولید شده با استفاده از فناوری جنگل حرای شناور می‌تواند جایگزینی برای قطع درختان حرا موجود به صورت غیرقانونی برای ساخت گلوله‌های چوبی برای تولید زغال چوب باشد. یونسکو با همکاری مورجان ماریناس و شهر لوسیل در قطر سیستمی از حراهای شناور را توسعه داده که از سال ۲۰۱۲ آزمایش شده است. دانه‌های حرا، ریشه‌ها، ساقه‌ها، پنوماتوفورها، برگ‌ها، پوست، جوانه‌های گل، گل‌ها و حتی دانه‌های جدید در یک سیستم شناور تولید می‌شود. ارزش این نوع زیست توده جدید این است که می‌توان آن را در سیستم‌های ساحلی بدون نیاز به زمین کشاورزی تولید کرد.
علاوه بر این برای آبیاری نیازی به آب شیرین نیست زیرا حرا به نمک مقاوم است. ارزش بازار گلوله‌های چوبی در سال ۲۰۲۰ حدود ۱۰ میلیارد دلار بود که بر اساس کیفیت چوب، قیمت گلوله‌ها حدود ۲۵۰ دلار در هر تن بود. گلوله‌های چوب حرا پتانسیل زیادی در بازار خواهد داشت.
طبیعت کتابخانه‌ای است که می‌توانیم از آن بیاموزیم
ما می‌توانیم از مشاهده طبیعت چیزهای زیادی بیاموزیم. با مطالعه روش‌هایی که حیوانات و گیاهان با محیط خود سازگار شده‌اند، می‌توانیم بیاموزیم که چگونه این مکانیسم‌های مقابله‌ای را در صنعت تقلید کنیم. به عنوان مثال ساختار برگ‌های نیلوفر آبی طوری طراحی شده که سطح برگ را در شرایط مرطوب تمیز و خشک نگاه می‌دارد. آب باران که قادر به نفوذ به برگ نیست؛ به سادگی از سطح خارج می‌شود و هر گونه کثیفی را با خود میبرد. این ویژگی‌ها پوشش‌هایی را برای کابین هواپیما ایجاد کرده که میزان مایع تمیزکننده مورد نیاز برای شستن اثر انگشت و اثرات صدها مسافر را کاهش می‌دهد.
آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه پرندگان مهاجر می‌توانند صدها یا حتی هزاران کیلومتر را بدون تماس با زمین طی کنند؟ این پرندگان از جریان‌های هوای گرم و در حال افزایش یا «ترمال» برای پرواز و افزایش ارتفاع بدون نیاز به بال زدن استفاده می‌کنند و در نتیجه انرژی را حفظ می‌کنند. از آنجایی که چشم‌انداز این جریان‌ها پیچیده و به‌طور مداوم در حال تغییر است، ما هنوز درک خوبی از نحوه یافتن و حرکت پرندگان به گرما نداریم.
دانشمندان مرکز بین‌المللی فیزیک نظری عبدالسلام یونسکو از یادگیری ماشینی برای شناسایی استراتژی‌های ناوبری استفاده کرده‌اند که می‌توانند با نوسانات آشفته مقابله حتی از آن بهره‌برداری کنند. با استفاده از یک استراتژی یادگیری مبتنی بر آزمون و خطا که شبیه‌سازی‌های عددی جریان جوی را با روش های یادگیری تقویت و ترکیب می‌کند. این نوع از تحقیقات پایه می‌تواند به توسعه گلایدرهای خودمختار مسافت طولانی با انرژی کارآمد کمک کند.
اگر بحران را درک نکنید، نمی‌توانید با آن مقابله کنید
مدل‌های ریاضی می‌توانند به مقابله با بحران‌های مرتبط با تغییر آب و هوا، از دست دادن تنوع زیستی و ناامنی آب نیز کمک کنند. به عنوان مثال آنها می‌توانند ارزش خدمات اکوسیستم و تنوع زیستی خلیج‌های بزرگ را تعیین کنند و ما را قادر می‌سازند تا سناریوهای متعدد «چه می‌شود اگر» را برای اطلاع از فرآیند تصمیم‌گیری بررسی کنیم.
دانشمندان از مدل‌های آب و هوایی در ترکیب با مواردی برای تولید سناریوهایی از آینده‌های جایگزین قابل قبول استفاده می‌کنند. این رویکرد برای مثال در گزارش‌های تولید شده توسط هیات بین دولتی تغییرات آب و هوایی برای اطلاع‌رسانی به سیاست‌گذاران از علم پشت سر تغییر آب و هوا و گزینه‌های آنها از طریق سناریوهای قابل قبول برای آینده استفاده می‌شود.
علوم جوی می‌تواند سهمی حیاتی در توسعه پایدار داشته باشد. دانشمندان در برنامه هیدرولوژیکی بین دولتی یونسکو با دانشگاه کالیفرنیا، اروین ایالات متحده، روی توسعه الگوریتمی کار کرده‌اند که می‌تواند بارندگی را در زمان واقعی در سراسر جهان تخمین بزند. این الگوریتم آنها را قادر می‌سازد تا ویژگی‌های ابری محلی و منطقه‌ای مانند سردی و بافت را از یک صورت فلکی بین‌المللی از ماهواره‌ها استخراج تا خدمات هیدرولوژیکی روی زمین را در مورد خطر سیل، خشکسالی یا طوفان شناسایی کنند و در نتیجه بهبود وضعیت اضطراری داشته باشند. برنامه‌ریزی و مدیریت این سیستم هم اکنون به عنوان اپلیکیشن iRain برای تلفن‌های همراه در دسترس است.
دانشگاه گنت در بلژیک دارای یک آنتن در ذخیره‌گاه زیست‌کره یانگامبی در جمهوری دموکراتیک کنگو است که بخشی از شبکه جهانی ۷۳۸ ذخیره‌گاه زیست‌کره یونسکو است. در مارس ۲۰۲۰ دانشگاه برج Congoflux را نصب کرد که اولین در نوع خود در حوزه کنگو بود. برج با ارتفاع حدود ۵۵ متر، ۱۵ متر بالاتر از سایه‌بان جنگل قرار دارد و اطلاعاتی را در شعاع یک کیلومتر مربع در مورد تبادل بخار آب و گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن، اکسید نیتروژن و متان بین جو و جنگل جمع‌آوری می‌کند. این داده‌ها شکاف‌های بزرگ دانش ما از نقشی که جنگل در ترسیب کربن و در نتیجه محدود کردن تغییرات آب و هوایی ایفا می‌کند را پر می‌کند.
منبع: ایسنا
