Новости науки и техники
Компьютерный звук рисует для слепыхкартину местности.
Слух хотя бы отчасти восполняет инвалидам отсутствие зрения,но он не может поведать им о наличии перед самым носом фонарного столба. Между темсистемы машинного зрения без труда воспринимают окружающий мир.
Неудивительно, что на их основе учёные пытаются создать искусственноезрение. Только как всё же лучше донести до слепого человека то, что видит машина?
Свой ответ на этот вопрос даёт проект «Когнитивная вспомогательнаясистема для слепых людей» (Cognitive Aid System for Blind People — CASBLiP),в котором принимают участие семь университетов, компаний и организаций из Великобритании,Испании, Италии и Германии. Координирует и ведёт их совместную работу Исследовательскийцентр графических технологий политехнического университета Валенсии (Centro de Investigaciónen Tecnologías Gráficas), где и базируется этот проект.
Какими вариантами помощи слепым располагает современная техника?Можно предложить человеку усовершенствованную трость с ультразвуковой, лазернойили видеолокацией.
Но подобные устройства всё равно не дают полной картины мира- кибертрости просто попискивают предупреждающими сигналами при появлении опасногообъекта в непосредственной близи от владельца.
Между тем, рассудили авторы CASBLiP, направление мысли было верным:нужно полагаться на то, что у слепого пациента развито лучше всего — его способностьвоспринимать звуки, исходящие от предметов (машин, листвы деревьев, шагов прохожих),и хорошо определять направление и удаление источника.
Можно попробовать вернуть слепому человеку зрительные ощущениятем или иным способом. Но всяческие «усилители глаз» и сетчатки-имплантаты- отдельная большая тема. А если не вмешиваться в организм пациента? CASBLiP предлагаетносимый прибор, несложный в применении (фотографии CASBLiP). Только вот в обычныхусловиях звуков не хватает. Во всяком случае — для того чтобы спокойно ходить погороду без белой трости, словно зрячий человек. Но, может, тогда добавить звук синтетический,чтобы «заговорили» и фонарные столбы, и проёмы дверей, и прочие предметы?
Три года работы (на средства Евросоюза, заметим) не прошли даром.Партнёры построили два устройства, каждое из которых может работать отдельно, нопо идее их можно соединить в эффективный комплекс.
Первый аппарат называется M1. Выглядит он как чёрные очки, развечто стёкла толстоваты (в них скрыта электроника). В основе приборчика лежит лазерныйсенсор, разработанный компанией Siemens. Первоначально это устройство создавалосьдля того, чтобы научить автомобили видеть пешеходов, перебегающих дорогу перед носом,но теперь сенсор нашёл своё призвание в иной области.
Эти очки испускают инфракрасный лазерный луч (невидимый для окружающих),который сканирует местность в пределах угла зрения в 60 градусов и на дальностьв 5 метров от человека. Отражённые ИК-лучи воспринимает 64-пиксельная камера, незаметновмонтированная всё в те же очки. По разности времени прихода сигнала в каждую частьматрицы компьютер (его приходится нести в рюкзачке) вычисляет положение близлежащихобъектов.
/>
Лазерный сенсор Siemens проверяет всю местность в пределахсвоего обзора по 25 раз в секунду (иллюстрация Siemens).
Далее эта информация преобразуется в стереозвук, подаваемый владельцуприборчика через наушники. Расположение препятствий по горизонтали передаётся смещениемзвука вправо или влево, а приближение к препятствию отражается ростом тональностисигнала либо его громкости (тут возможны варианты — лучший выбор ещё определяется).
M1 может быть вполне самостоятельным продуктом, но гораздо интереснееего сочетание со вторым прототипом под названием M2. В нём удалось совместить рядлюбопытных разработок, выполненных в разных странах.
M2 представляет собой шлем, на котором закреплены две видеокамеры,генерирующие стереокартинку. Специалисты из факультета компьютерных наук университетаБристоля (Departiment of Computer Sciense) разработали мощный алгоритм обработкиизображений в реальном времени, способный распознавать объекты и препятствия, такиекак деревья, автобусные остановки и лавки в парке, транспортные средства, и, конечно,- прохожих.
Эта система использует стереоизображение для создания «картыглубины». Также M2 может анализировать движение объектов и предсказывать ихдальнейшее перемещение.
/>
В результате работы этой программы компьютер (опять-таки M2 требуетношения рюкзака) формирует пространственную карту окружающего мира. Причём обновляетон её 8 раз в секунду.
Британская программа по картинке с камер может определить — кудадвижется автомобиль и насколько он ближе к человеку, чем строения на заднем плане(иллюстрация University of Bristol).А чтобы слепой мог по ней ориентироваться, системаCASBLiP применяет вторую разработку — программу, созданную в университете Лагуны(Universidad de La Laguna). Она превращает пространственную информацию в трёхмернуюакустическую карту, в которой каждый объект представлен звучащей точкой.
Её громкость, тон и определяемое благодаря стереозвуку пространственноерасположение помогает слепому представить окружающий мир. При этом, дабы максимальнооперативно смещать звуковое поле в наушниках при повороте головы вправо и влево,шлем ещё оснащён специально разработанным в рамках проекта гироскопическим датчиком,передающим на компьютер малейшее движение головы.
Оба аппарата неоднократно испытывались слепыми людьми в самыхразнообразных условиях — от стен лабораторий до реальных городских улиц. Конечно,были вопросы и замечания, но в целом все остались довольны. Обучение использованиюшло быстро, и люди начинали воспринимать звуковую картину не как искусственно навязаннуюнаушниками, а как звук, идущий непосредственно от предметов, окружающих их.
Около десятка испытателей пришли к выводу, что системы типа M1и M2 могут оказаться полезным и удобным дополнением к другим средствам помощи. Нопри этом целый ряд участников эксперимента высказал мнение, что никакая электроникане заменит старую добрую белую трость или собаку-поводыря. А одна участница, тестировавшаяM1, сказала, что «подсказки» системы, накладываясь на обычные звуки внешнегомира, иной раз способны, напротив, запутать человека, нежели помочь.
Другой испытатель также отметил, что наряду с новыми информирующимизвуками наушники заглушают сигналы извне, по которым слепой ориентируется обычно(например по изменению в звуке собственных шагов). И это — неудобство системы.
С другой стороны, как заметил один из испытуемых, «любоеновшество, которое может повысить автономию слепого человека, — позитивно».А значит, учёные и инженеры на верном пути, пусть CASBLiP и нуждается в совершенствовании.
Один из координаторов проекта — Гильермо Перис-Фахарнес (GuillermoPeris-Fajarnés) из политехнического университета Валенсии говорит:«Предстоит выполнить ещё много работы, прежде чем эта система могла бы выйтина рынок. Прежде всего, нужно доказать, что она является на 100% надёжной. Мы неможем допустить неполадок, когда пользователь переходит дорогу». Во всякомслучае техника тут окажется бесценным подарком и будет незаменимой до тех пор, покане получат объяснения удивительные скрытые возможности человека. К примеру, умениенекоторых слепых пользоваться натуральной эхолокацией, похожей на дельфинью, а другихневидящих — так называемым «слепым зрением».Миниатюрный махолёт с двумя крыльями впервые поднялся в воздух
В полёте миниатюрный махолёт очень сильно напоминает самую быструюв мире птичку колибри. От того, видимо, такая раскраска (фото AeroVironment).
Учёным из американской компании AeroVironment впервые удалосьпродемонстрировать управляемый полёт миниатюрного махолёта с автономным приводом.
Назвали летающую малявку NAV, что расшифровывается как nano airvehicle. Подъёмную силу, функции руля, элеронов и двигателя ему обеспечивают двакрыла.
Ещё в декабре 2008 года один из тестируемых аппаратов смог продержатьсяв воздухе 20 секунд. Сейчас NAV способен зависать, двигаться вперёд-назад, влево-вправо,а также подниматься и опускаться в воздухе (все эти движения определяет с помощьюпульта управления оператор устройства) в течение долгого времени.
Сложность создания скопированного с природных аналогов устройствав том, что оно работает совсем не так, как наиболее распространённые летательныеаппараты.
Самолёты и вертолёты с жёстко закреплённым крылом поднимаютсяв воздух благодаря разнице давлений, возникающей под и над крылом в ходе движения(разбега по взлётно-посадочной полосе, раскручивания винта). Управление и стабилизациятранспортного средства в полёте осуществляется при помощи различных аэродинамическихпластин, расположенных на крыльях и хвосте.
«Махолёт контролировать гораздо сложнее, два крыла ещё большеусложняют дело», — рассказывает один из создателей NAV Мэтт Киннон (Matt Keennon).
Так как изначально весь проект финансировался исследовательскимагентством Пентагона DARPA, вряд ли в ближайшее время будут раскрыты секреты полётаминиатюрного орнитоптера. Однако существуют некоторые предположения.
/>
Например, форма крыла не имеет такого большого значения, какв случае с самолётами и вертолётами. В отличие от них махолёт создаёт два отдельныхпотока воздуха. Чтобы двигаться вперёд и назад NAV, скорее всего, меняет угол наклонакрыла. /> Вверху:так устройство должно было выглядеть по первоначальному проекту. Внизу: а такимоно, видимо, предстанет перед людьми в будущем (иллюстрации AeroVironment).
Отметим, что разработка ещё не достигла своей финальной стадии.В апреле этого года DARPA продлила контракт с AeroVironment и внесла ещё $2,1 миллиона,которые будут расходоваться учёными в целях улучшения летательного аппарата вплотьдо лета 2010 года.
Конечно, дело не в благотворительности. Американское агентствоужесточает требования. В частности, специалисты хотели бы добиться, чтобы NAV весилне более 10 граммов, размах крыльев «птахи» не превышал 7,5 сантиметра, скорость движения вперёд была бы не менее 10 метров в секунду.
Кроме того, орнитоптер должен будет научиться противостоять порывамветра до 2,5 метра в секунду и путешествовать на открытом воздухе и внутри зданийна расстояние до 800 метров.
«Чтобы получить такой результат, придётся искать и комбинироватьмеханические, аэродинамические и программные решения», — говорит Киннон.
«На нашем пути пока ещё существует множество препятствий,которые только предстоит преодолеть. Однако прогресс уже сейчас налицо, потому мынадеемся рано или поздно добиться своей цели», — добавляет доктор Тодд Хилтон(Todd Hylton), руководитель программы DARPA.
Когда же DARPA и AeroVironment разработают окончательный вариантNAV, то, скорее всего, он будет использоваться для слежения за противником в военныхконфликтах и обнаружения жертв природных катаклизмов.
Тело человека излучает слабый видимый свет
Оказывается, человеческое тело тоже испускает видимый свет, толькоон настолько слаб, что засечь его можно исключительно в темноте. Именно этим и занялисьучёные из нескольких японских университетов.
Считается, что абсолютно все живые существа излучают свет, интенсивностькоторого меняется в течение дня. Виной тому биохимические процессы, происходящиев организме.
Излучение происходит в разных диапазонах длин волн. Например,тепло тела определяет появление невидимого для Homo sapiens инфракрасногосвечения. Но кроме того, человеческое тело испускает и видимый свет, который, правда,в тысячи раз слабее чувствительности наших глаз.
Однако, если вооружиться различной аппаратурой, можно зарегистрироватьи видимый свет. Японские учёные использовали необычайно чувствительные камеры, способныеулавливать даже отдельные фотоны, и посмотрели на человеческое тело в полной темноте.
Точнее, они попросили пятерых здоровых мужчин в возрасте около20 лет приходить в специально оборудованную комнату каждые три часа (с 10 часовутра до 10 вечера). Добровольцы раздевались до пояса и вставали перед теми самымикамерами, в таком положении они каждый раз проводили около 20 минут. Исследованиепроводилось три дня.
Выяснилось, что слабое свечение тела возрастало и падало в течениедня. Минимум приходился на 10 часов утра, а максимум — на 4 дня (после чего снованачинался спад интенсивности).
Исследователи посчитали, что сила испускаемого видимого светазависит от биологических ритмов, от метаболических процессов, происходящих в организмев течение суток.
Учёные также заметили, что лицо светится сильнее, чем остальноетело. Вероятно, это обусловлено тем, что лицо более загорелое (так как гораздо большенаходится на солнце). Известно, что пигмент меланин, вырабатываемый кожей в ответна солнечное излучение, имеет в своём составе флуоресцентные компоненты. Они, скореевсего, и усиливают свечение лица.
/>
Изображения ультраслабого фотонного излучения человеческого тела,время съёмки: 10: 10, 13: 10, 16: 10 (иллюстрации PLoS ONE).
Один из авторов работы Хитоси Окамура (Hitoshi Okamura) из университетаКиото считает, что в будущем такие камеры смогут по ослаблению свечения диагностироватьразличные нарушения обменных процессов (если удастся создать некую среднестатистическуюкартинку, которая бы характеризовала норму).
«Если есть возможность увидеть мерцание поверхности тела,получится определить и состояние всего организма», — вторит ему другой исследовательМасаки Кобаяси (Masaki Kobayashi) из технологического института Тохоку в Сэндай(Tohoku Institute of Technology in Sendai).
О своих достижениях учёные отчитались в журнале PLoS ONE.
Membrana.ru.24июля 2009
Нано на обед: человек съест продукты нанотехнологий />
Наноеда (nanofood) — термин новый, малопонятный и неказистый.Еда для нанолюдей? Очень маленькие порции? Еда, сработанная на нанофабриках? Нет,конечно. Но всё же это — любопытное направление в пищевой отрасли.
Учёные, инженеры и специалисты пищевой промышленности спорилио перспективах наноеды на первой конференции с говорящим названием Nano4Food 2005,прошедшей 20-21 июня в голландском местечке Wageningen.
Оказывается, наноеда — это целый набор научных идей, которыеуже находятся на пути к реализации и применению в промышленности.
Во-первых, нанотехнологии могут предоставить пищевикам уникальныевозможности по тотальному мониторингу в реальном времени качества и безопасностипродуктов непосредственно в процессе производства.
Речь идёт о диагностических машинах с применением различных наносенсоровили так называемых квантовых точек, способных быстро и надёжно выявлять в продуктахмельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты.
И производство пищи, и её транспортировка, и методы хранениямогут получить свою порцию полезных инноваций от нанотехнологической отрасли. Пооценке учёных, первые серийные машины такого рода появятся на массовых пищевых производствахв ближайшие четыре года. Яблоки вместо атомов в решётке круглой наночастицы — логотиппервой международной конференции по наноеде (иллюстрация с сайта nanofood.info).
/>
Но на повестке дня и более радикальные идеи. Вы готовы проглотитьнаночастицы, которые невозможно увидеть?
Помнится, некоторое время назад появилась «страшилка»,что, мол, случайно попавшие в природу наночастицы, созданные руками человека, могутпредставлять опасность для здоровья. Эти опасения ещё не развеяны, но специалистыпо нанотехнологиям предлагают посмотреть на такую «интервенцию» внутрьнаших тел и с иной стороны.
А что если наночастицы будут целенаправленно использоваться длядоставки к точно выбранным частям организма полезных веществ и лекарств? Что еслитакие нанокапсулы можно будет внедрять в пищевые продукты?
Пока ещё никто не употреблял наноеду, но предварительные разработкиуже идут. Специалисты говорят, что съедобные наночастицы могут быть сделаны из кремния,керамики или полимеров. И разумеется — органических веществ.
И если в отношении безопасности так называемых «мягких»частиц, сходных по строению и составу с биологическими материалами — всё ясно, то«твёрдые» частицы, составленные из неорганических веществ — это большоебелое пятно на пересечении двух территорий — нанотехнологии и биологии.
Поскольку эти частицы необычайно малы, они демонстрируют иноехимическое поведение чем, те же вещества, но «оптом». Тут в игру уже вступаетквантовая механика.
Учёные ещё не могут сказать, по каким маршрутам подобные частицыбудут путешествовать в теле, и где в результате остановятся. Это ещё предстоит выяснить.Зато некоторые специалисты уже рисуют футуристические картины преимуществ наноеды.Помимо доставки ценных питательных веществ к нужным клеткам.
Как вам понравится, например, интерактивный напиток, нарисованныйвоображением Мануэля Маркеса-Санчеса (Manuel Marquez-Sanchez) из компании KraftFoods?
Идея заключается в следующем: каждый покупает один и тот же напиток,но затем потребитель сможет сам управлять наночастицами так, что на его глазах будутменяться вкус, цвет, аромат и концентрация напитка.
Фантастика. Но первые ласточки — уже на пороге. Сейчас рынокнаноеды имеет объём около $3 миллиардов. Это пока лишь прикладные нанотехнологии,которые можно приспособить для нужд пищевой промышленности. А к 2010 году, по оценкеэкспертов, данный рынок вырастет до $20 миллиардов.
Может быть, в этой сумме свою долю завоюют и меняющие свою структурунапитки. Или, скажем, вылечивающие сосуды и сердце нанобифштексы.Перуанские ловцы тумана поят людей и деревья />
Газеты перуанской столицы Лимы периодически печатают предупреждениядля местных жителей: ближайшие несколько дней воды в городе не будет! Происходитэто довольно часто, а через десяток лет может и вовсе стать повсеместным явлением.Решение нашли немецкие биологи, занимающиеся охраной окружающей среды и помощьюгражданам бедных стран.
Для того чтобы хоть как-то помочь жителям высокогорных районов,Кай Тидеманн (Kai Tiedemann) и Анне Луммерих (Anne Lummerich), немецкие специалистыпо охране и рациональному использованию водных ресурсов, создали небольшую некоммерческуюорганизацию Alimón, которая начала способствовать развитию стран ЛатинскойАмерики.
/>
В 2006 году на окраинах Лимы биологи запустили проект по созданиюирригационной системы, собирающей воду из тумана, густая пелена которого, приходитсо стороны Тихого океана с июня по ноябрь.
Немецкие специалисты предложили бюджетный вариант: подвеситьна пути продвижения тумана специальные сети, которые могут собирать сотни литровводы в сутки.
Что же происходит? Сбор воды на сетях чем-то похож на конденсацию,когда пар в воздухе осаждается на холодной поверхности, постепенно образуя мельчайшиекапли. В данном случае всё несколько проще. Туман уже состоит из капель жидкости.
/>
Когда ветер прогоняет влажный воздух сквозь сети, капельки осаждаютсяна волокнах ткани.
/>Примерная схема получения и сохраненияводы. Луммерих и Тидеманн использовали полотна, похожие на гигантские волейбольныесетки (4 на 8 метров). Их натянули между двумя деревянными столбами так, чтобы плоскостьткани была перпендикулярна главенствующему направлению движения воздуха. Верхняячасть каждой такой сетки располагается на высоте 5,5 метра над поверхностью склона.
По мере продвижения влажного воздуха сквозь сеть вода накапливается,капли растут и, в конце концов, (гравитация как-никак) начинают падать вниз, попадаяв специальный жёлоб. По нему они стекают в два резервуара, а затем и в бассейн.
Уже сейчас ясно, что в хорошие дни «улов» может превысить 550 литров. Немыслимое количество по меркам перуанцев. Впрочем, и сами учёные немогут удержаться от красивых сравнений.
«Поднимаешься по дороге, близ сетей стоит густой туман,через некоторое время налетает ветер, и становится слышно, как накопившаяся воданачинает стекать. Будто открывается кран. Удивительные ощущения», — делитсявпечатлениями Анне.
Биологи создали и другой тип «ловца тумана» — многослойный.Его впервые опробовали в 2007 году. Он занимает столько же места, но при этом выдаётболее 2200 литров пресной воды в день!
/> Данные устройства помогает людям дляудовлетворения собственных нужд в воде, которые уже смогли осторожно встроитьсяв природные циклы и не только не нарушить шаткое равновесие в природе, но и немногоего укрепить.Спиральный робот перенял у бактерий стиль плавания/>
Если одни бактерии заражают человека, стоит попробовать снарядитьна борьбу с болезнями другие микроорганизмы. Но пока генетические эксперименты вэтой области не дают яркого результата, может, лучше взять, да и построить искусственныебактерии, которые будут выполнять «поручения» медиков? Неизвестно, какойподход выглядит более фантастичным, но управляемые роботы размером с микробов ужесозданы и совершают свои первые заплывы в чашках Петри.
Целый ряд бактерий, таких как широко известная кишечная палочка(E. coli), ловко перемещаются в окружающей среде при помощи длинных жгутиков,завитых словно пружинки. Жгутики эти вращаются с очень высокой скоростью в ту илииную сторону, заставляя микроорганизм плыть вперёд и совершать кувырки да повороты.
Учёные не один раз с восторгом поглядывали на этот природныймеханизм, мечтая воспроизвести его в искусственной системе. Исследователи из самыхразных институтов давно высказывали здравую мысль, что такие «хвостики»могут стать прекрасными движителями для медицинских микроботов, запускаемых в телопациента. Но первой впечатляющего успеха на этом поприще добилась группа под руководствомпрофессора Брэдли Нельсона (Bradley Nelson) из швейцарского федерального технологическогоинститута (ETH Zürich). membrana />Перед нами настоящий технологическийшедевр: спиральный медицинский микроробот (фото Institute of Robotics and IntelligentSystems/ETH Zürich).
/>
Недавно Брэдли и его коллеги первыми сумели построить «Искусственныйбактериальный жгутик» (Artificial Bacterial Flagella — ABF) — образование микрометровыхразмеров. Да ещё прикрепили его к «голове» — аналогу бактерии. Создавнесколько таких изделий, названных «Спиральными плавающими микророботами»(Helical Swimming Microrobot), экспериментаторы пустили их в жидкость, воспроизводяситуацию, когда подобным устройствам потребуется перемещаться не хаотично, но вопределённом направлении, задаваемом человеком.
ABF насчитывают в длину от 25 до 75 микрометров, что лишь немногимбольше, чем длина настоящих жгутиков у бактерий (5-25 мкм). Представляют собой этиискусственные «хвостики» свитые в спирали плоские ленточки. Толщина лентравна 27-42 нанометрам, ширина — менее 2 микрометров, а диаметр спирали — около3 мкм.
Голова робота состоит из трёх тонких слоёв: хром, никель и золото.Именно никель, как магнитный материал, отвечает за вращение всего «конструктора».Учёные прикладывают к микроботам магнитные поля, а они заставляют вращаться и поворачиватьсяголовки роботов — вот те и плывут.
/>
Один из первых образцов микроробота с ABF, показанный на этихснимках, при собственной длине 74 микрометра достигал средней скорости движения5 микрометров в секунду при частоте вращения 470 оборотов в минуту. Тёмная точкавверху — цель, к которой учёные старались направить свою «хвостатую бактерию»(фото Institute of Robotics and Intelligent Systems/ETH Zürich).
Кстати, Нельсон известен нам по созданию хирургического микробота- устройства, похожего на миниатюрную стрелку компаса, управляемую внешним магнитнымполем.
Но в новом проекте есть существенные отличия. В первом случае(как и в целом ряде сходных экспериментов, проводимых в других университетах и институтах)крошечные «зонды» напрямую подталкиваются в нужную сторону внешним полем.Исследователи полагают, что такие «микромагниты» можно при помощи электромагнитоввнешних довести до нужной точки в теле, чтобы там они могли выполнить свою задачу.К примеру, воздействовать на опухоль или атеросклеротические наросты в сосуде.
А вот ABF, полагают швейцарцы, позволяет управлять движениемробота-бактерии куда более точно. Ведь тут внешнее поле лишь приводит в движение«хвост», а он уже толкает всего робота.
Команда Брэдли разработала специальное программное обеспечение,позволяющее создавать при помощи нескольких катушек вращающиеся поля сложной конфигурации.Так, по командам человека ABF может двигаться вперёд и назад, вверх и вниз, а такжевращаться во всех направлениях.
Максимальная скорость движения ABF составила 20 микрометров всекунду, но авторы работы уверены, что вскоре её можно будет увеличить до 100. Длясравнения — E. coli разгоняется до 30 мкм/с.
Создатели плавающих микророботов полагают, что в будущем такиеустройства смогут точечно поставлять лекарства к очагам поражения внутри человека.При этом такой способ выгодно отличается от прямого перетягивания каких-либо капсулмагнитом. Ведь для движения ABF необходимо приложить очень слабое, совершенно безопасноеполе (1-2 миллитесла).
Можно, конечно, заставить перевозить полезный груз и живые клетки(мы видели такие эксперименты — простой и более сложный), но тут придётся полагатьсяна их собственные «соображения», куда нужно двигаться.
Для реализации такой цели авторы проекта намерены ещё уменьшитьразмер своих роботов и повысить их скорость движения, равно как поработать над управляющейсистемой. Нельсон уверен — спирали ABF найдут применение и в медицине, и в фундаментальныхисследованиях.
Создатели Helical Swimming Microrobot радуются, что их роботытак похожи на бактерии. Учёным не потребовались миллиарды лет, чтобы придумать прекрасныйспособ перемещения микрометровых объектов в жидкой среде — за исследователей этосделала Природа.
Membrana.ru.22апреля 2009
Фургон стреляет облаком мороженого ради нанотехнологий />
«Ранее в нынешнем году я получил письмо столь интригующее,что сразу увлёкся. Это была просьба о помощи с довольно необычной разработкой. Чтениепо диагонали выхватило фразы вроде „геоинжиниринг“, „фургон с мороженым“,»нанотехнологии”, «облако со вкусом мороженого». Заинтересовалсясильно. Но потом я увидел слова «жидкий азот» и был пойман на крючок!”
Так рассказывает Эндрю Мейнард (Andrew Maynard), главный научныйсоветник «Проекта развивающихся нанотехнологий» (Project on Emerging Nanotechnologies),о своём скромном участии в необычном арт-начинании.
Возможность соединить популяризацию науки с развлечением и весельемпонравилась физику Эндрю Мейнард, к опыту и знаниям которого не раз обращались политикикак из Белого дома, так и из других весомых «структур», когда подготавливалидокументы, связанные с развитием научной отрасли. А ещё Эндрю, наверное, не смоготказаться от вкусного угощения.
О чём вы мечтали в детстве? О пряничном домике, реке из киселя,радуге из мармелада? Полагаем, об одном вы думали точно: пробуя на вкус снег, вымечтали, чтобы с неба падали не обычные снежинки, а мороженое. Клубничное, например.Новый британский проект — это шаг к реализации детской мечты. Причём научный«бэкграунд» у него вполне серьёзный.
«Проект Облако» (Cloud Project) реализовали дизайнерыЗои Пападопоулу (Zoe Papadopoulou) и Кэтрин Крамер (Cathrine Kramer).
Именно Зои написала послание Мейнарду с тем, чтобы исследовательпроконсультировал художниц по научной части замысла. А ведь идея была, честно говоря,просто сумасшедшей: если нынешние технологии позволяют искусственно вызывать дождьили снег, распыляя реагенты в небе, то почему бы технологиям будущего не создаватьванильные, клубничные или шоколадные осадки? Переделанная для «изготовленияоблаков» машина — это старый фургон для мороженого на базе Leyland Sherpa 1980года. На переоборудование его под замысел дизайнеров ушёл не один месяц ручной работы(фото ha++/flickr.com).
Идея облака-мороженого родилась у двух студенток после того,как отделение «Дизайна взаимодействий» (Design Interactions) Королевскогоколледжа искусств посетил учёный Ричард Джонс (Richard Jones), специалист по нанотехнологиям,бывший советник британского правительственного агентства по инжинирингу и естествознанию(EPSRC).
Вдохновлённые перспективами нанотехнологий и огорчённые массойпрепятствий на пути к их триумфу, девушки задумали смешать наивную фантазию с передовымиразработками.
Цепочка рассуждений была примерно такова: если делать мороженоепри помощи жидкого азота (быстрая заморозка), получается очень «гладкая»система с частицами нанометровых размеров. В то же время известно, что различныенаночастицы могут применяться в качестве центров кристаллизации в опытах с управляемойпогодой (в свою очередь способных влиять на климат).
Так почему бы не соединить оба подхода? Что если распылять ватмосфере смесь жидкого азота с мороженым, наполненным «спроектированными»наночастицами? Получится мороженое-облако, пойдёт с неба снег из мороженого?
Точных ответов на эти вопросы нет. Как замечает Мейнард, междуидеей и работающей технологией — пока ещё большая пропасть. Но зато уже создан фургончикс мороженым, показывающий прообраз такой системы. Недавно он был представлен навыставке работ выпускников Королевского колледжа искусств в Лондоне Design InteractionsShow 2009.
Мощный водяной распылитель на крыше фургончика — это прототип«облакоделательной машины» ближнего радиуса действия. Его окружают«ракеты», которые гипотетически можно запускать высоко в небо, создаваятам облака из мороженого. Подставлять язык под эту струю ещё рано, но, утверждаютспециалисты, в замысле облаков из мороженого нет ничего противоречащего науке (фотоha++/flickr.com).
Не спешите разочаровываться. Да, настоящих ванильных облаковещё нет. Клубничных и шоколадных — тоже. Но Зои и Кэтрин раздавали прохожим (а такжесвоим друзьям и приглашённым учёным) самое настоящее мороженое, сделанное тут жев машине. За поеданием сладостей следовали беседы о воздействии современных технологийна нашу жизнь.
Это и было главным в затее — фургон, как мечта из детства и магнит,выступал «центром кристаллизации» для дискуссий. Автомобиль служил инструментомдля устранения пропасти между специалистами, знакомыми с теми же нанотехнологиямине понаслышке, и обычными людьми, черпающими знания, по большей мере, из жёлтойпрессы, нередко представляющей перспективные отрасли знания (не только нанотехнологии,но, к примеру, генную инженерию) как нечто «ужасное», что «всех наспогубит».
«А может быть, спасёт?» — рассудили авторы «Облака».
Не зря многие учёные сейчас оценивают возможности науки в областигеоинжиниринга — воздействия на окружающую среду с целью коррекции нежелательныхпроцессов. Все эти планы ещё нуждаются в многократной перепроверке, но важно говоритьо них, спорить, обсуждать.
Стоит ли засеивать океан питательными веществами, которые стимулируютрост бактерий, поглощающих углекислый газ? Можно ли попробовать выбрасывать в атмосферунаночастицы, меняющие альбедо планеты так, чтобы замедлить потепление?
Другая сторона тех же технологий — создание доступной для миллиардоввысокопитательной пищи. Должны ли тут люди полагаться на генетически изменённыеорганизмы, сулящие множество преимуществ в данной отрасли?
Генная инженерия пригодилась бы и для создания облаков из мороженого.Пападопоулу и Крамер вспомнили, что в реальном процессе образования осадков важнуюроль играют бактерии Pseudomonas syringae (мы рассказывали об этом открытии).
На поверхности их мембран есть белок, провоцирующий кристаллизациюводы. Ген, отвечающий за его синтез, можно было бы выделить и перенести в SaccharomycesCerevisiae — пивоваренные дрожжи — то есть грибки, широко используемые в пищевойпромышленности.
Далее к будущим ядрам кристаллизации следует добавить молочныепротеины и ароматизаторы. К примеру, за вкус клубники отвечают 360 летучих соединений,сообщают британские новаторы, но достаточно взять шесть основных (вроде фуранеола,этил-бутаноата и других), чтобы получить близкое подобие. Капсулирование определённыхвеществ бактериями — реально с точки зрения всё той же нанотехнологии. Результатзасеивания облаков такими проектированными микроорганизмами — появление снега совкусом клубничного мороженого. В теории, во всяком случае.
/>
Гипотетическая технология создания облаков из мороженого. Слева:подборка ароматических соединений, отвечающих за вкус клубники. Справа: этапы созданияпроектированных центров кристаллизации.1 — бактерии Pseudomonas syringaeкак естественные «ядра», способные вызывать осадки, 2 — ген белка, отвечающегоза кристаллизацию льда, переносится в дрожжи, 3 — организмы дополняются молочнымибелками и ароматизаторами, 4 — выброс культуры в небе вызывает снег из мороженого(иллюстрации Cloud Project).
Фургончик Зои и Кэтрин — является одним из пробных шаров, которыйможет подсластить приход нанотехнологий в массы. Или предупредить об опасности экспериментовс природой без должной «разведки».
Эта двойственность — то, что привлекло в проект Мейнарда. Онговорит, что геоинжиниринг позволяет средствами нанометрового «калибра»воздействовать на Землю в мегамасштабе. И что реальное применение таких технологий- это своего рода проверка человечества на зрелость.
В то же время учёные должны помнить, что если какая-то гипотезаоказалась ошибочной, а на её основе уже развернули «боевые действия»(не важно, против глобального потепления или массового голода), у людейостанется не так уж много возможностей «перемотать плёнку назад» иначать всё заново. И после этого назовёте вы облака из мороженого пустойзабавой?