I dag inviterer vi vores læsere til at se ind i fremtiden. Vi vil fortælle dig om videnskabelige eksperimenter, der kan ændre vores liv til det bedre i de kommende årtier. Meget snart vil vi kunne nyde frugterne af denne videnskabelige forskning.
Implantering af chips i den menneskelige krop
Denne enhed blev opfundet på NASA Research Center i Californien. Det er en carbon nanorør, der kan implanteres under huden.
Forestil dig en "smart" mikrokapsel, syet i den menneskelige krop, som indsprøjter en medicin, der er vital for et individ, i blodet på det rigtige tidspunkt og i de rigtige doser. En sådan tilpasning kan redde hundreder af tusinder af syge mennesker, der konstant har brug for at tage medicin. For eksempel, hvis celler på Langerhans-øerne fra bugspytkirtlen, som normalt producerer insulin, anbringes i nanorør, kan de bruges til behandling af diabetes.
En af ændringerne af en sådan enhed er planlagt at blive implanteret i astronauter. Ideen er, at nanorør indeholder biologisk materiale (levende celler), der for eksempel reagerer på en stigning i stråling fra solens lysbrænding og frigiver et medikament, der beskytter astronautens krop. Cellerne i nanorørene kan genetisk manipuleres til at producere de krævede stoffer som reaktion på miljøændringer.
Beskyttelse af en person mod stråling kan for eksempel proteinet G-CSF - et stof, der allerede bruges til strålebehandling af kræftpatienter. Carbon-nanorør skal have porer, der tillader celler at vokse og opdele, og der kan frigives medikamenter i værten. Kapslerne testes nu på dyr. Men i den nærmeste fremtid vil forskere gå videre til eksperimenter med frivillige.
Salgsfremmende video:
Maskiner, der absorberer kuldioxid fra atmosfæren
De kommende klimaændringer på planeten er længe blevet drøftet på alle niveauer i samfundet. Den vigtigste årsag til den globale opvarmning er kuldioxid, der produceres i store mængder af industrianlæg og transportsystemer over hele verden. Det canadiske firma Carbon Engineering håber at gøre en forskel ved kemisk at udvinde denne gas fra atmosfæren. Enheden, der er opfundet af virksomhedens specialister, kan suge luft ind og føre den gennem en hydroxidopløsning. Som et resultat heraf forvandles kuldioxid til et fast kuldediment - kuldioxid. Og det kan allerede bruges til industrielle formål eller blot begraves i jorden.
Denne maskine blev testet sidste år og kørte i 500 timer med succes at udtrække kuldioxid fra luften. Det næste eksperiment vil vare i flere tusinde timer. Ingeniører er interesseret i, hvordan enheden vil reagere på forskellige vejrforhold.
Virksomheden håber at udvikle en kommerciel pilot i 2013. Hvert af modulerne på enheden vil ligne et kæmpe køletårn i et atomkraftværk og vil kunne udtrække 1 million ton kuldioxid fra atmosfæren om året. Vores civilisation producerer årligt 30 milliarder ton af denne gas, det vil sige, det tager arbejdet med 30 tusind moduler for fuldstændigt at neutralisere menneskets indflydelse på klodens klima.
Løsning af superledere
Superledere er fremtiden for transmission og opbevaring af elektricitet. Disse materialer har meget lav, næsten nul modstand. De kan bruges til at fremstille kabler og batterier til elsystemer. Men problemet er, at alle i øjeblikket kendte superledere kun er sådanne ved meget lave temperaturer: mindre end - 163 ° C. Derfor skal de køles og være godt isoleret, hvilket i sig selv er meget dyrt. Det kræves at finde materialer, der er superledende ved højere temperaturer. Og dette er allerede inden for kvantefysikens kompetence og dens komplekse love om subatomære partiklers opførsel. Løsningen på problemet er uden for moderne computere. Men forskere ved US National Institute of Standards and Technology har udviklet en "kvantestimulator" - et computersystem, derhvilket vil hjælpe forskere med at planlægge og stimulere interaktioner mellem kvantepartikler og blot læse information om resultaterne af disse interaktioner. Det vil således være muligt at sammenligne kendte superledere med andre materialer og kigge efter en passende blandt dem.
Oprettelse af en samlet model af alle love og fænomener i fysik
Standardmodellen for partikelfysik er i øjeblikket det bedste system til at forstå opførelsen af subatomære partikler af stof. Det kan imidlertid ikke forklare tyngdekraften og universets udvidelse, der forekommer med en stigende hastighed. Oprettelsen af en enkelt model, der dækker alle kendte fysiske fænomener i naturen, vil være et slående gennembrud inden for videnskaben, der kan sammenlignes med udviklingen af kvanteteori. Lasere, mikroelektroniske enheder, ultrapræcise ure arbejder nu på basis af kvanteteori, der er oprettet uoprettelige koder, det vil sige mange ting, som ikke engang blev tænkt på, før teorien blev formuleret.
Hvordan kan virkeligheden omkring os afvige fra forudsigelserne om standardmodellen? Svaret vises efter eksperimenter udført på Large Hadron Collider - en kæmpe partikelaccelerator. Han arbejder med store energier. der er en kollision af partikler - protoner. Kollisionen mellem elektroner og positroner vil være mere lovende, da man i dette eksperiment kan indstille og ændre energien ved hver kollision og studere enklere sluttilstande. Men disse partikler kan ikke accelereres i en cirkel, da de i dette tilfælde giver deres energi i alle retninger. Dette fænomen er kendt som synkrotronstråling. Løsningen ligger på overfladen: du skal accelerere dem i en lige linje ved hjælp af en lineær accelerator. Det er netop en sådan struktur, der er planlagt opført i den nærmeste fremtid. Dens længde vil være 50 kilometer. Det kan bygges i Japan,Amerika, Schweiz eller Rusland.
Alzheimers sygdom på petriskåle
Der er i øjeblikket 26 millioner mennesker med Alzheimers sygdom i verden. Dette er mere end befolkningen i hele Australien. Der er 800.000 sådanne patienter i England. Disse tal forventes at fordobles i 2050. Årsagen til sygdommen er stadig ukendt, og der er ingen effektiv behandling. Patienter kan kun forbedre deres livskvalitet lidt. For at undersøge sygdommen er der brug for prøver af en levende persons hjernevæv, men af åbenlyse grunde er det umuligt at få dem. Og i dette tilfælde er det nytteløst at eksperimentere med dyr, fordi kun mennesker er modtagelige for denne sygdom. Derfor er det vanskeligt at overvurdere betydningen af arbejdet for to uafhængige forskergrupper fra University of Cambridge og Californien. De var i stand til at dyrke hjerneceller på laboratoriet og observere udviklingen af Alzheimers sygdom lige på petriskåle. Formået at finde ud af detat sygdommen begynder med en gradvis ophobning af små cellulære abnormaliteter. Forskere tog hudceller fra patienter i hvis familie der var patienter, hvorfra de modtog stamceller, der kan forvandles til andre, for eksempel hjerneceller. De studerer effekten af forskellige stoffer for at finde midler til at stoppe udviklingen af sygdommen. Forskerne håber på en vellykket afslutning af projektet i de næste tre til fem år.
Søg efter udenjordiske civilisationer
Siden 1995, da den første stjerne svarede til Solen med de omkringliggende planeter - 51 Pegasi og dens planet Bellerophon - blev opdaget, begyndte astrofysikere at studere omkring 760 planeter for at eksistere en civilisation på dem. Det viser sig, at disse planeter, der er omtrent samme afstand fra deres solskin som Jorden fra deres stjerne, modtager meget mindre lys og varme fra dem.
Astrofysiker og professor ved University of Colorado Webster Cash foreslog en "stjernedimmer" -enhed - et specielt rumfartøj, der kan blokere lys fra en stjerne, så teleskopets følsomme instrumenter kan studere enhver planet. Dette vil muliggøre spektroskopisk undersøgelse af lys fra disse planeter for at bestemme deres kemiske sammensætning og tilstedeværelsen eller fraværet af en atmosfære. Du kan også finde ud af, om der er vanddamp omkring planeterne. Den vigtigste biomarkør, det vil sige et stof, der taler om tilstedeværelsen af liv, er ilt. Dette er, hvad forskere forsøger at finde.
Udvikling af nye motorer til rumfartøjer
At lancere et rumfartøj i Jordens bane er en temmelig vanskelig opgave. I dette tilfælde skal rumfartøjets hastighed være 25 gange lydens hastighed. Dette kræver en flertrins hulk med en stor mængde brændstof om bord, som, hvis det ved et uheld eksploderer, vil ligne eksplosionen af en lille atombombe. Ud over denne fare er der også et økonomisk problem. En sådan flyvning koster titusinder af dollars pr. Kg last i raketten. Men denne situation kan snart ændres.
Det britiske selskab Reaction Engines har designet et genanvendeligt ubemandet rumfartøj Skylon uden de ovennævnte ulemper. Nøglen til succes med dette projekt er udviklingen af en helt ny SABER-rummotor, der kan fungere i to tilstande: en jet (gasturbin) -motor og en raketmotor.
Det vigtigste brændstof til det er brint, og ilt er det oxiderende middel. Under start og landing kommer ilt ind i motoren direkte fra atmosfæren. Og efter at have gået ud i rummet, vil de interne tanke med oxidationsmidlet komme i spil. Hovedkomponenterne i den nye motor er nu skabt og forberedes til omfattende test. I tilfælde af succes og gennemførelse af projektet vil omkostningerne ved at lancere rumfartøjer i Jordens bane falde med 15-50 gange. Den maksimale nyttemasse, som Skylon kan levere til rummet, vil være 12-15 ton i en højde på 300 kilometer og 9,5-10,5 ton i en højde på 460 kilometer.
Dyrkning af "superhvede"
For at fodre jordens befolkning kræves landbrugsjord med et areal på størrelse med Sydamerika. Forskere forsøger at finde mere effektive måder at få mad på. Eksperter fra Wheat Yield Consortium mener, at en måde at tackle dette problem på er at opdrætte "superhvede", en modificeret plante for at producere mere spiselig biomasse. Målet med udviklingen er at øge udbyttet med 50% over 25 år. Men hvordan? Ved at øge effektiviteten af fotosyntesen. Fotosyntese er en proces i planter til dannelse af organisk stof fra kuldioxid og vand i lyset med deltagelse af fotosyntetiske pigmenter (klorofyll i planter, bakteriochlorophyll og bakteriorhodopsin i bakterier). Det er planlagt at øge effektiviteten af denne proces ved at påvirke en af enzymerne,som er ansvarlig for den første fase af fotosyntesen - kulstoffiksering. Her kan du bruge både biokemiske og genetiske metoder. Projektet er stadig dårligt finansieret, men de første eksperimenter er allerede begyndt i Mexico.
Oprettelse af sikre atomkraftværker
I 1954 blev verdens første atomkraftværk bygget i Obninsk. Atomenergi er siden blevet hyldet som en uudtømmelig energikilde for fremtiden. Efter de velkendte begivenheder i Tjernobyl og Fukushima blev det imidlertid klart, at sådanne kraftværker udgør en enorm fare. I forbindelse med dette problem udvikles et projekt kaldet ITER (ITER) - verdens største termonukleare reaktor, som nu er ved at blive bygget i Frankrig ved fælles bestræbelser fra Den Europæiske Union, Indien, Kina, Sydkorea, Rusland, USA og Japan. En termonuklear reaktor er meget sikrere end en atomreaktor med hensyn til stråling. Mængden af radioaktive stoffer, der anvendes i den, er relativt lille. Den energi, der kan frigives som følge af en ulykke, er også lille og kan ikke føre til ødelæggelse af reaktoren. Reaktorens design er sådan, at der er naturlige barrierer i den,at forhindre spredning af radioaktive stoffer. Ikke desto mindre blev der ved design af ITER meget opmærksom på strålingssikkerhed - både under normal drift og under mulige ulykker. Energien deri produceres ved fusion af deuterium og tritiumkerner (isotoper af brint med ekstra neutroner). Dette brændstof er sikkert, da der ikke er nogen kædereaktion, når du bruger det. Som et resultat forekommer ingen langvarig radioaktiv forurening. Der er desuden meget deuterium i havvand, og tritium opnås let fra lithium. Energien deri produceres ved fusion af deuterium og tritiumkerner (isotoper af brint med ekstra neutroner). Dette brændstof er sikkert, da der ikke er nogen kædereaktion, når du bruger det. Som et resultat forekommer ingen langvarig radioaktiv forurening. Der er desuden meget deuterium i havvand, og tritium opnås let fra lithium. Energien deri produceres ved fusion af deuterium og tritiumkerner (isotoper af brint med ekstra neutroner). Dette brændstof er sikkert, da der ikke er nogen kædereaktion, når du bruger det. Som et resultat forekommer ingen langvarig radioaktiv forurening. Der er desuden meget deuterium i havvand, og tritium opnås let fra lithium.
Maskiner, der kan redigere DNA
Muligheden for at ændre humant DNA har længe besat videnskabsfolk og læger rundt om i verden. Siden det blev kendt om afhængigheden af forskellige sygdomme af sekvensen for genomet til en levende organisme, er mange genetiske, genteknologiske og biokemiske undersøgelser blevet udført for at udvikle behandlingsmetoder ved anvendelse af ændringer i DNA. Begyndelsen på mange opdagelser inden for biologi er forbundet med bakterier. Dette er relativt enkle væsener, hvor mange grundlæggende processer, der forekommer i den menneskelige krop, er repræsenteret. Allerede nu gennemføres industriel syntese af medicinske stoffer med deres hjælp. For at mikrober skal tjene en person, som han har brug for, har forskere lært at foretage passende ændringer i deres DNA. Sådanne eksperimenter kræver dog meget tid, kræfter og udgifter og er ikke altid vellykkede.
I den nærmeste fremtid vil det amerikanske selskab LS9 give befolkningen billig brændstof, medicin og måske endda mad. Alt dette vil blive produceret i bioreaktorer baseret på billige råvarer - forskellige organiske affald, træflis og så videre. En af projektlederne, George Church, udviklede sammen med sine kolleger en ny tilgang til at få mikroorganismer med de krævede egenskaber. Den nye teknologi kaldes MAGE (Multiplex-automatiseret genomisk engineering), det vil sige "multiplicerautomatiseret genomisk engineering". Det er baseret på en ny enhed, der godt kan kaldes en "evolution machine".
Det giver dig mulighed for at foretage 50 ændringer i bakterie-DNA på samme tid, det vil sige at kontrollere 50 varianter i et eksperiment. Og når valget er så stort, er det lettere og hurtigere at finde det, du har brug for. Forskere er nu på udkig efter "brændstof" -mikrober, der vil syntetisere forskellige blandinger af kulbrinter, svarende til sammensætning som bilbrændstof. Den første sådan eksperimentelle facilitet blev lanceret sidste år i San Francisco, og den beskæftiger allerede første generation af bakteriekemikere. Fra sukkerrør producerer de hundreder af liter biobrændstof om ugen. Dette brændstof er krystalklart og opfylder internationale standarder.
Udviklerens forfattere mener, at princippet om hurtig acceleration i maskinen vil gøre det muligt at få sådanne modificerede bakterier, som i store mængder vil syntetisere billige næringsstoffer og forskellige lægemidler.
LS9-projektleder Bill Haywood er optimistisk: "Vi vil helbrede verden." Jeg vil virkelig tro, at det vil være sådan.
Magazine: Hemmelighederne fra det 20. århundrede №41. Forfatter: Irina Bakhlanova