Невероятная наука

Профессор Багхбан из Норвежского университета наук и технологии предлагает использовать бетон в качестве хранилища переработанной резины из автомобильных покрышек и прочих отходов. Данный метод также позволит сократить потребление песка. Да-да, песка: оказывается, это совсем не бесконечный ресурс.

Запись активности групп нервных клеток в течение длительного времени необходима нейрофизиологам для изучения нейронных связей и цепей, создания новых методов лечения и интерфейсов мозг–компьютер. Междисциплинарная группа исследователей разработала мягкий мозговой имплантат с десятками датчиков. Биологически совместимое устройство способно в течение нескольких месяцев каждую миллисекунду регистрировать активность нервных клеток с разрешением до одного нейрона мозга. В физиологических растворах новые зонды более года показывали стабильные диэлектрические характеристики. На опытах с мышами датчики в течение нескольких месяцев записывали нейронную информацию головного и спинного мозга мышей без нарушения поведения животных.

ChatGPT от фирмы OpenAI непрерывно завоевывает новые сферы применения. Разобраться в его преимуществах и недостатках при создании научного обзора решила группа американских медиков. Они использовали три разных подхода к подготовке начальных вариантов текстов — только люди, только чат-бот, совместно. На протяжении всего процесса ученые количественно оценивали преимущества и недостатки подходов, а также выясняли общее время, затраченное на работу. В текстах от ChatGPT до 70 % ссылок были неверны, а в его совместном творчестве с людьми содержался явный плагиат. Были и другие недостатки. Авторы отмечают, что плохо владеющие английским языком ученые могут использовать чат-бот для перевода и улучшения текста. Общий вывод в том, что при написании статей ChatGPT можно использовать лишь для помощи автору и только при тщательном контроле.

Одна из проблем протезов и искусственной сетчатки глаза, состоит в кодировании данных. Это оптимальное преобразование информации датчика в набор сигналов, которые прочитает нервная система. Данные обычно сжимают с помощью стандартных алгоритмов. Швейцарские исследователи применили для кодировки машинное обучение, смоделировав передачу данных с помощью двух обучаемых нейросетей, и успешно протестировали уменьшенные изображения на цифровом двойнике глаза и сетчатке мышиных глаз. Особенно хорошо алгоритм справился с поиском оптимальной контрастности изображений. Сейчас авторы исследуют применимость модели к зрению человека. Они также намерены адаптировать свой метод к слуховым протезам и протезам конечностей.

Квантовые компьютеры пока несовершенны и склонны к потере информации, которую надо переводить в классическую форму, необходимую для дальнейших манипуляций. Названными недостатками не страдают классические компьютеры, часто используемые для повторения и проверки квантовых вычислений. Группа ученых создала методы вычислений, которые позволяют имитировать квантовые вычисления с много меньшими вычислительными ресурсами, чем прежде. Прорыв достигнут с помощью алгоритма, сохраняющего лишь часть информации, хранящейся в квантовом состоянии. Методы оказались более быстрыми и точными, чем вычисления на 127-кубитном квантовом процессоре фирмы IBM. Алгоритм может моделировать динамику квантовых физических явлений. Авторы уверены, что есть масса возможностей улучшить и классические, и квантовые вычисления, а классические компьютеры пока превосходят квантовые.

На базе сплава с памятью группа инженеров создала универсальный микропривод для роботов и построила двух роботов: мини-жука и водомерку. Жук стал самым легким ползающим микророботом из известных, водомерка — самым легким роботом из движущихся по воде за счет ее поверхностного натяжения. Они способны перемещаться со скоростью в 6 мм/сек. Исследователи надеются точнее копировать движения реальных насекомых и разработать на приводе робота, передвигающегося по поверхности воды и под ней. Инженеры работают над применением крошечных батареек и каталитического горения как источников питания. Роботов планируют использовать для искусственного опыления, поисково-спасательных операций, мониторинга окружающей среды, микрохирургии и пр.

В сравнении с животными и человеком движения самых современных роботов неуклюжи. Поэтому их разработчики постоянно ведут исследования на стыке биологии и механики. Инженеры Токийского университета создали модель биогибридного робота с ногами из искусственных материалов и живых жгутов мышечной ткани, который имитирует человеческую походку и может работать в воде. При подаче на его мышцы электрического тока робот шагает со скоростью 5,4 мм/мин. Полный оборот он может совершить за несколько минут. Авторы надеются снабдить двуногого робота суставами и более толстыми мышцами, чтобы он смог совершать сложные и мощные движения.

На волне интереса к биотопливу появилась идея использовать невостребованные хлебобулочные изделия в качестве сырья для биотоплива. А почему бы и нет? Хлеб содержит много крахмала. Он легко расщепляется ферментами на молекулы сахара, которые затем дрожжи превращают в спирт. Именно так рассудили специалисты из научно-исследовательской и учебной винокурни Университета Хоэнхайма. И засучили рукава.

Быстрая мода сделала брендовую одежду доступной для всех. Она стоит дешево, зато и внешний вид теряет быстро, уже через несколько недель активной носки, и надо идти покупать новую. Но быстрая мода — это вредный бизнес, опасный для окружающей среды, а значит, и для нас с вами.

Масс-спектрометры, которые точно определяют состав разных веществ, широко применяют в криминалистике, токсикологии, георазведке и пр. Однако эти приборы громоздки и дорогостоящи, а основной их элемент, масс-фильтр, в котором электромагнитное поле сортирует заряженные частицы, дорог. Физики за один шаг напечатали на 3D-принтере миниатюрный квадрупольный масс-фильтр длиной 12 см с исключительными характеристиками. Материалом всех деталей служила термостойкая стеклокерамическая смола, а себестоимость составила всего несколько долларов. Ученые поставили фильтр в серийный масс-спектрометр и обнаружили, что он дает более высокое разрешение по сравнению с серийными типами миниатюрных фильтров. Видимо, вскоре компактные масс-спектрометры станут массовым инструментом. Их можно будет запускать в ближний и дальний космос, а экологи и вулканологи смогут быстро производить анализ состава атмосферных газов.

Международная группа ученых продемонстрировала компактный ускоритель электронов длиной менее 20 м, который производит электронный пучок с рекордной энергией 10 ГэВ. Новый прибор принадлежит к типу ускорителей Вейкфилда, в которых мощный лазер нагревает гелий до состояния плазмы и порождает в нем электронный пучок. Физики нашли способ увеличить энергию пучка методом впрыскивания металлических наночастиц. С помощью прибора можно проверять воздействие радиации на космическую электронику, получать трехмерные изображения полупроводниковых чипов, разрабатывать способы лечения рака и пр. Ученые подали патентную заявку.

Соединительные ткани человеческого организма, кости, хрящи, сухожилия, кожа и связки обладают пьезоэлектрическими свойствами, то есть при деформации генерируют электрический заряд. Пьезоэлектриками являются и полимеры бактериального происхождения. Они биосовместимы и биоразложимы, поэтому интересны для создания матриц для выращивания живых тканей и имплантатов. Ученые МГУ с коллегами разработали новые пьезоактивные биоматериалы, адгезией бактерий к которым управляет магнитное поле. Материалы с наночастицами имитируют структуру и свойства соединительной ткани, которая состоит из переплетенных полимерных волокон. Способность управлять поведением живых клеток ученые исследовали на бактериях двух видов: грамотрицательных E. coli и грамположительных Lactobacillus fermentum.

Химики синтезировали стабильные полициклические ароматические углеводороды, модифицированные ацены разной длины с настраиваемым диапазоном светового излучения. Легированные ацены люминесцировали в растворе и в твердом состоянии. Они излучали красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий свет. Водные суспензии таких веществ привлекательны для медикобиологических применений, в частности изучения процессов в человеческих тканях. Светоизлучающие диоды на аценах пригодятся для телевизионных и компьютерных экранов, поскольку потребляют мало энергии и дают яркое изображение.

Полупроводниковые лазеры нужны везде: в микроэлектронике, смартфонах, для оптоволоконной связи. Недавно физики разработали миниатюрное гибридное устройство, которое преобразует свет такого лазера и выдает высококачественное излучение. В гибридном чипе из нитрида кремния ученые объединили лазер и резонатор с малыми потерями, который может излучать в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах. Чип также способен генерировать вторую гармонику света, исходящего от лазера. Крошечный прибор изготавливают с помощью стандартной экономичной технологии. Эффективная и дешевая она открывает двери для широкого спектра применений, например точного измерения расстояний или разработки компактных атомных часов.

Недавно в МГУ разработали оптическую методику, позволяющую определить состав камней в живой почке пациента. Это важно для литотрипсии — процедуры, при которой камни дробятся с помощью лазерного инфракрасного излучения непосредственно в почках.

Биологи активно работают над биороботами из живых клеток. В новой работе ученые получили биороботов размером от 30 до 500 микрон из клеток трахеи человека и даже смогли создать целый рой биороботов с различными типами движения. Авторы работы планируют применять их для лечения людей, поэтому провели эксперименты по заживлению ран с их помощью. Медиков стимулирует то, что биороботы, приготовленные из собственных клеток больного, не вызовут иммунный ответ, а организм сам сможет легко их вывести.