В новом выпуске "Дайджеста" новостей аватар-технологий от общественного движения "Россия 2045" речь пойдет: о клеточном скальпель-нанодиске от красноярских ученых; электронной коже c цифровым дисплеем; лечении паралича конечностей при помощи технологии с мозговым имплантатом; технологии самостоятельной сборки углеродных нанопроводов катушкой Теслы; а также космическом нано-кораблике Юрия Мильнера, Стивена Хокинга и Марка Цукерберга.
1. Мозговой имплантат для парализованных
Американец Ян Беркхарт получил перелом шейного отдела позвоночника, неудачно нырнув в воду, после чего его конечности оказались парализованными. Спустя несколько лет сотрудники Университета штата Огайо и Мемориального института Баттеля пригласили мужчину для испытаний новой технологии, которая после 15 месяцев тренировок позволила ему частично восстановить функции руки.
Пациент трижды в неделю в течение 15 месяцев тренировался использовать эту систему для совершения движений кистью и пальцами. К концу обучения он смог управлять отдельными пальцами, совершать шесть типов движений кистью, брать и перемещать предметы. Мужчина в состоянии, например, налить воду из бутылки в стакан, воспользоваться банковской картой и даже сыграть на гитарном симуляторе Guitar Hero.
В то же время технология имеет серьезные ограничения: она работает только при подключении к лабораторному компьютеру и требует калибровки перед каждым сеансом работы. Разработчики занимаются совершенствованием методики, адаптируя ее для повседневного пользования.
2. Электронная кожа c цифровым дисплеем
Инженеры Токийского Университета разработали защитную пленку для кожи толщиной менее двух микрометров, которая позволяет производить ультратонкие, невероятно пластичные, высокопроизводительные носимые электронные дисплеи и другие устройства. Такая технология позволит создать так называемую электронную кожу, которая пригодится и людям, и роботам.
Используя новый защитный слой из неорганических и органических материалов и оксид индия и олова, ученые создали полимерные светоизлучающие диоды (PLED) и органические фотодетекторы (OPD). Они были достаточно тонкими, чтобы прикрепляться к коже, и достаточно гибкими, чтобы деформироваться в ответ на движения тела.
Полимерные светоизлучающие диоды имеют толщину всего три микрометра. При этом они в шесть раз эффективнее, чем предыдущие аналоги. Это снижает выделение тепла и потребление энергии, делая их особенно подходящими для медицинских применений. Дисплей в будущем можно будет использовать для лечения людей в больнице (медсестре достаточно будет взглянуть на руку больного) или, например, для улучшения результатов тренировок у спортсменов.
3. Клеточный скальпель-нанодиск
Раковые клетки, оказывается, можно уничтожить механически, каждую порвать. Этот метод называется клеточной хирургией, а в роли скальпелей выступают магнитные нанодиски с ДНК-аптамерами. Над этим методом в настоящее время работают красноярские ученые. Чтобы сделать надрез обычным скальпелем, его необходимо приложить к нужному месту и нажать. Клеточным скальпелем-нанодиском действуют так же.
Для прикрепления нанодиска к нужной клетке красноярские ученые использовали ДНК-аптамеры – однонитевые молекулы ДНК, которые, благодаря определенной последовательности нуклеотидов, складываются в нужную трехмерную структуру. Их легко синтезировать, и можно создать аптамеры, которые будут принимать форму, позволяющую им специфически связываться с определенными молекулами, например, с белками раковых клеток. Аптамеры, прикрепленные к нанодискам, доставят их прямо к опухоли.
Действие нанодисков испытали на мышах со злокачественной опухолью. Во время эксперимента исследователи наблюдали случаи некроза и апоптоза опухоли. Для лечения понадобятся миллиарды таких нанодисков, и ученые разработали относительно простую и дешевую технологию их получения. Эти работы открывают новое направление междисциплинарных исследований, направленных на создание биологически функциональных наноустройств, адресно взаимодействующих с молекулами и клетками.
4. Мильнер, Хокинг и Цукерберг улетят в космос
Российский миллиардер Юрий Мильнер совместно с физиком Стивеном Хокингом объявили об инвестициях на сумму 100 миллионов долларов в новый проект, основной целью которого является исследование ближайшей к нам звездной системы Альфа Центавра. К совету директоров данного проекта присоединится и основатель компании Facebook Марк Цукерберг.
В рамках проекта планируется создать технологии, которые позволят космическому кораблю добраться до пункта назначения через 20 лет. Основная идея проекта заключается в создании очень маленького солнечного парусника Starshot, а для его запуска и разгона до нужной скорости предлагается использовать пучок мощных фокусированных лазеров. Ширина паруса будет составлять всего несколько метров, а толщина – всего несколько сотен атомов.
Космический аппарат, который парус будет тащить за собой, должен быть очень компактным, но при этом способным везти на борту камеры, сенсоры, источники питания, коммуникационное и навигационное оборудование, а также фотонные ускорители для маневрирования. И справиться с этой задачей помогут нанотехнологии. Вероятнее всего, это самый амбициозный среди существующих космический проект и потребует он гораздо больше 100 миллионов долларов. Поживем – увидим.
5. VR-трансляции операции
Эра виртуальной реальности неумолимо наступает. Причем продвигается она не только разработчиками видеоигр, но и специалистами множества других сфер деятельности, например, медиками. 14 апреля состоялась первая в мире VR-трансляция операции, которую провели хирурги Королевского лондонского госпиталя. Чтобы оказаться в буквальном смысле на месте одного из врачей, достаточно было использовать любую доступную VR-гарнитуру.
Руководил операцией профессиональный хирург Шафи Ахмед, а на его операционном столе оказался 70-летний пациент-мужчина с колоректальным раком. Процесс выполнения операции был снят при помощи нескольких камер, расположенных над операционным столом, после чего полученный с них сигнал переводился в VR-формат с помощью специального программного обеспечения.
Это не первый подобный эксперимент, в 2014 году, Шафи Ахмед уже транслировал одну из своих операций при помощи очков Google Glass. Сам врач считает, что подобные трансляции очень полезны для студентов-медиков, да и просто для любопытных людей, которые хотели бы взглянуть на процесс операции от первого лица.
6. Сборка углеродных нанопроводов
Команда исследователей в Университете Райса создала технологию самостоятельной сборки углеродных нанопроводов. Для этого используется электрическое поле, создаваемое катушкой Тесла. Кроме того, нанопровода могут самостоятельно питать электрические цепи, которые сами же и образуют. Ученые назвали свою технику "Теслафорез".
Ее суть заключается в том, что переменное электрическое поле катушки Тесла создает переменное электрическое поле в каждой трубке, которая представляет собой электрический диполь (систему, состоящую из двух точечных зарядов одинаковых по величине и противоположных по знаку, расположенных на малом расстоянии друг от друга). В диполе возникают колебания положительного и отрицательного заряда, в результате чего нанотрубки самоорганизуются в длинные цепи, которые могут достигать до 15 сантиметров в длину.
По словам исследователей, для создания нанопроводов можно использовать не только углеродные нанотрубки, но и другие наноматериалы, такие как графен или полупроводниковые квантовые точки. Свою технологию ученые предлагают применять в области биомедицинской инженерии, а также для создания новых самособирающихся электрических схем в будущем.