Teslin Powerwall, ta kutijasta, zidna litij-ionska baterija može napajati stambeni prostor otprilike pola dana. No što kad bi cijeli vaš dom bio baterija? MIT-ovi inženjeri krenuli su tim putem i osmislili novi način skladištenja električne energije u cementu, koristeći jeftine i izdašne materijale. Tako je nastao "superkondenzator" koji može pohraniti velike količine energije. 

Zasad su ovi cementni uređaji mali, tek toliko veliki da napajaju nekoliko LED žarulja. Sastoje se od dvije elektrovodljive ploče odvojene elektrolitom koji vodi ion i tankom membranom. Kako se uređaj puni, pozitivno nabijeni ioni iz elektrolita nakupljaju se na jednoj ploči, a negativno nabijeni ioni na drugoj. Količina pohranjene energije ovisi o ukupnoj površini vodljivih ploča superkondenzatora. 

No, kad bi se čađasti cement upotrijebio za proizvodnju 45 kubičnih metara betona, što je otprilike količina koja se koristi za temelje standardne kuće, u njega bi se moglo pohraniti 10 kilovatsati energije, dovoljno za cjelodnevno napajanje prosječnog kućanstva,  objašnjavaju u radu koji objavljuje Proceedings of the National Academy of Sciences.  A kad bi se, kažu, isti pristup koristio za izgradnju cesta, parkirališta ili prilaza, elektrificirani beton mogao bi pohraniti obnovljivu energiju i isporučiti je električnim automobilima putem induktivnih punjača. 

Skener bez zračenja

Tehnologije kao što su kompjutorizirana tomografija, magnetska rezonancija, pozitronska emisijska tomografija i ultrazvuk sada su sastavni dijelovi medicinske domene, nudeći ekskluzivan uvid u ljudsku anatomiju. Ove tehnike ne samo da daju detaljnu sliku ljudskog tijela, već također pomažu liječnicima identificirati abnormalnosti ili analizirati unutarnje funkcionalne procese.

A sad su istraživači Sveučilišta Juliusa Maximiliana u Würzburgu (JMU) razvili i prijenosni skener bez zračenja. Takozvana Magnetic Particle Imaging (MPI) tehnika, opisana u časopisu Nature Scientific Reports, vizualizira dinamičke procesi poput protoka krvi u ljudskom tijelu. MPI se ne temelji na detekciji gama zraka iz radioaktivnog markera kao što je pozitronska emisijska tomografija, nego na izravnoj detekciji magnetskih nanočestica koje se koriste kao markeri. 

Najdetaljnija karta ljudskog srca

Posljednjih dana znanstvenici su nam darovali izvrsne slike triju glavnih organa našeg tijela, da bi nas sada predstavili i dosad najdetaljniji stanični katalog ljudskog srca, uključujući specijalizirano tkivo odgovorno za njegove otkucaje. Istraživači nekoliko britanskih i njemačkih instituta, okupljenih u konzorciju Human Cell Atlas, koji želi mapirati sve tipove stanica u ljudskom tijelu, ucrtali su osam regija ljudskog srca i profilirali 75 različitih stanja stanica koje pokreću srce i pomažu mu u obrani od infekcija.

Karta, predstavljena u časopisu Nature, nije baš vizualno spektakularna i podsjeća na kakav molekularni katalog tipova stanica i njihovih aktivnih gena, ali bi mogla pomoći u razumijevanju bolesti poput onih koje utječu na srčani ritam.

Nosivi ultrazvučni skener otkriva rak dojke

Istraživači MIT-a dizajnirali su nosivi ultrazvučni uređaj za otkrivanje tumora u ranoj fazi. To bi osobito koristilo ženama s visokim rizikom od razvoja raka dojke između rutinskih mamografija.

Fleksibilni, 3D isprintani  flaster magnetima se pričvršćuje na grudnjak s otvorima poput saća koji omogućuju kontakt ultrazvučnog skenera s kožom. Skener stane unutar malog uređaja za praćenje koji se može pomicati u šest različitih položaja, omogućujući snimanje cijele dojke. Može se i okretati za snimanje slika iz različitih kutova, a za rukovanje nije potrebna posebna stručnost.

U novoj studiji, predstavljenoj u Science Advances, istraživači su pokazali da mogu dobiti ultrazvučne slike rezolucije usporedive s profesionalnim ultrazvučnim sondama kakve se obično koriste na pregledima. Istraživači sad uređaj žele povezati s umjetnom inteligencijom za analizu prikupljenih podataka tijekom vremena i ultrazvučnu tehnologiju prilagoditi za skeniranje drugih dijelova tijela.

Robotska ruka koristi dodir umjesto vida

Nadahnut načinom na koji ljudi lako rukuju predmetima, a da ih ne vide, inženjeri Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu razvili su novi pristup koji robotskoj ruci omogućuje rotiranje predmeta isključivo putem dodira, bez oslanjanja na vid. Koristeći njihovu tehniku, istraživači su napravili robotsku ruku koja glatko može rotirati široku lepezu predmeta, od malih igračaka, limenki, pa čak i voća i povrća, bez oštećenja i gnječenja. Ta bi saznanja mogla pomoći u razvoju robota koji objektima mogu manipulirati i u mraku.

Sustav, predstavljen na Robotics: Science and Systems Conference 2023, sastoji se od 16 senzora dodira, postavljenih na dlan i prste robotske ruke s četiri prsta. Ovaj jedinstveni pristup oslanja se na niz jeftinih senzora niske rezolucije koji koriste jednostavne, binarne signale za izvođenje robotske rotacije u ruci. Slični sustavi obično se oslanjaju na nekoliko skupih senzora dodira visoke rezolucije, pričvršćenih na malo područje robotske ruke, prvenstveno na vrhove prstiju.

"Koristimo vrlo jednostavno rješenje: pokazujemo da nam ne trebaju detalji o teksturi objekta da bismo obavili ovaj zadatak. Trebaju nam samo jednostavni binarni signali o tome jesu li senzori dotakli objekt ili nisu, a njih je mnogo lakše simulirati i prenijeti u stvarni svijet", objašnjavaju autori u radu postavljenom na arXiv. Istraživači sad proširuju pristup na složenije zadatke manipulacije i razvijaju tehnike koje će robotskim rukama omogućiti hvatanje, bacanje i žongliranje predmetima.

Iscjeljujuća moć svjetlosti

Kad se pulsiraju niskoenergetskim plavim svjetlom, biomimetički materijali mogu preoblikovati oštećene rožnice, uključujući povećanje njihove debljine, otkriva studija, objavljena u Advanced Functional Materials. Golemi potencijal biomaterijala koji se može injektirati i pokretati niskoenergetskim impulsima plave svjetlosti za trenutni popravak kupolastog vanjskog sloja oka uočili su istraživači Sveučilišta u Ottawi.  

Ovi biomaterijali sastoje se od kratkih peptida i prirodnih polimera, glikozaminoglikana. Materijal se u obliku viskozne tekućine ubrizgava u tkivo rožnice nakon što se kirurški stvori maleni džep. Pulsiran niskoenergetskim plavim svjetlom, ubrizgani hidrogel na bazi peptida se stvrdne i u roku od nekoliko minuta oblikuje u 3D strukturu sličnu tkivu. Pokusi in vivo na modelu štakora pokazali su da hidrogel koji se aktivira svjetlom može podebljati rožnicu bez nuspojava. 

Sedam godina duga testiranja na štakorima i svinjama pokazuju da su materijali neotrovni, a istraživači predviđaju da će materijal ostati stabilan i biti netoksičan i u ljudskim rožnicama.

UI prepolovljuje posao radiologa

Umjetna inteligencija bi mogla gotovo prepoloviti radno opterećenje radiologa, pokazala je švedska studija na više od 80.000 žena u dobi od 40 do 80 godina, koja procjenjuje da je UI uštedjela oko četiri i pol mjeseca rada. Mamograme obično analiziraju dva radiologa, ali umjetna inteligencija je korištena za predviđanje rizika od raka, a analizu je proveo samo jedan radiolog, osim u slučajevima kad je umjetna inteligencija označila skenove visokog rizika, što je zahtijevalo drugo (ljudsko) mišljenje. 

Probir podržan umjetnom inteligencijom otkrio je 20% više karcinoma u usporedbi s dvostrukim očitavanjem mamografije, bez povećanja lažno pozitivnih rezultata. Budući da je umjetna inteligencija smanjila potrebu za drugim radiologom, to bi moglo pomoći u rješavanju akutnog problema nedostatka stručne radne snage, kažu istraživači.

Materijal pet puta lakši i četiri puta jači od čelika

Materijali koji posjeduju i snagu i lakoću mogu poboljšati sve, od automobila do prsluka. Ali obično se te dvije kvalitete međusobno isključuju. Međutim, istraživači Sveučilišta u Connecticutu izradili nevjerojatno jak, ali lagan materijal koristeći dva neočekivana građevna bloka: DNK i staklo. Staklo se može činiti iznenađujućim izborom jer se lako razbije. Međutim, objašnjavaju istraživači u radu koji objavljuje Cell Reports Physical Science, staklo se obično razbije zbog greške – poput pukotine, ogrebotine ili nedostatka atoma – u svojoj strukturi. Besprijekoran kubični centimetar stakla može izdržati pritisak od 10 tona, a to je trostruko više od pritiska koji je prošlog mjeseca implodirao podmornicu OceanGate Titan.

Istraživači su stvorili strukturu DNK koja se sama sastavlja i zatim ga obložili vrlo tankim slojem materijala nalik staklu debljine nekoliko stotina atoma. Staklo je tek obložilo niti DNK, ostavljajući veliki dio materijalnog volumena kao prazan prostor, poput soba unutar kuće ili zgrade. Kostur DNK ojačao je tanku, besprijekornu presvlaku od stakla, čineći materijal vrlo čvrstim, a praznine koje čine većinu volumena materijala učinile su ga laganim. Kao rezultat toga, staklene nanorešetkaste strukture imaju četiri puta veću čvrstoću, ali pet puta manju gustoću od čelika. 

Istraživači sad Tim trenutno radi s istom strukturom DNK, ali umjesto stakla koriste još jaču karbidnu keramiku, a planiraju eksperimentirati i s različitim strukturama DNK kako bi dobili što jači i laganiji materijal.

Nezapaljivi elektrolit za Li-Ion baterije

Stručnjaci Korejskog instituta za znanost i tehnologiju (KIST) razvili su nezapaljivi elektrolit koji se ne zapaljuje na sobnoj temperaturi, javlja Energy & Environmental Science. On prilagođava molekularnu strukturu linearnog organskog karbonata kako bi se spriječio požar i toplinski bijeg iz litij-ionskih baterija.

Novi elektrolit bis(2-metoksietil) karbonat (BMEC) razvijen je istodobnom primjenom produženja alkilnog lanca i alkoksi supstitucije na molekulu dietil karbonata (DEC), tipičnog linearnog organskog karbonata koji se koristi u komercijalnim elektrolitima za litij-ionske baterije. Otopina BMEC ima točku paljenja na 121 Celzijevih stupnjeva, što je 90 stupnjeva više od konvencionalne DEC otopine pa nije zapaljiva u temperaturnom rasponu za konvencionalni rad na baterije. 

Jednostavniji proces izgrade složenih materijala

Inženjeri neprestano tragaju za staničnim metamaterijalima, umjetnim strukturama sastavljenima od stanica koje se ponavljaju u različitim uzorcima, s novim, poželjnim kombinacijama svojstava. Na primjer, ultra-čvrsti, lagani materijal mogao bi se koristiti za izradu potrošnjom goriva štedljivijih aviona i automobila, a kakav porozni biomehanički materijal mogao si se iskoristiti za koštane implantate. 

Istraživači s MIT-a i Austrijskog instituta za znanost i tehnologiju razvili su računsku tehniku ​​koja korisniku olakšava brzo dizajniranje stanice metamaterijala od bilo kojeg manjeg građevnog bloka i procjenu svojstava rezultirajućeg metamaterijala. Postupak, opisan u časopisu ACM, omogućuje brzo modeliranje vrlo složenih metamaterijala i eksperimente za koje su inače potrebni dani. U jednom testu algoritam je vratio više od 1000 potencijalnih konstrukcija temeljenih na rešetkama u otprilike sat vremena.