Нанотехнологии

Свинцово-кислотная технология производства аккумуляторов является второй по распространенности в мире, и в настоящее время элементы питания используются в качестве стартерных аккумуляторов в легковых автомобилях, грузовиках и мотоциклах.

Батареи имеют положительную пластину из диоксида свинца на одном конце и губчатую свинцовую отрицательную пластину на другом конце, между которыми протекает серная кислота для проведения электричества.

Несмотря на то, что они дешевле в производстве, чем их основные конкуренты - литий-ионные аккумуляторы, они не столь энергоэффективны и имеют меньший срок службы.

Но компания Salvation Battery обнаружила, что размещение углеродных нанотрубок – крошечных, сверхпрочных и высокопроводящих трубчатых цилиндров из атомов углерода – на одном конце свинцово-кислотной батареи увеличивает срок ее службы в четыре раза.

Стартап считает, что его добавка из нанотрубок может оказать серьезное влияние на рынок накопителей энергии, даже обогнав литий-ионные аккумуляторы в качестве первого варианта решений для хранения энергии.

По данным Allied Market Research, в 2020 году мировой рынок аккумуляторных батарей оценивался в 90 миллиардов долларов, а к 2030 году, по прогнозам, он достигнет 150 миллиардов долларов.

“Нам нужно больше систем хранения данных в сети. Большинство решений для хранения данных - это литий-ионные аккумуляторы, которые полностью захватили рынок. Но по-прежнему существует большая потребность в хранилищах по всей сети, в которых свинцово-кислотные аккумуляторы с более длительным сроком службы могут быть лидером”, - говорит директор Salvation Battery Дэвид Вайманн (David Waimann), NoCamels.

Компания Salvation считает, что ее аккумулятор может даже заменить литий-ионные аккумуляторы на рынке электромобилей (EV), став первым выбором для производителей электромобилей.

Компания утверждает, что они могут работать на электромобиле такое же количество времени от батареи, размер которой в четверть меньше аккумуляторов, используемых сегодня в транспортных средствах, экономя огромное количество места и делает автомобиль более безопасным в случае столкновения, при котором батарея выходит из строя и опасные материалы, находящиеся внутри, становятся видны.

По словам Дэвида, хотя производители автомобилей не ставят перед собой цели заставить свои электромобили работать намного дольше, чем сегодня, возможность преодолевать те же расстояния на меньшей по размеру батарее очень привлекательна.

«Если батарея может быть меньше половины размера, тогда это дешевле и лучше для автопроизводителя», — говорит он.

Литий-ионные аккумуляторы являются нынешним лидером на рынке электромобилей и накопителей энергии, но они могут быть ненадежными и опасными. Существуют серьезные глобальные опасения по поводу добычи литий-ионных материалов — отрасли, в которой доминируют Китай и Россия.

Также существуют опасения по поводу переработки литий-ионных аккумуляторов. При неправильной переработке они могут стать причиной загрязнения окружающей среды и пожаров, а также выделять токсичные химические вещества, вредные для здоровья людей и дикой природы.

Напротив, свинцово-кислотные батареи более экономичны, легко перерабатываются, устойчивы к перезарядке и более безопасны с точки зрения пожароопасности по сравнению с литий-ионными батареями. Кроме того, свинец менее вреден для окружающей среды, чем литий.

«Нас не беспокоит нехватка свинца в мире, и там не доминирует Китай», — говорит Дэвид. «Во-вторых, это совершенно безопасно, поскольку литий может иногда взорваться».

Он объясняет, что 99 процентов всех свинцово-кислотных аккумуляторов перерабатываются, в том числе не менее 70 процентов тех, которые мы находим в наших автомобилях.

«Вы просто вынимаете анод и катод как например в Израиле и отправляете их на завод в Ашдоде, где они перерабатывают их», — говорит он.

Battery Council International, ведущая торговая ассоциация отрасли в Северной Америке, заявляет, что свинцово-кислотные аккумуляторы известны своей безопасностью в производстве, транспортировке, использовании и переработке.

Хотя они являются крупнейшим потребителем свинца, выбросы от их производства составляют менее 1 процента от общего объема выбросов свинца в США. Кроме того, большая часть воздействия свинца на человека происходит из старых источников металла, таких как этилированная краска, бензин, керамика и водопроводные трубы, а не из батарей.

Технический директор компании Salvation Battery Томер Зимрин придумал идею использования нанотрубок во время исследования эффективности свинцово-кислотных аккумуляторов и обнаружил способ манипулировать аккумулятором, чтобы сделать его на 400 процентов более долговечным.

Объединившись с серийным предпринимателем Вайманном в 2020 году, они основали Salvation Battery, чтобы вывести на рынок разработку Зимрина.

«То, что Томер обнаружил – было крупным прорывом в технологии аккумуляторов, затронувшим второй по важности тип аккумуляторов в мире», – говорит Вайманн.

Компания, базирующаяся в Рамат-Гане, быстро получила поддержку венчурных капиталистов и исключительно положительные отзывы от отраслевых экспертов, включая, по словам Дэвида, проверку технологии от 10 международных ученых со всего мира.

Salvation Battery использует строгую бизнес-модель, продавая свою запатентованную технологию нанотрубок только в качестве дополнения к батареям во время производственного процесса.

Их первоначальный целевой рынок — производство свинцово-кислотных аккумуляторов в ЕС, а затем и во всем остальном мире. Компания уже подписала соглашение с немецким производителем свинцово-кислотных аккумуляторов о начале использования нанотрубок Salvation в своей продукции.

«Мы будем производить специализированные углеродные нанотрубки и подвергать их нашей собственной запатентованной технологии, а затем продавать эти специализированные добавки к нанотрубкам всем производителям аккумуляторов по всему миру», — говорит Дэвид.

Salvation Battery планирует внедрить свою технологию в каждую разрабатываемую свинцово-кислотную батарею, что позволит им вернуть себе титул самой надежной батареи в мире.

Дэвид даже объясняет, что название Salvation связано с намерением компании вдохнуть новую жизнь в индустрию свинцово-кислотных аккумуляторов.

«Мы хотели бы стать частью новой удивительной отрасли в Израиле, которая будет поставлять высокоэффективные присадки для аккумуляторов по всему миру», — говорит Дэвид.

Перевод с английского

ИСТОЧНИК

Источники в описании под видео.

Цифровые глаза, как у насекомых

Исследователи из Гонконгского университета науки и технологии создали уникальную систему зрения для роботов, которая имитирует сложные глаза насекомых. Эта система, называемая составным глазом с пинхолом (PHCE), состоит из трёхмерной напечатанной сферической структуры с отверстиями и полусферического фоточувствительного детектора на основе перовскитных нанопроводов.

Принцип работы PHCE основан на просвечивании светом через отверстия-пинхолы в сферическом корпусе на расположенный внутри массив нанопроводных фотодетекторов. Каждый нанопровод выступает в роли омматидия (светочувствительного элемента) сложного глаза. Сигналы от отдельных нанопроводов объединяются в общее изображение.

Перовскитные нанопровода демонстрируют широкий спектральный диапазон фоточувствительности от видимого до ближнего инфракрасного диапазона. Они обладают высокой чувствительностью до 2,9 А/Вт при низкой освещённости 2,3 мкВт/см2 и стабильной работой в течение 10 месяцев.

Благодаря специально разработанному расположению отверстий-пинхолов, система PHCE обеспечивает ультраширокое поле зрения около 140 градусов. Используя две такие системы под углом 60 градусов, поле зрения расширяется до 220 градусов, позволяя определять положение объектов в трёхмерном пространстве.

Исследователи продемонстрировали работоспособность PHCE, интегрировав её с беспилотным летательным аппаратом для отслеживания движения наземного робота-квадропода. PHCE определяла положение робота по световому сигналу и передавала данные на дрон для корректировки траектории полёта.

Учёные считают, что их уникальная оптически-просветная конструкция PHCE в сочетании с высокоплотными массивами перовскитных фотодетекторов открывает возможности для создания компактных, энергоэффективных и недорогих систем машинного зрения с широким полем обзора для роботов и транспортных средств.

Робот-киборг для семян

Исследователи из Итальянского технологического института и Университета Фрайбурга разработали биогибридного робота под названием HybriBot. Он состоит из капсулы из муки, изготовленной с использованием технологий трёхмерной микрообработки, и двух естественных придатков плодов овса, способных двигаться (раскручиваться) в зависимости от влажности воздуха.

Придатки овса представляют собой мёртвые ткани плодов, реагирующие на присутствие влаги. Основа придатка закручивается, а хвост изгибается, что на этапе развития приводит к накоплению упругой энергии. При высвобождении энергии биогибридный робот начинает перемещаться без использования батарей или дополнительных источников питания.

Искусственная капсула весит около 60 мг и изготовлена по образцу натуральной капсулы с помощью литья по формам, изготовленным методом 3D-печати. Она покрыта этилцеллюлозой для водонепроницаемости и волосками овса для снижения трения при движении. После формовки капсулу можно наполнить семенами и удобрениями.

Разработчики провели биомеханическую характеризацию натуральных и искусственных капсул и придатков, измерив силы трения, контактные силы и вращательные моменты. Они также создали математическую модель динамики придатков с учётом их гибкости и контактов.

Биогибридные роботы успешно проходили испытания на различных типах почв, в том числе глине и песке, демонстрируя способность к автономному перемещению и самозакапыванию, аналогичному поведению плодов дикого овса. Исследователи также функционализировали роботов, внедряя в капсулы семена томатов, цикория и растения иван-чай, чтобы способствовать их распространению и прорастанию.

Разработанные биогибридные машины представляют собой экологически безопасные и биоразлагаемые устройства, В перспективе возможны применения в лесовосстановлении и точном земледелии в качестве переносчиков семян и агрохимикатов.

Опреснитель воды на тепле

Пресная вода становится дефицитным ресурсом во многих регионах мира. Опреснение морской воды может помочь решить эту проблему, но традиционные методы, такие как обратный осмос и термическое разделение, энергозатратны и могут наносить вред окружающей среде. Исследователи из Австралийского национального университета предложили новый метод - термодиффузионное опреснение (ТДО). Суть ТДО в том, что солёная вода протекает через узкий канал с перепадом температур между верхней и нижней стенками. Из-за термодиффузии - миграции ионов под действием градиента температуры - концентрация солей становится ниже в верхней, более тёплой части канала. На выходе верхний и нижний потоки воды разделяются, причём верхний поток обеднён солями по сравнению с исходной водой. В эксперименте использовался канал длиной 0,5 м, высотой 1 мм, с перепадом температур до 37°С. Для бинарного раствора NaCl за один проход удалось снизить концентрацию на 450 ч/млн от исходной морской воды (30000 ч/млн). Многократная рециркуляция верхнего потока через канал увеличивала степень обессоливания до 2000 ч/млн.

Молекулярно-динамическое моделирование показало, что в многокомпонентном растворе, имитирующем морскую воду, термодиффузия идёт эффективнее. Расчётный коэффициент термодиффузии для ионов морской воды оказался в 1,8 раза выше, чем для обычного солевого раствора.

Для масштабирования предложена каскадная система с многими параллельными ячейками-каналами. Моделирование показало, что в 490-ячеечном каскаде из морской воды можно получить питьевую (менее 1000 ч/млн) при степени извлечения 10%. Расчётные энергозатраты на прокачку составляют всего 1% от минимально возможных для мембранных методов опреснения.

Ключевые преимущества ТДО - полное отсутствие фазовых переходов и функциональных материалов, низкие энергозатраты и экологическая чистота процесса. Метод перспективен как самостоятельная технология опреснения или в гибридной схеме с предварительным ТДО-обессоливанием.

Да, для многих стран, в том числе и России, где пресной воды, как подземной, так и наземной в избытке, это может быть и не нужно вовсе. Но для стран Африки, Южной Америки, Австралии и т.д., где с пресной водой, а порой и с электричеством напряжёнка, такая технология, не побоюсь этого выражения, как пить дать, пригодится.

Отражатели сигнала для навигации

Беспроводная связь играет важную роль в современных коммуникационных технологиях. Одним из перспективных направлений является технология реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей (РИП). РИП представляют собой плоские поверхности с программируемыми элементами, способными манипулировать электромагнитными волнами, такими как высокочастотные сигналы беспроводной связи.

Учёные из Университета Глазго и их коллеги провели исследование по применению РИП для повышения точности определения местоположения объектов внутри помещений. Данная технология может быть интегрирована в существующие и будущие сети связи 5G и 6G.

В ходе эксперимента создали РИП площадью 1,3 квадратных метра с 4096 элементами. РИП подключили к двум устройствам: одно выступало в роли передатчика беспроводных сигналов, другое - в роли приёмника. Далее осуществлялась передача тестовых сигналов между девятью различными позициями. Затем использовались алгоритмы машинного обучения для анализа «отпечатков» беспроводных сигналов в целях определения местоположения приёмника.

Один из алгоритмов продемонстрировал точность определения местоположения в 82,4% случаев. Это показывает перспективность применения РИП для повышения качества локализации внутри помещений в сетях следующего поколения. РИП позволяет формировать и направлять беспроводные сигналы, преодолевая нежелательные эффекты распространения волн.

Исследователи надеются внести вклад в развитие технологий локализации внутри помещений, открывая новые возможности в таких областях, как обеспечение безопасности, навигация для слабовидящих людей, отслеживание запасов на складах и др. В будущем планируется дальнейшая интеграция РИП в архитектуры сетей связи нового поколения.

Что ж, принцип технологии вроде бы прост и понятен, отражение сигнала с разных участков, что даёт возможность сказать точку привязки и выполняет роль навигации. Но со всем своим воображением, я не могу представить, где, а точнее, как это может не то что применяться, а дать какое-то преимущество или даже не преимущество, а смысл этого. Отслеживать перемещение работников в здании? Не знаю.

Робот для подбора прочных форм

Исследователи из Бостонского университета создали робота, который самостоятельно проектирует, печатает на 3D-принтере и испытывает различные мелкие пластиковые конструкции. Цель - найти форму, которая наиболее эффективно поглощает энергию при сжатии или ударе.

Робот непрерывно печатает новые варианты конструкций, немного отличающиеся друг от друга формой и размерами. Затем он сжимает их и измеряет, сколько энергии они смогли поглотить, не разрушившись. Данные анализируются, и на их основе робот "обучается" - подбирает следующие формы для печати и испытаний.

После многих тысяч экспериментов робот открыл новую рекордно эффективную конструкцию, поглощающую 75,2% энергии от максимально возможного. Это лучше, чем у приведённого для сравнения в публикации натурального материала - древесины бальзы.

Данная структура оказалась довольно сложной - с четырьмя лепестками и спиральной изогнутой формой. Именно такая геометрия позволяет конструкции эффективно деформироваться и поглощать энергию.

Полученные данные также позволили выявить некоторые общие закономерности для создания эффективных энергопоглощающих конструкций из разных материалов. Разработчики данного устройства считают, что это исследование показывает возможности роботизированных систем для ускоренной разработки новых материалов и форм с улучшенными свойствами.

Со своей стороны хотелось бы отметить, что принцип работы выглядит топорно. Приводя аналогию, по факту робот играет в поле чудес и тупо перебирает азбуку, не зная ни слов, ни их смыслов. Да, эта техника работает безотказно и надёжно, как швейцарские часы, но мне кажется, что это не научный подход.

Грибная кожа

В поисках альтернатив коже исследователи разработали новый метод выращивания заменителей из мицелия грибов на питательной среде пастообразной консистенции. Цель исследования - повысить доступность питательных веществ для мицелия, обеспечить масштабируемость и оптимизировать процессы культивирования.

В течение 21 дня использовалась цветочная питательная среда, устраняющая необходимость трудоёмкого сбора урожая. Тестировались два быстроколонизирующих и выносливых вида грибов: рейши и розовая вешенка. Изучалось влияние сшивающих агентов (глицерина, дубителя, лимонной кислоты, сернокислого магния) на прочность и растяжение. Проводился анализ с помощью сканирующей электронной и стереомикроскопии.

Данные продукты коммерческих методов приобретают эстетику, сравнимую с натуральной и искусственной кожей, благодаря гибридизации существующих методов окрашивания природными и синтетическими красителями, что демонстрируется на изученных матах.

Обычно кожа из мицелия производится путём выращивания гриба на жидкой или твёрдой среде либо в виде грибной биомассы. Твердофазная ферментация обеспечивает отличные условия роста, а жидкофазная - более высокие урожаи, но требует дополнительных манипуляций.

Разработанная питательная паста с высоким содержанием мелких питательных частиц позволяет быстрее выращивать более толстые маты по сравнению с агаром или жидкой средой. Также наблюдались преимущества при сборе урожая - достаточно прочные маты можно было снимать без разрезания.

В ходе тестов гриб рейши лучше рос на пастообразной среде, чем его собрат. Также результаты показали, что прочность на растяжение образцов всё ещё находится ниже, чем у искусственной и натуральной кожи. Для решения данного вопроса предлагаются армирование текстильными слоями, ламинирование для улучшения прочности, а также рассматриваются применения данного материала в различных строительных конструкциях, мебели, облицовке и пр.

Честно говоря, даже не знал, что из грибов в принципе делают кожзам, думаю плюсом такого материала будет его проницаемость воздуха и влаги, как у натуральной кожи, хотя если добавят ламинирование, то вряд ли.

Робот-дублёр микрохирургии

Sony продемонстрировала новую систему хирургического робота, предназначенную для микрохирургических операций. Отличительной особенностью этой разработки является возможность автоматического переключения между различными инструментами, что упрощает работу хирурга. Эффективность робота была успешно протестирована на животных.

Робот создан для оказания помощи в области супермикрохирургии - высокоспециализированном направлении, где хирурги оперируют на мельчайших кровеносных сосудах и нервах диаметром менее 1 мм. Подобные операции требуют невероятной точности движений и стабильности рук, поэтому микрохирургам приходится работать через микроскоп.

Применение хирургических роботов позволяет устранить необходимость в абсолютном физическом совершенстве хирурга. Робот выступает в роли телеоперационного инструмента, увеличивая изображение и уменьшая амплитуду движений рук оператора, что расширяет круг специалистов, способных выполнять подобные операции.

Прототип Sony представляет собой устройство дистанционного управления с низкой задержкой. Хирург использует пару чувствительных контроллеров в форме ручек и наблюдает за процессом через стереоскопическую 4K 3D-камеру, изображение которой передаётся на OLED-экраны. Уникальная особенность робота - способность автоматически менять инструменты за 10 секунд, что минимизирует перерывы в работе.

По отзывам врачей, протестировавших робота, его движения полностью соответствуют командам оператора, создавая ощущение единства с системой. Неспециализированный медицинский персонал смог успешно выполнить операции по соединению сосудов диаметром 0,6 мм, на которые опытным хирургам требуются месяцы и годы тренировок.

Первая генная терапия глухоты

Исследователи провели успешную генную терапию для лечения врождённой глухоты. Опал Сэнди из Великобритании, родившаяся с редким генетическим заболеванием, нарушающим передачу нервных импульсов от внутреннего уха к мозгу, стала первым ребёнком в мире, получившим это экспериментальное лечение.

В возрасте 11 месяцев Опал ввели генную терапию в правое ухо в больнице Адденбрука. Через 4 недели она начала реагировать на звуки даже при отключённом кохлеарном имплантате в левом ухе. Спустя 24 недели врачи подтвердили, что Опал приблизилась к нормальному уровню слышимости тихих звуков и речи в обработанном ухе.

Слуховая нейропатия возникает из-за мутаций в гене OTOF, кодирующем белок отоферлин, необходимый для связи волосковых клеток уха со слуховым нервом. Примерно 20 000 человек в некоторых европейских странах страдают от этого заболевания.

В ходе терапии безвредный вирус доставляет в улитку рабочую копию гена OTOF. Это позволяет восстановить передачу сигналов от уха к мозгу.

Исследование CHORD, начатое в 2023 году, направлено на оценку эффективности и безопасности данного метода лечения слуховой нейропатии у детей. Главный исследователь профессор Манохар Бэнс отметил впечатляющие результаты, превзошедшие ожидания.

Родители Опал подтвердили значительные улучшения в её восприятии звуков и речи после лечения. Теперь 18-месячная девочка может реагировать на голоса родителей и произносить простые слова.

Исследование CHORD проходит в три этапа с нарастающими дозами генной терапии. Всего планируется вовлечь 18 детей из США, Великобритании и Испании с последующим 5-летним наблюдением.

Криоконсервация мозга

Китайские учёные из Фуданьского университета разработали революционный метод криоконсервации тканей головного мозга под названием MEDY, позволяющий сохранять структуру и функции нейронов после замораживания и размораживания. Этот прорыв преодолевает одно из главных препятствий в изучении мозга человека - трудность поддержания жизнеспособности нервной ткани при долгосрочном хранении.

Метод MEDY основан на криоконсервирующем растворе, точный состав которого был тщательно подобран исследователями. Он включает метилцеллюлозу, этиленгликоль, диметилсульфоксид (ДМСО) и ингибитор рока-киназы под кодовым названием Y 27 632. Эта уникальная комбинация, по-видимому, обладает синергетическим эффектом, обеспечивая защиту клеток от повреждений, вызванных образованием кристаллов льда.

Эффективность MEDY была продемонстрирована на органоидах мозга - трёхмерных структурах, выращенных из стволовых клеток и имитирующих реальную мозговую ткань. После криоконсервации по этой методике и последующего размораживания органоиды сохраняли поразительную жизнеспособность - они демонстрировали нормальный рост, развитие различных типов клеток, поддержание функциональной активности и сохранение сложной структуры коры головного мозга. Более того, эти свойства сохранялись даже после 18 месяцев хранения в жидком азоте.

Помимо органоидов, учёные применили MEDY к реальной ткани мозга, полученной от пациента с эпилепсией. И в этом случае метод проявил выдающуюся эффективность - патологические особенности, характерные для заболевания, были надёжно сохранены после цикла замораживания-размораживания. Это, в свою очередь, открывает возможности для изучения нейродегенеративных заболеваний на аутентичных образцах человеческой ткани.

Это весьма полезная, и я бы даже сказал, реально прорывная технология. Минимум её возможностей уже был озвучен. Если учёным удастся её масштабировать, чтобы замораживать более крупные участки или даже цельный мозг, это будет что-то невероятное. Человечество сможет сохранять знания всех людей, когда-либо живущих после этого момента. Понятно, что это будет дорогое удовольствие, но мозг каких-то значимых учёных или просто личностей можно будет хранить до того момента, пока не найдут способ оцифровки. Но это пока звучит как фантастика, и будет звучать ещё минимум лет 10-20, а то и больше.

Супер-ноги для скафандра

Предстоящая миссия НАСА "Артемида" планирует отправить астронавтов обратно на Луну впервые более чем за 50 лет. Однако условия низкой гравитации и ограниченная подвижность в скафандрах создают риск падений, что может снизить продуктивность астронавтов.

Исследователи из MIT разработали инновационное решение - пару роботизированных так называемых "суперконечностей" (SuperLimbs). Эти конечности выдвигаются из рюкзака скафандра и предназначены для физической поддержки астронавта в случае падения, помогая ему быстро вернуться в вертикальное положение.

Система основана на предварительном изучении траекторий движений человека при попытке встать после падения в стеснённых условиях. Анализ показал общую последовательность переходов из одной "контрольной точки" в другую, характерную примерно для 80% людей.

Управляющий контроллер SuperLimbs запрограммирован следовать этой оптимальной траектории. В ходе экспериментов с прототипом добровольцы в ограничивающих движения костюмах могли вставать с существенно меньшими усилиями при помощи роботизированных конечностей по сравнению с самостоятельными попытками.

"Ощущается, словно дополнительная сила помогает подняться, - делится впечатлениями один из участников теста Эрик Бальестерос. - Представьте, что на вас рюкзак, а кто-то хватает вас сверху и подтягивает. Со временем это становится естественным".

Следующим шагом станет интеграция усовершенствованной версии SuperLimbs с костюмами астронавтов и тестирование в условиях пониженной гравитации. Ожидается, что роботизированные конечности не только помогут восстанавливаться после падений, но и сократят физические нагрузки, позволяя астронавтам работать более продуктивно, расходуя меньше кислорода.

Starlink на обычных смартфонах

SpaceX впервые продемонстрировала возможность совершать видеозвонки между обычными смартфонами через спутниковую систему Starlink. В видео, опубликованном в соцсети X (бывший Twitter), показан видеозвонок между двумя сотрудниками компании, находящимися неподалеку от штаб-квартиры в Редмонде.

Ключевой особенностью является то, что для видеосвязи использовались немодифицированные смартфоны на базе Android, напрямую подключенные к спутникам Starlink с технологией прямой сотовой связи (Direct to Cell). При этом качество видео было приемлемым, несмотря на передачу сигнала через спутники на орбите.

По словам старшего директора по проектированию спутников Бена Лонгмайера, такая демонстрация стала возможной благодаря увеличению группировки спутников Starlink с поддержкой сотовой связи с 6 до 38 аппаратов. Это позволило повысить скорость передачи данных для смартфонов до 17 Мбит/с.

Технология Direct to Cell позволит клиентам мобильного оператора T-Mobile использовать смартфоны для звонков, обмена сообщениями и доступа в интернет в удаленных районах вне зоны покрытия обычных сотовых вышек. SpaceX планирует запустить соответствующий коммерческий сервис в США до конца 2023 года после получения разрешения от Федеральной комиссии по связи (FCC).

Однако некоторые конкуренты, такие как Omnispace, выражают обеспокоенность по поводу потенциальных радиопомех от системы Starlink и призывают FCC приостановить тестирование SpaceX. Тем не менее, успешная демонстрация видеосвязи может помочь убедить регулирующие органы в безопасности развертывания сотовой связи через Starlink.

Сталь + Медь против бактерий

Исследователи из Технологического института Джорджии предложили новый подход для создания противомикробных поверхностей на основе нержавеющей стали без использования антибиотиков. Это может помочь бороться с распространением бактериальных инфекций и снизить риск развития устойчивости к лекарственным препаратам.

В разработанной технологии применяется электрохимическое травление для формирования на стальной поверхности игольчатых наноструктур. Они способны прокалывать клеточные мембраны бактерий. Затем, посредством второго электрохимического процесса, на поверхность наносится тонкий слой ионов меди, обладающей природными антибактериальными свойствами.

Совместное действие наноигл и ионов меди позволяет эффективно уничтожать как грамположительные (например, стафилококк), так и грамотрицательные (кишечная палочка) бактерии. В экспериментах наблюдалось сокращение количества первых и вторых на 97 и 99% соответственно.

Ключевым преимуществом разработанного материала является его низкая стоимость по сравнению с массивным применением меди. При этом обеспечивается высокая антибактериальная активность за счет синергии наноструктурированной поверхности и тонкого медного покрытия.

Потенциальные области применения модифицированной нержавеющей стали - изготовление медицинского инструментария, дверных ручек, перил и других поверхностей в местах массового скопления людей, а также в пищевой промышленности. Это позволит снизить необходимость использования антибиотиков и химических обеззараживающих средств, к которым бактерии постепенно вырабатывают устойчивость.

В дальнейшем ученые планируют изучить возможность применения разработанного материала для медицинских имплантатов с целью профилактики инфекционных осложнений.

Честно говоря, мне кажется, что метод будет иметь относительно небольшой период действия, так как подразумевается физический контакт, и во-первых, тончайший слой меди улетит как наждачкой спиленный, так и наноигольчатая структура заполируется до бугорков и уже не будет иметь антибактериального эффекта.

Спутниковый 5G в России

Российская компания "Бюро 1440" произвела запуск трех новых спутников связи миссии "Рассвет-2" на низкую околоземную орбиту. Это первые отечественные космические аппараты, использующие перспективный стандарт 5G NTN для организации связи с абонентами.

Разработка спутников заняла рекордно короткий срок - 14 месяцев. Они вдвое превосходят размеры и массу аппаратов предыдущей миссии "Рассвет-1" благодаря расширенной комплектации оборудованием, что позволит существенно повысить скорость и качество передачи данных.

В ходе первой миссии максимальная скорость составляла 48 Мбит/с при задержке всего 42 мс. Это обеспечивало возможность видеозвонков высокого качества и просмотра видео 4K в реальном времени - уровень, ранее недостижимый для российских спутниковых систем связи.

Целью проекта "Бюро 1440" является создание отечественной группировки для широкополосного спутникового интернета по всей России. Запуск коммерческого сервиса запланирован на 2027 год.

В Минцифры РФ отмечают большое значение проекта для развития цифровой инфраструктуры страны и называют его одной из ключевых инициатив по обеспечению быстрого и недорогого доступа в интернет. Министр Максут Шадаев высоко оценил энтузиазм и профессионализм команды "Бюро 1440".

Тестирование новых спутников продлится несколько месяцев для сбора данных, необходимых для развертывания планируемой группировки.

Скорость в 48 Мбит/с это конечно круто, тут в черте города миллионника не везде такие скорости есть, да и для сравнения Старлинк в позапрошлой новости выдаёт более чем в 2 раза меньше. Очень интересно, надеюсь, что с 27 годом не врут и мы реально сможем им пользоваться, хотя я сомневаюсь, что эта связь будет общедоступной.

Я кстати вытался устроиться туда работать, но моё образование (железнодорожное) им не понравилось XD

Высокотемпературная память

Исследователи из Пенсильванского университета разработали новый тип энергонезависимой памяти, способной работать при экстремально высоких температурах до 600°С. Это открывает возможности для создания устройств на базе искусственного интеллекта, предназначенных для работы в условиях высоких температур.

Обычные флэш-накопители на кремниевой основе начинают выходить из строя уже при 200°С из-за нестабильности электронов, хранящих данные. Ученые применили для изготовления памяти термостойкий материал - нитрид алюминия-скандия (AlScN). Его кристаллическая структура обеспечивает стабильность записи информации путем сохранения заданного электрического состояния ("0" или "1") даже после удаления внешнего электрического поля.

Конструкция устройства представляет собой структуру металл-изолятор-металл с тонким слоем AlScN толщиной 45 нм между никелевыми и платиновыми электродами. Такая конфигурация позволяет быстро переключаться между состояниями для записи и считывания данных на высоких скоростях.

В ходе тестирования разработанная память выдерживала 1 миллион циклов чтения/записи при 600°С, сохраняя стабильную работу более 60 часов. Это открывает перспективы ее использования в условиях повышенных температур - от нефтегазовой отрасли до космических исследований.

Ученые отмечают, что термостойкая память позволит интегрировать хранение данных с высокопроизводительными вычислениями на базе искусственного интеллекта, расширяя сферы его применения для анализа больших массивов информации в экстремальных средах.

Космолёт Dream Chaser полетит на МКС

Компания Sierra Space разработала космический самолет Dream Chaser, представляющий собой многоразовый крылатый аппарат для доставки грузов на Международную космическую станцию (МКС) и обратно. Его первый экземпляр Tenacity недавно прибыл в Космический центр Кеннеди для финальной подготовки к инаугуральному полету, назначенному на конец 2024 года.

Космоплан Dream Chaser имеет длину 9 метров и размах крыльев 4,6 метра. Его уникальная крылатая конструкция обеспечивает возможность доставлять грузы на низкую околоземную орбиту, а затем совершать посадку на ВПП в стиле космического челнока. Вместе с грузовым модулем Shooting Star он сможет доставлять до 5,2 тонны полезной нагрузки на МКС.

После запуска на ракете ULA Vulcan с космодрома на мысе Канаверал Tenacity продемонстрирует маневренность, после чего будет пристыкован к МКС роботизированной рукой Canadarm2. За 45 дней пребывания он разгрузит припасы, воду и научное оборудование. Затем он отстыкуется, сбросит грузовой модуль и автономно вернется на Землю, приземлившись в Кеннеди с возвращаемым грузом до 1,6 тонны.

Такая частично многоразовая транспортная система минимизирует расходы на доставку грузов. НАСА заключило контракт минимум на 7 миссий Dream Chaser для пополнения МКС в рамках расширения коммерческих снабженческих услуг. В перспективе продолжительность полетов может увеличиться с 45 до 75 суток.

Учёные сменили пол у эмбриона

Давайте напоследок окунёмся в биологию, а конкретно - в генную инженерию.

Ученые выяснили, что небольшие молекулы РНК, называемые микроРНК, играют неожиданно важную роль в определении пола у млекопитающих на самых ранних стадиях эмбрионального развития. В эксперименте на мышах было показано, что удаление группы из шести специфических микроРНК (miR-17~92) в эмбрионах с мужскими хромосомами XY приводит к тому, что они развиваются как самки.

В норме наличие Y-хромосомы с геном Sry запускает развитие по мужскому пути и формирование яичек. Однако в отсутствие микроРНК miR-17~92 экспрессия гена Sry задерживалась примерно на 12 часов. Это, в свою очередь, нарушало нормальную дифференцировку клеток Сертоли, которые необходимы для развития яичек.

Вместо этого, клетки-предшественники Сертоли в эмбрионах без miR-17~92 сначала экспрессировали одновременно и мужские, и женские маркеры, находясь в состоянии "полового замешательства". Но в итоге эти клетки дифференцировались в клетки яичников, а эмбрионы XY развивались как самки с яичниками и маткой.

Удивительно, что отсутствие всего лишь шести небольших микроРНК полностью переключало путь полового развития млекопитающего. Эти микроРНК крайне консервативны в эволюции и встречаются у всех позвоночных. Ученые предполагают, что они могут играть аналогичную критическую роль в детерминации пола и у других млекопитающих, включая человека.

Вообще геном - это настолько сложная и хрупкая вещь, что человечеству придется изучать и расшифровывать его механизмы еще очень и очень долго, возможно, это даже сложнее мироустройства в целом. Ведь это основа жизни, жизни, собранной из неживых составляющих. Лично меня это вводит в недоумение и складывает ощущение, будто законы мироздания, будь то физика или химия (хотя на атомном уровне это одно и то же), созданы таким образом, чтобы в конечном итоге всегда формировалась жизнь. И это осознание просто сводит с ума.

В связи с ограничением длины поста, Источники можно посмотреть в описании видео.

Батареи из куриного жира

Суперконденсаторы - это устройства для накопления энергии, которые играют важную роль в переходе к возобновляемым источникам энергии. Однако многие используемые в них материалы дороги и вредны для окружающей среды. Исследователи разработали метод получения электропроводящих углеродных наноструктур из отходов куриного жира для создания более экологичных электродов для суперконденсаторов.

Сначала они использовали газовую горелку для выжимания жира из курицы. Затем растопленный жир сжигали фитильным методом, аналогично масляной лампе. Образовавшуюся сажу, содержащую углеродные наноструктуры, собирали. Электронная микроскопия показала, что они представляют собой однородные сферические решетки из концентрических графитовых колец, похожие на слои лука.

Для улучшения электрических свойств углеродные наночастицы обрабатывали тиомочевиной. Полученные электроды продемонстрировали хорошую емкость, долговечность, высокую плотность энергии и мощности в асимметричном суперконденсаторе. Обработка тиомочевиной дополнительно повысила их характеристики.

Новый суперконденсатор смог успешно питать светодиоды разных цветов, что демонстрирует практическое применение технологии. Со слов учёных, использование пищевых отходов вместо дорогих углеродных материалов делает этот метод более экологичным и экономичным способом производства энергоэффективных накопителей энергии.

Накопитель энергии на кристалле

Стремление уменьшить размеры и повысить энергоэффективность электронных устройств требует размещения накопителей энергии непосредственно на микросхемах. Однако существующие технологии не могут обеспечить необходимую высокую плотность энергии и мощности в таких миниатюрных конденсаторах.

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли решили эту проблему, достигнув рекордных показателей в микроконденсаторах из искусственных пленок оксидов гафния (HfO2) и циркония (ZrO2). Они использовали материалы и технологии, уже применяемые в микросхемах.

В отличие от батарей, конденсаторы накапливают энергию в электрическом поле между обкладками, разделенными диэлектриком. Обычно конденсаторы имеют низкую плотность энергии, которая уменьшается при миниатюризации. Ученые создали пленки HfO2-ZrO2 со специальным составом, демонстрирующим отрицательный эффект емкости. При определенных условиях эти пленки способны очень легко поляризоваться даже слабым электрическим полем, что позволяет значительно увеличить накапливаемый заряд и энергию.

Добавление тонких слоев оксида алюминия позволило нарастить толщину пленок до 100 нм, сохранив их свойства. Пленки были интегрированы в 3D-структуры микроконденсаторов с глубокими траншеями в кремнии для увеличения емкости на единицу площади.

Полученные микроконденсаторы продемонстрировали плотность энергии в 9 раз и удельную мощность в 170 раз выше, чем у лучших современных электростатических конденсаторов. Это открывает новые возможности для эффективного накопления энергии непосредственно в микроустройствах, таких как датчики Интернета вещей, системы ИИ и передовые вычислительные системы.

Роботы-улитки

Команда исследователей из Гонконгского университета создала модульных роботов, вдохновленных анатомией наземных улиток. Эти роботы имеют сферический металлический корпус, напоминающий раковину улитки, и широкие гусеничные движители с встроенными магнитами для передвижения по различным поверхностям.

Ключевая инновация - двухрежимный механизм соединения роботов, аналогичный тому, как улитки прикрепляются к поверхностям. В свободном режиме роботы используют магнитные гусеницы для плавного перемещения и реконфигурации, соединяясь и отсоединяясь друг от друга. В усиленном режиме выдвигается вакуумная присоска с направленными полимерными стержнями, имитирующими структуру гекконовых лапок, для создания очень прочного соединения.

Отдельный робот может преодолевать неровные каменистые поверхности, подниматься по ступенькам высотой до 1 см и пересекать небольшие зазоры благодаря мобильности своих гусениц. Однако для преодоления более крупных препятствий несколько роботов должны объединяться в большие конструкции, формируя своеобразные роботизированные руки или мосты совместными усилиями.

В экспериментах группы из нескольких роботов продемонстрировали возможность взбираться на каменные уступы высотой в 1,5 раза больше одного робота, преодолевать неровные булыжные дороги и даже пересекать траншеи шириной 30 см, образуя "живой" мост. Роботы также могут формировать манипуляционные "руки" для перемещения объектов.

По заверению учёных, такие модульные наземные роботы-улитки с реконфигурируемой архитектурой потенциально могут применяться для полевых исследований сложных ландшафтов, проведения поисково-спасательных работ в условиях разрушений, а также в будущем - для исследования поверхностей других планет в космических миссиях.

Шумоподавляющая ткань

В современном шумном мире нежелательные звуки остаются серьезной проблемой, будь то уличный гул (низкочастотный шумовой фон от транспорта и других источников) за окном, громкий телевизор соседей или звуки из офиса. Чтобы создавать тихое пространство, исследователи из MIT и других организаций разработали инновационную шумоподавляющую ткань.

Эта ткань, едва толще человеческого волоса, содержит специальное пьезоэлектрическое волокно (материала, который генерирует электрический сигнал при сжатии или сгибании за счет пьезоэффекта). Когда на волокно подается напряжение, оно начинает вибрировать. Используя эти вибрации, ткань может подавлять звук двумя способами.

В первом случае вибрирующая ткань генерирует звуковые волны, которые создают помехи нежелательному шуму, нейтрализуя его. Этот метод работает аналогично шумоподавляющим наушникам, но эффективен лишь в небольшом пространстве.

Второй, более эффективный метод заключается в удержании ткани неподвижной для подавления вибраций, являющихся ключевыми для передачи звука. Это предотвращает распространение шума через ткань, снижая его громкость за ее пределами. Данный подход позволяет снизить уровень шума в больших помещениях, например, в комнатах.

Используя обычные материалы вроде шелка, холста и муслина, исследователи создали практичные в использовании шумоподавляющие ткани. К примеру, из такой ткани можно изготовить перегородки в открытых офисах или тонкие звукоизолирующие стенки.

Размер пор ткани и ее механические свойства влияют на эффективность шумоподавления при разных частотах звука.

Тестирование продемонстрировало, что шумоподавляющая ткань может значительно снизить громкость звуков громкостью до 65 дБ (уровня оживленного разговора) в режиме создания помех, а в режиме виброгашения уменьшить передачу звука на 75%.

В дальнейшем исследователи планируют изучить возможность блокировки звука на нескольких частотах одновременно с помощью сложной обработки сигналов и дополнительной электроники. Также они хотят оптимизировать архитектуру самой ткани, варьируя число волокон, направление их размещения, величину подаваемого напряжения и прочие параметры для повышения эффективности шумоподавления.

Технологии мидий в производстве

Наноразмерные материалы обладают уникальными свойствами, открывающими новые возможности в различных областях, таких как молекулярное зондирование и фототермическая терапия. Однако их применение затруднено из-за проблем с быстрым и равномерным нанесением монослоя наночастиц на поверхности, что критично для создания устройств.

Традиционный метод электростатической сборки, при котором наночастицы притягиваются к заряженной поверхности, имеет недостаток - длительное время процесса. Авторы вдохновились способом, которым мидии прикрепляются к поверхностям в воде, высвобождая аминокислоты для диссоциации (разделения) молекул воды.

Они разработали аналогичный "протонный" подход, вводя избыточные протоны для удаления гидроксильных групп с поверхности, усиливая электростатическое притяжение наночастиц. Это позволило осаждать монослой за 10 секунд с 40% покрытием пластины диаметром 2 дюйма. Скорость нанесения в 100-1000 раз выше традиционных методов. Заряженный характер процесса обеспечивает "заживление" монослоя и структурирование наночастиц. Также изготовлены полноцветные отражающие метаповерхности.

Этот биоинспирированный метод важен для массового производства функциональных наноматериалов для различных применений - от фотоники и электроники до энергетики и охраны окружающей среды.

6 минут термоядерного синтеза

Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) установили новый рекорд по длительности удержания экстремально горячей термоядерной плазмы (около 50 миллионов градусов Цельсия) в термоядерном реакторе, облицованном вольфрамом. Реактор, известный как WEST, выдерживал такую плазму в течение 6 минут при впрыске 1,15 гигаджоулей энергии.

Вольфрам считается перспективным материалом для коммерческих термоядерных реакторов, так как он не удерживает топливо, в отличие от ранее использовавшегося графита. Однако работа с вольфрамом сложнее, так как попадание его частиц в плазму быстро охлаждает ее.

Для точных измерений параметров плазмы исследователи PPPL использовали новый диагностический прибор - мультиэнергетическую мягкую рентгеновскую камеру. Она измеряет рентгеновское тормозное излучение плазмы в диапазоне 11-18 килоэлектронвольт.

Новаторская методика калибровки позволяет получать одновременные показания температуры плазмы на разных энергетических уровнях по всему ее сечению с высокой точностью. Так удалось зафиксировать рекордную температуру около 50 млн °C, при напряжении от 4 до 4,5 кВ.

Диагностика также позволяет определять концентрацию примесей вольфрама в плазме, что критично важно для работы в металлической среде. Компьютерное моделирование подтвердило соответствие измерений реальным параметрам.

LFP аккумулятор в электрокаре

Ни для кого не секрет, что Китай является лидером по производству аккумуляторов, и соответственно именно в Китае в первую очередь внедряются все передовые технологии в этой области. И вот одна из таких технологий добралась до коммерческого рынка. Думаю, она не новая, так как не помню, чтобы я её обозревал, а значит путь её от лаборатории до завода составил не меньше 2-х лет.

И так, Китайская компания CATL представила новую версию своего высокопроизводительного аккумулятора Shenxing под названием Shenxing Plus. Это первый литий-железо-фосфатный (LFP) аккумулятор, обеспечивающий запас хода более 1000 км (620 миль) на одном заряде.

В отличие от предыдущей модели Qilin на основе никель-марганец-кобальта (NMC), Shenxing Plus использует более доступные и термостойкие материалы LFP. Однако плотность энергии LFP обычно ниже, чем у NMC.

CATL сумела повысить плотность энергии Shenxing Plus выше 205 Вт*ч/кг, что превышает типичные значения для LFP аккумуляторов в среднем 90-160 единиц. Это достигнуто за счет новых материалов и 3D-сотовой структуры анода, контролирующей расширение при зарядке/разрядке. Единый корпус элемента также оптимизирует внутреннее пространство.

Кроме большого запаса хода, Shenxing Plus обеспечивает сверхбыструю зарядку - 600 км (373 мили) за 10 минут, или 1 км/секунду. Это стало возможным благодаря литий-ионному проводящему покрытию, добавкам переходных металлов и нанометровой изоляции для эффективной передачи между анодом и катодом. Также расширенная зона тока обеспечивает безопасный отвод тепла.

CATL планирует расширить использование батарей Shenxing до более 50 моделей автомобилей к концу 2024 года после успешного внедрения оригинальной версии Shenxing.

Лазерная связь в космосе

На борту космического аппарата НАСА "Психея", направляющегося к одноименному астероиду, проводится демонстрация технологии оптической (лазерной) связи в дальнем космосе. Хотя для передачи данных миссии "Психея" используется традиционная радиосвязь, новая лазерная система доказала свою работоспособность.

8 апреля, находясь на расстоянии более 226 миллионов км от Земли (в 1,5 раза дальше, чем Солнце), приемопередатчик лазерной связи отправил копию инженерных данных зонда по лазерному каналу на наземную станцию.

Оптическая связь предназначена для передачи больших объемов научных данных, изображений и видео с гораздо более высокой скоростью, в 10-100 раз превышающей скорость современных радиосистем для дальнего космоса.

В ходе демонстрации была достигнута максимальная скорость передачи 267 Мбит/с - сопоставимая со скоростями широкополосного интернета. На расстоянии более 31 млн км от Земли было успешно передано 15-секундное видео сверхвысокого разрешения.

По мере удаления зонда скорость передачи снижается, но даже на расстоянии 226 млн км она составила 25 Мбит/с, что значительно превзошло целевой показатель не менее 1 Мбит/с.

Кроме отправки предварительно загруженных тестовых данных, система передавала часть инженерных данных "Психеи" одновременно с их радиопередачей, подтвердив совместимость. Были проведены эксперименты по объединению нескольких наземных станций для усиления сигнала, а также двунаправленной передаче данных, включая цифровые фото.

Успешная демонстрация дает представление о возможностях оптических систем для будущих миссий по изучению дальнего космоса, включая обеспечение высокоскоростной связи с Марсом при отправке людей.

Многоразовый сверхсильный клей

Ученые из Технологического университета Наньян в Сингапуре разработали инновационный многоразовый клей на основе полимеров с памятью формы. Этот клей более чем в 10 раз прочнее, чем адгезия лапок геккона. Он открывает новые возможности для создания сверхпрочных, но легко отсоединяемых захватов и приклеивающихся роботов.

Полимеры с памятью формы – материалы, способные возвращаться к первоначальной форме после деформации под воздействием тепла, света или электричества. Ученые использовали эпоксидный полимер, жесткий при комнатной температуре, но размягчающийся при нагреве. В мягком состоянии он принимает форму шероховатой поверхности, а при остывании затвердевает, создавая сверхпрочные связи.

Ключ к высокой адгезии – волокнистая структура полимера в виде множества тонких "фибрилл" оптимального размера. Одна фибрилла площадью 19,6 мм² может выдержать нагрузку 1,56 кг. Набор из 37 волокон размером с ладонь способен удерживать вес около 60 кг.

Преимущество клея в том, что он легко отделяется простым нагревом до 60°С, меняя свойства с жесткого на эластичное состояние. Обратное остывание занимает около 3 минут для повторной фиксации.

Разработка позволяет преодолеть "парадокс адгезии" – ослабление сцепления на шероховатых поверхностях, а также "конфликт сменяемости" – трудность совместить прочное сцепление и легкое отделение. По мнению ученых, потенциальные применения включают роботов-скалолазов для строительства и геодезии, а в перспективе – даже альпинистское снаряжение вроде цепких перчаток и ботинок для лазания по стенам.

Безболезненный забор крови

Исследователи из Цюриха разработали недорогое и минимально инвазивное устройство для забора капиллярной крови, вдохновленное работой пиявок. Оно состоит из присоски с встроенной системой микроигл и резервуара для сбора крови с антикоагулянтом.

При прижатии устройства к коже микроиглы проникают в верхние слои кожи, а создаваемое отрицательное давление обеспечивает забор порядка 200 мкл цельной крови. Скрытое расположение игл снижает риск случайных уколов.

Преимущества устройства: меньшая болезненность по сравнению с венопункцией и больший объем пробы по сравнению с уколом пальца, что повышает надежность анализов. Компактный размер и простота использования позволяют неспециалистам брать пробы крови.

Устройство может применяться для диагностики, например, малярии, особенно в регионах с ограниченными ресурсами. Оно дешево в производстве, используя недорогие материалы - силикон и сталь. Прорабатывается вариант из биоразлагаемых полимеров.

После забора кровь может быть передана в лабораторию для анализов или проанализирована на месте с помощью портативных диагностических систем путем вытеснения малого объема пробы из резервуара.

Проведены успешные испытания на свиньях. Предстоят дальнейшие клинические испытания и оптимизация для широкого применения, в том числе в регионах с распространением малярии.

Весьма неплохая разработка, понятно дело, что супер-технологичного здесь ничего нет, но как же мне в детстве не хватало такой штуки. Это же просто идеально для забора крови у детей.

В мозге человека обнаружен нейрокомпас

Исследователи выявили паттерн активности мозга, помогающий ориентироваться в пространстве. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Human Behavior, ученые из Бирмингемского университета и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана впервые точно определили местоположение внутреннего "нейронного компаса" - области мозга, ответственной за пространственную ориентацию и навигацию.

Результаты важны для понимания болезней Паркинсона и Альцгеймера, при которых часто наблюдаются нарушения навигации и ориентирования в пространстве. Регистрация нейронной активности во время движения представляет сложность, поскольку большинство методов требуют неподвижности испытуемых. Чтобы преодолеть эту проблему, использовались мобильные устройства ЭЭГ и захвата движений.

В эксперименте 52 здоровых участника выполняли задачи, связанные с движением головы и глаз, а активность их мозга записывалась с помощью ЭЭГ-датчиков на коже головы и внутричерепных электродов в области гиппокампа. После удаления артефактов, вызванных движениями мышц и положением тела, исследователи обнаружили специфический сигнал мозга, возникающий непосредственно перед изменением направления движения головы.

Идентификация этого сигнала позволяет изучить, как мозг обрабатывает навигационную информацию в совокупности с другими сигналами, например, визуальными ориентирами. Результаты могут найти применение в исследованиях нейродегенеративных заболеваний, а также в разработке навигационных технологий для робототехники и искусственного интеллекта. В дальнейшем планируется изучить, отвечает ли аналогичная активность за формирование временной памяти.

Вакцина от рака

Исследователи из Университета Флориды протестировали новый метод иммунотерапии рака - персонализированную мРНК-вакцину против глиобластомы - агрессивной и смертельной опухоли головного мозга. В первом клиническом испытании на 4 взрослых пациентах вакцина продемонстрировала способность быстро перепрограммировать иммунную систему для борьбы с раком.

Разработка основана на технологии мРНК-вакцин против COVID-19, но с двумя ключевыми отличиями. Во-первых, вакцина персонализирована - создается из собственных опухолевых клеток каждого пациента. Во-вторых, используется новая система доставки в виде кластеров липидных наночастиц, обволакивающих друг друга подобно слоям лука. Такая конструкция, по словам исследователей, усиливает сигнал для иммунной системы.

В испытании мРНК извлекалась из удаленной опухоли, амплифицировалась и упаковывалась в липидные кластеры для доставки в организм. Уже через 48 часов после введения ученые наблюдали активацию иммунного ответа против ранее "холодных" опухолей.

Предварительные результаты многообещающие, хотя и ранние для оценки клинических эффектов. Ранее вакцина также показала успех в испытаниях на мышах и домашних собаках с опухолями мозга. Следующим шагом станет расширенное клиническое исследование I фазы на 24 пациентах для подтверждения безопасности и определения оптимальной дозы. После этого планируется переход ко II фазе с участием около 25 детей.

Авторы отмечают неопределенность в оптимальных способах задействования иммунитета при минимизации побочных эффектов. Но надеются, что новый метод может стать платформой для модулирования иммунной системы и сочетания с другими видами иммунотерапии против рака.

Красный свет лечит нервы

Ученые из Университета Бирмингема обнаружили, что терапия красным светом может значительно улучшить восстановление после травмы спинного мозга. В новом исследовании они определили оптимальную дозировку - одна минута красного света (660 нм) в день.

Эксперименты на культурах нервных клеток показали, что такая световая терапия, называемая фотобиомодуляцией (ФБМ), за 5 дней увеличивала количество живых клеток на 45%. Свет проявлял одновременно нейропротекторный и стимулирующий рост нервов эффекты.

В дальнейших опытах на моделях травм спинного мозга ученые сравнили имплантацию светового устройства и чрескожную подачу света. Обе методики продемонстрировали сопоставимые результаты - 7-дневный курс из ежедневных 1-минутных доз привел к уменьшению рубцевания, повышению регенерации нервов и улучшению двигательных и сенсорных функций.

Это первое сравнение чрескожной и прямой доставки ФБМ при травмах позвоночника. Результаты важны для разработки имплантируемого устройства, так как пока нет методов сохранения клеток или восстановления функций после спинномозговых травм у людей.

Предполагается, что ФБМ работает на уровне митохондрий, запуская процессы против гибели нервов, воспаления и стимулируя их регенерацию. Авторы ищут партнеров для создания прототипа и проведения клинических испытаний.

Огнеупорное бамбуковое стекло

Ученые из Центрально-Южного университета лесного хозяйства и технологий в Китае разработали прозрачный огнестойкий материал на основе бамбука. Он имеет трехслойную структуру, которая эффективно снижает тепловыделение, замедляет распространение пламени и ограничивает выделение горючих летучих веществ, токсичного дыма и углекислого газа.

Бамбук, как и древесина, состоит из лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы, но обладает преимуществами быстрого роста и регенерации. Его внутренняя пористая структура с вертикальными каналами позволяет создавать прозрачные композиты. Делигнифицированный бамбук пропитывали жидким силикатом натрия методом вакуумной инфузии, а затем обрабатывали гидрофобным составом.

В результате сформировался трехслойный огнестойкий барьер: наружный слой силана, промежуточный слой диоксида кремния и внутренний слой силиката натрия. Это обеспечило время воспламенения 116 секунд, низкое общее тепловыделение 0,7 МДж/м², низкий выброс дыма (0,063 м²) и угарного газа (0,008 кг/кг).

Прозрачный бамбук также продемонстрировал превосходные механические свойства - модуль упругости при изгибе 7,6±1,3 ГПа, а при растяжении 6,7±1,1 ГПа. При использовании в солнечных батареях он повысил их эффективность на 15,29% благодаря высокой прозрачности (71,6%) и антизапотеванию (96,7%).

Разработчики отмечают экологические преимущества бамбукового стекла по сравнению с традиционным кварцевым, производство которого энергозатратно и сопряжено с выбросами парниковых газов. В будущем планируется масштабирование технологии и придание материалу дополнительных функций. Открытие перспективно для "зеленого" строительства и оптических приложений.

Дешевые цинковые аккумуляторы

В Университете Линчепинга, Швеция, был разработан перезаряжаемый аккумулятор на основе цинка и лигнина, который может быть использован более 8000 раз. Это недорогое и экологически устойчивое решение предназначено для применения в регионах с ограниченным доступом к электричеству.

Аккумулятор изготовлен из двух широко распространенных и экологичных материалов - цинка и лигнина, побочного продукта производства бумажной массы. Его энергетическая плотность сопоставима со свинцово-кислотными аккумуляторами, но без использования токсичного свинца.

В аккумуляторе применяется специальный электролит на основе полиакрилата калия (PAAK) и небольшого количества соли цинка бис(трифторметансульфонил)имида. Этот электролит, называемый "вода в полимерном солевом электролите" (WiPSE), способствует стабильной работе аккумулятора и предотвращает образование дендритов на цинковом электроде. Благодаря этому аккумулятор демонстрирует выдающуюся циклическую стабильность, сохраняя около 80% первоначальной емкости после 8000 циклов заряда/разряда.

Цинковый электрод в этом аккумуляторе формируется путем равномерного осаждения цинка вдоль кристаллографической плоскости (002), что предотвращает образование дендритов и связанную с ними деградацию. Исследователи обнаружили, что полиакрилатные анионы в электролите модулируют электрическое поле, способствуя равномерной диффузии ионов цинка и их осаждению параллельно поверхности электрода.

В сочетании с легкодоступным и возобновляемым лигнином в качестве положительного электрода, эта технология аккумулятора представляет собой перспективную альтернативу литий-ионным батареям для применения в областях, где не требуется высокая энергетическая плотность, но необходима низкая стоимость, безопасность и экологическая устойчивость.

Робот улитка 2

Исследователи из Бристольского университета разработали робота, имитирующего способность улиток скользить по поверхности с помощью единственной высокопроизводительной присоски.

Ключевым фактором является выделение слизи, снижающей трение и усиливающей присасывание. Вдохновленные этим, ученые предложили систему искусственного скользящего присасывания с использованием воды вместо слизи. Вода выступает смазкой, уменьшая трение, и самопроизвольно распространяется по гидрофильной силиконовой присоске благодаря капиллярным силам.

Робот массой 96 г скользит по вертикальным и инвертированным поверхностям со скоростями до 53°/с при вращении и 19 мм/с при поступательном движении. Он может переносить груз до 1 кг. Для поддержания локальной водной среды на сухих поверхностях предусмотрена система подачи воды с расходом около 0,05 мл/с при скорости 19 мм/с. Более того, робот может переносить груз весом до 1 кг, что в 10 раз превышает его собственную массу. Важно отметить, что для поддержания присасывания на гладких поверхностях не требуется дополнительная энергия.

При максимальной мощности в 1,7 Вт теоретическая автономность робота составляет 1 час. Портативный резервуар 16,7 см3 обеспечивает подачу воды для 619 см скольжения.

Предложенный механизм скользящего присасывания обладает рядом преимуществ: низкое энергопотребление, высокая грузоподъемность, возможность непрерывного движения с постоянной силой сцепления, отсутствие необходимости в сложной трансмиссии.

Глазные трекеры в линзах

Ученые из Нанкина представили инновационные контактные линзы для высокоточного отслеживания движений глаз на основе радиочастотного кодирования. В линзы встроены 4 радиочастотные метки, каждая излучает уникальный сигнал в зависимости от положения глаза. Портативный считыватель напротив глаза беспроводным способом детектирует изменения частоты сигналов, вызванные движениями глаз, позволяя отслеживать их направление и степень отклонения.

Эта стратегия обеспечивает отслеживание движений без использования кремниевых чипов или батарей, делая линзы компактными и биосовместимыми. Они изготовлены из силиконового эластомера и имеют такой же базовый изгиб и диаметр, как коммерческие линзы, гарантируя хорошую посадку. Испытания показали высокую прозрачность, гибкость, гидрофильность, низкую цитотоксичность и отсутствие раздражения роговицы при длительном ношении.

Используя имплицитную калибровку по спиральному узору и алгоритм временной последовательности, достигается беспрецедентная угловая точность менее 0,5 градуса, позволяющая с высокой точностью отрисовывать буквы и рисунки движением глаз на виртуальном экране. Линзы также способны распознавать заданные команды на основе движений глаз, обеспечивая естественное управление компьютерными программами, веб-страницами, камерами, роботами и другим оборудованием.

Ученые считают, что их технология открывает новые возможности для эффективного и комфортного взаимодействия человека с компьютерами и различными устройствами.