«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 10 (17)

ПРЕСС-ЦЕНТР

Создан рекордный полимер для искусственных мыши

Ученые-робототехники, биологи и медики многих стран ищут способы создания искусственных мускулов для роботов и протезов. Одним из перспективных классов материалов являются электроактивные полимеры (electroactive polymer — ЕАР). На снимке: один из роботов, искусственные мускулы которого построены из ЕАР.

Ученые из университета Северной Каролины Ричард Спонтак, Тушар Гхош и Рави Шанкар создали новый материал для искусственных мускулов. Аля создания таких мускулов часто используют электроактивные полимеры. Один из таких ЕАР и решили усовершенствовать американские ученые.

“Наш материал является оригинальной смесью самоорганизующегося (на молекулярном уровне) полимера (блоксополимера) и олигомера", — говорит Спонтак. Главные преимущества такого "микса": небольшая цена, легкость и высокая прочность материала. "Преимущество нашего подхода в том, что мы тщательно подбираем смесь различных составляющих для получения материала с заданными (и самыми различными) свойствами", — добавляет Спонтак. Ученые утверждают, что их материалы проявляют большое растяжение (больше 200 %) при приложении значительно небольшого электрического поля (менее 40 вольт на микрометр). Его эффективность преобразования энергии электрического поля в механическую работу превышает 90 % (пока что это максимальное достижение в данной области) и при этом не теряет свои свойства даже после множества циклов работы ”, — добавляет Гхош.

Такие материалы могут быть использованы при создании небольших летающих и ползающих механизмов, "реагирующих" тканей, управляемых катетеров, различных микронасосов и прочих биомедицинских устройств, других образцов техники.

Геологи нашли алмазы в древнейшем цирконе

Лучшие друзья женщин — это, ясное дело, бриллианты. Но такими алмазами внутри древнего кусочка циркона им вряд ли захочется подружиться: размер самых крупных не превышает 70 микрометров.

Самые древние в мире алмазы обнаружили исследователи из группы под руководством Мартины Меннекен — геолога из университета Мюнстера. Возраст бесценной находки, по их данным, составляет 4,3 миллиарда лет. Возраст нашей планеты оценивается ориентировочно в 4,6 миллиарда лет. Однако науке мало известно о том, что происходило с ней более 4 миллиардов лет назад. Чтобы узнать подробности об этом раннем периоде земной истории, ученые нередко исследуют кристаллы древнейшего минерала циркона, сформировавшиеся в то время. Циркон заинтересовал и Мартину Меннекен, но она решила изучать не сам минерал, а микроскопические включения в нем.

Среди включений в кристаллах циркона, найденных в австралийском горном массиве Джек-Хиллс, ученые обнаружили крошечные алмазы. С помощью существующих методов исследователи без труда смогли датировать циркон, определив, что возраст образцов, с которыми они работали, составляет от 3,1 до 4,3 миллиарда лет. Следовательно, возраст включенных в них алмазов должен быть не меньше.

В земной коре алмазы возникают при сильном давлении, это значит, что они находились на глубине 100–150 километров. А это свидетельствует о том, что во время более 4,3 миллиарда лет до нас кора была подвижной (так как находка была сделана на значительно меньшей глубине). До сих пор мнения о тектонической активности плит того времени придерживались лишь немногие ученые.

Меннекен предполагает, что все эти алмазы возникли 4.3 миллиарда лет назад, а затем по какой-то причине на протяжении долгого времени примешивались к циркону.

Инженеры научили микросхемы питаться теплом рук

Германские ученые полагают, что мы вполне можем поделиться с мобильной электроникой толикой своей энергии.

Специалисты из германского института интегрированных схем Фраунгофера придумали новую стратегию использования источника даровой энергии в электронных схемах и опробовали ее в деле.

Принцип термоэлектрических генераторов известен очень давно. Но непросто бывает придумать, во-первых, как сделать такой генератор более эффективным, легким и компактным. А во-вторых, — как применить такой генератор наиболее оптимальным образом. Новый полупроводниковый приборчик из Германии, несмотря на солидные размеры и массу, имеет существенно большую мощность: от руки человека он получает 2 милливатта. Такой мощности явно недостаточно, чтобы питать ноутбук, но как сказано в пресс-релизе института, авторы новинки видят несколько иное ее применение. Во-первых, это медицинские датчики и имплантаты, питаемые теплом тела пациента. Во-вторых, новый генератор может питать различные датчики в технических устройствах (выдающих немало бросового тепла), на транспорте и так далее.

От маленьких термогенераторов, да еще на столь небольшой разнице температур, что существует между телом человека и окружающей средой (несколько градусов), нельзя получить большое напряжение (в опытах с новым прибором оно составило около 200 милливольт). Современные же микросхемы требуют рабочего напряжения, по крайней мере, в 1 вольт, а чаше все 2 вольта и выше. Перетасовав по-новому элементы опытной микросхемы, специалисты заставили ее работать при напряжении 200 милливольт. Так что эта схема смогла питаться только от тепла тела человека и не требовала батареи. Далее авторы опытов еще поработали над этой схемой, переведя ее на питание от источника и вовсе с напряжением в 50 милливольт.

Исследователи считают, что в будущем подобные, специально созданные, микросхемы в различных портативных устройствах будут прекрасно обходиться энергией термогенератора, питаемого от тепла тела человека, причем для создания требуемого рабочего напряжения им будет достаточно перепада температур всего в 0.5 градуса.

Ученые нашли причину различия формы лица людей и неандертальцев

Модель неандертальца, экспонируемая в Германии

Антрополог Тимоти Уивер из университета Калифорнии и его коллеги из США и Британии нашли ответ на вопрос о причине сильного различия в строении черепа (в частности — лица) между неандертальцами и людьми. И хотя в прошлом году были расшифрованы десятки генов неандертальца, тайн тут остается немало. Например, загадка сильного отличия в форме черепа и, соответственно, лица — более плоского у человека разумного и более выступающего вперед — у неандертальца. Эту загадку ученые пытались разрешить 150 лет, выдвигая “разумные", с точки зрения эволюции, версии о причинах такого отличия. Ответ, найденный Уивером и его коллегами, звучит гениально просто: "А просто так случилось". Но не спешите смеяться — исследователи обосновали версию, что данное отличие — игра случая, генетического дрейфа, а не результат работы естественного отбора.

Группа Уивера сравнила замеры черепа (по 37 параметрам) у 2524 современных людей из 30 разных популяций и у 20 неандертальцев, а затем сопоставила результаты с генетической информацией от 1056 современных людей из 52 популяций. Используя методы статистической обработки, Уивер доказал, что все наблюдаемые различия в черепах прекрасно объясняются одними лишь случайными колебаниями в распространенности разных вариаций генов, "приключившимися" с людьми и неандертальцами за те 500 тысяч лет, что отделяют нас от точки, в которой два данных вида разделились на эволюционном древе жизни.

Только хороший спортсмен убежит от тираннозавра

Биологи назвали тираннозавра увальнем

Вильям Селлерс и Филлип Мэннинг из университета Манчестера составили самую совершенную, компьютерную модель бега тираннозавра (Tyrannosaurus rex).

Авторы работы сосредоточили основное внимание на плотоядных динозаврах, бегавших на двух ногах. Британские исследователи утверждают, что их модель динамики движений вымерших ящеров — первая, которая не базируется на аналогах из современного животного мира, а опирается на детальные параметры сохранившихся окаменелостей. В результате получилась полностью динамическая модель нескольких древних ящеров, которые "забегали" по экрану компьютера без помощи мультипликации. Бег автоматически получается благодаря анатомической информации, заложенной в модель, и работе программы, которая ищет самую лучшую последовательность активации мускулов, чтобы найти максимальную скорость животного.

Так оказалось, что тираннозавр мог разгоняться до 8 метров в секунду (примерно 29 километров в час) — большую, чем способен развивать на поле среднестатистический тренированный футболист, не говоря уж об обычном человеке. Кроме того, исследователи обнаружили, что самый быстрый динозавр — это Compsognathus — хищник размером с современную курицу. Он разгонялся до 18 метров в секунду (64,8 километра в час). Движения динозавров, вычисленные компьютером, оказались совсем не такими, как движения у бегущих курицы, страуса или человека. Что логично, рассудили экспериментаторы, поскольку динозавры и должны двигаться “как динозавры".

Найдена живая бактерия возрастом полмиллиона лет

Эске Виллерслев собирает образцы почвы, находящиеся в условиях вечной мерзлоты на Юконе, Канада

Интернациональная команда ученых под руководством профессора Эске Виллерслева из университета Копенгагена обнаружила древнюю бактерию, которая содержит действующую ДНК и показывает даже некоторый метаболизм. Это самый старый из живущих ныне организмов, считают его исследователи. Открытие было сделано в ходе изучения почв в условиях вечной мерзлоты (в северо-западной Канаде, северо-восточной Сибири и Антарктике). Все клетки со временем разрушаются, отчасти в этом и состоит процесс старения организма. И хотя живые организмы способны регенерировать и восстанавливать поврежденные клетки, не всем удается заметно притормозить процесс старения и существенно оттянуть момент смерти. Несколько таких долгоживущих организмов были найдены в ходе нынешнего исследования.

Найденная рекордная бактерия сумела регулярно восстанавливать повреждения в своей ДНК на протяжении почти 500 тысяч лет. И, как считают ученые, в условиях вечной мерзлоты такой "талантливый" одноклеточный организм способен прожить и до 600–750 тысяч лет, прежде чем окончательно "выйдет из строя". Изучение таких организмов может помочь нам в понимании того, как клетки стареют, разрушаются и умирают. Ученые надеются, что анализ жизнедеятельности бактерий, которые были заморожены в течение миллионов лет (но при этом оставались живыми), а также исследование их ДНК, поможет им и в решении вопроса о жизни на Земле.

Сделан еще один шаг к космической солнечной электростанции

Опытная установка для проверки преобразователя света. Слева — мощная лампа, подражающая солнечному излучению в открытом космосе

Идея сбора солнечной энергии в космосе и транспортировки ее на Землю по лазерному лучу сама по себе не нова. Однако при создании подобного комплекса необходимо решить ряд проблем, и одна из них — эффективность преобразования падающих солнечных лучей в энергетический луч, направляемый на Землю. Недавно физики из университета Осаки создали необычный керамический материал, содержащий хром и неодим. Пластина из этого материала преобразует падающий свет (то есть — широкий солнечный спектр) в лазерный луч с необычайно высокой эффективностью — 42 %, что примерно в 4 раза выше, чем в предыдущих опытах.

Ученые считают, что данный преобразователь сыграет ключевую роль в японском проекте геостационарной солнечной электростанции SSPS, которую намечено запустить в космос к 2030 году. Окончательный проект такой станции еще не готов, но японцы утверждают, что спутник с солнечным коллектором размером 100 на 200 метров мог бы переправлять на Землю достаточно мощный и слабо расходящийся луч, который преобразовывался бы в электричество. Выходная мощность такой станции составляла бы 1 гигаватт. Кстати, на подобной же станции свет с орбиты мог бы преобразовываться не в электричество для сети, а в "зеленое" топливо — водород (из воды).

Запуск и развертывание столь крупного космического аппарата — сложная и дорогая задача. Зато связка геостационарный спутник — наземная станция работала бы круглосуточно. И даже облака ей бы мешали не особенно сильно, поскольку в пятне от лазерного луча освещенность была бы значительно выше естественной.

Cassini подлетел к Япету на минимальное расстояние

Один из новых снимков: таинственная горная цепь (стена Япета) тянется более чем на тысячу километров

Cassini завершил пролет около Япета, таинственной луны Сатурна, приблизившись к ней всего на 1640 километров. Во время пролета Cassini сделал многочисленные снимки, на которых отчетливо запечатлены многочисленные детали поверхности. На протяжении 21 минуты с начала передачи данных на Землю аппарат работал в безопасном режиме. Это связано с тем, что часть аппаратуры подверглась повышенному воздействию космического излучения и была временно выключена для предотвращения возможной поломки. В этом состоянии почти вся техника на борту отключается, и работают только приборы, отвечающие за трансляцию важной информации на Землю.

Пока что доступны только "сырые" снимки» которые не были подвергнуты обработке.

Обнаружено искажение пространства-времени нейтронной звездой

Нейтронные звезды обладают гравитацией, превышающей земную примерно в 300 тысяч раз

Очередное подтверждение предсказанного Эйнштейном искажения пространства-времени было получено учеными с помощью орбитальных рентгеновских телескопов XMM-Newton и Suzaku.

Нейтронные звезды обладают очень большой массой (примерно полторы массы Солнца) и обладают огромной плотностью, так как в основном состоят из тесно упакованных нейтронов. Соответственно, эти объекты очень компактны (их диаметр всего 10–20 километров), а значит, искажения пространства-времени около них могут оказаться заметными. Чтобы подтвердить эту идею, ученые из космического центра Годдарда Судип Бхаттачария и Тод Стромайер исследовали бинарную систему Serpens Х-1, состоящую из обычной и нейтронной звезд.

Астрономы захотели изучить особенности спектральных линий атомов железа, находящихся в аккреционном диске вещества, которое нейтронная звезда накручивает вокруг себя со своей соседки. Ряд предыдущих работ показал наличие линий железа в спектре вещества вокруг нейтронных звезд.

Используя данные рентгеновского телескопа XMM-Newton, Бхаттачария и Стромайер обнаружили, что газ вокруг нейтронной звезды движется с громадной скоростью, достигающей 40 % скорости света. При этом они выявили смещение спектральных линий железа, свидетельствующее о мощном воздействии гравитации на вещество. Подобные смещения обнаруживались ранее в материале вокруг черных дыр, а это, по словам Стромайера, свидетельствует об искажении пространства-времени. Теперь же, как говорит ученый, наука получила подтверждение аналогичного искажения вокруг нейтронных звезд.

Новое полимерное покрытие убивает бактерии

Новый полимер под электронным микроскопом

Профессор Марек Урбан и его коллеги из колледжа полимеров и высокоэффективных материалов университета Южного Миссисипи создали необычное покрытие для имплантатов и хирургических инструментов, которое убивает бактерии. Это изобретение может спасти тысячи людей. Ученые нашли способ закрепления на специальном полимере такого хорошо известного вещества, как пенициллин. Вообще, впервые исследователи показали, что антибиотики могут прикрепляться к поверхности. Правда, для этого пришлось подобрать подходящий способ модификации поверхности полимера, которая, благодаря своему особому виду, в частности высокой пористости, притягивает и удерживает антибиотик.

Тесты показали, что покрытие эффективно борется с staphylococcus aureus, одной из опасных, но при этом распространенных инфекций. А поскольку стерилизация инструментов в клиниках эффективна не на 100 %, возможность создания инструментов с новым покрытием — очень важна. Причем авторы новации подчеркивают, что новое покрытие может абсорбировать не только пенициллин, но и ряд других антибиотиков, что важно, поскольку некоторые бактерии устойчивы к пенициллину, а некоторые пациенты обладают аллергией на это же вещество, кроме того, та же технология может помочь в создании покрытий для имплантатов, которое будет предотвращать свертывание крови.

Три колбы с мутноватой водой демонстрируют бурный роста бактерий, в то время как в четвертой колбе, где плавает кусочек материала с новым покрытием, бактерий практически нет

Ожидайте в следующих номерах журнала:

* * *

* * *

На обложке: Взаимодействующие галактики NGC 4676 “Мыши” и NGC 4038 “Антенны” (на врезке).

Устройство танка Т-55

_{1. Педаль главного фрикциона; 2. Кнопка стартера; 3. Щиток КИП; 4. Маска пушки; 5. Прицел ТПН-1; 6. Осветитель Л-2; 7. Прицел ТШ2Б-22; 8. Пульт управления; 9. Казенная часть 100 мм пушки Д-10Т2С; 10. Двигатель В-55; 11. Коробка передач; 12. Выходные регулируемые жалюзи; 13. Вентилятор системы охлаждения двигателя; 14. Наружный топливный бак}

* * *

_{Журнал «Наука и техника» зарегистрирован Министерством Юстиции Украины (Св-во КВ № 12091-962ПР от 13.12.2006)}

_{УЧРЕДИТЕЛЬ и ИЗДАТЕЛЬ — Поляков А.В.}

_{ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР — Павленко С.Б.}

_{Заместитель главного редактора — Барчук С.В.}

_{Редакционная коллегия: Павленко С.Б., Поляков А.В., Кладов И.И., Мороз С.Г., Игнатьев Н.И.}

_{В журнале могут быть использованы материалы из сети Интернет.}

_{Рукописи не возвращаются и не рецензируются.}

_{Приглашаем к сотрудничеству авторов статей, распространителей, рекламодателей.}

_{Редакция приносит извинения за возможные опечатки и ошибки в тексте или в верстке журнала.}

_{Подписка на журнал принимается всеми отделениями “Укрпочты” до 10-го числа каждого месяца.}

_{Подписной индекс но каталогу “Укрпочты” — 95083. Цена по подписке в Украине на 2007 год — 7,5 грн.}

_{Подписной индекс по каталогу “Газеты, журналы” агентства Роспечати — 21614}

_{В случае обнаружения типографского брака или некомплектности журнала, просьба обращаться «редакцию.}

_{Журнал можно приобрести или оформить редакционную подписку, обратившись в редакцию.}

_{Адрес редакции: г. Харьков, ул. Плехановская, 18, оф. 502. тел. (057)7177-540, 7177-542 Адрес электронной почты: samson@kharkov.ua. Адрес для писем: 61140, г. Харьков, а/я 206.}

_{Адрес в сети Интернет: www.nauka-tehnika.com.ua}

_{Формат 60x90 Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. лист 10. Зак. № 259 Тир. 7000.}

_{Типография ООО «Беркут+». г. Харьков, ул. Плехановская, 18, оф. 501. т. (057)7-543-577, 7-177-541 «Наука и техника», 2007. № 10 с. 1–82}