Istraživači Sveučilišta Cambridge predvođeni profesoricom Martom Zlatić s tamošnjeg Odsjeka za zoologiju i Laboratorija za molekularnu biologiju Vijeća za medicinska istraživanja (MRC LMB) izradili su prvu mapu koja prikazuje svaki pojedini neuron i njihovu povezanost u mozgu ličinke vinske mušice Drosophila melanogaster.   

Mapa od 3016 neurona, predstavljena u časopisu Science, najveći je potpuni konektom mozga ikada mapiran. Istraživači su upotrijebili tisuće rezova mozga ličinke snimljenih elektronskim mikroskopom visoke rezolucije kako bi rekonstruirali mapu mozga mušice i mapirali čak 548.000 sinapsi. Razvili su i računalne alate za prepoznavanje vjerojatnih putova protoka informacija i različitih tipova sklopova u mozgu kukca. Otkrili su da su neke od strukturnih značajki slične najsuvremenijoj arhitekturi dubokog učenja.

Sljedeći korak je zaći još dublje kako bi se istražili moždani sklopovi potrebne za određene bihevioralne funkcije poput učenja i donošenja odluka te promatrala aktivnost u cijelom konektomu dok kukac nešto radi. Trenutna tehnologija još nije dovoljno napredna za mapiranje konektoma složenijih životinja kao što su veliki sisavci. Ali budući da svi mozgovi uključuju mreže međusobno povezanih neurona, istraživači kažu da će njihova nova mapa biti trajna referenca za buduća istraživanja moždanih funkcija kod drugih životinja.

Bioinspirirana neuronska mreža pohranjuje sjećanja

Istraživači Odjela za neuronsko kodiranje i moždano računalstvo na Institutu za znanost i tehnologiju u Okinawi (OIST) iskoristili su spoznaje iz biologije kako bi poboljšali široko korišten računalni model memorije, poznat kao Hopfieldova mreža. Njihova mreža, koju će predstaviti na međunarodnoj konferenciji o prikazima učenja ICLR 2023, bolje odražava način na koji su neuroni i druge stanice povezane u mozgu, ali ujedno ima i kapacitet pohranjivanja znatno više sjećanja.

Modificirana Hopfieldova mrežu može povezati ne samo parove neurona, već i skupovi od tri, četiri ili više neurona, kao što se može dogoditi u mozgu kroz astrocite i dendritična stabla. Istraživači su otkrili da mreža koja sadrži kombinaciju parnih i skupnih veza daje najbolje rezultate i zadržava najveći broj sjećanja. Štoviše, procjenjuju da ona radi više nego dvostruko bolje od tradicionalne Hopfieldove mreže. Znanstvenici sad žele istražiti načine na koje mrežna sjećanja mogu međusobno komunicirati, na način na koji to rade u ljudskom mozgu. 

Nova vrsta analognog kvantnog računala

Studija koju su u časopisu Nature Physics objavili istraživači Sveučilišta Stanford i Sveučilišta u Dublinu (UCD) otkrila je da nova vrsta visoko specijaliziranog analognog računala, opremljenog kvantnim komponentama, može riješiti složene probleme iz kvantne fizike. Novi dizajn nudi jedinstveni način skaliranja tehnologije od pojedinačnih jedinica do velikih mreža sposobnih za simulaciju masovne kvantne materije. Istraživači su pokazali da se u takvim uređajima mogu konstruirati nove mikroskopske kvantne interakcije.

Nova platforma Quantum Simulator simulira model dvaju atoma spojenih osebujnom kvantnom interakcijom. Ugađanjem električnih napona, istraživači su uspjeli proizvesti novo stanje materije u kojem se čini da elektroni imaju samo 1/3 udjela svog uobičajenog električnog naboja, takozvani 'Z3 parafermioni'. Ova nedostižna stanja predložena su kao osnova za buduća topološka kvantna izračunavanja, ali dosad nisu stvorena u laboratoriju u elektroničkom uređaju.

Najbrži humanoidni robot na svijetu

Robotičari UCLA-e razvili su naprednu robotsku tehnologiju za poboljšanu mobilnost i stabilnost koja pokreće vrhunskog humanoidnog robota zvanog ARTEMIS. Robot putuje u Bordeaux gdje će se ovog srpnja natjecati u nogometnoj utakmici RoboCupa 2023.
Robot izvrsno održava ravnotežu dok hoda po neravnom terenu i može trčati podižući obje noge s tla dok je u pokretu, objašnjavaju njegovi tvorci iz Laboratorija za robotiku i mehanizme RoMeLa. Za razliku od krutih pokretača s kontrolom položaja koji se koriste u većini robota, ovi su elastični i kontrolirani silom.

Uz to, ARTEMIS-ovi aktuatori pokreću se električnim pogonom, a ne hidraulički, pa je čišći i radi tiše i učinkovitije od robota koji koriste hidraulične pokretače. Zahvaljujući tome robot može trčati, skakati i hodati po neravnim i nestabilnim površinama te održavati ravnotežu čak i kad ga se gurne. Tijekom testova ARTEMIS je hodao brzinom od 2,1 metra u sekundi, što ga čini najbržim hodajućim humanoidnim robotom na svijetu.

Kamera snima u trilijuntom djelu sekunde

Istraživačima materijala sa Sveučilišta Columbia u New Yorku otkrili su način na koji će se zatvarač kamere otvarati u trilijuntom dijelu sekunde, odnosno 250 milijuna puta brže od onih na trenutnim digitalnim kamerama. To će im omogućiti da uhvate dinamički nered, ključan fenomen za svojstva i reakcije materijala. Istraživači svoj izum nazivaju "funkcijom distribucije atomskog para varijabilnog zatvarača" ili skraćeno vsPDF.

Kako bi postigao zapanjujuće brzo snimanje, vsPDF koristi neutrone za mjerenje položaja atoma, umjesto uobičajenih tehnika fotografije. Način na koji neutroni udaraju i prolaze kroz materijal može se pratiti kako bi se izmjerili okolni atomi, s promjenama u razinama energije koje su ekvivalentne prilagodbama brzine zatvarača.

Istraživači su svoju neutronsku kameru, opisanu u časopisu Nature Materials, uvježbali na germanij teluridu (GeTe), koji se zbog svojih osobitih svojstava široko koristi za pretvaranje otpadne topline u električnu energiju ili električne energije u hlađenje. Kamera je otkrila da je GeTe ostaje strukturiran kao kristal na svim temperaturama. Ali na višim temperaturama pokazuje više dinamičkog nereda, gdje su atomi mijenjali gibanje u toplinsku energiju slijedeći gradijent koji odgovara smjeru spontane električne polarizacije materijala.

Bolje razumijevanje ovih fizičkih struktura poboljšava naše znanje o tome kako funkcionira termoelektrika, omogućujući nam razvoj boljih materijala i opreme – poput instrumenata koji pokreću Marsove Rovere kada sunčeva svjetlost nije dostupna.

Nova metoda za jasnije slike

Kad svjetlost putuje kroz medij koji raspršuje svjetlost, bilo da je riječ o oblacima ili tjelesnom tkivu, ta se svjetlost raspršuje, što dovodi do gubitka jasne slike izvornog objekta. Rekonstrukcija raspršenog svjetla zahtijeva početno znanje o objektu i sposobnost kontrole valne fronte svjetla koje ga osvjetljava. To uključuje komplicirane optičke elemente i visoku osjetljivost na kretanje i mehaničku nestabilnost. Računalni algoritmi tada mogu naknadno obraditi detektirano svjetlo kako bi generirali sliku.

No, sad su istraživači KAUST-a i kineskog instituta za inovacije Xiong'an razvili način izravnog dobivanja jasne slike iz jedne snimke mrljaste slike. Razvili su strategiju snimanja statičnih i pokretnih objekata u stvarnom vremenu bez kalibracije, rekonstrukcije, s informacijama o njihovoj stvarnoj orijentaciji. Ova nova tehnika, opisana u časopisu PhotoniX, zahtijeva samo jednostavne ili jeftine uređaje, bez postkompjutorske rekonstrukcije.

Krvni test za anksioznost

Istraživači Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Indiani  razvili su krvni test kojim se može odrediti rizik osobe od razvoja anksioznosti, dobiti uvid u trenutno stanje i preporučiti najbolji način liječenja. Studija je koristila saznanja iz ranijih istraživanja koja su dovela do stvaranja krvnih testova za depresiju, posttraumatski stresni poremećaj, bipolarni poremećaj i bol.

Test, opisan u časopisu Molecular Psychiatry, temelji se na biomarkerima povezanim s poremećajem raspoloženja i njime se može predvidjeti hoće li osoba u budućnosti postati još tjeskobnija, ali i kako hormonalne promjene utječu na tjeskobu. Nije se ostalo samo na ideji i eksperimentima pa startup MindX Sciences https://mindxsciences.com/bloodtests/ već izrađuje krvne testove koje će koristiti liječnici.

Robot malo teži od spajalice 

Nadahnuti izdržljivošću pčela, istraživači MIT-a razvili su tehniku popravka koja letećem robotu veličine bube omogućuje da pretrpi ozbiljna oštećenja na pokretačima ili umjetnim mišićima koji pokreću njegova krila i nastavi letjeti.

Oni su optimizirali umjetne mišiće kako bi robot mogao bolje izolirati nedostatke i prevladati manja oštećenja, poput sitnih rupica u aktuatoru. Uz to, oni su u časopisu Science Robotics demonstrirali novu metodu laserskog popravka koja može pomoći robotu da se oporavi od teških oštećenja nastalih u požaru.

Koristeći ovu tehniku, oštećeni robot mogao je održati performanse na razini leta nakon što je jedan od njegovih umjetnih mišića uboden s 10 igala, a aktuator je još uvijek mogao raditi nakon što je u njemu probušena velika rupa. Metode popravka omogućile su robotu da nastavi letjeti čak i nakon što su mu istraživači odrezali 20 posto vrha krila. To bi pak rojeve sićušnih robota moglo učiniti sposobnijima za obavljanje zadataka u teškim okruženjima, poput misije potrage kroz srušenu zgradu ili u gustoj šumi.

Materijal za kvantno računalstvo 

IBM, Google i drugi pokušavaju napraviti i povećati kvantna računala temeljena na supravodljivim kubitima. No, ključni je problem kako minimizirati negativan učinak klasičnog okruženja, koje uzrokuje pogrešku u radu kvantnog računala. Istraživači Centra za istraživanje materijala u nanoskali na Sveučilištu Penn State (CNS) rješenje ovog problema potražili su u egzotičnoj verziji kubita poznatoj kao topološki kubit.

Razvili su slojeviti materijal, heterostrukturu sastavljenu od sloja topološkog izolacijskog materijala, bizmuta antimon telurida i sloja supravodljivog galija. Između njih stavlja se sloj epitaksijalnog grafena koji omogućuje međusobno povezivanje i kombiniranje slojeva, poput spajanja Lego kockica. 

Ova je tehnika skalabilna na razini pločice, što je čini privlačnom opcijom za buduće kvantno računalstvo i izradu topološkog kvantnog računala. Pločica je okrugla kriška poluvodičkog materijala koja služi kao podloga za mikroelektroniku.

'Kozmički beton', dvostruko jači od običnog

Istraživači Sveučilišta u Manchesteru stvorili su novi materijal, nazvan StarCrete, napravljen od izvanzemaljske prašine, krumpirovog škroba i prstohvata soli, koji bi se mogao koristiti za izgradnju domova na Mjesecu i Marsu. StarCrete ima tlačnu čvrstoću od 72 megapaskala, što je više od dva puta jače od 32 MPa viđenih u običnom betonu. Zvjezdani beton napravljen od Mjesečeve prašine još je jači i ima čvrstoću  veću od 91 MPa.

Najnovija saznanja, predstavljena u časopisu Open Engineering, poboljšavaju prethodni rad istog tima u kojem su kao vezivno sredstvo korišteni krv i urin astronauta. Dok je materijal dobiven tim pristupom, nazvan AstroCrete, imao tlačnu čvrstoću od oko 40MPa, što je i dalje bolje od normalnog betona, proces je zahtijevao kupotrebu krvi, što baš i nije naročito praktično rješenje, naročito ne u svemiru.

Osim u svemiru, StarCrete bi se mogao koristiti i na Zemlji kao zelenija alternativa tradicionalnom betonu. Cement i beton čine oko 8 posto globalnih emisija CO2 jer proces njihove proizvodnje zahtijeva vrlo visoke temperature pečenja i ogromne količine energije. StarCrete se pak može napraviti u običnoj pećnici ili mikrovalnoj pećnici pa nudi smanjene troškove energije za proizvodnju.

Kucajuća 'srca na čipu'

U skoro tri tone tereta koji SpaceX-ov teretni brod Dragon nosi prema Međunarodnoj svemirskoj postaji našlo se mjesta i nekoliko malih uređaja u kojima otkucava ljudsko srčano tkivo. Ono će se koristiti u dva eksperimenta: Cardinal Heart 2.0 i Engineered Heart Tissues-2 kojima će testirati mogu li postojeći lijekovi spriječiti ili poništiti negativne učinke svemirskih letova na srce.

Istraživanja pokazuju da svemirski let može smanjiti srce. Uz to, srce pod utjecajem mikrogravitacije može promijeniti oblik, a pokazalo se i kako srce tijekom svemirskih letova prolazi kroz stanične promjene povezane sa starenjem. Stoga ovo istraživanje nije samo ključno za buduća istraživanja svemira, već bi moglo dovesti i do poboljšanih tretmana srčane disfunkcije i bolesti povezanih sa starenjem na Zemlji.

Injekcijom do hitnog otrežnjenja

Što bi bilo kad bi se pronašao način da se učinci pijanstva mogu zaustaviti u treptaju oka, bolje rečeno ubrizgavanjem jedne injekcije? Ta je misao vodila i autore novog istraživanja na miševima, objavljenog u Cell Metabolism. Oni su kao tretman koristili hormon 21 (FGF21) koji, čini se, povećava budnost u mozgu i bori se protiv određenih učinaka intoksikacije poput pospanosti i nedostatka koordinacije, a sve to bez temeljne promjene načina na koji se alkohol razgrađuje u tijelu.

Jetra proizvodi hormon i kod miševa i kod ljudi, što sugerira da bi se ovi rezultati mogli odnositi i na nas. U konačnici, mogao bi se koristiti za probuditi ljude koji pate od trovanja alkoholom ili ekstremnog pijanstva, nadaju se molekularni biolozi Sveučilišta jugozapadnog Teksasa.