Njujorški kirurzi izveli su prvu transplantaciju cijelog oka. Postupak je izazvao burne reakcije odobravanja u cijelom svijetu, mada se još ne zna hoće li muškarac ikad progledati kroz donirano oko. Revolucionarni zahvat u operacijskoj dvorani NYU Langone Healtha uključivao je uklanjanje dijela lica i cijelog lijevog oka donatora i njihovo presađivanje radniku iz Arkansasa koji je preživio strujni udar od 7200 volti. Transplantirano lijevo oko izgleda vrlo zdravo, ima dobru opskrbu krvlju, održava svoj tlak i stvara električni signal.

Vraćanje vida moglo bi uključivati i ​​primjenu drugih najsuvremenijih pristupa, uključujući gensku terapiju za uključivanje intrinzične sposobnosti očnog živca da ozdravi, korištenje "omotača živaca" za zaštitu tkiva i uređaje koji hvataju signale i zaobilaze oštećeni put. Dakako, u igri su i visokotehnološki pristupi koji ljude pretvaraju o kiborge, o čemu govori sljedeći tekst... 

Biočip nalik retini

Spoj čovjeka i stroja česta je tema znanstvenofantastičnih priča. U stvarnom životu prvi koraci prema takvim kiborzima odavno su napravljeni: ljudi imaju pacemakere za liječenje aritmija ili kohlearne implantate za poboljšanje sluha, retinalni implantati pomažu ljudima koji su gotovo slijepi da barem malo vide. Časopis Nature Communications predstavio nam je i inteligentni biočip koji oponaša mrežnicu. Riječ je o zajedničkom projektu Jülichovog instituta za bioelektroniku, Sveučilišta u Aachenu, Talijanskog tehnološkog instituta iz Genove i Sveučilišta u Napulju.

"Naš organski poluvodič prepoznaje koliko svjetlosti pada na njega. Nešto slično događa se i u našem oku. Količina svjetlosti koja pogađa pojedinačne fotoreceptore u konačnici stvara sliku u mozgu", objašnjavaju istraživači. Ovaj poluvodič se sastoji isključivo od netoksičnih organskih komponenti, fleksibilan je i radi s ionima, odnosno s nabijenim atomima ili molekulama. Stoga se može integrirati u biološke sustave mnogo bolje nego konvencionalne poluvodičke komponente napravljene od silicija, koje su krute i rade samo s elektronima. 

Čip bi mogao funkcionirati i kao umjetna sinapsa budući da svjetlosno zračenje mijenja vodljivost polimera. Prave sinapse rade na sličan način: prenošenjem električnih signala mijenjaju svoju veličinu i učinkovitost, što je osnova za sposobnost učenja i pamćenja našeg mozga. Uz to, kažu znanstvenici, umjetni neuroni mogli bi omogućiti i računalnu tehnologiju koja oponaša način na koji mozak radi na svim razinama.

TrackerSci: kombinacija osobne i GPS-a

U rodilištima oko sićušnih zapešća novorođenčadi rutinski stavljaju trake koje sadrže važne podatke za identifikaciju kao što su ime, spol, majka i datum rođenja. Istraživači Rockefellerovog sveučilišta koriste isti pristup s moždanim stanicama novorođenčadi, ali ta će bebe doživotno zadržati svoje identifikacijske oznake, tako da znanstvenici mogu pratiti kako rastu i sazrijevaju, kao sredstvo za bolje razumijevanje procesa starenja mozga. Revolucionarna metoda, nazvana TrackerSci, opisana je u časopisu Cell.  

Ova metoda jedinstveno označava stanične molekule različitim bar kodovima koji su povezani s jedinstvenim molekularnim sklopom svake stanice. To pak poboljšanje omogućuje precizno označavanje i praćenje dinamike rijetkih progenitorskih stanica u organima sisavaca. "To je kao kombinacija osobne iskaznice i GPS uređaja za praćenje", objašnjavaju istraživači koji kažu da bi se TrackerSci mogao koristiti za praćenje regenerativne sposobnosti mnogih organa, od pluća, preko debelog crijeva, do gušterače.

Vibrotaktor čuva astronaute da se ne izgube u svemiru

Gubitak osjećaja gdje se nalazite može biti fatalan za pilote zrakoplova: prostorna dezorijentacija vodeći je uzrok smrtonosnih zrakoplovnih nesreća. Ali sam gubitak orijentacije u prostoru još je opasniji. Zbog toga su istraživači Sveučilišta Brandeis razvili "vibrotaktore", nosive uređaje koji u kombinaciji sa specijaliziranim treningom poboljšavaju sposobnost ljudi da se bore s prostornom dezorijentacijom i mogu pomoći astronautima kad izgube percepciju. 

Ovi uređaji, opisani u časopisu Frontiers in Physiology, trebali bi astronautima u budućim misijama pomoći da sigurno slete na površinu planeta i pružati im podršku dok se kreću izvan vozila u svemiru.

Jača, rastezljivija, samoiscjeljujuća plastika

Istraživači Sveučilišta u Tokiju razvili su inovativnu plastiku, nazvano VPR, koja nadmašuje čvrstoću i elastičnost trenutne standardne vrste i može se pohvaliti svojstvima samoizlječenja kada se zagrije. Materijal koji ima sposobnost pamćenja oblika i djelomično je biorazgradiv, nastao je integriranjem molekule polirotaksana u vitrimer epoksidne smole. 

Novi oblik plastike, opisan u ACS Materials Letters, zadržava svoju strukturu na niskim temperaturama zbog jakih unutarnjih kemijskih veza. Međutim, na temperaturama iznad 150 Celzijevih stupnjeva te se veze rekombiniraju i materijal se može reformirati u različite oblike. Primjena topline i otapala razgrađuje VPR na njegove sirove komponente. Uranjanjem u morsku vodu na 30 dana polirotaksan se razgradio u izvor hrane za morski život. Zbog toga bi, vjeruju istraživači, ovaj novi materijal mogao naći široku primjenu, od inženjeringa i proizvodnje, do medicine i održive mode.

Hidrogel kontroliran pomoću struje

Hidrogelovi su posebni materijali koji sadrže veliku količinu vode, obično više od 90%. Mogu se koristiti za izradu stvari koje su meke i realistične. Ali kada želimo da ovi hidrogelovi reagiraju na određene stvari, poput promjena temperature ili kemikalija, oni ne rade uvijek savršeno. No, sad su švedski znanstvenici s Kraljevskog tehnološkog instituta (KTH) uz pomoć kolega s Instituta za inteligentne sustave Max Planck, Sveučilišta u Linköpingu i Tehničkog sveučilišta u Braunschweigu stvorili elektrokemijski osmotski (ECO) hidrogel koji se kontrolira električnom energijom. To znači da ga se jednostavno može povezati s elektroničkim uređajima poput računala i pametnih telefona.

Ovaj hidrogel reagira na elektricitet i širi se na specifičan način. Kad primijenite niski napon manji od jednog volta, hidrogel se jako rasteže, do 300%. To čini jer molekule vode ulaze u hidrogel kada je struja uključena. A kad isključite struju, hidrogel ostaje razvučen.

ECO hidrogel se dobiva se iz dva lako dostupna materijala: celuloznih nanofibrila (CNF) koje čine strukturu drveća i biljaka i ugljikovih nanocijevi (CNT) koje mogu provoditi struju. Ovi se materijali kombiniraju vakuumskom filtracijom, jednostavnim procesom koji se može izvesti u standardnom laboratoriju s uobičajenom opremom, objašnjavaju istraživači u studiji koju objavljuje Advanced Materials.

mCLARI: robotić inspiriran paukom

Inženjeri Sveučilišta Colorado u Boulderu predstavili su mCLARI, dva centimetra dugog modularnog robota koji može pasivno mijenjati svoj oblik kako bi se provukao kroz uske otvore u više smjerova. Teži manje od jednog grama, ali može izdržati više od tri puta veću tjelesnu težinu kao dodatni teret. Ovaj robot nedavno je osvojio nagradu za najbolji rad o robotici za sigurnost, zaštitu i spašavanje na Međunarodnoj konferenciji o inteligentnim robotima i sustavima u Detroitu.

Riječ je o poboljšanoj generaciji minijaturnog robota CLARI koja je sada još manja i još brža. Nova verzija skraćena je za 60% i olakšana 38%, uz zadržavanje 80% snage. Robot je također više od tri puta brži od svog prethodnika i trči 60 milimetara u sekundi, ili tri duljine tijela u sekundi.

Robot može stručno manevrirati u pretrpanim okruženjima prebacujući se s trčanja naprijed u bočno kretanja promjenom oblika. To je novi iskorak prema krajnjem cilju: izrada robota nalik na kukce koji se mogu neprimjetno kretati po prirodnim terenima slično svojim životinjskim parnjacima, kombinirajući prilagodljivost mekog robota s agilnošću krutog robota.

AR pomaže djeci da prebrode MRI

Magnetska rezonancija (MRI) je važan dijagnostički alat zbog visokokvalitetnih slika i niže izloženosti zračenju od CT-a. Ali postupak može biti dugotrajan, tijekom kojeg pacijenti moraju mirno ležati. Uz to je i vrlo bučan, do 80 decibela, što zahtijeva upotrebu štitnika za uši. Zbog toga se djeci često prije skeniranja nudi opća anestezija. Kad bi se smanjilo uspavljivanje djece, istraživači Sveučilišta u Sheffieldu odlučili su djecu prije izlaganja MRI-ju smiriti igrama u proširenoj stvarnosti. 

Istraživanje objavljeno u časopisu BMJ Innovations pokazalo je da AR/VR smanjuje potrebu za uspavljivanjem djeteta kako bi ostalo mirno u MRI tunelu, što pak povećava sigurnost pacijenata te smanjuje troškove i vrijeme čekanja. Testiranja su pokazala da komplet pomaže djeci da se pripreme na izgled skenera i buku koju proizvodi, kao i da starija djeca više vole kompletan doživljaj virtualne stvarnosti, dok one mlađe više privlače elementi fizičke igre i proširene stvarnosti.

Foto baterija konkurentnog napona

Umreženi inteligentni uređaji i senzori mogu poboljšati energetsku učinkovitost potrošačkih proizvoda i zgrada praćenjem njihove potrošnje u stvarnom vremenu. Ovi minijaturni uređaji zahtijevaju što je moguće kompaktnije izvore energije kako bi funkcionirali autonomno. U tu svrhu mogu se koristiti monolitno integrirane baterije koje istovremeno stvaraju, pretvaraju i pohranjuju energiju u jednom sustavu. U skladu s time istraživači sveučilišta u Freiburgu i Ulmu razvili su monolitnu integriranu fotobateriju koja se sastoji od baterije na bazi organskog polimera i organske solarne ćelije s više spojeva. 

Prva takva baterija od organskih materijala, predstavljena u časopisu Energy & Environmental Science, može se uz pažljivu kontrolu intenziteta osvjetljenja napuniti za manje od 15 minuta pri kapacitetu pražnjenja do 22 miliamper sata po gramu. U kombinaciji s prosječnim potencijalom pražnjenja od 3,6 volti, može osigurati gustoću energije od 69 milivat sati po gramu i gustoću snage od 95 milivata po gramu.

Ultra čvrsti materijal za mikročip senzore

Istraživači Tehnološkog sveučilišta u Delftu predstavili su amorfni silicijev karbid (a-SiC), izvanredan novi materijal iznimne čvrstoće koji pokazuje mehanička svojstva ključna za izolaciju vibracija na mikročipu. Raspon potencijalnih primjena je širok, od ultraosjetljivih mikročip senzora i naprednih solarnih ćelija, do pionirskih tehnologija istraživanja svemira i sekvenciranja DNK. 

Ovaj materijal, opisan u časopisu Advanced Materials, izdvaja i njegova skalabilnost. Grafen, jedan sloj ugljikovih atoma, poznat je po svojoj impresivnoj snazi, ali ga je teško proizvesti u velikim količinama. Dijamanti, iako su neizmjerno jaki, ili su rijetki u prirodi ili su skupi za sintetiziranje. Amorfni silicijev karbid, s druge strane, može se proizvesti u mjerilu pločice, nudeći velike listove ovog nevjerojatno robusnog materijala.

Nanoploče za održivu proizvodnju

Istraživači Berkeley Laba osmislili su samosastavljajuće nanoploče koje bi mogao značajno produžiti vijek trajanja potrošačkih proizvoda. A budući da se novi materijal predstavljen u časopisu Nature može reciklirati, smanjio bi količinu jednokratne ambalaže i potrošne elektronike. 

Istraživači su zaštitne premaze izradili primjenom razrijeđene otopine polimera, malih organskih molekula i nanočestica na različite podloge: teflonsku čašu i membranu, poliesterski film, debele i tanke silikonske filmove, staklo, pa čak i prototip mikroelektroničkog uređaja.

Materijal ima i veliki potencijal kao dielektrik, izolacijski materijal koji se obično koristi u kondenzatorima za pohranu energije. Uz to, kad se koristi za oblaganje poroznih teflonskih membrana, naprimjer kod zaštitnih maski, materijal vrlo učinkovito filtrira hlapljive organske spojeva koji mogu ugroziti kvalitetu zraka u zatvorenom prostoru. Materijal se može i ponovno otopiti i preliti kako bi se proizveo novi zaštitni premaz.

Autonomni elektrokemijski robot

Istraživači Beckmanovog instituta za naprednu znanost i tehnologiju razvili su automatiziranog laboratorijskog robota za izvođenje složenih elektrokemijskih eksperimenata i analizu podataka. Instrument prikladno nazvan Electrolab smanjuje trud i vrijeme potrebno za elektrokemijske studije automatiziranjem mnogih osnovnih i ponavljajućih laboratorijskih zadataka i može se koristiti za istraživanje materijala za skladištenje energije i kemijskih reakcija koje promiču korištenje alternativnih i obnovljivih izvora energije poput solarne energije ili energije vjetra, piše časopis Device. 

Electrolab je pristupačan, vrlo prilagodljiv, izrađen od uobičajenih dijelova i košta samo 1000 dolara. Sastoji se od standardnog okvira 3D pisača transformiranog u robota, mikroskopskih nizova elektroda (eChips) i elektrokemijskog hardvera. Softverska komponenta, stvorena u Pythonu, omogućuje potpuno automatiziranu analizu podataka, vizualnu grafiku i iscrtavanje. U kombinaciji sa strojnim učenjem, pretvara se iz stroja koji ispunjava unaprijed određene zadatke u robota koji može donositi odluke o smjeru eksperimenta dok traje. 

Elektroni uhvaćeni u 3D kristal

Fizičari s MIT-a uspješno su uhvatili elektrone u čisti kristal; to je prvi put da je elektronički ravni pojas postignut u trodimenzionalnom materijalu. A uz kemijske manipulacije, istraživači su kristal transformirali u supravodič, materijal koji provodi elektricitet bez otpora. Istraživači kažu da se ovo stanje ravnog pojasa može ostvariti s gotovo bilo kojom kombinacijom atoma, sve dok su raspoređeni u ovoj 3D geometriji inspiriranoj kagomeom, japanskom vještinom pletenja košara. U ovoj specifičnoj geometriji, umjesto da skaču između atoma, elektroni su "u kavezu" i smješteni su u istom pojasu energije. 

Rezultati, predstavljeni  u časopisu Nature, otvaraju nove mogućnosti istraživanja rijetkih elektronskih stanja u trodimenzionalnim materijalima. Ti bi materijali jednog dana mogli biti optimizirani kako bi omogućili ultraučinkovite vodove, kvantne bitove superračunala i brže, pametnije elektroničke uređaje.