Zamislite da letite pet puta brže od brzine zvuka i na najudaljenije odredište stižete za nekoliko sati. Hipersonični letovi mogli bi promijeniti budućnost zrakoplovstva, no to neće biti lako postići dok se se riješi problem ekstremnih temperatura većih od 2200 Celzijevih stupnjeva koje mogu rastopiti ili oštetiti većinu materijala. No, istraživači RTX-a pozabavili su se problemom ablacije koja deformira materjal od kojeg su izrađene letjelice nakon što postignu brzinu od 5 Macha. Razvili su prototip rashladnog sustava koji oponaša prirodni način regulacije topline ljudskog tijela čime će, kažu, hipersonične letjelice natjerati da se znoje poput ljudi.

Sustav se sastoji od mreže sićušnih kanala ugrađenih u prednje rubove hipersonične letjelice, najviše izložene toplini. Ovi kanali isporučuju tekuću rashladnu tekućinu na površinu letjelice, gdje isparava i snižava toplinu. Tako letjelica može zadržati svoj oblik i aerodinamičnost, što je ključno za stabilan i učinkovit let.

U RTX-u su koristili prediktivno modeliranje i naprednu mikro-strojnu obradu za izradu testnog primjerka, a testiranja su dokazala izvedivost koncepta. Sljedeći je korak povećati testni primjerak na veličinu stvarne hipersonične letjelice i dodatno smanjiti kanale kako bi dobili još bolje performanse. U međuvremenu, kažu, ova bi se tehnologija mogla koristiti i za druge primjene, poput zaštite lopatica plinske turbine od topline.

Električna energija iz kretanja molekula

Mali uređaj, opisan u časopisu APL Materials, koristi gibanje molekula u tekućini sobne temperature kako bi generirao električnu energiju. Ovo inovativno tehnološko rješenje obećava stvaranje čistog i lako dostupnog izvora energije za uređaje male snage, potpuno samodostatne i neovisne ni o kakvim vanjskim izvorima energije. Kako piše New Scientist, ovaj bi uređaj mogao napajati sićušne medicinske implantate pa čak i male kućanske aparate.

Molekularni sakupljač toplinskog gibanja (MTMH) velik je samo četvorni centimetar i nosi dvije elektrode, jednu na vrhu i jednu na dnu, a svaka od njih na sebi ima nekoliko 25 nanometara širokih niti cinkovog oksida. Kad molekule u tekućini dođu u kontakt s mikroskopskim nitima cinkovog oksida, generiraju mali napon od 2,28 milivolta i struju od 2,47 nanoampera.

Površina koja odbija vodu

Istraživači finskog Sveučilišta Aalto razvili su novi mehanizam za klizanje kapljica vode s površina, opisan u radu objavljenom u časopisu Nature Chemistry. Ovo otkriće otvara novi put za proučavanje skliskosti kapljica na molekularnoj razini i moglo bi se primijeniti u nizu područja, od vodovoda, preko optike do automobilske industrije i brodogradnje. 

Površine nalik tekućini koje odbijaju kapljice imaju pokretljive molekularne slojeve i kovalentno su vezane za podlogu te djeluju poput sloja maziva između kapljica vode i same površine. Koristeći posebno dizajnirani reaktor za stvaranje samosastavljenih monoslojeva (SAM) na vrhu površine silicija, istraživači su mogli povećavati i smanjivati skliskost materijala. Tako su dobili i najskliskiju tekuću površinu na svijetu koja može poslužiti protiv zamagljivanja, za odleđivanje i samočišćenje.

Metali bogati elektronima za čvršću keramiku 

Nanoinženjeri Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu (UCSD) otkrili su način kako da keramiku učine čvršćom i otpornijom na pucanje. Korištenjem mješavine metalnih atoma koji posjeduju više elektrona u svojoj vanjskoj ljusci, oni omogućili keramici da podnese više razine sile i stresa nego prije.

Studija, objavljena u časopisu Science Advances, pozabavila se karbidima visoke entropije. Dva karbida pokazala su izuzetnu otpornost na pucanje pod opterećenjem ili stresom, zahvaljujući svojim visokim koncentracijama valentnih elektrona. Jedan se sastojao od metala vanadija, niobija, tantala, molibdena i volframa. Druga varijanta je zamijenila niobij s kromom. Pod mehaničkim opterećenjem ili naprezanjem, ti su se materijali mogli deformirati ili istegnuti, ponašajući se kao metali a ne kao lomljiva keramika. 

Ovo bi rješenje moglo pomoći u transformaciji tehnologija koje se oslanjaju na keramičke materijale visokih performansi, od biomedicinskih implantata do zrakoplovnih komponenti i dijelova hipersoničnih letjelica. Čvršća keramika mogla bi štititi vitalne komponente od udara krhotina i omogućiti sigurnije nadzvučne letove.

Mekana optička vlakna blokiraju bol 

Inženjeri MIT-a razvili su meka vlakna koja se mogu ugraditi i isporučiti svjetlost glavnim živcima kroz tijelo. Kad se živci genetski manipuliraju da reagiraju na svjetlost, vlakna mogu slati impulse svjetlosti do živaca kako bi spriječili bol. Uz to, optička vlakna su fleksibilna i rastežu se zajedno s tijelom.

Nova studija, objavljena u časopisu Nature Methods, originalna je to tome što optogenetiku koristi izvan mozga. Optogenetika je tehnika kojom se živci genetski modificiraju da reagiraju na svjetlost. Do danas se primarno koristila u mozgu, području koje nema receptore za bol, što omogućuje relativno bezbolnu implantaciju krutih naprava. Međutim, kruti uređaji još uvijek mogu oštetiti neuralna tkiva. 

MIT-ovi istraživači razvili su alternativu koja funkcionira i kreće se s tijelom; meko, rastezljivo, prozirno vlakno napravljeno od hidrogela — gumene, biokompatibilne mješavine polimera i vode. Vlakno ima dva sloja, jezgru i vanjsku ljusku ili "oplatu", s različitim indeksom loma, koji zajedno sprečavaju da svjetlost koja putuje kroz vlakno pobjegne ili se rasprši.

Prvi minijaturni akcelerator čestica

Kad ljudi čuju za "akcelerator čestica", većina pomisli na CERN-ov Veliki hadronski sudarač u Ženevi, otprilike 27 kilometara dug tunel u obliku prstena koji služi za istraživanje nepoznatih elementarnih čestica. Većina akceleratora ipak je puno manja i koriste se za medicinska snimanja i zračenja tumora. No i tada su veliki nekoliko metara i prilično glomazni.

U pokušaju da poboljšaju i smanje veličinu postojećih uređaja, fizičari diljem svijeta rade na dielektričnom laserskom ubrzanju i nanofotonskim akceleratorima. Veliki iskorak u tom smjeru učinili su fizičari Friedrich-Alexander-Universitäta u Erlangen-Nürnbergu (FAU) koji su razvili nanofotonske akceleratore elektrona i tako omogućili minijaturizaciju akceleratora čestica. Ovi novi akceleratori veličine su računalnog čipa i koriste lasere za ubrzavanje elektrona. "Prvi put doista možemo govoriti o akceleratoru čestica na čipu", pohvalili su se njemački fizičari u časopisu Nature.  

3D fotonsko-elektronički hardver

Ovakva kakva je sada, računalna tehnologija sve teže odgovara na sve veće zahtjeve kojji sepostavljaju pred nju. Jedan od mogućih drugačijih pristupa je korištenje svjetla umjesto elektronike. To bi omogućilo paralelno izvođenje višestrukih izračuna korištenjem različitih valnih duljina za predstavljanje različitih skupova podataka. 

Uz pomoć suradnika sa sveučilišta u Muensteru, Heidelbergu i Exeteru, istraživači Sveučilišta u Oxfordu razvili su integrirani fotonsko-elektronički hardver sposoban za obradu 3D podataka. Ova inovacija, predstavljena u časopisu Nature Photonics, koristi više radijskih frekvencija za kodiranje podataka, što omogućava paralelno izvođenje višestrukih izračuna. Metoda bi mogla nadmašiti suvremene elektroničke procesore i omogućiti daljnja poboljšanja.

Hardver je testiran na procjeni rizika od iznenadne smrti iz elektrokardiograma pacijenata sa srčanim oboljenjima. Istovremeno je analizirano 100 signala elektrokardiograma, a rizik od iznenadne smrti identificiran je s točnošću od 93,5%. Istraživači procjenjuju da ovaj pristup može nadmašiti najsuvremenije elektroničke procesore, uz 100 puta veću energetsku učinkovitost i gustoću računanja. 

Otkrivanje dijabetesa u 10 sekundi

Identificirati ima li netko dijabetes uskoro bi moglo biti jednostavno poput izgovora nekoliko rečenica u mikrofon pametnog telefona, sugerira pionirska studija Klick Labsa koja spaja tehnologiju prepoznavanja glasa i umjetnu inteligenciju. U radu koji objavljuje Mayo Clinic Proceedings: Digital Health detaljno je opisano kako su znanstvenici koristili šest do 10 sekundi ljudskog glasa, zajedno s osnovnim zdravstvenim podacima, uključujući dob, spol, visinu i težinu i tako stvorili AI model koji može prepoznati ima li netko dijabetes tipa 2. Model to čini uz 89 posto točnosti za žene i 86 posto za muškarce.

Tim iz Klick Labsa promatrao je niz vokalnih značajki, poput promjena u visini i intenzitetu koje ljudsko uho ne može primijetiti. Koristeći obradu signala, znanstvenici su uspjeli otkriti promjene u glasu uzrokovane dijabetesom tipa 2. Sljedeći koraci bit će proširenje istraživanja korištenjem glasa kao dijagnostike u drugim područjima kao što su predijabetes, zdravlje žena i hipertenzija.

Podloga od gela trenira mišiće

Ramanov laboratorij Na MIT-u dizajnira prilagodljive žive materijale za upotrebu u medicini i robotici. Izrađuju funkcionalne neuromuskularne sustave kojima će vratiti mobilnost pacijentima s motoričkim poremećajima te pomoću njih pokretati meke i prilagodljive robote. Tako su dizajnirali i podlogu za vježbanje, napravljenu od hidrogela s ugrađenim magnetskim mikročesticama, dok vanjski magnet ispod podloge pomiče ugrađene čestice naprijed-natrag i njiše gel. 

Eksperimenti s prostirkom otkrili su da mišićne stanice izložene mehaničkim pokretima rastu i izdužuju se, dok stanicama koje nisu "vježbale" ostaju manje i kružnog oblika. Štoviše, stanice podvrgnute vježbi izrasle su u vlakna poravnata u istom smjeru, dok su nepomične stanice sličile nasumičnom plastu sijena neusklađenih vlakana.

Ideja je iskoristiti ovu platformu, predstavljenu u časopisu Device, kako bi usmjerili ponovni rast mišića nakon ozljede i umanjili učinke starenja. 

Kokošjim perjem do električne energije 

Svake godine spali se 40 milijuna tona kokošjeg perja, što oslobađa velike količine CO2  i proizvodi otrovne plinove poput sumpornog dioksida. Istraživači ETH Zürich i Tehnološkog sveučilišta Nanyang (NTU) u Singapuru sad su pronašli način da ovo perje dobro iskoriste. Koristeći jednostavan i ekološki prihvatljiv proces, oni izvlače protein keratin iz perja i pretvaraju ga u ultrafina amiloidna vlakna. Ove keratinske fibrile, opisane u ACS Applied Materials & Interfaces https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c10218 koriste se pak u membrani gorivih ćelija koje proizvode električnu energiju bez CO2 iz vodika i kisika, oslobađajući samo toplinu i vodu. 

Polupropusne membrane omogućavaju prolaz protonima, ali blokiraju elektrone, tjerajući ih da teku kroz vanjski krug od negativno nabijene anode do pozitivno nabijene katode, stvarajući tako električnu struju. U konvencionalnim gorivim ćelijama ove su se membrane izrađuju od skupih, vrlo otrovnih kemikalija koje se ne razgrađuju u okolišu. Membrana koju su razvili istraživači ETH i NTU sastoji se pak uglavnom od biološkog keratina; kokošje perje ima 90 posto keratina pa je membrana proizvedena u laboratoriju već u startu do tri puta jeftinija od onih konvencionalnih.

Biomaterijal za borbu protiv bakterija

Hidrogelovi izrađeni ljudskom rukom već se naveliko koriste u širokom rasponu, od hrane i kozmetike do kontaktnih leća i upijajućih materijala, a odnedavno i u medicinskim istraživanjima za zatvaranje rana i zamjenu oštećenog tkiva. Iako bi mogli funkcionirati adekvatno kao punila prostora koja potiču rast tkiva, sintetski hidrogelovi ne uspijevaju ponovno stvoriti složena svojstva pravog ljudskog tkiva.

No, sad su na Sveučilištu Novi Južni Wales (UNSW) u Sydneyju stvorili hidrogel koji bi mogao promijeniti način na koji se ljudsko tkivo može uzgajati u laboratoriju i koristiti u medicinskim postupcima. Rad predstavljen u časopisu Nature Communications opisuje kako se novi hidrogel proizveden u laboratoriju ponaša poput prirodnog tkiva, s nizom iznenađujućih kvaliteta koje imaju implikacije na medicinsku, prehrambenu i proizvodnu tehnologiju.

Materijal je bioaktivan, što znači da se inkapsulirane stanice ponašaju kao da žive u prirodnom tkivu. Istovremeno, objašnjavaju istraživači, materijal je antimikroban, što znači da sprečava bakterijske infekcije. Uz to je i samozacjeljujući, što znači da će se preoblikovati nakon zgnječenja, lomljenja ili nakon izbacivanja iz šprice. To ga čini idealnim za 3D bioprinting ili kao materijal za ubrizgavanje u medicini.

Pametne čarape pomažu kod demencije i autizma

Milbotixove SmartSocks https://milbotix.com/company/ čarape pokreće umjetna inteligencija, mogu se centrifugirati u perilici rublja i ne trebaju im baterije. To su u pravom smislu riječi medicinske čarape koje mogu detektirati nevolje kod osoba koje žive s autizmom i demencijom. Osmišljene su posebno za upotrebu u domovima za starije osobe ili za ispomoć ljudima kojima je potrebna stalna skrb.

Čarape obložene senzorima uparene su s aplikacijom na mobilnom uređaju. Senzori prikupljaju fiziološke podatke iz gležnja korisnika i šalju ih aplikaciji. Ovi se podaci prenose na platformu u oblaku gdje algoritmi strojnog učenja obrađuju informacije. Sofisticirani algoritmi zatim procjenjuju vjerojatnost da osoba koja nosi SmartSocks doživljava bol. Kada AI softver otkrije bilo kakvu anomaliju, upozorava o nevolji putem aplikacije. 

Biljni mikroroboti

Istraživači kanadskog Sveučilišta Waterloo osmislili su pametne, napredne materijale koji će poslužiti kao temelj za novu eru mekih medicinskih mikrorobota, ključnih za potencijalnu transformaciju medicinskih postupaka. Njihovi sićušni roboti, opisani u časopisu Nature Communications, mogu putovati zatvorenim okruženjima ispunjenim tekućinom, poput ljudskog tijela, i dostavljati krhki teret, poput stanica ili tkiva, na precizno određene lokacije. Štoviše, ovi roboti su biokompatibilni i neotrovni; izrađeni su od naprednih hidrogelnih kompozita i sadrže održive nanočestice celuloze dobivene iz biljaka. 

Ovi mikroroboti posjeduju jedinstvenu kvalitetu samoiscjeljivanja, eliminirajući potrebu za tradicionalnim ljepilima. Materijal se također može modificirati magnetizmom kako bi se olakšalo kretanje ovih mekih robota kroz ljudsko tijelo. To pak otvara mogućnost preciznu i ciljane isporuke lijekova, popravak tkiva i istraživanje ljudskog tijela. Ovo istraživanje je, kažu, tek početak jednog uzbudljivog putovanja. Sljedeći izazov za kanadske istraživače bit će smanjiti ove mikrorobote na veličlinu manju od milimetra. 

Akustični dodir pomaže slijepima

U svijetu koji se uvelike oslanja na vizualne informacije, slijepi ili slabovidni pojedinci često se susreću s izazovima pri samostalnom obavljanju svakodnevnih zadataka. Pametne naočale pokazale su se kao obećavajuće rješenje za osobe s oštećenjima vida. Australski istraživači otišli su korak dalje; crpeći inspiraciju iz ljudske eholokacije osmislili su koncept "akustičnog dodira".

Tehnika akustičnog dodira, opisana u časopisu PLoS One, nudi nekoliko prednosti, uključujući poboljšanu senzorno-motornu spregu kroz integraciju skeniranja glave i slušnih ikona pa korisnici prirodno okreću glavu kako bi poboljšali percepciju zvuka. Uz to, vrlo je pristupačna jer se akustični dodir može neprimjetno integrirati u postojeće pametne naočale. Pritom smanjuje kognitivno opterećenje jer su slušne ikone intuitivnije i mogu zahtijevati manje kognitivne obrade od računalno sintetiziranog govora.

Primarni mu je cilj pomoći korisnicima u traženju, pamćenju i posezanju za predmetima u njihovoj okolini. Hardver se sastoji od OPPO Find X3 Pro Android telefona i NReal Light AR naočala, a softverske komponente kao što su Unity Game Engine i OpenCV iskorištene su za otkrivanje objekata, smanjenje buke i stvaranje virtualnog okruženja za mapiranje otkrivenih objekata u 3D prostoru.

Odjeća koja se mijenja po potrebi

Programabilno, aktivirajuće vlakno koje je razvio interdisciplinarni tim istraživača MIT-a omogućava da umjesto više odjevnih predmeta za različita godišnja doba imate samo jednu jaknu koja se prilagođava vremenskim uvjetima. FibeRobo se skuplja i okreće ovisno o padu ili rastu temperature, bez ugrađenih senzora ili drugih tvrdih komponenti.

Vlakno je jeftino i potpuno kompatibilno s poznatim tehnikama proizvodnje tekstila, uključujući tkalačke stanove i industrijske strojeve za pletenje, a može se proizvoditi kontinuirano na kilometre. To pak omogućava jednostavnu ugradnju senzora u širok raspon tkanina za bezbrojne primjene, ali i za izradu programabilne kompresijske odjeće koja pomaže u oporavku nakon operacija.

Vlakna od tekućeg kristalnog elastomera (LCE) mogu se kombinirati s vodljivom niti koja djeluje kao grijaći element kada kroz nju teče električna struja. Na taj se način vlakna pokreću pomoću električne energije, što korisniku nudi digitalnu kontrolu nad formom tekstila. Na primjer, tkanina može promijeniti oblik na temelju bilo koje digitalne informacije, kao što su očitanja senzora otkucaja srca.

Multimodalni e-tekstil na bazi grafena

Konvencionalno, e-tekstil se proizvodi premazivanjem tkanina vodljivom tintom kako bi se napravio električki vodljivi tekstil i zatim ih tkanjem s generičkim tkaninama ili pričvršćivanjem tankog, funkcionalnog sloja na generičke tkanine. Ove metode imaju nisku fleksibilnost dizajna i visoku složenost procesa. Štoviše, štetne kemikalije mogu iscuriti tijekom procesa proizvodnje, što ograničava masovnu proizvodnju.

No, sad su istraživači Korejskog instituta za strojeve i materijale i KAIST-a razvili su prilagođene e-tekstile na bazi grafena. Kako piše ACS Nano, multimodalni e-tekstil izrađen je pomoću tehnologije laserskog izravnog uzorkovanja. Korištenjem novorazvijene tehnologije  visokokvalitetni električno vodljivi materijali mogu se proizvesti jednostavnim laserskim zračenjem na površini tkanina. Velika prednost ove tehnologije je što se e-tekstil može proizvoditi na ekološki prihvatljiv način, bez upotrebe kemikalija i bez dodatne obrade.