Текст книги "Юный техник, 2012 № 06"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Мультикоптер – СТУПА

Мы рассказывали вам (см. «ЮТ» № 10 за 2011 г.) о созданном студентами МАИ беспилотном вертолете оригинальной конструкции. За прошедшее время у него появился собрат, способный поднять человека.

Команда из трех энтузиастов, одержимых мечтой о доступном для каждого летательном средстве – физик Томас Зенкель, программист Стефан Вольф и инструктор по полетам на парапланах Александр Цозель, – создали при помощи своих друзей E-volo – сверхлегкий летательный аппарат, оснащенный 16 электродвигателями. Каждый двигатель приводит в движение свой пропеллер.

Так мультикоптер будет выглядеть в сложенном виде.

Первый полет E-volo длился всего полторы минуты.

В отличие от вертолета, мультикоптер практически бесшумен, не производит вредных выхлопов и требует гораздо меньше затрат. Чтобы зарядить батареи на час полета, достаточно 6 евро. Управляется E-volo при помощи джойстика, никаких особенных навыков от пилота не требуется – все под контролем электронных систем.

Конструкция вместе с литиевыми аккумуляторами весит 80 кг и по заверению создателей весьма надежна.

Даже если несколько двигателей выйдут из строя, аппарат продолжит полет. Если же возникнут еще более серьезные предпосылки к аварии, пилот сможет приземлиться, воспользовавшись парашютом.

Создатели аппарата, напоминающего ступу Бабы Яги, полагают, что мультикоптер пригодится пожарным, спасателям, будет полезен для проведения аэрофотосъемки, мониторинга той или иной территории. В общем, во всех ситуациях, когда использование больших вертолетов невозможно или слишком дорого.

В ближайшее время команда рассчитывает приступить к разработкам коммерческой модели мультикоптера, которая, по их мнению, для удобства хранения должна быть еще складной.

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!
Живой… лазер

В наши дни лазеры применяются чуть ли не повсеместно, начиная от указок и кончая новейшими видами вооружения. А сейчас исследователи пытаются создать квантовые генераторы на основе живых клеток.

Подробности здесь таковы…

Как известно, лазер – это попросту усилитель света. Действие его основано на «накачке» атомов рабочего тела и переводе их на более высокий энергетический уровень. Затем возбужденные атомы возвращаются на первоначальный уровень, вернув полученную энергию в виде фотонов.

Эти фотоны, сталкиваясь с другими возбужденными атомами, выбивают из них новые фотоны, имеющие ту же частоту и фазу, что и исходные. В итоге излучение растет лавинообразно и, прорываясь сквозь полупрозрачное зеркало, создает характерный узконаправленный лазерный луч.

Гарвардские ученые Мэльт Гэтер и Сек-Хьюн Юнь нашли способ применить эту схему в живой биологической клетке. «Когда мы только приступили к экспериментам, создание «биологического лазера» было для нас чем-то вроде научной забавы, – поясняет профессор Гэтер. – Но оказалось, что такой лазер может оказаться полезным…»

Ключевым компонентом предложенной учеными схемы стал зеленый флуоресцентный белок (GFP), весьма популярный среди современных биологов. Белок этот, ген которого выделен из клеток медузы и легко переносится в другие организмы, светится зеленым при освещении его синим светом.

Мы уже рассказывали вам о том, что за «открытие и применение различных форм зеленого флуоресцентного белка» была присуждена Нобелевская премия по химии за 2008 год (см. «ЮТ» № 2 за 2009 г.) японцу Осаме Симомуре, а также американцам Мартину Чалфи и Роджеру Тсиену. Поведали и о том, что обычно биологи использовали его в качестве удобной и наглядной световой метки во время своих экспериментов. Так ученые Эдинбургского университета (Шотландия) внедрили ген медузы в ДНК картофеля. В итоге получилось растение, которое светится в ультрафиолетовых лучах. Генетики полагают, что такую картошку имеет смысл высаживать по краям поля, где она будет выполнять роль своеобразного датчика, сигнализируя об испытываемой собратьями жажде. Ведь светиться куст начинает лишь при недостатке влаги в почве.

Токийские исследователи за работой.

В 1997 году токийские ученые внедрили светящийся ген подопытным мышам, чтобы было удобно изучать процесс распространения в организме новых лекарственных препаратов для лечения онкологических заболеваний. Используют светящиеся гены в качестве маркеров и ряде других научных исследований.

Ну, а теперь Мэльт Гэтер и Сек-Хьюн Юнь не только перенесли кодирующий GFP-ген в культуру человеческих клеток, но затем стимулировали в них синтез этого белка и поместили клетки в узкое – шириной примерно в размер одиночной клетки – пространство между парой зеркал. Осталось «накачать» систему синим светом, для чего был использован лазер, пульсирующий слабыми, с энергией около 1 нДж, импульсами. Такая стимуляция заставляет GFP флуоресцировать, испуская фотоны во всех направлениях. Однако внутри «лазерной установки» фотоны отражаются, возвращаясь на GFP и усиливая его свет, создавая когерентный луч зеленого цвета.

По мнению экспертов, подобные «биолазеры» могут найти применение в медицине будущего, послужат эффективными сенсорами и инструментами, способными работать внутри человеческого организма – скажем, точно уничтожая клетки опухоли.

Так выглядят активные клетки под микроскопом.

Но еще интересней другое следствие живой сущности «биолазера». Дело в том, что в большинстве типов современных лазеров рабочее тело со временем деградирует, снижая свои характеристики. А вот живые клетки способны к самовосстановлению, что позволяет им синтезировать новые количества GFP по мере разрушения старых.

Такие лазеры обещают оказаться очень долговечными.

По материалам зарубежных источников

ГОРИЗОНТЫ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Сигнализация цивилизациям?

115 лет спустя после того, как А.С. Попов послал первый сигнал по радио, мы, похоже, стоим на пороге появления нового вида связи – нейтринного. Что он нам даст?

Не надо барабанить!

Многих давно уже занимает вопрос: «Почему это вот уже 65 лет исследователи пытаются найти признаки существования во Вселенной иной цивилизации, но все тщетно?..» Попытки связаться с инопланетянами по радио или с помощью лазеров не дали видимых результатов.

В начале 2011 года дело дошло уж до того, что телескоп Allen Telescope Array (ATA), работавший в рамках программы Search for ExtraTerrestrial Intelligence (SETI) – «Поиск внеземных цивилизаций» – был закрыт из-за недостатка финансирования. Представители института SETI смогли продолжить работу лишь благодаря частным пожертвованиям, но успехов пока нет. Почему?

Ситуацию в свое время полушутя-полувсерьез попытался прояснить известный американский астрофизик Карл Саган. «Представьте себе, – сказал он, – что туземцы какого-либо острова в тропическом океане, поддерживающие связь с соседями с помощью тамтамов, решили установить связь с внешним миром. Для этого они начинают строить невиданный, гигантский барабан, не подозревая, что эфир вокруг них наполнен теле– и радиопрограммами…»

И в самом деле, не стоит ли нам попытать счастья с помощью иных видов вселенской связи? Каких именно? Последнее время все чаще разговоры идут о том, что связь на сверхдальних расстояниях надо поддерживать с помощью гравитационных волн и нейтрино.

Задача современных ученых – обнаружить гравитационные волны.

Ловушки гравитационных волн

Представьте себе ситуацию. Где-то там, в глубинах космоса, кружится во вселенском вальсе пара нейтронных звезд. Миллионы лет назад они исчерпали запасы ядерной энергии и теперь остывают. С каждым витком они сближаются все ближе, пока наконец не сольются воедино, образовав черную дыру, из недр которой уж не вырвутся ни атом, ни фотон…

Но пока они как бы еще колеблются: стоит ли сливаться? И следы их колебаний в виде гравитационных волн – вибраций пространства-времени – распространяются в космосе. Звезды сближаются, темп вращения нарастает, а с ним растут потери на излучение. В финале за три секунды частота подскочит с 10 до 1000 оборотов в секунду, и гравитационные волны унесут около процента массы покоя двух сливающихся в черную дыру звезд. Окажись поблизости космический корабль, его просто разорвет на куски: гравитационные волны деформируют предметы, растягивая их в одном направлении и сжимая в другом, – как в кривом зеркале. Так гласит теория. Но она же показывает, что волны гравитации могут сильно ослабеть с расстоянием. Именно потому нам не удается их обнаружить. Во всяком случае, например, создатели детектора MiniGRAIL, построенного в Лейденском университете (Нидерланды), похвастать успехами тоже не могут.

Детектор представляет собой шар из медно-алюминиевого сплава диаметром 68 см и массой около 1400 кг, резонирующий на колебания с частотой около 3 кГц.

Остается выделить эти колебания из помех и зарегистрировать с помощью сверхпроводящих магнитометров. А вот с этим пока не получается. Чтобы защитить установку от любых сейсмических колебаний, бетонная плита, на которой подвешен шар, опирается на подушки из резины и дерева. А сам подвес состоит из стальных грузов и пружин.

Кроме того, еще больший враг детектора – тепловой шум. Чтобы избавиться от него, MiniGRAIL должен работать при температуре 20 милликельвинов – это на 1/50 градуса выше абсолютного нуля. Для этого вместе с частью подвеса шар помещают в трехслойный термос-дьюар с температурами слоев соответственно 77 К, 4 К и 20 мК.

За каждый час такого криогенного режима из установки испаряется около литра жидкого гелия, а охлаждение полутора тонн металла от комнатной до рабочей температуры занимает более полутора месяцев. А в итоге пока – ничего. С момента начала работ в 2001 году был проведен уже с десяток сеансов наблюдений, и все безрезультатно: гравитационных волн обнаружить до сих пор не удалось.

На связь выходит нейтрино

Быть может, именно потому научная общественность с таким интересом узнала о революционном эксперименте, которые поставили в марте нынешнего года физики из университетов Северной Каролины и Рочестера.

Впервые в мире им удалось провести сеанс связи с помощью субатомных частиц – нейтрино.

Напомним, что нейтрино (в переводе с итальянского «нейтрончик») – частица особая. Это название придумал лауреат Нобелевской премии Энрико Ферми для гипотетической частицы, которая была поначалу открыта на кончике пера швейцарским теоретиком Вольфгангом Паули. Частица, согласно его вычислениям, получилась весьма странной – практически не имеющей электрического заряда, массы покоя и способной пронизывать толщу любого материала… В итоге даже сам Паули пришел в отчаяние. «Частицу с такими свойствами невозможно обнаружить экспериментально!» – воскликнул он однажды.

Устройство и схема охлаждения детектора:

_{1 – вход для жидкого гелия температуры 1К; 2 – труба для протекания гелия; 3 – резервуар гелия; 4 – резервуар для азота; 5 – труба для подачи гелия; 6 – труба для транспортировки азота; 7 – помпа для подачи гелия; 8 – труба для выхода газообразного гелия; 9 – резервуар с температурой 4К; 10 – резервуар с температурой 77К; 11 – резервуар с температурой 300К.}

Однако Паули, к счастью, ошибся. Нейтрино – даже трех разновидностей – обнаружить все же удалось.

И это несмотря на то, что нейтрино в самом деле может запросто пронизать земной шар, двигаясь почти со скоростью света!

Сигнал первой нейтринной передачи поступил из Национальной лаборатории имени Энрико Ферми, что рядом с Чикаго. Там в мощнейшем ускорителе частиц разогнали протоны и направили на углеродную мишень.

В результате бомбардировки возникли пучки нейтрино высокой плотности, которые были направлены сквозь скалы толщиной 240 метров и нацелены на детектор MINERVA.

«Мы закодировали двоичным кодом слово «neutrinо», – рассказал профессор Станцил. – Единице соответствовала посылка группы нейтрино, а нулю – пауза в нейтринном луче. После того как детектор поймал эти прерывистые пучки, компьютер перевел нули и единицы обратно в слово «neutrino». Таким образом начало освоения нового вида связи положено. Но это вовсе не значит, что уже завтра мы начнем рассылать нейтринотелеграммы во все концы Вселенной.

«Наш опыт – только первый шаг на пути создания новой технологии передачи информации на огромные расстояния без использования электромагнитных волн», – полагает профессор физики из Рочестерского университета Кевин Макфарланд, который также участвовал в эксперименте. Дело в том, что детектор, принимавший нейтринный сигнал, весит сотни тонн. Передатчик-ускоритель – еще больше. Сами исследователи признают: пока подобную установку трудно назвать удобным и дешевым средством связи.

Кроме того, перестраивать ускоритель, чтобы он передавал то «точки», то «тире», – довольно трудоемкая задача, отнимающая много времени. Поэтому передача пока идет «в час по чайной ложке». Одно-единственное слово пришлось транслировать целых два часа!

Однако лиха беда – начало. Александр Степанович Попов тоже начал с передачи всего двух слов «Генрих Герц» на расстояние в десятки метров. Но уже спустя несколько лет переданная по радио телеграмма помогла спасти рыбаков, которых уносило в открытое море на оторвавшейся от берега льдине. А сегодня мы и жизни себе не мыслим без радио и телевидения, Интернета и мобильной связи. Так что, глядишь, лет через 10–20 первые нейтринные передатчики и приемники начнут свою вахту на просторах Вселенной, полагает профессор кафедры теоретической физики физического факультета МГУ, директор Научно-образовательного центра по физике нейтрино и астрофизике имени Бруно Понтекорво Александр Студеникин.

Используя нейтрино, можно будет установить не только прямое сообщение между любыми двумя точками на Земле без спутников или кабелей. Нейтринное радио, вполне возможно, поможет устанавливать надежную связь с субмаринами, находящимися в Мировом океане на любой глубине. А поскольку нейтрино не мешают магнитные бури и иные помехи, новый вид связи хорош и для поддержания контакта с разведчиками дальнего космоса, посланными с Земли. А там, глядишь, дело дойдет и до получения посланий от иных цивилизаций…

С. НИКОЛАЕВ

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ИЗ… БУМАГИ. Сотрудники компании Sony представили первый компактный источник питания для выработки электричества, работающий на энергии разложения бумаги. В батарею интегрированы молекулы белка фермента целлюлазы, разлагающей сложные сахара, из которых состоит бумага, до простой глюкозы, а затем глюкоза позволяет производить электричество.

Если приготовить такой водный раствор и погрузить в него кусочек бумаги, та начнет разрушаться с образованием глюкозы. Как и всякий фермент, целлюлаза выступает катализатором реакции и не «расходуется» на ее проведение, так что процесс можно повторять снова и снова.

Получившаяся глюкоза уже с помощью следующих ферментов используется в электрохимической реакции для выработки тока.

Теоретические оценки показывают, что подобный источник питания от одного бумажного листа формата А4 может давать энергии примерно столько, сколько шесть батареек АА. Однако пока на практике прототип бумажной батареи имеет показатели на сколько порядков хуже.

Тем не менее, японские изобретатели надеются, что им таким образом удастся решить проблему макулатуры. Теперь ее можно будет пустить на выработку электричества.

ДОБРОТУ ПО ЛИЦУ ВИДНО. Оказывается, не только люди способны расшифровывать выражение лиц друг друга. Собаки и даже волки в зоопарках это тоже умеют прекрасно делать. Как выяснили ученые из Флоридского университета (США), наши «братья меньшие» прекрасно видят, у кого можно выпросить подачку, а к кому и подходить не стоит.

Точность диагноза – до 90 процентов!

ИЗОБРЕТЕНИЕ ШКОЛЬНИЦЫ. Ученица пятого класса Клэр Лэйзен из Канзас-Сити, США, выполняя задание учителя на уроке, изобрела новое химическое соединение. Молекулярная структура новой молекулы, возможно, способна помочь в создании инновационных методов накопления энергии.

А дело было так. На уроке учитель дал задание – собрать из специальных шариков и палочек-соединений модели молекул. Девочка собрала странную конструкцию из воображаемого азота, кислорода и углерода. Учитель, который увидел необычную, не встречавшуюся ему ранее модель, связался с профессором химии и переслал ему фотографию модели с вопросом: «Известно ли специалистам это вещество?»

Профессор изучил архив, где хранятся научные работы по химии с 1904 года, и нашел только одну статью, где упоминалось аналогичное соединение.

Однако в придуманной школьницей структуре атомы были расположены в другом порядке, а значит, химические свойства этой молекулы должны быть другими.

При дальнейшем изучении выяснилось, что соединение содержит нитроглицерин, не исключено, что изобретенное девочкой вещество может обладать взрывчатыми свойствами.

Как бы там ни было, школьница стала автором научной статьи и всполошила мир химии.

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Мушиный секрет

Пентагон получит оружие, способное эффективно убивать мух, поскольку энтомологи по заказу военных раскрыли главный мушиный секрет.

Минобороны США берет на «вооружение» уничтожитель мух. Его разработали энтомологи из Университета Флориды. Они выяснили, что власти Соединенных Штатов всерьез озабочены проблемой распространения мух в зонах боевых действий (как правило, это жаркие регионы), а также в районах стихийных бедствий.

Дело в том, что обычная домашняя муха может быть носителем около 100 возбудителей различных заболеваний, в числе которых дизентерия, холера и брюшной тиф. Так что американские военнослужащие, например, в Ираке и Афганистане ежедневно подвергаются этой опасности.

Поэтому Пентагон заказал военным энтомологам специсследование на тему: «Как эффективнее всего отлавливать и уничтожать мух?» Команду возглавил лейтенант Джозеф Дикларо из Центра энтомологии ВМС США. При содействии профессора кафедры урбанистической энтомологии Института сельскохозяйственных наук Фила Келера, специалисты по уничтожению насекомых провели ряд экспериментов.

В ходе их выяснилось, что отпугиватели, ловушки и уничтожители насекомых в США по большей части желтого цвета. Почему так получилось, никто не знает, но десятилетиями считалось, что это правильно. Но когда провели специальную серию опытов, то оказалось, что мухи любят сладкое, цветочные и прочие ароматы, а также синий цвет.

Ученые Роберто Перейра и Фил Келер со своим изобретением.

По результатам исследований Джозеф Дикларо сконструировал новую ловушку для мух. Она представляет собой параллелепипед, стенки которого имеют щели; они, по мнению ученых, похожи на щели в стенах зданий, куда прячутся мухи. Внутри ловушки находится яд замедленного действия. Насекомые залетают в устройство, съедают инсектицид, вылетают, а потом падают замертво. Таким образом, устройство при одной зарядке уничтожает более 40 тысяч мух, при этом они не скапливаются внутри.

Апробация устройства, названного Florida Fly-Baiter, успешно прошла испытания в Ираке, Афганистане, Греции и Египте. Теперь уничтожитель мух, стоимость которого около 10 долларов, примут на вооружение и американские войска. Кроме того, его будут использовать в зонах стихийных бедствий, где нарушено водо– и энергоснабжение, а также при выполнении гуманитарных операций в беднейших странах.

ВОЗВРАЩАЯСЬ К НАПЕЧАТАННОМУ
Бактерии на службе… у разведки

Недавно мы рассказывали в журнале о поэте, который зашифровал свои стихи в геноме бактерии, чтобы его произведения пережили века (подробности см. в «ЮТ» № 9 за 2011 г.). Подобный метод шифрования уже стараются поставить на службу рыцарям плаща и кинжала, то есть, попросту говоря, разведывательным службам.

Управление перспективных научных исследований (DARPA), работающее при Пентагоне, недавно предложило ученым рассмотреть всевозможные варианты передачи кодированной информации без использования электроники. Ведь не секрет, что хакеры ныне научились взламывать даже самые защищенные системы и файлы.

Было предложено несколько проектов. Самый экзотический разработали исследователи из Университета Тафтса и Гарвардского университета. Они решили использовать для шифровки информации геном бактерий.

Дело в том, что гены флуоресцентных белков модифицированных штаммов кишечной палочки (Escherichia coli) активируются и начинают производить соответствующие соединения лишь при определенных условиях.

При этом колонии бактерий излучают желтый, зеленый или красный свет. Используя различные сочетания цветов, можно кодировать определенные буквы и цифры, что позволяет записывать информацию.

Само сообщение выстраивается простейшим образом, знак за знаком, строка за строкой, на питательной среде, куда точку за точкой вносят соответствующие пары штаммов кишечной палочки. После культивации бактерий к поверхности прикладывают лист нитроцеллюлозной пленки, которая удерживает некоторое количество микробов. Получается небольшой листик с нанесенными на него не видимыми глазу бактериями, в генах которых скрывается секретное сообщение. Эту пленочку и переправляют адресату, наклеив, например, на конверт под почтовую марку.

Получатель кладет полученную пленку на питательную среду и «включает» флуоресцентные гены, используя определенный набор условий культивации. Для того, кто не знает этих условий, гены так и останутся неактивными и никак себя не проявят.

Авторы предлагают еще повысить степень защиты, внедрив в некоторые штаммы гены устойчивости к тем или иным антибиотикам. Тогда знающий человек может быстро отделить бактерии, несущие информацию, от всех прочих, использовав известный ему антибиотик.

Интересно, что новый метод кодирования назвали SPAM. Обычно этим термином именуют всякий информационный мусор. Но в данном случае расшифровка сокращения означает Steganography by Printed Arrays of Microbes, что можно перевести как «стенография впечатыванием микробов».

Приобретя первый опыт, исследовательская группа сейчас пытается осуществить шифрование еще и при помощи дрожжей. «Их структура открывает возможность использования более сложных методов шифрования, потому что у них богатая биохимия, а генетика хорошо изучена», – отметил Мануэль Паласиос, руководитель исследования.

Кроме шифровки шпионских донесений, SPAM можно использовать и для идентификации всевозможной потребительской продукции. «Поставленный в тайном месте бактериальный штамм будет означать, что это не подделка, – говорит Паласиос. – Сообщение на испорченном продукте будет искажено, а на конрафакте – отсутствовать вовсе…»

Наконец, в принципе то или иное послание можно передавать и при помощи четырех генетических «букв» – азотистых оснований: А (аденин), С (гуанин), Т (тимин) и С (цитозин). Комбинируя их, можно создать дополнительный код для шифровки всевозможных сообщений.