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.
На подготовительном этапе пациенту предлагали воображать движения руки, показанные на экране. В это время активность его моторной коры регистрировали с помощью функциональной МРТ. Затем в картированную область мозга мужчины вживили гибкий микрочип на 96 микроэлектродов. Через интерфейс машинного обучения этот микрочип подключили к индивидуально созданному нервно-мышечному кожному электростимулятору для предплечья со 130 электродами.
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.
