Каждый год Королевское научное общество сообщает о новейших достижениях науки и техники, которые в скором времени могут найти широкое применение.
Мы представляем вам пять наиболее интересных из списка 2016 года, которые вот-вот покинут лабораторные стены и начнут испытываться в реальных условиях.
1. Космический пылесос
Пустые оболочки ракет, умершие спутники, куски стекла и крохотные кусочки краски — все это летает в космическом пространстве и составляет примерно 7 тыс. тонн космического мусора — именно столько человечество успело намусорить за период освоения космоса.
Большая часть когда-либо запущенных в космос объектов так там и вращаются и представляют реальную угрозу работающим спутникам, которые, помимо всего прочего, жизненно необходимы для обеспечения интернет- и мобильной связи.
Международная космическая станция, например, должна регулярно подправлять свое месторасположение, чтобы избежать столкновения с подобным мусором.
Однако теперь на помощь придет миссия RemoveDebris («Убрать мусор»), которая будет в буквальном смысле ловить и затягивать мусор и начнет проходить испытания в начале 2017 года.
«Это не научная фантастика, это реальная проблема, — объясняет в интервью Би-би-си руководитель проекта профессор Джейсон Форшоу из космического центра университета Суррея. — Весь космический мусор в конце концов упадет на Землю благодаря силе притяжения, однако какая-то его часть летает на высоте 1000 км, и на это уйдет примерно тысяча лет. Но мы не можем столько ждать, у нас есть всего лет 10-20 до того, как это перерастет в серьезную проблему».
Принцип сбора космического мусора очень прост: в космическое пространство забрасывается сеть, наподобие рыболовецкой. Как только она наполнится мусором, специальный космический корабль-тягач потянет ее на Землю.
При вхождении в атмосферу мелкий мусор сгорит, а крупные куски будут доведены до Тихого Океана и сброшены туда.
Другая система задействует серебряный парус, который внешне напоминает воздушный змей.
Он сделан из ультратонкой пленки и действует по принципу обычного паруса, но в действие его будут приводить протоны солнечного света, а не ветер. Парус будет утягивать мусор с орбиты, ускоряя тем самым его возращение на Землю.
2. «Комариные дневники»
Борьба с малярийным комаром anopheles занимает у ученых уже не один десяток лет, поскольку именно это насекомое является переносчиком малярии — болезни, уносящей ежегодно 438 тыс. жизней.
А в последние годы возникла новая проблема: повышенная резистентность малярийных комаров к имеющимся инсектицидам, поскольку процесс естественного отбора заставляет комаров выживать и делает их более устойчивыми.
Резистентность комаров к препаратам по их уничтожению зафиксирована в 60 странах и достигла угрожающих размеров в Западной и Восточной Африке.
Поэтому самое главное в этой борьбе — понять поведение комара.
«Мы используем инфракрасные камеры для слежения за тем, как комары облетают надкроватную сетку. Впервые нам удалось заснять их действия в таком объеме», — рассказала Би-би-си Джози Паркер, научная сотрудница Института тропической медицины в Ливерпуле.
Проект «Комариные дневники» исследует, в течение какого времени комары облетают надкроватную сетку и каким образом инсектицид, содержащийся на ткани, не дает комарам укусить спящего человека.
«Чтобы инсектицид заработал, надо, чтобы комар дотронулся до сетки, при этом очень короткого контакта недостаточно. Наша задача — определить, как долго комару нужно пробыть на сетке, чтобы погибнуть», — говорит Паркер.
Это исследование поможет в разработке новых, более эффективных тканей, сеток и препаратов.
«Сетки представляют собой физический барьер, но если они не уничтожают комара, то тогда он будет летать где-то поблизости и укусит, когда человек проснется», — говорит Паркер.
3. Секреты 4D рентгеновского синхотрона
Это сложная машина позволяет ученым заглянуть в суть материалов, будь то магма — чтобы узнать о крупномасштабных вулканических извержениях, или кристаллы льда — чтобы понять, почему одно мороженое вкуснее другого.
«Мы применяем технологию рентгеновской компьютерной томографии, которая использует ярчайший свет такой мощности, что он позволяет увидеть внутреннюю структуру вещей в трехмерном измерении. Мы можем заглянуть в любой объект, сфера применения этого огромна», — рассказывает Камел Мади из Манчестерского университета.
Луч синхотрона в 10 млрд раз ярче солнечного, он входит в структуру материала, не нанося ему внешних повреждений.
Камера на другом конце фиксирует полученную лучом информацию, делая снимки высокого разрешения.
«Четвертым измерением» здесь выступает время: ученые, изменяя условия среды, например, температуру и давление, создают условия, в которые попадают вещества в естественных условиях, и наблюдают за происходящими с ними изменениями.
«Мы можем понять, как изменяется структура материалов, когда мы их производим, поэтому в этом аппарате содержится разгадка того, как улучшить производство некоторых предметов, например, реактивных двигателей или литиевых батарей», — говорит Мади.
Эта же технология может оказать большую помощь в понимании того, как имплантаты реагируют на контакт с тканью тела человека. В частности, ученые исследуют, как такое заболевание, как артрит, воздействует на хрящи, и что можно сделать, чтобы улучшить качество жизни больных артритом.
4. Заставить пауков работать
Image caption Ученые хотят понять, как получается, что паутина настолько эластична и прочна
Паутинный шёлк, из которого плетется паутина — это ключ к следующему поколению совместимых с живыми тканями (человеческого организма) экоустойчивых материалов.
«Паутинный шёлк существует уже 300 млн лет, при этом пауки используют минимум материала для достижения максимального эффекта», — говорит биолог Бет Мортимер из Оксфордской группы по изучению шёлка в Оксфордском университете.
Для создания паутины, куда ловится живая добыча, пауки используют белок, и теперь ученые пытаются расшифровать на молекулярном уровне структуру их шёлка и то, как это может пригодиться для наших с вами повседневных нужд.
В природе существует немного материалов, способных сравниться по прочности с паутинным шёлком, а если совместить его с каучуком, то можно получить суперпрочную ткань.
«Процесс производства шёлка в тысячу раз более энергосберегающий, чем синтетические полимеры, такие как пластик, например. Так что теперь задача состоит в том, чтобы сделать этот процесс рентабельным с экономической точки зрения», — поясняет Мортимер.
Присутствие крошечных капель клеящего вещества, которое делает паутину такой липкой и тягучей, навело ученых на мысль о том, как произвести схожий материал.
К тому же шёлк биосовместим: уже вовсю идут клинические испытания того, как шёлк можно использовать в имплантатах хрящей коленного сустава.
У паутины есть еще одно интересное свойство: когда пойманная добыча пытается выбраться, паутина резонирует и посылает пауку сигнал — это можно использовать для создания музыкальных инструментов с особой вибрацией.
5. Костная революция
Ученые разработали технологию по выращиванию искусственных костей в лабораторных условиях без использования химических препаратов или медикаментов, а лишь с помощью волновых колебаний.
Они называют этот процесс «нанотолчками», а выглядит он так: из костного мозга извлекают стволовые клетки и «толкают» их с помощью высоких частот, чтобы они начали превращаться в клетки костной ткани.
Новая костная ткань выращивается из собственных клеток пациента без химических препаратов или митогенов (белков роста), которые имеют нежелательные побочные эффекты.
Таким образом отторжения ткани не произойдет, к тому же этот метод не требует болезненной операции для изъятия образцов костной ткани из других частей тела пациента.
Эти «нанотолчки» производятся тысячу раз в секунду, толкая клетку на расстояние 20 нанометров.
«Мы биомимикрируем саму кость, которая вибрирует естественным образом тысячу раз в секунду», — поясняет профессор Мэтью Далби, занимающийся этими исследованиями в Университете Глазго.
С помощью этой технологии можно залечить травму кости или нарастить существующую костную ткань. В дальнейшем это может привести к тому, что переломы можно будет лечить без операции, а просто посредством «нанотолчков», а также, возможно, замедлить рост определенных видов рака.
Костная ткань является одной из самых пересаживаемых после крови, а, учитывая стареющее население, страдающее от остеопороза и переломов бедра, эта технология может быть чрезвычайно востребована.
Ученые планируют в ближайшие три года начать пересаживать пациентам кости, выращенные в лабораторных условиях с помощью «нанотолчков», а широкое применение этот вид терапии может получить в ближайшие 10 лет.
