В будущем лёгкие, гибкие, но прочные печатные платы для компактной носимой электроники, вероятно, можно будет печатать на высушенных остатках культур, широко известных во всём мире как «комбуча», а на постсоветском пространстве как «чайный гриб». Учёные опробовали методику, позволяющую использовать этот симбиоз дрожжевого гриба и бактерий для создания электронных компонентов.

Источник изображения: Tim-Oliver Metz/unsplash.com

Для выращивания чайного или маньчжурского гриба достаточно всего лишь банки чая, сахар и культура SCOBY, представляющая собой симбиоз бактерий и дрожжей. Исследователи давно считали «чайный гриб» многообещающим биоматериалом. Ранее высушенный «гриб» пробовали использовать в качестве заменителя кожи, создавали новые виды устойчивых «живых материалов», которые, возможно, однажды можно будет использоваться в качестве биосенсоров. Новое исследование показало, что «маньчжурский гриб» можно использовать и в электронике.

По словам профессора Университета Западной Англии в Бристоле Эндрю Адамацки (Andrew Adamatzky), одного из авторов нового исследования, высушенный «чайный гриб» можно интегрировать в умные носимые устройства, что позволит расширить функциональность одежды и гаджетов. Предусмотрено объединение живой и неживой биологической материи. Ещё в 2021 году Адамацки выступил соавтором ряда исследований, посвящённых свойствам «гриба». Теперь он и его коллеги продемонстрировали возможность создания печатных плат на высушенных пластинах из этого материала.

Источник изображения: Andrew Adamatzky

Команда использовала SCOBY для выращивания тонких биоплёнок, состоящих из волокон целлюлозы, после чего высушивала их на пластиковых или бумажных пластинах при комнатной температуре. В результате получался устойчивый материал, сохранявший прочность при помещении в воду на несколько дней, а один из тестовых образцов пережил даже помещение в духовой шкаф при 200° C, хотя от открытого огня материал загорается.

Адамацки и его коллеги смогли печатать на высушенной плёнке из «чайного гриба» с помощью струйного принтера дорожки из токопроводящих полимеров, заодно опробовав альтернативный метод 3D-печати комбинацией полиэстера и меди. К биологическим печатным платам удалось даже прикрепить небольшие LED-элементы, продолжавшие работать даже после того, как основу неоднократно сгибали и растягивали.

По словам учёных, в отличие от живого «гриба», с которым приходилось работать прежде, сухой материал сам не проводит электричество и вполне может использоваться в качестве основы для печатных плат. Более того, он намного более гибкий, лёгкий и дешёвый, чем керамические и пластиковые альтернативы и может использоваться для создания носимых датчиков сердечного ритма, биосенсоров и во многих других сферах. В дальнейшем рассматривается печать рабочих систем, способных распознавать механические, оптические и, возможно, химические воздействия.

Как сообщает агентство ТАСС со ссылкой на пресс-службу «Роскосмоса», автоматическая станция «Луна-25» должна отправиться в полёт уже в середине июля текущего года. Это первая лунная миссия в истории современной России.

Источник изображения: Ganapathy Kumar/unsplash.com

Ранее старт планировался ещё в 2022 году, но был отложен и в минувшем сентябре глава «Роскосмоса» Юрий Борисов заявил о полёте в 2023 году. «Запуск космического аппарата «Луна-25» с учётом астрономического «окна» в 2023 году запланирован на 13.07.2023», — сообщают в «Роскосмосе».

По данным пресс-службы ведомства, основной проблемой в реализации нового лунного проекта, повлиявшей на график подготовки к запускам, стало то, что доплеровский измеритель скорости и дальности не соответствовал требованиям технического задания. Впрочем, уже в декабре прошлого года сообщалось, что модуль доставлен в «НПО Лавочкина», уже прошёл входной контроль и установлен на космический аппарат.

Целью проекта является отправка автоматического зонда для исследований в районе лунного южного полюса, привлекающего большое внимание и других космических держав. Ожидается посадка модуля в районе кратера Богуславского — «Луна-25» станет первым аппаратом отечественного производства на естественном спутнике Земли.

«Луна-24» была последней советской автоматической межпланетной станцией для изучения Луны, запущенной ещё в 1976 году.

Стоило ведущим академикам КНР посетовать на недостаточное финансирование фундаментальной науки, как глава государства Си Цзиньпин на заседании Политбюро КПК призвал правительство страны выделить необходимые средства, а учёным посоветовал сосредоточиться на разработке технологий, позволяющих заместить импортные.

Источник изображения: Bloomberg

Как поясняет Bloomberg, большинство заявлений товарища Си повторяли уже существующие установки политического и экономического курса КНР. По данным агентства Xinghua, «Си Цзиньпин отметил, что мир вступил в эру большой науки». По этой причине, как считает китайский лидер, «необходимо сражаться за локализацию научного и технологического оборудования, операционных систем и базового программного обеспечения».

О важности подготовки научных кадров, на нехватку которых накануне жаловались китайские академики, Си Цзиньпин говорил отдельно. По его убеждению, в КНР «необходимо создать систему национальных лабораторий с характеристиками, присущими Китаю», а также воспитывать высококвалифицированных специалистов в сфере базовых исследований. Как считает глава КНР, важно расширять применение существующей системы отбора талантливой молодёжи ещё в школе.

Несмотря на противодействие США, Китай намерен продолжать поиск партнёров для научных исследований в Европе. Руководитель китайского дипломатического ведомства Ван И (Wang Yi) на прошлой неделе обратился к представителям Франции с призывом усилить сотрудничество в технической и торговой сфере.

В Пакистан доставлены семена, побывавшие в космосе в рамках китайской миссии «Шэньчжоу-14». Их на долгое время подвергли воздействию космической радиации и микрогравитации в надежде получить растения с новыми полезными свойствами.

Источник изображения: CNSA

Как сообщает портал Space.com, в течение шести месяцев семена находились на борту китайской космической станции «Тяньгун». Известно, что Пакистан отправил семь наборов семян лекарственных растений на борту корабля «Шэньчжоу-14» в июне прошлого года. Ожидается, что космическая радиация и микрогравитация могли вызвать полезные изменения ДНК образцов. «Шэньчжоу-14» и его команда вернулись на Землю 4 декабря прошлого года. 8 февраля в столице Пакистана Исламабаде прошла церемония празднования возвращения семян на Землю.

Предполагается, что новые семена помогут вывести сорта растений, более устойчивых к воздействию окружающей среды. Пакистанские учёные планировали одновременно высадить «космические» и обычные семена для проведения сравнительных исследований, связанных с генетикой и динамикой роста образцов. Известно, что сам Китай довольно давно занимается подобными экспериментами в попытке «сконструировать» растения с новыми свойствами — более урожайные и способные адаптироваться к природным условиям.

Источник изображения: YouTube/New China TV

Эксперимент стал примером международного сотрудничества на станции «Тяньгун», где в обозримом будущем планируется расширить международную экспериментальную программу с участием ООН. Кроме того, Пакистан уже заявлял о намерении отправить на станцию своих астронавтов, хотя реализацию подобного проекта ещё должна подтвердить и китайская сторона. Известно, что, несмотря на совместные тренировки в последние годы, Европейское космическое агентство (ESA) не намерено отправлять своих астронавтов на «Тяньгун» в обозримом будущем.

Хотя работать в Антарктиде очень нелегко, регион является неисчерпаемым источником научных открытий. В частности, это одно из лучших мест для «охоты» на метеориты, и недавно сразу пятёрка инопланетных камней была обнаружена исследователями ледяных просторов.

Источник изображений: Мария Вальдес/Филдовский музей

Причиной того, что искать метеориты в Антарктиде получается весьма плодотворно, являются местные природные условия. По сути, Антарктида представляет собой огромную ледяную пустыню, где сухой климат ограничивает вероятность выветривания метеоритов. Международная команда после относительно непродолжительных поисков вернулась сразу с пятью новыми образцами, один из которых весит 7,6 кг.

Помимо сухого воздуха, помогает и местный ландшафт, буквально идеальный для охоты — тёмные камни из космоса великолепно видны на фоне бескрайних снежных полей. Даже когда метеориты утопают в снегу, движение ледников под ними не позволяет опуститься слишком глубоко, поэтому они почти всегда находятся либо на поверхности снежных полей, либо рядом с поверхностью.

По словам исследователя Филдовского музея естественной истории и Чикагского университета Марии Вальдес (Maria Valdes), только за последний век из Антарктики привезли порядка 45 тыс. метеоритов, и только около сотни из них — аналогичного или большего размера, чем крупнейший образец, найденный экспедицией. Впрочем, учёная утверждает, что, в случае с метеоритами, размер не особенно важен, поскольку исключительную ценность в данном случае может представлять даже объект буквально микроскопического размера. Впрочем, большие метеориты находятся редко и это действительно интересное событие.

В миссии принимали участие четверо учёных, преимущественно из Европы. Исследовались потенциальные места падения небесных тел, выявленные после анализа спутниковых снимков. Хотя путешествие приурочили к антарктическому лету и поиски состоялись в конце декабря, температура в регионе исследований составляла порядка -10 °C. Хотя в некоторые дни «в Чикаго было холоднее, чем в Антарктиде», поиск на снегоходах днями напролёт и походы по ледяным полям с последующим сном в палатках обеспечивали работу на износ.

Пять метеоритов, найденных командой, будут изучены Королевским бельгийским институтом естественных наук, а отложения, потенциально содержащие микрометеориты, будут поделены между участниками экспедиции для исследования в их университетах.

Современные детекторы с разрешением по числу фотонов (PNR) могут определять от одного до десяти фотонов за раз, что ограничивает чувствительность квантовых устройств. Группа учёных из США создала на порядок более чувствительный датчик PNR, который может одновременно детектировать до 100 фотонов в луче — это на порядок расширит возможности квантовых приборов от криптографии до вычислений, что позволит шагнуть в новые области науки и техники.

Источник изображения: hpcwire.com

Разработку от начала до конца провели исследователи из Йельского университета, о чём рассказали в статье в журнале Nature Photonics. Важной особенностью проекта стало то, что детектор доведён до образца в виде блока для интеграции в чипы. Для каких приложений и в какие микросхемы его интегрировать — будут выбирать специалисты в области квантовых вычислений, квантовой криптографии, дистанционного зондирования и других направлений в квантовой науке.

«Детекторы с разрешением по числу фотонов (PNR) считаются самой востребованной технологией для измерения света. Обладая очень высокой чувствительностью, они могут определять количество фотонов даже в очень слабом световом импульсе», — докладывает источник.

«Проблема в том, что если у вас больше одного фотона, детектор будет насыщен, и вы не сможете определить, сколько фотонов у вас есть», — объяснил один из авторов исследования. Новое устройство позволяет не только увеличить возможность разрешения до 100 фотонов, но также на три порядка увеличивает скорость подсчёта фотонов. Кроме того, оно работает при условно высокой температуре, чего не скажешь о детекторах предыдущих поколений, требующих глубокого охлаждения.

На следующем этапе группа планирует уменьшить детектор и ещё увеличить его разрешающую способность — до 1000 фотонов за раз или около того. Наконец, будут проведены работы по интеграции на кристалл одновременно детектора и квантового источника света, что приведёт к снижению потерь (в месте сопряжения с оптоволокном, когда сигнал поступает извне) и к увеличению точности измерения.

Как сообщает издание MIT Technology Review, исследование, проводимое группой учёных во главе с нейрохирургом Самиром Шетом (Sameer Sheth) из техасского Медицинского колледжа Бэйлора, помогло разработать технологию, которая в будущем позволит не только диагностировать, но и лечить депрессии. Определённые результаты есть и сейчас, но они требуют чересчур инвазивного вмешательства в головной мозг пациентов.

Источник изображения: Paola Chaaya/unsplash.com

Пятеро добровольцев с симптомами депрессии, не поддающейся медикаментозному лечению, приняли участие в эксперименте, предусматривавшем вживление в мозг по 14 электродов, по 7 в каждое полушарие. Глубокая стимуляция мозга (DBS) с помощью импульсов электрического тока уже довольно давно используется для лечения определённых расстройств, например — для лечения симптомов эпилепсии или паркинсонизма, но депрессия является более сложным заболеванием — отчасти потому, что пока нет точного понимания того, что происходит с мозгом при таких расстройствах.

Известно, что врачи десятилетиями пытались лечить депрессию с помощью электродов и электрического тока, некоторые результаты даже были обнадёживающими, но стабильных успехов так и не удалось добиться. В начале 2020 года стартовал эксперимент, предусматривавший использование «декодера настроения» — технологии, позволяющей определить настрой пациента, просто отследив его мозговую активность. Учёные надеются, что использование технологии позволит им лучше понять, насколько глубока депрессия пациента и точнее размещать электроды для достижения максимального эффекта.

По словам Шета, результаты крайне многообещающие. Он и его коллеги смогли не только связать специфическую активность мозга с настроением, но и нашли способ улучшать его электротоком. «Это первая демонстрация успешного и устойчивого декодирования настроения людей в этих регионах мозга», — заявил нейрохирург.

DBS обычно предусматривает размещение одного или двух электродов глубоко в мозг для передачи электрических импульсов в точно обозначенные участки. Учёные пытаются выяснить, как с помощью таких методик можно лечить не только паркинсонизм, но и заболевания вроде обсессивно-компульсивных расстройств, пищевых расстройств и депрессий. К сожалению, ряд исследований, проведённых в 2000-е годы, не дал стабильных результатов в случае пациентов, резистентных к антидепрессантам. После того как два крупных исследования в этой области не увенчались успехом, тесты были в основном свёрнуты — отработанной технологии пока не существует.

По данным Шета, его команда прибегла к методике, иногда применяемой при лечении эпилепсии, не поддающейся коррекции с помощью лекарств. В таких случаях врачи вживляют электроды в разные участки мозга, чтобы определить, где именно начинаются судороги. После этого происходит либо электростимуляция участков мозга, либо их удаление.

Впрочем, депрессия не возникает в одном определённом участке, поэтому пришлось вживлять по 7 электродов в каждом полушарии (некоторые временно) для определения мозговых «шаблонов», характерных для того или иного настроения. Также исследователи экспериментировали с типами и интенсивностью стимуляции.

Источник изображения: Josh Riemer/unsplash.com

Операцию по вживлению электродов провели первому добровольцу под общим наркозом, по два постоянных DBS-электрода вживили в те регионы полушарий, которые, как считается, связаны с депрессией. Ещё по пять временных электродов вживили в полушария на участках, отвечающих за настроение и когнитивные способности.

Как сообщает издание MIT, во время операции подопытного приходилось регулярно приводить в чувство, чтобы спросить — как он себя чувствует. Через 9 дней команда удалила 10 временных электродов, оставив только 4, которые подключили к источнику питания, вживлённому в грудную клетку (с возможностью подзарядки) — стимуляция действительно помогла поддерживать настроение подопытного.

При этом учёные считают, что метод не получит массового применения, поскольку он является весьма инвазивным, отнимающим много времени и дорогим, а только в США страдают депрессией миллионы человек. Вместо этого остаётся надежда обнаружить закономерности в местах «локализации» депрессий и использовать менее многочисленные DBS-электроды для лечения.

Исследователи надеются, что в будущем будут разработаны методы неинвазивного сканирования, не требующие вживления многочисленных электродов для диагностики и поиска оптимального места для вживления, позволяющие оценить не только наличие депрессии, но и её степень. Сам участник эксперимента заявляет, что врачи буквально спасли ему жизнь.

Впрочем, в любом случае возникнет и ряд проблем — начиная с невозможности точной диагностики из-за разницы человеческих организмов, до этических — не исключено, что многие не пожелают, чтобы, например, работодатель знал об их состоянии.

Американские учёные из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) действительно смогли достичь термоядерного воспламенения — самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза, в ходе которой на выходе получается больше энергии, чем было потрачено на её запуск. Об этом сегодня официально сообщили Министерство энергетики США и Национальное управление по ядерной безопасности (NNSA), назвав это научным подвигом, к которому шли десятилетиями.

Источник изображений: LLNL

О том, что специалисты National Ignition Facility (NIF) при Ливерморской лаборатории, смогли достичь реакции термоядерного синтеза с положительным выходом энергии, стало известно ещё на днях. Теперь же данные официально подтвердились: 5 декабря команда исследователей провела первый в истории эксперимент по управляемому термоядерному синтезу, в результате которого было произведено больше энергии, чем потрачено лазерной энергии для запуска реакции.

Часть установки, в которой была запущена реакция синтеза

В рамках эксперимента самая мощная в мире лазерная установка, включающая 192 лазера, доставила до крошечной капсулы с топливом 2,05 МДж энергии, а в результате реакции учёные получили 3,15 МДж энергии. То есть на выходе оказалось более чем в полтора раза больше энергии, чем было затрачено.

Термоядерный синтез — это реакция, при которой два лёгких атомных ядра объединяются в одно более тяжелое, при этом генерируя большой объём энергии. То же самое происходит внутри звёзд. Американские учёные ещё в 60-е годы прошлого века предположили, что для запуска реакции синтеза можно использовать лазеры, с помощью которых получится создать огромное давление и температуру, необходимые для запуска реакции. Этот метод был назван управляемым термоядерным синтезом с инерционным удержанием, и спустя множество десятилетий работы его удалось воплотить в лабораторных условиях.

Хольраум с топливом

Чтобы выполнить термоядерное зажигание, капсулу с топливом поместили в хольраум — крошечную камеру, стенки которой превращают лазерное излучение в рентгеновские лучи. Эти лучи сжимают топливо до тех пор, пока оно не взорвётся, создавая плазму с крайне высокими температурой и давлением.

Визуализация облучения топлива лазерными лучами, которые преобразуются в рентгеновские для запуска синтеза

В рамках многолетних исследований в LLNL была построена серия все более мощных лазерных систем, что привело к созданию NIF — крупнейшей и самой мощной лазерной системы в мире. NIF имеет размер спортивного стадиона и использует мощные лазерные лучи для создания температур и давлений, подобных тем, которые возникают в ядрах звезд и планет-гигантов.

Конечно, до момента, когда термоядерная энергетика станет обыденностью, пройдёт ещё немало времени, и для этого потребуется провести ещё массу исследований. Тем не менее, значимость первого удачного эксперимента по термоядерному воспламенению огромна — возможно, в итоге он станет отправной точкой в революции в мировой энергетике. Термоядерная энергия может стать альтернативой как обычным атомным электростанциям, работающим наоборот за счёт расщепления атомов, так и углеводородному топливу и избавить людей от вредных выбросов в атмосферу.

«Это знаменательное достижение для исследователей и сотрудников NIF, которые посвятили свою карьеру тому, чтобы термоядерное зажигание стало реальностью, и эта веха, несомненно, повлечет за собой ещё больше открытий, — сказала министр энергетики США Дженнифер М. Грэнхольм (Jennifer M. Granholm). Её также поддержал директор LLNL доктор Ким Будил (Kim Budil): «Термоядерное воспламенение в лаборатории — одна из самых значительных научных задач, когда-либо решаемых человечеством, и ее достижение — это триумф науки, техники и, прежде всего, людей».

Марсоход Perseverance выполнил отбор первых двух образцов марсианского грунта — пыли и мелких частиц с поверхности планеты, называемых реголитом. Хотя ровер NASA уже собрал 15 кернов пород Красной планеты в кратере Езеро и один образец атмосферы, изучение реголита имеет особенное значение для будущей колонизации. Все собранные образцы в будущем планируется доставить на Землю.

Источник изображения: NASA

Два образца реголита отобраны были 2 и 6 декабря. Если ранее материалы высверливались буром из местных камней, то для сбора реголита используется специальная насадка, не требующая сверления — она отбирает материал из дюн, нанесённых местными ветрами. Хотя большинство местных материалов представляют собой твёрдые фрагменты, в которых земные учёные будут искать следы жизни, исследователи уверены, что частицы реголита смогут стать ключом для понимания геологических процессов, сформировавших Марс в его нынешнем виде. Кроме того, изучение марсианской пыли очень поможет освоению планеты в будущем.

Дело в том, что реголит может воздействовать на оборудование — от солнечных панелей до скафандров. Мелкие частицы могут сыграть роль абразива, разрушающего механизмы, а более крупные и острые способны разгерметизировать скафандр, поэтому, нужно как можно больше знать о свойствах местных материалов. Например, местная пыль может оказаться не плотнее сигаретного дыма, из-за чего будет повреждено дыхательное оборудование астронавтов.

Кроме того, марсианский реголит может стать важным строительным материалом для будущих марсианских миссий. Он позволит дольше оставаться на местных объектах, защищая от безжалостной солнечной радиации, которая гораздо интенсивнее земной, поскольку у Красной планеты нет защитного магнитного поля. Впрочем, учёным предстоит предварительно выяснить, не содержит ли он токсичных элементов.

Когда образцы будут доставлены на Землю, ими займутся учёные NASA и Европейского космического агентства — им доступен гораздо лучший инструментарий, чем марсианским роботам.

Специальная насадка для сбора реголита была создана и протестирована в NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL). Имитация образцов состояла из вулканических пород, разбитых в довольно крупные осколки и мельчайшие крошки размером с пылинки. Учёные руководствовались снимками уже имеющегося реголита и данными, собранными в ходе предыдущих миссий.

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) вынуждено было сообщить о том, что данные эксперимента, проводившегося командой исследователей во главе с 58-летним астронавтом и врачом Сатоси Фурукавой (Satoshi Furukawa), были сфабрикованы. Тем не менее, астронавта вряд ли ожидает суровое наказание.

Покаянный поклон Хироси Сасаки. Источник изображения: Kyodo News

Несколько лет назад проводился наземный эксперимент, имитировавший жизнь астронавтов на МКС, в рамках которого восемь человек находились в закрытом помещении, имитирующем космическую станцию. По данным ТАСС, целью была оценка психического состояния участников, включая оценку испытываемого людьми стресса. В 2019 году эксперимент пришлось прервать, поскольку, по данным Kyodo News, команда исследователей фабриковала и вносила изменения в получаемые данные. Какие именно и с какой целью, пока не разглашается.

«Небрежное управление данными и плохое руководство подорвали надёжность и научную ценность исследования. Мы приносим глубокие извинения всем, кого это касается. У нас было слабое понимание медицинских исследований и недостаток опыта. Мы упустили возможность самостоятельно внести изменения», — цитирует ТАСС вице-президента JAXA Хироси Сасаки (Hiroshi Sasaki).

Сатоси Фурукава. Источник изображения: Nippon

По данным JAXA, непохоже, что Сатоси Фурукава был непосредственно вовлечён в подделку данных, хотя и несёт частичную ответственность, поскольку выполнял «надзорную роль» в эксперименте.

Впрочем, по данным издания Nippon, «такое нарушение не равносильно фальсификации или фабрикации данных, поскольку не было опубликовано никаких документов о результатах эксперимента». Более того, в отношении самого руководителя вряд ли будут приняты какие-то жесткие меры. По имеющимся у ТАСС данным, его по-прежнему намерены отправить на МКС в следующем году.