proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2022 год
  Агентство  ПРоАтом. 26 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
Новинка!

Вышла в свет книга Вадима Подольного « Архитектура высоконагруженных систем. Системы сбора информации, распределенные системы управления, системы реального времени».
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[12/08/2022]     Наука и техника США в 2022 году. Часть вторая

Олег Фиговский, академик, Израиль  

Роботизированные суставы сделают будущие скафандры более удобными. Конечная цель ученых — интегрировать мягкие роботизированные приводы в самовосстанавливающийся костюм со встроенными датчиками. Инженеры Техасского университета A&M под руководством Аны Диас Артилес разрабатывают технологию мягких роботов. Она сделает будущие скафандры SmartSuit для исследования планет более безопасными, удобными и энергоэффективными для космонавтов.



Сегодня у космонавтов есть выбор из двух видов скафандров. Одним из них является группа летных костюмов, которые предназначены для защиты экипажей от случайной разгерметизации во время взлета и входа в атмосферу. Другой — российские и американские скафандры полного давления, которые не менялись с начала 1980-х годов. 

Проблема в том, что они не очень удобные. Одна из причин заключается в том, что космические скафандры должны содержать воздух с достаточным давлением. Но это превращает костюм в воздушный шар в форме морской звезды, который так же трудно согнуть, как автомобильную шину. Чтобы преодолеть это, суставы костюма состоят из серии мехов с постоянным объемом. Когда эти кольцеобразные структуры сгибаются, воздух перемещается с одной стороны на другую, позволяя суставу сгибаться. Идея команды TexasA&M состоит в том, чтобы заменить эти сильфоны мягкими роботизированными приводами, которые выполняют большую часть работы, удерживают сустав в нужном положении и позволяют костюму сидеть более комфортно. Сейчас исследователи работают над прототипом роботизированного колена и моделируют подвижность стандартного костюма и обнаженного тела. Они обнаружили, что такие приводы могут сэкономить количество калорий, затрачиваемых во время миссии на Марс, и позволить космонавтам работать с меньшим потоотделением. Конечная цель ученых — интегрировать эти мягкие роботизированные приводы в самовосстанавливающийся костюм со встроенными датчиками.

Исследователи разработали методику, которая позволяет роботу освоить новую задачу после того, как ее несколько раз покажет человек. Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый алгоритм, для которого нужно, чтобы человек несколько раз показал, как выполнить задачу: этого достаточно, чтобы перепрограммировать робота.Новый метод машинного обучения позволяет роботу поднимать и манипулировать неизвестными ранее объектами, которые находятся в рандомных позах. За 10–15 минут робот будет готов выполнить новую задачу.По словам авторов, в подходе они использовали нейронную сеть, которая специально разработана для восстановления форм 3D-объектов. С помощью всего нескольких демонстраций система распознает геометрию предмета.

Авторы организовали симуляцию с использованием реальной роборуки. Они показали, что их система может эффективно манипулировать кружками, мисками и бутылками, расположенными в случайных позах. Авторы использовали всего 10демонстраций, чтобы обучить робота.«Наша работа — это вклад в разработку систем, которые смогут работать в более неструктурированных средах», — заявил Энтони Симеонов, аспирант кафедры электротехники и компьютерных наук (EECS).

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали недорогой и высокоточный метод изготовления тонких зеркал и кремниевых пластин путём. изменения формы тонких пластинчатых материалов таким образом, чтобы устранить искажения, формируемые нагруженными поверхностными материалами покрытия. С использованием нового метода можно изгибать поверхности в точные и сложные формы, которые не влияют на качество оптики.Чтобы добиться полного контроля над тензором напряжения, группа исследователей под руководством Ювея Яо разработала технологию нанесения квазипериодических ячеек, состоящих из специальных решеток, на обратной стороне основы оптических поверхностей. Свой метод ученые назвали мезоструктурами тензора напряжения. Основа под поверхность до начала изготовления оптического прибора покрывается с обратной стороны тонкими слоями высокопрочной пленки, изготовленной из диоксида кремния. На пленке с использованием литографии печатаются узоры напряжений, чтобы исследователи могли изменять свойства материала в определенных областях.

Локальные изменения пленочного покрытия в различных областях показывают, где на поверхность воздействуют напряжение и формируется натяжение. А поскольку оптическая поверхность и покрытие склеены, манипулирование материалом покрытия изменяет форму оптической поверхности.«Поворачивая решетку в каждой элементарной ячейке и изменяя долю площади выбранных областей, можно управлять всеми тремя компонентами поля тензора напряжений одновременно с помощью простого процесса формирования рисунка», — объясняет Ювей Яо. Как отмечают исследователи, тонкие пластины необходимы для сложных оптических систем высокого уровня, таких как деформируемые зеркала, а также при производстве полупроводников. Новая технология сделает производство более точным, масштабируемым и дешевым. Это особенно актуально для сверхлегких систем, таких как космическая оптика, где традиционные методы изготовления не соответствуют строгим требованиям. Исследователи планируют доработать технологию таким образом, чтобы корректировка поверхностного напряжения могла осуществляться автоматически в процессе использования. Для этого инженеры планируют размещать свои мезоструктуры на тонких пластинах с пьезоприводом. Это позволит распространить технологию за пределы оптики для использования в микроэлектронике и мягкой робототехнике.

Группа ученых из Стэнфордского университета и Университета штата Огайо разработала миниатюрного робота-гусеницу на основе техники оригами Креслинга. Американские исследователи собрали небольшой робот, который способен перемещаться как гусеница. Инженеры использовали четыре модуля оригами, собранных по схеме Креслинга, и магнитный привод.Собранный робот может передвигаться как в стиле гусеницы, так и в режиме ручного управления. Ученые использовали магниты для изменения жесткости и структуры «корпуса» робота. Гусеница, созданная учеными, может закручиваться по часовой и против часовой стрелки. При помощи специальных стабилизаторов обеспечивается плавность движения и возврат всех элементов гусеницы в исходную форму.Как отмечают авторы разработки, гусеницы и дождевые черви при движении сокращают отдельные части своего тела и используют силу трения, чтобы продвигаться вперед. Такой способ передвижения и мягкое деформируемое тело позволяют животным легко перемещаться в условиях сложного рельефа.

Исследователи протестировали робота в трудных условиях. Например, ему требовалось одновременно вращать корпусом и непрерывно двигаться по круговой траектории. Как отмечают исследователи, такие адаптивные функции понадобятся в сложных биомедицинских средах, в которых мягкая система может испытывать сопротивление при контакте с тканями и органами в ограниченном пространстве. Разработчики считают, что их робота можно использовать для проведения эндоскопии, биопсии или доставки лекарств, которые будут выпускаться при необходимости. Инженеры продемонстрировали как их система будет хранить и выдавать таблетки.

Ученые США разработали роботизированную систему, которая позволяет нейрохирургам проводить эндоваскулярные вмешательства дистанционно. Новая технология призвана спасти жизни пациентам в критической ситуации, например, после инсульта, которых нужно немедленно оперировать, чтобы сохранить функцию мозга. В будущем доступность высокотехнологичной медицинской помощи может быть обеспечена даже в сельских районах. Эндоваскулярная хирургия представляет собой малоинвазивную процедуру, которая заключается в пункции кожи и введении специальной проволоки в артерии и сосуды. Процедура проводится под контролем рентгена и позволяет выполнять сложнейшие манипуляции с минимальными для здоровья рисками и осложнениями. Например, устанавливать катетеры для растворения тромбов или выключать из кровотока участки с аневризмами. Такие операции проводят высококвалифицированные хирурги — редкие специалисты, которые чаще всего работают в крупных больницах больших городов.

Теперь ученые из Массачусетского технологического института представили решение этой проблемы — роботизированную систему для проведения эндоваскулярных вмешательств удаленно. Врач может находиться в другой комнате или в другом городе и управлять роботом с помощью джойстика. Робот оснащен магнитом, который обеспечивает аккуратное движение чувствительной к магниту проволоки по сосуду. Демонстрация операции на моделях силиконовых сосудов, представляющих сложные изгибы артерий головного мозга, оказалась многообещающей. Врачам удавалось быстро и эффективно управлять проволокой, огибать острые углы и повороты и добираться до нужных областей. Например, технология позволяла удалять тромбы и блокировать аневризмы, как если бы этот делал врач, присутствуя в операционной.

Следует подчеркнуть, что таким образом ученые обеспечили врачам дополнительные преимущества, поскольку теперь им не нужно подвергаться излучению, которое необходимо для контроля процесса операции.Ученые считают, что новая роботизированная система изменит глобальное здравоохранение и решит одну из ее ведущих проблем — снизит смертность от инсульта и инфаркта и сократит число инвалидностей. В перспективе планируется, что пациента в остром состоянии подготовит к операции в местной больнице медсестра, а всю работу будет выполнять врач из любой точки мира с помощью робота.

Ученые из Висконсинского университета в Мадисоне (США) разработали новый биоразлагаемый гель, который улучшает способность иммунной системы сдерживать рак после хирургического удаления опухоли.Гель, испытанный на мышах, высвобождает лекарства и специальные антитела, которые одновременно истощают иммуноблокирующие клетки, макрофаги, и активируют Т-клетки, чтобы они могли атаковать рак. Гель хорошо работал против рака толстой кишки, который легко поддается иммунной терапии. Также он оказался эффективен против меланомы, саркомы и тройного негативного рака молочной железы, которые менее чувствительны к иммунной терапии и более склонны к метастазированию. Гель, введенный в организм, высвобождает два ключевых компонента. Один из них – препарат Пексидартиниб, одобренный для применения для ингибирования функции макрофагов, ассоциированных с опухолью. Эти клетки способствуют росту опухолей, а ингибирование клеток замедляет его. Второй компонент геля – тромбоциты — фрагменты клеток, образующих сгусток крови, — связанные с иммуностимулирующими антителами. Эти антитела помогают Т-клеткам иммунной системы распознавать и атаковать раковые клетки.        

Теперь вместо сложных операций по забору ткани для гистологии можно будет использовать неинвазивный микроскоп, который предоставит подробные 3D-изображения проблемного участка в живом организме. Это прорывная технология значительно упростит диагностику рака, а также будет полезна для обследования пациента при многих других заболеваниях. Ученые из Колумбийского университета разработали технологию MediSCAPE — высокоскоростной 3D-микроскоп для анализа тканей в режиме реального времени в живом организме. Предварительные результаты тестирования прибора свидетельствуют, что инвазивная биопсия вскоре может стать методом прошлого. Биопсия сегодня применяется повсеместно для оценки структуры ткани, анализа признаков ее злокачественности и т. д. Например, при подозрении на рак биопсия является окончательным инструментом для постановки диагноза. Между тем биопсия крайне сложная процедура при работе с нервной тканью, головным и спинным мозгом, глазами. Помимо этого, проведение гистологической оценки ткани после биопсии очень трудоемкое занятие и сократить время подготовки результатов пока не удается.

«Теперь мы можем визуализировать живую ткань без биопсии. Мы надеемся, что MediSCAPE оставит существующие решения в прошлом», — прокомментировала полученные результаты автор работы Элизабет Хиллман. Одной из первых тканей, которую изучили ученые с помощью микроскопа, стала почка мыши.«Мы были ошеломлены, увидев великолепные структуры, похожие на те, которые обычно мы получаем при стандартной гистологии», — заявили они.У новой технологии, помимо отсутствия инвазивного вмешательства, есть ряд важных преимуществ. Во-первых, в организм не нужно вводить какие-либо дополнительные флуоресцентные красители. Во-вторых, обзор происходит в режиме реального времени, позволяя наблюдать за тканью под разными углами.«Мы сканировали различные области ткани, как если бы держали фонарик в руках», — объясняют они.Кроме того, технология позволяет оценивать состояние ткани и одновременно визуализировать кровоток, что крайне важно для многих состояний и оценки кровоснабжения органа до операции. Наконец, обследование позволяет получить подробные 3D-изображения для дальнейшей работы.

К настоящему времени ученые продемонстрировали потенциал MediSCAPE для широкого спектра применения: от анализа опухоли поджелудочной железы у мышей до быстрой оценки человеческих органов, подготовленных для трансплантации. Демонстрация эффективности микроскопа на живом человеке проводилась на визуализации языка и ткани слизистой оболочки рта.В настоящее время ученые работают над коммерциализацией технологии и ждут от американского регулятора FDA одобрения для применения технологии в клинической практике.

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (англ. Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) — управление Министерства обороны США, отвечающее за разработку новых технологий для использования в интересах вооружённых сил. Задачей DARPA является сохранение технологического превосходства вооружённых сил США, предотвращение внезапного для США появления новых технических средств вооружённой борьбы, поддержка прорывных исследований, преодоление разрыва между фундаментальными исследованиями и их применением в военной сфере.Вопреки сложившемуся мнению, DARPA не является уникальным исследовательским центром – она дополняет 3 крупных исследовательских управления видов войск Вооруженных Сил США (ВВС, ВМС, Сухопутные войска), а также большее двух десятков других военных исследовательских центров. Уникальность ДАРПА обеспечивает исключительномеждисциплинарная направленность и ориентация на новейшие и экспериментальные технологии.

Так, например, DARPA инициирует пятилетнюю программу по разработке конструкций и материалов для строительства крупных сооружений на орбите и на Луне. С Земли нельзя доставить большие конструкции на орбиту и дальше. «Стройки века» можно затевать только на месте, для чего необходимы как новые материалы, так и системы дистанционного управления строительными роботами. Новая программа получила код NOM4D (произносится как NOMA или, по-русски, кочевник). Расшифровывает аббревиатура как «Новое орбитальное и лунное производство, материалы и массовый дизайн».«Видение NOM4D заключается в разработке основных материалов, процессов и конструкций, необходимых для реализации в космосе крупных, точных и надежных систем Министерства обороны, — сказал Билл Картер, руководитель программы в Управлении оборонных исследований DARPA. — Мы изучим уникальные преимущества, которые дает производство на орбите с использованием современных материалов, доставляемых с Земли».

Также новая программа предусматривает использование местных материалов, в частности с лунной поверхности. Другими предметами изучения программы NOM4D станут разработка эффективных конструкций, устойчивых к космической среде обитания, а также с точки зрения используемой массы, инструменты для управления роботами при создании конструкций в космосе, регулярная дозаправка на орбите обслуживающих роботов космических аппаратов и возможность непрерывного контроля производства, включая коррекцию проектов в режиме, близком к реальному времени.

Программа разделена на три 18-месячных этапа. На первом этапе будут выработаны проекты эффективных космических конструкций и подбор материалов с использованием типовой солнечной панели мощностью 1 МВт. На втором этапе технологии сбора конструкций будут усовершенствованы для удовлетворения требований по сбору образца ВЧ-отражателя диаметром 100 м. На третьем этапе ожидается достижения существенного скачка в точности, что позволит создавать структуры, отражающие инфракрасное излучение, подходящие для использования в сегментированном длинноволновом инфракрасном телескопе.В каждом случае предполагается изготовление на Земле масштабных образцов для выработки метрик и проверок концепций. Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны СШАв рамках проекта LibertyLifter решило создать своего «Каспийского монстра» — аналог КМ («Корабль-макет»), разработанного в СССР, послуживший основой для работ по экраноплану-ракетоносцу «Лунь». Отмечается, что LibertyLifter позволит с относительно большой скоростью доставлять большие массы грузов по всей планете без использования специализированных морских портов и авиабаз. Popular Mechanics пишет, что экраноплан может использоваться, например, для переброски бронетехники и противокорабельных ракет на острова в Южно-Китайском море. Издание уверено, что LibertyLifter будет отличать прочная конструкция, способная выдерживать удары волн, а также высота полета до трех километров, позволяющая избегать морскую непогоду.

Американская армия продолжает реализацию проекта Integrated Visual Augmentation System (IVAS) – «системы дополненного зрения», а проще говоря, высокотехнологичных очков для ближнего боя – прежде всего для пехоты. Они позволяют солдатам видеть в темноте и заглядывать за угол, а цифровые карты местности и другие данные проецируются прямо на стекло. Подобно шлемам боевых летчиков, очки IVAS проецируют дополнительную информацию, например карты, прямо в поле зрения бойца. Система IVAS способна подключаться к многонаправленным камерам, которые монтируются «на броне». Получая этот видеопоток, очки позволяют экипажам боевых машин Bradley или Strykerвидеть как будто сквозь корпус и без помех обозревать все поле боя.«Теперь ребятам не нужно выбираться наружу в опасной ситуации, чтобы лучше рассмотреть происходящее, – говорит сержант Филип Бартель из боевой группы БМП Stryke. – Можно управлять командой и получать точные изображения целей, оставаясь в безопасности, под защитой брони своей машины. Такие решения позволят еще большее снизить потери и могут радикально изменить способы ведения сражения в целом, повысить боевую эффективность».

Система IVAS ведет свою родословную от нашлемных индикаторов, которыми пользуются военные летчики. На поверхность новых очков также можно проецировать любые данные, включая карты, видеопоток, изображения с приборов ночного видения. Современные солдаты уже активно пользуются подобной информацией, однако IVAS открывает куда более быстрый и удобный доступ к ней, причем прямо на поле боя. Вместо того чтобы рыться в карманах в поисках, например, карты, ее можно будет отобразить на цифровом экране, даже не отрывая взгляда от цели.IVAS также рассчитана на использование с инфракрасными «ночными» прицелами, которые устанавливаются на армейском стрелковом оружии. Направив винтовку в нужную сторону, можно не выглядывать из-за угла, не подниматься из укрытия и не подставляться под огонь противника – и при этом как следует рассмотреть происходящее. Кроме того, солдаты могут подключаться к видеопотоку с камер беспилотников, работающих бок о бок с ними. Очки позволяют снова воспроизвести всю операцию, показывая солдату его собственный аватар на фоне происходившего вокруг.

Aмериканские военные уже используют новую систему на тренировках. Солдаты, экипированные IVAS, отрабатывали зачистку помещения из шести комнат, заранее оборудованных макетами целей. При этом используются страйкбольные винтовки и трекеры. После каждого «прогона» командир и солдаты разбирают все маневры, произведенные выстрелы, каждое попадание и промах. А очки IVAS позволяют снова воспроизвести всю операцию, показывая солдату его собственный виртуальный аватар на фоне происходившего вокруг.Система также считается весьма перспективной для военных, которые десантируются на поле боя на бронетехнике.

Сегодня они остаются в стальной коробке, изолированные от внешнего мира, и в лучшем на небольшой экран, на который транслируется картинка с видеокамеры. Выбираясь наружу, они плохо представляют себе происходящее и вынуждены осматриваться и ориентироваться, быстро адаптируясь к особенностям местности, определяя положение противника и т.д., – это время можно резко сократить, если использовать IVAS, передавая изображение поля боя на стекло очков еще по пути к месту, в режиме реального времени.Судя по имеющимся данным, к 2022 году Пентагон собирался потратить около 1,1 млрд долл., чтобы экипировать новой системой всех нуждающихся в этом солдат. При прохождении через верхнюю палату парламента эта статья расходов оказалась урезана на 20%. Однако многие из технических проблем, на которые ссылались конгрессмены, удалось достаточно быстро разрешить. Поэтому вскоре все американские военные смогут получить особое «боевое зрение».

Пентагон испытывает израильскую систему SMASH – портативную «пехотную» версию компьютеров, которые управляют наведением танковых пушек. Прицел монтируется на винтовку или карабин, может использовать встроенную функцию ночного видения и баллистический вычислитель. Достаточно поместить цель в перекрестие указателя и надавить на курок – умная система будет контролировать выстрелы, совершая лишь те, что отправят пулю точно по назначению. Пентагон проводит соревнования по разработке портативной персональной системы воздушной мобильности, которая позволит солдатам вести разведку, поиск и спасение, быстрое развертывание на поле боя и быструю эвакуацию, а также проводить специальные миссии. Пока неясно, как будет выглядеть такая техника – возможно, в виде комбинации реактивных ранцев, глайдеров, вингсьютов и т.п. По планам, она позволит оставаться в полете на высотах от низких до средних и на дистанции до 10 км. 

По мере того как Арктика обретает все большее экономическое и стратегическое значение, возникает и необходимость экипировать солдат для действий в условиях сильного холода. Одной из главных проблем остается согревание рук, которые страдают от мороза в первую очередь. Для этого американские военные разработали питающиеся от аккумулятора широкие браслеты, которые надеваются на запястья, согревая поступающую к пальцам кровь. Это позволяет использовать сравнительно тонкие перчатки и действовать эффективнее.

Исследователи из США открыли новый способ производства и стабилизации редкой формы серы для использования в качестве электролита для элементов питания. Во-первых, эта разработка позволит сделать экономически выгодными литий-серные батареи. Во-вторых, ее емкость втрое выше, чем у литий-ионных аккумуляторов. В третьих, стабильность батареи не падает на протяжении 4000 циклов зарядки-разрядки — или 10 лет использования.Учитывая постоянный рост продаж электромобилей, не удивительно, что цены на сырье — литий, никель, марганец и кобальт — стали во время пандемии замедлять производство автомобильных батарей в нужном количестве. Так что многие команды исследователей стали проявлять большой интерес к альтернативным вариантам аккумуляторов. Например, к литий-серным, способным запасать много энергии и не испытывающих проблем с дефицитом сырья.

Загвоздка внедрения серы в литиевую батарею с углеродным электролитом в том, что она вызывала необратимую химическую реакцию с образованием полисульфидов. Из-за этого предшествующие попытки создания литий-серной батареи заканчивались почти немедленным прекращением ее работы всего через один цикл. Тем не менее, батареи Li-S уже демонстрировали выдающиеся характеристики в экспериментах с другим, эфирным электролитом, но у них тоже не было коммерческого будущего — эфир слишком летучий, а у некоторых компонентов такой батареи слишком низкая точка кипения. Специалисты из Университета Дрекселя нашли способ обойти препятствия, мешавшие появлению литий-серных батарей на рынке. Они разработали новый катод из углеродных нанонитей, но его эффективность в углеродном электролите еще следовало проверить. Испытания показали, что метод осаждения из паровой фазы привел к кристаллизации серы непредвиденным образом, превратив ее в моноклинную гамма-серу, слегка измененную форму этого элемента. Эта химическая фаза серы обычно встречается в природе в нефтяных источниках. Ее плюс в том, что она не вступает в реакцию с углеродным электролитом, так что опасности образования полисульфидов не возникает.

Экспериментальный катод сохранил стабильность после года испытаний и 4000 циклов зарядки-разрядки, что эквивалентно, по подсчетам ученых, 10 годам регулярного использования. При этом прототип батареи с таким катодом обеспечил втрое большую емкость, чем у стандартной литий-ионной батареи. Авторы открытия еще не до конца разобрались в механизме создания стабильной моноклинной серы при комнатной температуре, но убеждены, что прорыв откроет путь к созданию более доступных и практически неубиваемых аккумуляторов.

Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали мягкий, растягивающийся термометр с автономным питанием, который можно интегрировать в мягких роботов и «умную» одежду.Термометр состоит из трех простых частей: электролита, электрода и диэлектрического материала, разделяющего их. На границе раздела электролит/диэлектрик накапливаются ионы, а на границе раздела диэлектрик/электрод накапливаются электроны. Дисбаланс заряда между ними создает ионное облако в электролите. При изменении температуры ионное облако меняет толщину – и генерируется напряжение. Напряжение чувствительно к температуре, но не к растяжению.«Поскольку конструкция настолько проста, существует множество различных способов настройки датчика в зависимости от приложения, – сказал Еченг Ван, научный сотрудник SEAS и ведущий автор статьи. – Вы можете выбирать разные материалы, располагать их по-разному и оптимизировать для разных задач».

Разместив электролит, диэлектрик и электрод в разных конфигурациях, исследователи разработали четыре конструкции датчика температуры. В одном тесте они интегрировали датчик в мягкий робот-захват и измерили температуру горячего яйца, сваренного вкрутую. Новое устройство оказалось более чувствительным, чем традиционные термоэлектрические датчики, и может реагировать на изменения температуры в течение примерно 10 миллисекунд.В зависимости от используемых материалов термометр может измерять температуру от –100 до 200 градусов по Цельсию.

Ученые из Университета Южной Калифорнии (США) выяснили, что семейство белков IL-6, активирующих ген STAT3, не только связано с воспалением, развитием артрита и рака, но также способствует восстановлению хрящей как в суставах, так и в зонах роста. Исследование, в котором ученые использовали выращенные в лаборатории клетки человека и клетки мышей, показало, что ген STAT3 имеет решающее значение для размножения, выживания, созревания и восстановления хрящеобразующих клеток в суставах и зонах роста (хрящевых пластинах роста). Когда ген переставал работать, хрящевые клетки постепенно становились менее функциональными – из-за этого раньше времени срастались пластины роста, скелет и суставной хрящ не успевали развиться.

Те же самые последствия наблюдались у мышей, когда им не хватало белка гликопротеина 130 (gp130), который белки IL-6 используют для активации гена STAT3. Когда же «выключили» другой ген Lifr, кодирующий белок, работающий с gp130, чтобы распознать один из белков IL-6, у мышей произошли такие же – но более мягкие – изменения скелета и хрящей. У грызунов без белка gp130 ученые смогли восстановить пластинки роста за счет сверхактивации STAT3, хотя это также вызвало разрастание хрящей, что привело к другим скелетным аномалиям. При этом самцы и самки мышей по-разному реагировали на манипуляции: когда STAT3 переставал функционировать, у самок сильнее менялись хрящи и скелеты, чем у самцов. Чтобы понять, почему так происходит, исследователи изменили уровень эстрогена у мышей, а также в выращенных в лаборатории клетках хряща свиньи. В обоих случаях эстроген увеличивал количество и активность STAT3. Это может говорить о том, что у особей женского пола этот ген играет большую роль.Результаты этой работы позволили разработать препарат, который восстанавливает суставной хрящ, не вызывая воспаления.

Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв открыли новый механизм, при котором белок защищает целостность ДНК, сохраняя ее структурную форму. Новое открытие связано с работой белка 53BP1. Отмечается, что работа поможет понять, как клетки поддерживают целостность ДНК в ядре. Это поспособствует борьбе с такими заболеваниями, как рак и преждевременное старение.ДНК, или дезоксирибонуклеиновая кислота — это химическое название молекулы, которая содержит генетические инструкции для всех живых существ. В частности авторов интересовал белок 53BP1. Ранее было известно, что он отвечает за конкретный процесс восстановления повреждений в ДНК — он называется двухцепочечный разрыв (DSB), при котором обе нити ДНК разрываются, оставляя свободный конец ДНК плавать в ядре клетки. Если происходит такой разрыв и его не восстановить, то концы ДНК могут слиться. Это может привести к нарушению генетической информации. В краткосрочной перспективе клетки с неповрежденной ДНК могут самоуничтожиться, но в худшем случае начнется формирование раковой опухоли.

Авторы новой работы выяснили, что белок 53BP1 выполняет биологическую функцию в опосредовании структуры ДНК — это особенно сильно уплотненная область, которая называется гетерохроматин. Исследователи обнаружили, что эта новая функция включает в себя новую форму активности 53BP1, при которой белок накапливается в конденсированных областях ДНК и образует небольшие капли жидкости — это процесс, который называется разделением фаз жидкость-жидкость, он похож на смешивание масла с водой. Команда выяснила, как 53BP1 может образовывать капли жидкости: этот процесс требует участия других белков, которые поддерживают структуру высококонденсированной ДНК. Но, в свою очередь, авторы выяснили, что 53BP1 также стабилизирует сбор белков в этих областях ДНК, а это важно для сохранения общей функции ДНК.Затем авторы провели детальный молекулярный анализ, чтобы разбить большой белок на мелкие кусочки, и определили, какие кусочки важны для образования капель жидкости 53BP1. Они дополнительно определили несколько аминокислот, которые влияют на работу этой функции. Благодаря новому исследованию авторы надеются лучше понять, как предотвратить такие заболевания, как рак, а также разработать методы его лечения с помощью особенностей работы 53BP1.

Эксперименты команды из Университета штата Вашингтон показали, что отсутствие белка NS2 позволяет иммунной системе уничтожить вирус до того момента, как в организме начнется сильное воспаление. В первую очередь, респираторные вирусы провоцируют воспаление легких, поэтому открытие может стать универсальной стратегией для предупреждения подобных осложнений. Изучая респираторно-синцитиальный вирус, ученые определили, что белок NS2 является ключевым регулятором аутофагии, модулирующим иммунную защиту при вирусной атаке. Аутофагия, в свою очередь, регулируется белком Beclin1. Эксперименты показали, что при инфицировании клетки белок Beclin1 может распознать и устранить патоген, однако NS2 мешает ему, что позволяет вирусу сохраняться внутри клетки и продолжать репликацию, вызывая воспалительную реакцию. Между тем отсутствие NS2 позволяет Beclin1 уничтожить вирус на самой ранней стадии.

По словам авторов, данная стратегия потенциально эффективна для всех респираторных вирусов от гриппа до COVID-19. Нацеливание на NS2 может быть универсальной мишенью для их блокировки в организме, поэтому теперь ученые исследуют наиболее эффективные соединения-кандидаты против NS2.Главной стратегией защиты от респираторных вирусов сегодня остается вакцинация. Однако благодаря пандемии COVID-19 в этой области появились новые интересные данные: ученые установили, что спрей-вакцины оказались эффективнее традиционных прививок с помощью подкожных уколов.

Врачи из Университета Мэриленда пересадили генетически модифицированное свиное сердце умирающему мужчине с тяжелой аритмией. Для того чтобы уменьшить иммуногенность органа, врачи подредактировали у животного десять генов. Спустя три дня после пересадки сердце хорошо функционировало, и не было никаких признаков его отторжения. Несмотря на это говорить об успехе операции еще рано — пациенту предстоит длительный период наблюдений. Пересаживать органы одного человека другому непросто из-за того, что люди не всегда иммунологически совместимы. Для того чтобы найти подходящего донора, медикам иногда приходится ждать месяцами. Еще сложнее дело обстоит с органами животных, хотя теоретически пересадка их человеку могла бы спасти многих пациентов, которые так и не дожидаются своей очереди на трансплантацию.Чтобы повысить шанс донорских органов прижиться, ученые пытаются модифицировать их ткани и сделать их менее иммуногенными. Например, удаляют с поверхности клеток углевод альфа-галактозу, непривычный для иммунной системы человека. FDA одобрило такую линию для терапевтического применения в 2020 году.

В октябре 2021 года врачи из Нью-Йорка пересадили модифицированную таким образом свиную почку женщине, подключенной к аппаратам жизнеобеспечения — у нее диагностировали смерть мозга. Врачи наблюдали за ней в течение трех дней и не нашли признаков отторжения пересаженного органа. Теперь их коллеги из клиники Университета Мэриленда продвинулись еще дальше и пересадили свиное сердце мужчине с терминальной болезнью сердца. Врачи использовали свинью, у которой не только отключили гены, кодирующие иммунногенные молекулы, но также и внесли в геном шесть генов, которые отвечают за иммунную толерантность. Кроме этого, у животного заблокировали ген, который мог спровоцировать избыточный рост сердечной ткани. В общей сложности медики подредактировали десять генов. Пациента, который стал реципиентом для свиного сердца, признали непригодным для получения донорского органа от человека (причины этого медики не сообщают), поэтому участие в экспериментальной операции для него было последним шансом на жизнь.

За шесть недель до пересадки его доставили в больницу с угрожающей жизнью аритмией и подключили к аппарату, снабжающему кровь кислородом. Экспериментальная операция заняла семь часов и завершилась успешно. Спустя три дня после пересадки, мужчина чувствовал себя удовлетворительно, новое сердце перекачивало кровь, и врачи не заметили признаков отторжения трансплантата. Тем не менее с уверенностью говорить, что это окончательный успех еще нельзя: предстоит длительный период наблюдений за пациентом, который сейчас принимает препараты, чтобы предотвратить отторжение сердца.

Исследователи из Инженерной школы Университета Витерби создали молекулярное устройство, которое может манипулировать окружающим биоэлектрическим полем. Новое устройство в форме треугольника состоит из двух небольших соединенных молекул — оно намного меньше вируса и соответствует диаметру нити ДНК.Это совершенно новый материал для «считывания и записи» электрического поля, который не повреждает клетки и ткани. Каждая из двух молекул, соединенных короткой цепочкой атомов углерода, выполняет свою отдельную функцию: одна действует как «датчик» или детектор, который измеряет локальное электрическое поле при срабатывании красного света; вторая молекула-модификатор, генерирует дополнительные электроны при воздействии синего света.Новое органическое устройство не предназначено для людей, оно будет частично находиться внутри и снаружи клеточной мембраны для экспериментов in vitro.

Так как молекула может внедряться в ткань, она имеет возможность неинвазивно измерять электрические поля и формировать сверхбыстрое 3D-изображение нейронных сетей в высоком разрешении. Это может сыграть решающую роль для других исследователей, во авторы которых тестируют эффективность новых лекарств, либо наблюдают за изменениями условия, таких как давление и кислород. В отличие от других инструментов, он выполняет свою работу не повреждая здоровые клетки или ткани и не требуя генетических манипуляций с системой. Этот многофункциональный агент визуализации, он уже совместим с существующими микроскопами. Новый метод можно использовать в сферах от биологии до неврологии и физиологии. Эксперты смогут задавать новые типы вопросов о биологических системах и их реакции на различные стимулы: лекарства и факторы окружающей среды, – текст исследования.Кроме того, молекула-модификатор, изменяя электрическое поле клеток, может точечно повредить одну точку. Это может помочь для будущих исследований при определении каскадного эффекта, например, во всей сети клеток мозга или сердца.

Новое исследование на мышах приблизило ученых к созданию мРНК-вакцины от рака кожи. Ученые из Фармацевтического колледжа Университета штата Орегон (OSU), возможно, только что разработали вакцину, которая защитит рака кожи, вызванного действием солнечных лучей. Вакцина будет представлять собой матричную или информационную РНК, такую же технологию используют Moderna и Pfizer для борьбы с COVID-19. Она научит организм вырабатывать дополнительные антиоксидантные белки, повышая его способность защищать ДНК от повреждений, вызванных солнечным светом.

Более 40 лет исследователи рассматривали пищевые антиоксиданты как возможный источник недорогих агентов с низким уровнем риска для профилактики рака. Но они не всегда хорошо себя показали в клинических испытаниях, а в некоторых случаях даже были вредны. Отсюда и необходимость попробовать вмешаться с помощью новых химиопрофилактических агентов, таких как мРНК-вакцина» — говорится в заявлении Арупа Индра, профессора фармацевтических наук OSU и руководителя исследования.

В исследовании на мышах исследователи удалили тиоредоксинредуктазу 1 (TR1, кодируемую геном TXNRD1) из их антиоксидантных систем, чтобы оценить, как белок влияет на защиту меланоцитов — специализированных клеток кожи, которые вырабатывают пигмент меланин. Оказалось, что без TR1 пролиферация меланоцитов значительно снижалась. Таким образом, ученые пришли к выводу, что TR1 напрямую влияет на меланоциты, которые отвечают за предотвращение рака кожи. Если вакцина сможет генерировать больше TR1, то сможет защитить от вызванного солнцем УФ-повреждения клеток.Ученые надеются, что люди с повышенным риском рака кожи смогут вакцинироваться один раз в год для дополнительной защиты от солнечных лучей.


Окончание следует

 

 
Связанные ссылки
· Больше про Атомная наука
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Атомная наука:
Интуиция в законе

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 0
Ответов: 0

Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 3 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Наука и техника США в 2022 году. Часть вторая (Всего: 0)
от Гость на 15/08/2022
Благодарю за предоставленные разноообразные ВЕЛИКИЕ  исследования УЧЕНЫХ!.С уважением, академик ИНАРН Р.Шурупова


[ Ответить на это ]


Re: Наука и техника США в 2022 году. Часть вторая (Всего: 0)
от Гость на 14/08/2022
Тем временем, в Латвии обсуждают закон об ограничении русского языка в общественных местах.
Имеется ввиду не матершинный, а именно вообще русский язык. 


[ Ответить на это ]


Re: Наука и техника США в 2022 году. Часть вторая (Всего: 0)
от Гость на 18/08/2022
Тем временем, Казахстан отменил всеобщее обучение русскому языку в первых классах школ. 



[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.04 секунды
Рейтинг@Mail.ru