Technologia

Nowinki techniczne

Numer 3/2018
Synapsa. Synapsa. Andrii Vodolazhskyi / Shutterstock
Metalowe śruby w kościach.MriMan/Shutterstock Metalowe śruby w kościach.

Nuklearne zasilanie misji marsjańskiej

Załogową podróż na Marsa planowano jeszcze w XX w., ale z wielu względów wielokrotnie przekładano terminy. Jest jednak szansa, że zacznie ona nabierać realnych kształtów, przede wszystkim dzięki wizjonerskiemu podejściu Elona Muska. Według niego załogowa misja na Czerwoną Planetę będzie możliwa w trzeciej dekadzie obecnego wieku.

Jednym z problemów do rozwiązania jest kwestia generowania prądu elektrycznego do zasilania modułu mieszkalno-badawczego. Ze względu na sporą odległość między Marsem a Słońcem nie wchodzi w grę użycie na większą skalę baterii słonecznych. NASA pracuje więc nad niewielkimi reaktorami jądrowymi o mocy 1 kW i 10 kW. Oszacowano, że 1 kg paliwa uranowego może w tym przypadku zastąpić 3 tys. t węgla. Testy mniejszego reaktora mają się zacząć już w marcu br. Większy jest jeszcze w fazie projektowej.

Grzyby naprawią beton

Beton znamy już od starożytności, lecz jego stosowanie upowszechniło się dopiero w XIX w. Materiał ten ma doskonałe właściwości, ale – jak każdy – również i wady. Niestety po pewnym czasie kruszy się i pęka. W przypadku żelbetu (beton wzmocniony zbrojeniem) sprawa jest nawet groźniejsza, ponieważ odsłonięte metalowe elementy korodują, co zdecydowane zmniejsza wytrzymałość konstrukcji.

Problemowi temu postanowił się przyjrzeć zespół prof. Congrui Jin z Binghamton University w Nowym Jorku. Naukowcy zainspirowali się ludzką skórą, która zazwyczaj sama potrafi sobie poradzić z drobnymi ranami. W przypadku betonu trzeba było sięgnąć po niekonwencjonalną pomoc natury, a konkretnie grzybów Trichoderma reesei. Są one rozpowszechnione na całym świecie i charakteryzują się przy tym bardzo szybkim wzrostem. Gdy ich zarodniki zmiesza się (łącznie z substancjami odżywczymi) z betonem, pozostają w uśpieniu – aż do chwili, gdy pojawia się pęknięcie. Docierające do zarodników woda i tlen powodują „wybudzenie” grzybów, które podczas wzrostu wydzielają węglan wapnia. Związek ten skutecznie wypełnia pęknięcia. W tym momencie grzyby tworzą formy przetrwalnikowe, które poczekają do powstania kolejnego pęknięcia. Badania są w fazie wstępnej, ale naukowcy mają nadzieję, że opracowanie samonaprawiającego się betonu to tylko kwestia czasu.

Sztuczna synapsa z MIT

Od bardzo dawna trwają prace nad sztuczną inteligencją, ale tak naprawdę postęp w tej dziedzinie jest niewielki. Ludzki mózg to bowiem niesamowicie skomplikowany wytwór ewolucji. Mamy tam 80 mld neuronów, a łączna liczba synaps, czyli połączeń między neuronami, sięga 100 bilionów. Komputerowe modelowanie takiego układu jest skrajnie trudne. W 2013 r. japoński superkomputer K firmy Riken, używając ponad 80 tys. procesorów oraz petabajt pamięci, zasymulował działanie 1% mózgu człowieka. Modelowanie 1 s aktywności mózgu wymagało 40 min obliczeń.

Komputery działają w systemie binarnym, rozpoznając tylko sygnał lub jego brak. Synapsy są zdecydowanie bardziej złożone i niełatwo je odtworzyć w postaci stricte technicznej. Zespół badaczy z Massachusetts Institute of Technology, kierowany przez prof. Jeehwana Kima, stworzył ostatnio zupełnie nowy chip – oparty na germanku krzemu. Dzięki zastosowaniu tego materiału sztuczna synapsa posiada kanały podobne do tych, przez które w biologicznej synapsie przepływają jony. Uzyskany chip wykorzystano w teście rozpoznawania pisma ręcznego, często używanym właśnie do badania jakości sztucznej inteligencji. Okazało się, że sieć neuronowa oparta na sztucznych synapsach osiągała dokładność rozpoznawania cyfr zapisanych pismem ręcznym na poziomie 95%. Wartość ta jest zbliżona do obecnego rekordu wcześniejszych systemów, wynoszącego 97%. Zespół z MIT ma nadzieję, że stworzy system sztucznej inteligencji opartej na takich synapsach. Czy mamy wreszcie prawdziwy przełom? Czas pokaże.

Ceramiczny implant 3D do leczenia złamań

Jeśli dojdzie do złamania prostego kości, wystarczy odpowiednio ją zestawić, całość zagipsować i poczekać, aż natura sama się z tym upora. Często jednak mamy do czynienia ze złamaniami skomplikowanymi, wieloodłamowymi. W tych przypadkach interwencja ortopedyczna jest znacznie bardziej złożona. Niezbędne staje się wykonanie wielu operacji (stosuje się np. specjalne metalowe śruby czy płytki), a ich efekt bywa niezadowalający.

Naukowcy z University of Sydney w Australii postanowili podejść do tego problemu w zupełnie nowy sposób. Od jakiegoś czasu próbują leczyć złamania specjalnymi implantami – ceramicznymi rusztowaniami, które wykonuje się metodą druku 3D z biokompatybilnych minerałów (m.in. hardystonit i gahnit). Pierwsze eksperymenty przeprowadzono na kościach ramiennych u królików. Ponieważ wyniki okazały się bardzo obiecujące, w kolejnych doświadczeniach badano złamania kości długich u owiec. Okazało się, że po wprowadzeniu implantów do kości zwierzęta mogły od razu chodzić (kończyny stabilizowano opatrunkiem gipsowym), a po roku 88% owiec całkowicie wyzdrowiało. Co więcej, w miarę narastania nowej tkanki kostnej materiał ceramiczny ulegał powolnemu rozpuszczaniu, a więc nie trzeba było na koniec usuwać implantów.

Grafenowa zbroja

Od setek lat powstają konstrukcje chroniące ciała żołnierzy na polu walki. Kiedyś były to np. ciężkie zbroje płytowe, dzisiaj stawia się na coś znacznie lżejszego. Niedawno nowojorska placówka badawcza (ASRC) wzięła na warsztat jeden z ulubionych materiałów ostatnich lat – grafen. Pojedyncza jego warstwa jest ok. miliona razy cieńsza niż kartka papieru. Materiał ten (a dokładniej dwie warstwy grafen odpowiednio ułożone względem siebie) połączono z warstwą węglika krzemu, tworząc kompozyt o nazwie diamen. To nieprzypadkowa nazwa, bo gdy zostanie on poddany naciskowi, jego wytrzymałość jest większa niż naturalnego diamentu. Badania te dają nadzieję na uzyskanie doskonałych kamizelek kuloodpornych – lekkich i niezwykle wytrzymałych.

Skaner do diagnozy ran

W przypadku leczenia ran skóry jedną z kluczowych informacji jest to, czy doszło do infekcji. Niestety, w większości przypadków nie da się tego ocenić wzrokiem. Dlatego trwają prace nad systemem pozwalającym na szybką detekcję ewentualnych zakażeń bakteryjnych. Na rynku pojawił się pierwszy skaner, który z dużą łatwością pozwala na wykonanie tego zadania. Urządzenie o nazwie MolecuLight i:X, stworzone przez kanadyjską firmę MolecuLight, jest wielkości telefonu komórkowego i posiada system detekcji oraz kolorowy wyświetlacz. Uzyskane zdjęcia oraz filmy można automatycznie przenosić do dokumentacji pacjenta.

Wszystko to odbywa się bez stosowania klasycznych środków barwiących. Bakterie chorobotwórcze oświetlone światłem o długości fali 405 nm fluoryzują na czerwono (dzięki występującym w nich cząsteczkom porfiryn), co wyraźnie widać na ekranie. MolecuLight i:X można stosować do wstępnej oceny ran, a także do monitorowania procesu leczenia zakażeń bakteryjnych. W tym przypadku eliminuje się konieczność badań mikrobiologicznych. Skaner zatwierdzono już do użytku w Kanadzie oraz Unii Europejskiej. Obecnie czeka na zgodę FDA na stosowanie w USA.

01.03.2018 Numer 3/2018

Czytaj także

Reklama
Reklama