Днес каним нашите читатели да погледнат в бъдещето. Ще ви разкажем за научните експерименти, които могат да променят живота ни към по-добро през следващите десетилетия. Много скоро ще можем да се насладим на плодовете на това научно изследване.
Имплантирането на чипове в човешкото тяло
Това устройство е изобретено в изследователския център на НАСА в Калифорния. Това е въглеродна нанотръба, която може да се имплантира под кожата.
Представете си "умна" микрокапсула, зашита в човешкото тяло, която инжектира лекарство, жизненоважно за даден човек, в кръвта в точното време и в правилните дози. Подобна адаптация може да спаси стотици хиляди болни хора, които трябва постоянно да приемат лекарства. Например, ако клетките на островчетата на Лангерханс от панкреаса, които обикновено произвеждат инсулин, се поставят в нанотръби, те могат да бъдат използвани за лечение на диабет.
Една от модификациите на такова устройство се планира да бъде имплантирана в астронавти. Идеята е, че нанотръбите съдържат биологичен материал (живи клетки), който реагира например на увеличение на радиацията от слънчеви пламъци и отделя лекарство, което защитава тялото на астронавта. Клетките в нанотръбите могат да бъдат генетично проектирани за производство на необходимите вещества в отговор на промените в околната среда.
Защита на човек от радиация може например протеинът G-CSF - вещество, което вече се използва при лъчетерапия на пациенти с рак. Въглеродните нанотръби трябва да имат пори, които позволяват на клетките да растат и да се делят и лекарствата да се отделят в гостоприемника. Сега капсулите се тестват на животни. Но в близко бъдеще учените ще преминат към експерименти върху доброволци.
Промоционално видео:
Машини, които абсорбират въглеродния диоксид от атмосферата
Настъпващите климатични промени на планетата отдавна се обсъждат на всички нива на обществото. Основната причина за глобалното затопляне е въглеродният диоксид, който се произвежда в огромни количества от промишлени предприятия и транспортни системи по целия свят. Канадската фирма Carbon Engineering се надява да направи разлика, като извлече химически този газ от атмосферата. Устройството, изобретено от специалистите на компанията, може да засмуква въздух и да го пропуска през разтвор на хидроксид. В резултат на това въглеродният диоксид се превръща в твърда въглеродна утайка - въглероден диоксид. И вече може да се използва за промишлени цели или просто да бъде погребан в земята.
Тази машина е тествана миналата година и работи в продължение на 500 часа, като успешно извлича въглероден диоксид от въздуха. Следващият експеримент ще продължи няколко хиляди часа. Инженерите се интересуват как устройството ще реагира на различни метеорологични условия.
Компанията се надява да развие търговски пилот през 2013 г. Всеки модул на устройството ще прилича на гигантска охлаждаща кула на атомна електроцентрала и ще може да извлича 1 милион тона въглероден диоксид от атмосферата годишно. Нашата цивилизация произвежда ежегодно 30 милиарда тона от този газ, тоест ще е необходима работата на 30 хиляди модула, за да се неутрализира напълно влиянието на човечеството върху климата на планетата.
Решаване на проблема със свръхпроводниците
Свръхпроводниците са бъдещето на пренос и съхранение на електроенергия. Тези материали имат много ниско, почти нулево съпротивление. Те могат да се използват за изработка на кабели и батерии за захранващи системи. Но проблемът е, че всички известни в момента свръхпроводници са такива само при много ниски температури: по-ниски от - 163 ° C. Следователно те трябва да бъдат охладени и добре изолирани, което само по себе си е много скъпо. Изисква се да се намерят материали, които са свръхпроводими при по-високи температури. И това вече е в компетенцията на квантовата физика и нейните сложни закони относно поведението на субатомните частици. Решението на проблема е извън силата на съвременните компютри. Но учените от Националния институт за стандарти и технологии на САЩ са разработили „квантов стимулатор“- компютърна система, коятокоето ще помогне на изследователите да планират и стимулират взаимодействията между квантовите частици и просто да прочетат информация за резултатите от тези взаимодействия. По този начин ще бъде възможно да се сравнят известните свръхпроводници с други материали и да се търси подходящ сред тях.
Създаване на единен модел на всички закони и явления във физиката
Стандартният модел на физиката на частиците в момента е най-добрата система за разбиране на поведението на субатомните частици на материята. Тя обаче не може да обясни явленията на гравитацията и разширяването на Вселената, случващи се с нарастваща скорост. Създаването на единен модел, който ще обхване всички известни физически явления в природата, ще бъде поразителен пробив в науката, съпоставим с развитието на квантовата теория. На базата на квантовата теория сега работят лазери, микроелектронни устройства, свръх точни часовници, създадени са нечупливи кодове, тоест много неща, за които дори не се е мислило, докато теорията не бъде формулирана.
Как реалността около нас може да се отклони от прогнозите на стандартния модел? Отговорът ще се появи след експерименти, извършени на Големия адронен ускорител - гигантски ускорител на частици. Той работи с големи енергии. има сблъсък на частици - протони. Сблъсъкът на електрони и позитрони ще бъде по-обещаващ, тъй като в този експеримент човек може да зададе и промени енергията на всеки сблъсък и да изучи по-прости крайни състояния. Но тези частици не могат да бъдат ускорени в кръг, тъй като в този случай те ще дадат своята енергия във всички посоки. Това явление е известно като синхротронно излъчване. Решението лежи на повърхността: трябва да ги ускорите по права линия с помощта на линеен ускорител. Именно такава структура се планира да бъде издигната в близко бъдеще. Дължината му ще бъде 50 километра. Може да бъде построен в Япония,Америка, Швейцария или Русия.
Болестта на Алцхаймер върху петри
В момента в света има 26 милиона души с болестта на Алцхаймер. Това е повече от населението на цяла Австралия. Във Великобритания има 800 000 такива пациенти. Очаква се тези числа да се удвоят до 2050 г. Причината за заболяването все още е неизвестна и няма ефективно лечение. Пациентите могат само леко да подобрят качеството си на живот. За изследване на болестта са необходими проби от мозъчната тъкан на жив човек, но по очевидни причини е невъзможно да се получат. И в този случай е безполезно да експериментирате с животни, защото само хората са податливи на това заболяване. Следователно е трудно да се надцени значението на работата на две независими групи изследователи от университета в Кеймбридж и Калифорния. Те успяха да отглеждат мозъчни клетки в лабораторията и да наблюдават развитието на болестта на Алцхаймер точно върху петри. Успях да разбераче заболяването започва с постепенно натрупване на малки клетъчни аномалии. Учените взели кожни клетки от пациенти, в чието семейство е имало пациенти, от които са получили стволови клетки, които могат да се превърнат във всякакви други, например мозъчни клетки. Те изучават ефекта на различни вещества, за да намерят средства за спиране на развитието на болестта. Изследователите се надяват на успешното завършване на проекта в следващите три до пет години.
Търсете извънземни цивилизации
От 1995 г., когато беше открита първата звезда, подобна на Слънцето с околните планети - 51 Пегаси и нейната планета Беллерофон, астрофизиците започнаха да изучават около 760 планети за съществуването на цивилизация върху тях. Оказва се, че тези планети, които са на приблизително същото разстояние от своите слънца като Земята от звездата си, получават много по-малко светлина и топлина от тях.
Астрофизикът и професор от Университета в Колорадо Вебстър Кеш предложи устройство за "звезден димер" - специален космически кораб, който може да блокира светлина от звезда, което позволява на чувствителните инструменти на телескопа да изучават всяка планета. Това ще даде възможност за спектроскопско изследване на светлината от тези планети, за да се определи техният химичен състав и наличието или отсъствието на атмосфера. Можете също да разберете дали има водна пара около планетите. Основният биомаркер, тоест вещество, което говори за присъствието на живот, е кислородът. Това се опитват да открият изследователите.
Разработване на нови двигатели за космически кораби
Стартирането на космически кораб в земната орбита е доста трудна задача. В този случай скоростта на космическия кораб трябва да бъде 25 пъти по-голяма от скоростта на звука. Това изисква многоетапен корпус с голямо количество гориво на борда, което, ако случайно се взриви, ще наподобява експлозията на малка ядрена бомба. В допълнение към тази опасност има и финансов проблем. Такъв полет струва десетки хиляди долари за килограм товар в ракетата. Но това състояние на нещата скоро може да бъде променено.
Британската компания Reaction Engines е проектирала многократно използван безпилотен космически кораб Skylon, лишен от горните недостатъци. Ключът към успеха на този проект е разработването на напълно нов космически двигател SABER, който може да работи в два режима: реактивен (газова турбина) двигател и ракетен двигател.
Основното гориво за него е водородът, а кислородът е окислителят. По време на излитане и кацане кислородът ще попадне в двигателя директно от атмосферата. И след като излязат в космоса, вътрешните резервоари с окислителя ще влязат в игра. Основните компоненти на новия двигател вече са създадени и се подготвят за обширни тестове. В случай на успех и изпълнение на проекта, цената за изстрелване на космически кораб в земната орбита ще намалее с 15-50 пъти. Максималната маса на полезния товар, която Skylon може да достави в космоса, ще бъде 12-15 тона за надморска височина от 300 километра и 9,5-10,5 тона за надморска височина от 460 километра.
Отглеждане на "супер пшеница"
За да се изхранва населението на Земята, е необходима земеделска земя с площ с големина на Южна Америка. Учените се опитват да намерят по-ефикасни начини за получаване на храна. Експертите от консорциума за пшеничен добив смятат, че един от начините за справяне с този проблем е разработването на "супер пшеница", модифицирано растение за производство на по-годна за консумация биомаса. Целта на развитието е увеличаване на добивите с 50% за 25 години. Но как? Чрез повишаване на ефективността на фотосинтезата. Фотосинтезата е процес в растенията за образуване на органична материя от въглероден диоксид и вода на светлина с участието на фотосинтетични пигменти (хлорофил в растенията, бактериохлорофил и бактериодхопсин в бактерии). Планира се повишаване на ефективността на този процес чрез въздействие върху един от ензимите, т.е.който е отговорен за първия етап на фотосинтезата - фиксирането на въглерода. Тук можете да използвате както биохимични, така и генетични методи. Проектът все още е слабо финансиран, но първите експерименти вече са започнали в Мексико.
Създаване на безопасни атомни електроцентрали
През 1954 г. в Обнинск е построена първата в света ядрена централа. Оттогава ядрената енергия е приветствана като неизчерпаем източник на енергия за бъдещето. След добре известните събития в Чернобил и във Фукушима обаче стана ясно, че подобни централи представляват огромна опасност. Във връзка с този проблем се разработва проект, наречен ITER (ITER) - най-големият термоядрен реактор в света, който сега се изгражда във Франция с общи усилия на Европейския съюз, Индия, Китай, Южна Корея, Русия, САЩ и Япония. Термоядреният реактор е много по-безопасен от ядрения реактор по отношение на радиацията. Количеството радиоактивни вещества, използвани в него, е сравнително малко. Енергията, която може да бъде освободена в резултат на авария, също е малка и не може да доведе до унищожаване на реактора. Дизайнът на реактора е такъв, че в него има естествени бариери, т.е.предотвратяване на разпространението на радиоактивни вещества. Независимо от това при проектирането на ITER се обръща много внимание на радиационната безопасност - както при нормална експлоатация, така и по време на евентуални аварии. Енергията в него ще бъде произведена чрез сливането на ядра на деутерий и тритий (изотопи на водород с допълнителни неутрони). Това гориво е безопасно, тъй като няма верижна реакция при използването му. В резултат на това не се получава дългосрочно радиоактивно замърсяване. Освен това в морската вода има много деутерий, а тритийът лесно се получава от литий. Енергията в него ще бъде произведена чрез сливането на ядра на деутерий и тритий (изотопи на водород с допълнителни неутрони). Това гориво е безопасно, тъй като няма верижна реакция при използването му. В резултат на това не се получава дългосрочно радиоактивно замърсяване. Освен това в морската вода има много деутерий, а тритийът лесно се получава от литий. Енергията в него ще бъде произведена чрез сливането на ядра на деутерий и тритий (изотопи на водород с допълнителни неутрони). Това гориво е безопасно, тъй като няма верижна реакция при използването му. В резултат на това не се получава дългосрочно радиоактивно замърсяване. Освен това в морската вода има много деутерий, а тритийът лесно се получава от литий.
Машини, които могат да редактират ДНК
Възможността за промяна на човешката ДНК отдавна е заела умовете на учени и лекари по света. Откакто стана известно за зависимостта на различни заболявания от последователността на генома на жив организъм, бяха проведени множество генетични, генно инженерни и биохимични изследвания за разработване на методи за лечение с помощта на промени в ДНК. Началото на много открития в биологията е свързано с бактериите. Това са сравнително прости същества, в които са представени много фундаментални процеси, протичащи в човешкото тяло. Вече с тяхна помощ се извършва индустриален синтез на лекарствени вещества. За да могат микробите да обслужват човек по начина, по който той има нужда, учените са се научили да правят подходящи промени в своята ДНК. Такива експерименти обаче изискват много време, усилия и разходи и не винаги са успешни.
В близко бъдеще американската корпорация LS9 ще осигури на населението евтино гориво, лекарства и може би дори храна. Всичко това ще се произвежда в биореактори на базата на евтини суровини - различни органични отпадъци, дървени стърготини и т.н. Един от ръководителите на проекта, Джордж Чърч, заедно с колегите си разработи нов подход за получаване на микроорганизми с необходимите свойства. Новата технология се нарича MAGE (Multiplex-автоматизирано геномно инженерство), тоест „мулти-автоматизирано геномно инженерство“. Той се основава на ново устройство, което може да се нарече „еволюционна машина“.
Тя ви позволява да направите 50 промени в бактериалната ДНК едновременно, тоест да проверите 50 варианта в един експеримент. И когато изборът е толкова голям, е по-лесно и по-бързо да намерите това, от което се нуждаете. Сега учените търсят микроби за "гориво", които ще синтезират различни смеси от въглеводороди, подобни по състав на автомобилното гориво. Първото подобно експериментално съоръжение беше пуснато миналата година в Сан Франциско и в него вече работят бактерии-химици от първо поколение. От захарна тръстика произвеждат стотици галони биогориво седмично. Това гориво е кристално чисто и отговаря на международните стандарти.
Авторите на разработката смятат, че принципът на ускорената еволюция в машината ще направи възможно получаването на такива модифицирани бактерии, които да синтезират в огромни количества евтини хранителни вещества и различни лекарства.
Изпълнителният директор на проекта LS9 Бил Хейвуд е оптимист: "Ще излекуваме света." Наистина искам да вярвам, че ще бъде така.
Списание: Тайните на 20 век №41. Автор: Ирина Бахланова