Биология

Группа ученых Гарвардского университета разработала математическую модель коллективного поведения черных муравьев-плотников и с помощью роботов проверила ее экспериментально. Для этого инженеры построили несколько муравьев-роботов, силу взаимодействия которых можно было регулировать. Меняя ее, исследователи генерировали предсказанные теорией режимы поведения, в частности, модифицировали скорость преодоления препятствий. Модель оказалась очень гибкой. Ее простые алгоритмы очень устойчивы к ошибкам и сбоям. Ее легко масштабировать на десятки и сотни роботов, использующих разные способы коммуникации.

Машущий полет рукотворных механизмов уже не новость. Инженеры из Севильского университета создали автономный орнитоптер весом в 700 грамм и оснастили его специальными когтями, которые позволили ему садиться на горизонтальный стержень. С выбором цели бортовому компьютеру пока помогает наземная система слежения. Режим касания отработан настолько точно, что робот после него не раскачивается и не теряет энергию. Безопасная посадка обеспечит дальний полет орнитоптерам, которые быстро исчерпывают заряд аккумуляторов.

Немецкие ученые предложили использовать коммерческий дрон весом всего 0,9кг для оперативного анализа вулканических газов. Он оборудован сенсором диоксида серы, управляется по радиоканалу и передает по нему данные о концентрации газа. По ней вулканологи смогут судить о вероятности извержений. Портативный коптер способен взлететь даже с ладони. Оператор сможет запускать его из труднодоступных точек вблизи вулкана.

Борьба с пластиками может увенчаться их исчезновением из нашей жизни. Однако есть шанс сохранить этот чрезвычайно удобный класс материалов. Если спрятать в них углекислый газ, изъяв его из атмосферы, то их долговечность из недостатков станет преимуществом. Следуя политике декарбонизации, во многих странах пытаются оценить, как захоронение СО₂ в пластмассах будет работать и во сколько обойдется.

Исследователи из университета провинции Чжэцзян решили осветить манго синим светом для дозревания. Пролежав девять дней под синей лампой, плоды манго заметно покраснели.

Исследователи Техниона провели эксперимент по превращению листа растения Корпускулярия Лемана в электролитическую батарейку методом тыка железного анода и платинового катода. При подключении внешней нагрузки фототок в светлое время суток составил 0,02 миллиампера и продолжал течь целый день. Физики отмечают, что на катоде их батарейки протоны объединяются в газообразный водород, который можно будет собирать и потом использовать. Новейший метод может привести к развитию зеленых энергетических технологий, экологичных и многофункциональных. Однако, как скоро вянут такие батарейки, ученые не сообщают.

Ученые разработали метод синтеза новых кристаллов, состоящих из двух и более химических элементов. Его идея родилась при изучении двухкомпонентных растворов веществ, одно из которых очень сильный растворитель, другое – нет. Эффективность подхода ученые продемонстрировали в высокотемпературных растворах состава AOH/AX (A = Li, Na, K или Rb; X = Cl или I). Уже синтезировано тридцать ранее неизвестных соединений. Работа обещает создание новых сверхпроводников, магнитных веществ и материалов для электрических батарей.

Японские ученые изучили коррозию стали в жидком олове при температуре от 400 до 600ºC. Оба материала планируют применять в будущих термоядерных реакторах непрерывного действия. Исследователи установили, что на поверхности стали при 500ºC нарастал слой FeSn₂ в сторону жидкого олова. Рост слоя интерметаллида внутрь твердой стали был заметен спустя 250 часов и происходил за счет диффузии атомов олова вдоль границ мартенситной структуры. Авторы работы выявили ключевой механизм разрушения стали в жидком олове. Статья появилась в журнале Corrosion Science.

В конце прошлого года в журнале Science появился новый обзор, посвященный научному поиску новых аккумуляторных электролитов и прогрессу их получения. Эта проблема насущна для современных литий-ионных батарей, а также натрий-ионных и литий-кислородных аккумуляторов. Особое внимание авторы статьи обращают на формирование на электродах нанометровых покрывающих интерфаз, которые снижают эффективность химических реакций. Существенная часть обзора посвящена созданию серии долгоживущих твердых электролитов, устойчивых к экстремально высоким и низким температурам.

В конце 2022 года по традиции были вручены Премии правительства России по науке и технике. Области достижений — самые разные. Здесь и металлургия, и строительство, и морская сейсморазведка, и транспорт, и освоение Крайнего Севера и Арктики, онкология и сосудистая нейрохирургия, земледелие и растениеводство. Среди этих достижений есть одно, о котором «Химия и жизнь» не может не рассказать.

Датские инженеры сделали датчик качества воздуха в виде канарейки. В систему встроен датчик углекислого газа. Как только его концентрация превышает допустимую концентрацию, пластмассовая канарейка падает и тем самым показывает, что комнату надо срочно проветрить. А когда воздух очищается, канарейка поднимается и возвращается в нормальное положение.

Британские робототехники, программисты и психиатры создали небольшого робота, который оценивает психическое здоровье детей, отслеживает частоту их сердцебиений респондента, а также движения глаз и головы. Робот спрашивает о счастливых и грустных воспоминаниях за последнюю неделю, интересуется ощущениями и чувствами, предъявляет картинки психологического теста, фиксирует ответы, связанные с изображениями, проводит тесты шкалы общей тревожности и депрессии. Дети относились к роботу с симпатией и иногда делились с ним информацией, которую утаивали при разговоре со взрослыми. Авторы работы делают острожный вывод о том, что роботы полезны как дополнение к традиционным методам оценки ментального здоровья.

Корневые каналы зуба причудливы по форме и строго индивидуальны. Стоматологи экспериментально показали, как управляемые микророботы на основе агрегатов наночастиц оксида железа точно достигают нужного места в корневом канале депульпированного зуба, приносят с собой лекарство, чтобы разрушить сообщество бактерий там, и локально берут бактериальные пробы для диагностики и выбора плана лечения. Для управления роботами инженеры сконструировали особый электромагнитный прибор. В будущем он станет небольшим устройством, помещающимся во рту пациента.

На основе желатина с магнитными микрочастицами оксида железа китайские ученые создали образец миллиробота, который может катиться, удерживать мелкие предметы и преодолевать препятствия. Изменением магнитного поля удалось заставить его обнять мелкий предмет, перекатиться с ним внутри объемной модели желудка и оставить предмет в точке назначения. Это значит, робот сможет перемещать твердые лекарственные средства в пищеварительной системе. Он растворяется в обычной воде за пару суток и представляет собой привлекательную альтернативу неразлагающимся полимерам.

Скальные муравьи парами обучают друг друга на собственном примере. Группа биологов Бристольского университета решила проверить, правильно ли они понимают поведение этих насекомых. Она построила робота, который смог вести за собой рабочего муравья. Ученые оборудовали арену площадью в квадратный метр и организовали на ней две гнездовые ямки. Робот смог научить муравья самостоятельно находить дорогу между ними. Это подтвердило сравнение поведения обученных муравьев с необученными, которых просто переносили в неизвестную им гнездовую ямку. Первые находили путь назад гораздо быстрее вторых.

Группа американских робототехников создала пневматическую руку из текстильных материалов. Ее дополняют поясной воздушный баллон из них же и ножной насос. Он также частично выполнен из текстиля и легко встраивается в подошвы ботинок. Надетая на манекен, рука способна поднять груз весом в несколько килограмм. Известно, что в США сейчас проживают двадцать пять миллионов человек, которым трудно поднять такой вес. Все компоненты системы обошлись всего в 20 долларов. Технологии производства включают обычные для текстильной промышленности резку, свертку, прессовку и сварку материалов.